(57)【要約】  本発明は、排気通路（１８）に排気処理装置（２８）を備えた内燃機関の排気浄化装置（１）を提供する。排気浄化装置（１）は、排気処理装置（２８）よりも上流側に設けられた酸化装置（４６）と、該酸化装置（４６）の上流側に燃料を添加するための燃料添加弁（４２）と、該燃料添加弁（４２）から添加された燃料を加熱するために酸化装置（４６）の上流側に設けられたグロープラグ（４４）とを備える。酸化装置（４６）は、排気流路方向断面において、０．０００６４５２ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路を備えるように形成されている。
2012066606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気処理装置を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気処理装置よりも上流側に設けられた酸化装置と、
該酸化装置の上流側に燃料を添加するための燃料添加手段と、
該燃料添加手段から添加された燃料を加熱するために前記酸化装置の上流側に設けられた加熱手段と
を備え、
前記酸化装置は、排気流路方向断面において、０．０００６４５２ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路を備えるように形成されている、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記酸化装置の前記ガス通路の各々は、前記排気流路方向断面において、１．６ｍｍ以上かつ４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されている、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化装置よりも下流側の排気の状態に応じて出力が変化する検出手段と、
該検出手段による出力に基づいて、前記酸化装置よりも下流側の排気の状態を判定する判定手段と
をさらに備える、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する制御手段は、前記判定手段により判定された前記酸化装置よりも下流側の排気の状態に応じて、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記酸化装置よりも下流側の排気通路に設けられた温度検出手段と、
該温度検出手段による出力に基づいて、前記酸化装置よりも下流側の温度が前記酸化装置を火炎が通過したことに相当する所定温度未満であるか否かを判定する判定手段と
をさらに備える、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する制御手段は、前記判定手段により前記酸化装置よりも下流側の温度が前記所定温度未満と判定されたとき、加熱量をそれまでよりも高めるように、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記排気通路に供給される排気量を調整する排気量調整装置をさらに備え、
該排気量調整装置は、前記判定手段により前記酸化装置よりも下流側の温度が前記所定温度未満と判定されたとき、排気量をそれまでよりも多くする、請求項５または６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を浄化する機能を有する排気処理装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路には一般に排気を浄化する機能を有する排気処理装置が設けられ、該排気処理装置は触媒等を備え得る。さらに、該排気処理装置よりも上流側に燃料添加弁およびグロープラグが設けられる場合がある。この場合、燃料添加弁から燃料が添加され、添加燃料にはグロープラグにより熱が加えられることができる。このような燃料添加弁およびグロープラグは、排気処理装置を加熱するために利用され得る。そして、さらに、グロープラグの下流側に酸化触媒を設け、これにより燃料添加弁により添加された燃料の酸化を促進する場合がある。【０００３】
特許文献１は、内燃機関の排気浄化装置の一例を開示する。この排気浄化装置は、排気処理装置よりも上流側の排気通路に、断面積の小さな小型酸化触媒と、燃料供給弁と、これらの間に配置されたグロープラグとを備えている。燃料供給弁の噴射口は小型酸化触媒の端面を向き、グロープラグはその先端が燃料供給弁から噴射される燃料と接触する位置に配置されている。燃料供給弁およびグロープラグの各作動は制御され、それらは第１〜第３の制御状態を有し得る。第１の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されつつグロープラグによる加熱が行われ、燃料供給弁からの燃料は着火する。第２の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されつつグロープラグによる加熱が行われるが、燃料供給弁からの燃料は着火しない。第３の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されるがグロープラグによる加熱は停止している。第１の制御状態または第３の制御状態は着火が可能な運転領域において選択され得、第２の制御状態または第３の制御状態は着火が不可能な運転領域において選択され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように排気処理装置よりも上流側に小型酸化触媒つまり酸化装置を備える場合、その酸化装置は一般に複数のガス通路を備える。しかし、それらガス通路の形状および大きさ等に応じてそれらガス通路におけるガスの通り易さは異なる。例えば、ガスの通り易さに応じて、排気通路に添加供給された燃料の燃焼のし易さは異なり、ガスが通り難い場合、添加燃料の燃焼により生じた火炎が酸化装置で消える場合もある。このような失火は、排気処理装置の加熱を阻害するので、好ましくない。【０００６】
そこで本発明の一の目的は、排気処理装置よりも上流側に設けられる酸化装置におけるガスの通り易さを好適にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様によれば、排気通路に排気処理装置を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気処理装置よりも上流側に設けられた酸化装置と、該酸化装置の上流側に燃料を添加するための燃料添加手段と、該燃料添加手段から添加された燃料を加熱するために前記酸化装置の上流側に設けられた加熱手段とを備え、前記酸化装置は、排気流路方向断面において、０．０００６４５２ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路を備えるように形成されている、内燃機関の排気浄化装置が提供される。【０００８】
上記構成によれば、酸化装置は、排気流路方向断面において、０．０００６４５２ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路を備えるように形成されているので、ガスは酸化装置を効果的に通過することが可能になる。【０００９】
好ましくは、前記酸化装置の前記ガス通路の各々は、前記排気流路方向断面において、１．６ｍｍ以上かつ４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されている。【００１０】
好ましくは、前記酸化装置よりも下流側の排気の状態に応じて出力が変化する検出手段と、該検出手段による出力に基づいて、前記酸化装置よりも下流側の排気の状態を判定する判定手段とがさらに備えられる。この場合、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する制御手段は、前記判定手段により判定された前記酸化装置よりも下流側の排気の状態に応じて、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御するとよい。【００１１】
好ましくは、前記酸化装置よりも下流側の排気通路に設けられた温度検出手段と、該温度検出手段による出力に基づいて、前記酸化装置よりも下流側の温度が前記酸化装置を火炎が通過したことに相当する所定温度未満であるか否かを判定する判定手段とがさらに備えられる。この場合、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する制御手段は、前記判定手段により前記酸化装置よりも下流側の温度が前記所定温度未満と判定されたとき、加熱量をそれまでよりも高めるように、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御するとよい。【００１２】
また、前記排気通路に供給される排気量を調整する排気量調整装置がさらに備えられるとよい。この場合、該排気量調整装置は、前記判定手段により前記酸化装置よりも下流側の温度が前記所定温度未満と判定されたとき、排気量をそれまでよりも多くするとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気処理装置よりも上流側に設けられる酸化装置におけるガスの通り易さを好適にし、それにより排気処理装置に効果的に熱を加えることができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、図１における排気浄化装置の部分的な拡大断面模式図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図４は、図１における排気浄化装置の酸化装置の部分的な断面模式図である。
【図５】図５は、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数と、酸化装置下流側の温度との関係を概念的に表したグラフである。
【図６】図６は、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数と、微粒子の排出量との関係を概念的に表したグラフである。
【図７】図７は、代替的な酸化装置のガス通路の断面模式図であり、図４に対応する図である。
【図８】図８は、別の代替的な酸化装置のガス通路の断面模式図であり、図４に対応する図である。
【図９】図９は、さらに別の代替的な酸化装置のガス通路の断面模式図であり、図４に対応する図である。
【図１０】図１０は、図１の内燃機関の排気浄化装置における制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。ただし、本発明の実施態様は下記の各態様のみに限らず、本発明は、請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含むことに注意しなければならない。実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、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。
【００１６】
図１は実施形態における内燃機関の排気浄化装置１を備えた内燃機関（以下、エンジン）５の概略構成を示す。エンジン本体１０は、車載の４サイクルディーゼルエンジンをなす。エンジン本体１０には、吸気管１２および排気管１４が接続されている。これら吸気管１２および排気管１４によって吸気通路１６および排気通路１８がそれぞれ区画形成される。
【００１７】
吸気管１２の途中には、吸気管１２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。このエアフローメータ２０の出力信号に基づき、エンジン本体１０に単位時間当たりに流入する吸入空気量（すなわち吸気流量）が検出される。また、電子制御式の吸気スロットルバルブ２１が吸気通路１６に設けられている。ただし、エンジン本体１０は直列４気筒を有し、各気筒には筒内燃料噴射弁２２が設けられているが、図１では単一の筒内燃料噴射弁２２のみが示されている。
【００１８】
排気管１４の終端は、図示しない消音器に接続され、消音器の出口で大気に開放されている。そして、排気通路１８の排気を浄化するために、排気浄化装置１が設けられている。
【００１９】
排気浄化装置１は、複数の排気処理装置を備える。排気管１４の途中には、上流側から順に、第１触媒コンバータ２４と、第２触媒コンバータ２６とが直列的に配置されている。そして、第１触媒コンバータ２４内には、第１排気処理装置（以下、第１処理装置）２８が収容されている。第１処理装置２８は、ここでは主に酸化触媒を含み、単に酸化触媒と称されることができる。また、第２触媒コンバータ２６内には、第２排気処理装置（以下、第２処理装置）３０が収容されている。第２処理装置３０はパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）である。
【００２０】
酸化触媒を含む第１処理装置２８は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ２と反応させてＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等とする。酸化触媒の触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ２、Ｍｎ／ＣｅＯ２、Ｆｅ／ＣｅＯ２、Ｎｉ／ＣｅＯ２、Ｃｕ／ＣｅＯ２等を用いることができる。ＤＰＦである第２処理装置３０は、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するものである。ここでは、ＤＰＦである第２処理装置３０は、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼可能な連続再生式のものである。
【００２１】
これら第１処理装置２８および第２処理装置３０に加え、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためにＮＯｘ触媒を含む第３排気処理装置（以下、第３処理装置）が設けられるのが好ましい。なお、第３処理装置は、単にＮＯｘ触媒と称されることができる。好ましくは第３処理装置のＮＯｘ触媒は、第２処理装置３０の下流側に配置される。なお、火花点火式内燃機関（例えばガソリンエンジン）の場合、排気通路に三元触媒と称され得る排気処理装置（以下、第４処理装置）が設けられるのが好ましい。なお、これら第１処理装置２８、第２処理装置３０、第３処理装置および第４処理装置が、それぞれ本発明における排気処理装置に該当する。
【００２２】
なお第３処理装置つまりＮＯｘ触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）であることができる。この場合、ＮＯｘ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元成分（例えばＨＣ等）が存在するときに吸蔵ＮＯｘを還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒は、アルミナＡｌ２Ｏ３等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、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から成る。代替的に、ＮＯｘ触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。選択還元型ＮＯｘ触媒は、例えば、アンモニアとＮＯｘとの化学反応（還元反応）を促進させるＮＯｘ浄化用の触媒を含む。この場合には、アンモニア供給用に例えば尿素水添加装置がＮＯｘ触媒の上流側に設けられ得る。
【００２３】
さらに、排気浄化装置１は、昇温装置４０を備え、該昇温装置４０は排気通路１８における第１処理装置２８の上流側に適用される。昇温装置４０は、燃料添加手段としての燃料添加弁４２と、加熱手段としてのグロープラグ４４と、酸化装置４６とを含む。なお、昇温装置４０は、後述するように全体としてバーナーの如く作用し得るので、バーナー装置と称されてもよい。
【００２４】
昇温装置４０は、エンジン本体１０に接続された排気マニホールド（不図示）の集合部よりも下流側に実質的に配置されている。排気マニホールドの集合部の下流側にターボチャージャが設けられてもよく、この場合、昇温装置４０は、ターボチャージャの下流側で且つ第１処理装置２８の上流側に設けられるとよい。
【００２５】
図２および図３に、昇温装置４０の燃料添加弁４２、グロープラグ４４、酸化装置４６周囲の拡大模式図を示す。
【００２６】
図示するように、燃料添加弁４２は、排気通路１８に液体の燃料Ｆを添加或いは噴射することができる。ここでは、燃料Ｆは軽油である。燃料添加弁４２は単一の噴孔４２ａを有しているが、噴孔は複数であってもよい。エンジン５の燃料タンク４８は燃料吸引管５０を介して、燃料ポンプ５２に接続されている。燃料ポンプ５２はここでは機械式であり、エンジン５の図示しない出力軸（クランクシャフト）の駆動力を利用して作動する。燃料ポンプ５２は、更に燃料供給管５４を介して燃料添加弁４２に接続されている。上記構成では、燃料ポンプ５２が燃料吸入管５０を介して燃料タンク４８に貯留されている燃料を吸入し、燃料供給管５４へと吐出することで、燃料添加弁４２に燃料が供給される。
【００２７】
グロープラグ４４は、その先端部の発熱部４４ａが、燃料添加弁４２よりも下流側で且つ酸化装置４６よりも上流側の排気通路に位置するように設置されている。グロープラグ４４は、昇圧回路５６を経て車載直流電源５８に接続されており、通電された際に発熱部４４ａが発熱する。発熱部４４ａで発生した熱により、燃料添加弁４２から添加された燃料Ｆに着火して火炎を生じさせることができる。添加燃料Ｆの一部が、発熱部４４ａに直接接触して着火させられ得る。なお加熱手段としては、セラミックヒータやスパークプラグなどの他の装置、とくに電熱式または火花着火式の装置を用いることができる。
【００２８】
酸化装置４６は、グロープラグ４４の下流側かつ第１処理装置２８の上流側に設けられ、燃料添加弁４２から添加された燃料を酸化または改質するように設けられている。酸化装置４６は、ここでは、ゼオライト製の担体と、そこに担持されたロジウム等の酸化触媒物質とを備えて構成されている。なお、酸化装置４６は、支持部材６０により、排気管１４内に支持固定されている。
【００２９】
燃料Ｆが酸化装置４６に供給されると、そのとき酸化装置４６が活性化していれば、酸化装置４６内で燃料が酸化させられる。このとき発生する酸化反応熱によって、酸化装置４６が昇温させられる。よって酸化装置４６を通過する排気を昇温することができる。また、酸化装置４６の温度が高くなると、燃料中の炭素数の多い炭化水素が分解して、炭素数が少なく反応性の高い炭化水素が生成され、これによって燃料が反応性の高い燃料に改質され得る。換言すれば、酸化装置４６は、一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では、改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。
【００３０】
図２に示すように、燃料添加弁４２は、上方からグロープラグ４４の発熱部４４ａに向けて、やや下流側に向かうよう斜め下向きに燃料Ｆを噴射する。噴射された燃料Ｆは所定の噴霧角を有し、一般的には円錐形状の燃料経路を形成する。この燃料経路の途中に発熱部４４ａが配置されている。加熱手段であるグロープラグ４４の発熱部４４ａによる加熱により、燃料添加弁４２により添加された燃料は燃焼し得、これにより生じた火炎が酸化装置４６に到達することができる。
【００３１】
こうして、昇温装置４０は、場合によって火炎を含む、高温の加熱用ガスを生成することができる。この加熱用ガスは、エンジン本体１０から排気通路１８に供給される排気と混合して排気温度を昇温させる。昇温された排気は、第１処理装置２８および第２処理装置３０に供給され、これらの暖機および活性化を促進する。
【００３２】
ところで、酸化装置４６は複数のガス通路４６ａを備える。複数のガス通路４６ａは、酸化装置４６の担体の壁部４６ｂによって区画形成されている。なお、複数のガス通路４６ａを区画形成する壁部４６ｂには、上記したように触媒物質が担持つまりコーティングされている。図２および図３に示されるように、各ガス通路４６ａは、酸化装置４６の上流側端面４６ｕおよび下流側端面４６ｄにそれぞれ連通する。そして、これら複数のガス通路４６ａは互いに独立している。換言すると、本実施形態での酸化装置４６は、その上流端から下流端に概ね直線的に延びた複数の独立セルを有する所謂ストレートフロー型であり、個々のセルがガス通路４６ａを形成する。なお、図３から明らかなように、排気管１４は概ね断面円形であり、酸化装置４６は概ね断面円形であり、両者は互いに同軸に配置されている。
【００３３】
他方、燃料添加弁４２から添加された燃料は、グロープラグ４４の発熱部４４ａ周囲を通過して酸化装置４６に至り、酸化装置４６のガス通路４６ａを通過する。上記したように、酸化装置４６に至る前に、添加燃料Ｆは燃焼し得、これにより生成した火炎は、酸化装置４６の各ガス通路４６ａに導かれ得る。
【００３４】
このような火炎や火炎を含むガスの好適な通過および排気浄化機能の維持確保を考慮して、酸化装置４６は設計されて、構築されている。ここで酸化装置４６についてより詳しく述べる。
【００３５】
酸化装置４６は、排気流路方向Ａ（図２参照）に略直交する平面での断面（以下、排気流路方向断面）において、１平方インチ当たりつまり０．０００６４５２ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路４６ａを備えるように形成されている。この酸化装置４６におけるガス通路の数つまりセル数は、後述するように、火炎の通過し易さと、煤等の微粒子の発生の抑制との両立を図るべく導き出されている。
【００３６】
ここで、排気流路方向断面における酸化装置４６の任意の１つのガス通路４６ａを図４に示す。本実施形態では、ガス通路４６ａの断面形状は略正方形であるので、そこに内接円Ｉを実質的に定めることができる。排気流路方向断面におけるガス通路４６ａの内接円Ｉが１．６ｍｍ以上４．９ｍｍ以下の直径を有するように、本実施形態の酸化装置４６は設計されている。
【００３７】
これらガス通路の数、および、その形状および大きさに関して、ここで以下に説明される。
【００３８】
図５は、酸化装置の排気流路方向断面における０．０００６４５２ｍ２当たりのガス通路の数と、火炎の通過特性値との関係を概念的に表したグラフである。火炎の通過特性値としてはここでは火炎を酸化装置に所定時間送り続けたときの酸化装置下流側の温度が用いられていている。図５に結果が示される実験では、排気流路方向断面における単位断面積当たりのガス通路の数つまり通路密度（セル密度）が異なる複数の酸化装置を用いた。通路密度の単位として実験ではｃｐｓｉ（cell per square inch）を用い、各々が排気流路方向断面において１ｃｐｓｉ、３０ｃｐｓｉ、５０ｃｐｓｉ、１００ｃｐｓｉ、２００ｃｐｓｉ、３００ｃｐｓｉ、４００ｃｐｓｉの密度のガス通路を有する複数の酸化装置を用いた。そして実験ではそれらの各々に対して火炎を所定時間送り続け、その下流側の温度がどの程度まで高まるかを調べた。具体的には、酸化装置下流側に設けた温度センサによる出力に基づいて酸化装置下流側の温度を計測し、酸化装置における火炎の通過の程度を判断した。そして、酸化装置下流側の温度が火炎温度に相当する所定温度（例えば８００℃）以上であったとき、火炎が酸化装置を通過したと判断した。ただし、酸化装置下流側の温度は、酸化装置に火炎を所定時間送り続けたときに、温度センサを用いて得られた最高温度に相当する。
【００３９】
その結果、酸化装置のガス通路の数つまり通路密度が、２００ｃｐｓｉ以下のとき、酸化装置を火炎が通過するとの結果が得られた。
【００４０】
また、この実験および同様の実験を通じて、酸化装置のガス通路の断面形状および大きさと、火炎の通過し易さとの関係を調べた。その結果、酸化装置のガス通路が排気流路方向断面において１．６ｍｍ以上の直径の円が内接するように形成されているとき、酸化装置を火炎が通過することが分かった。
【００４１】
以上より、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数つまり通路密度が、２００ｃｐｓｉ以下（０．０００６４５２ｍ２当たり２００以下）であるとき、火炎の好適な通過が確保されることが明らかになった。そして、そのためには酸化装置のガス通路は排気流路方向断面において１．６ｍｍ以上の直径の円が内接するように形成されているとよいことが分かった。
【００４２】
他方、火炎が好適に酸化装置を通過する場合であっても、燃料添加弁により添加された燃料の燃焼により、排気状態が悪化するのでは好ましくない。そこで、酸化装置のガス通路の数と、煤等の微粒子の排出量との関係を実験で調べた。その結果が、図６のグラフに概念的に表されている。ただし、実験では、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数に相当する種々の太さの実験通路、具体的には１ｃｐｓｉ、１５ｃｐｓｉ、３０ｃｐｓｉ、５０ｃｐｓｉ、１００ｃｐｓｉ、２００ｃｐｓｉのそれぞれに相当する太さの実験通路を用いた。そして、実験では、各実験通路上流側で燃料を燃焼させ、火炎を各実験通路に送った。該実験通路の下流側にガス中の微粒子の量つまりスモーク量を検出するためのセンサ（すす検出器）を配置し、該センサの出力に基づいて微粒子の排出量を評価した。
【００４３】
その結果、酸化装置のガス通路の数つまり通路密度が、３０ｃｐｓｉ以上のとき、微粒子の排出が所定量以下に抑制できることが分かった。このように、酸化装置のガス通路の数つまり通路密度を３０ｃｐｓｉ以上とすることで、微粒子の排出量を抑制でき、さらにこれにより排気通路での圧力損失を抑制することができる。通路密度つまりセル密度が１ｃｐｓｉの場合、添加燃料が付着する領域が酸化装置に少なく、それ故に、燃料の気化が生じ難く、微粒子の排出量が所定量を超えたようである。
【００４４】
また、この実験および同様の実験を通じて、酸化装置のガス通路の断面形状および大きさと、微粒子の排出との関係を調べた。その結果、酸化装置のガス通路が排気流路方向断面において４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されているとき、微粒子の排出を抑制できることが分かった。
【００４５】
以上より、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数つまり通路密度が、３０ｃｐｓｉ以上（０．０００６４５２ｍ２当たり３０以上）であるとき、微粒子の排出を好適に抑制できることが明らかになった。そして、そのためには酸化装置のガス通路は排気流路方向断面において４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されているとよいことが分かった。
【００４６】
これらの実験結果にしたがって、上記したように、本実施形態の酸化装置４６は、排気流路方向断面において０．０００６４５２ｍ２当たり３０以上かつ２００以下のガス通路４６ａを備えるように形成されている。加えて、大部分のガス通路４６ａの各々は、その断面において１．６ｍｍ以上かつ４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されている。
【００４７】
しかし、酸化装置のガス通路は排気流路方向断面において１．６ｍｍ以上かつ４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されているとよいとの上記実験より得られた知見の適用は、ガス通路の該断面に内接円が定められる場合に限定されない。ここで、それが詳細に説明される。
【００４８】
本実施形態では、排気流路方向断面における酸化装置のガス通路の形状は図４に示す如く略正方形であるが、酸化装置のガス通路は他の形状等を有することができる。例えば排気流路方向断面における酸化装置のガス通路の形状は正六角形、正八角形などの正多角形であってもよく、図７には代替的な酸化装置のガス通路４６ａ１が表されていて、その断面形状は略正六角形である。この場合、排気流路方向断面においてガス通路４６ａ１には内接円Ｉ１が定められ得る。また、排気流路方向断面における酸化装置のガス通路の形状は正多角形でなくてもよく、上記したように排気流路方向断面において酸化装置のガス通路は１．６ｍｍ以上４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されるとよい。例えば、図８には別の代替的な酸化装置のガス通路４６ａ２が表されていて、排気流路方向断面においてガス通路４６ａ２には円Ｉ２が３箇所で内接するようにガス通路４６ａ２は略六角形に形成されている。また、図９にはさらに別の代替的な酸化装置のガス通路４６ａ３が表されていて、その酸化装置の基材つまり担体は平面状板部材６２と波状部材６４とを組み合わせて形成されていて、それらの隙間がガス通路４６ａ３とされている。この場合にも、排気流路方向断面においてガス通路４６ａ３には円Ｉ３が３箇所で内接するようにガス通路４６ａ３は形成されている。なお、酸化装置４６の縁部に位置するガス通路は、排気流路方向断面において１．６ｍｍ以上４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されていなくてもよいことは当業者に十分に理解されるだろう。つまり、酸化装置の過半のガス通路の各々が、排気流路方向断面において１．６ｍｍ以上かつ４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されているとよい。
【００４９】
さて、本実施形態をさらに説明する。上記した構成を備える昇温装置４０を備えたエンジン５は、各種制御手段としての機能を備える電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）７０を備える。図１に示すように、エンジン本体１０には、エンジン本体１０の運転状態や運転者の要求等に応じて各種デバイスを制御するためのＥＣＵ７０が併設されている。このＥＣＵ７０は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成される。
【００５０】
ＥＣＵ７０には、上述したエアフローメータ２０の他、吸気スロットルバルブ２１の開度（スロットル開度）に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ７２、エンジン本体１０のクランク角を検出するクランク角センサ７４、アクセルペダル７５の開度（アクセル開度）に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ７６、排気の温度を検出するための第１温度センサ７８、第１処理装置２８の温度を検出するための温度センサ８０を含む各種センサ類が、電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ７０に入力される。したがって、ＥＣＵ７０は、例えば、エアフローメータ２０の出力値に基づいて吸入空気量を検出し、クランク角センサ７４の出力値に基づいてエンジン回転速度を検出し、アクセル開度センサ７６の出力値に基づいてエンジン本体１０の要求負荷を検出することができる。
【００５１】
そして、ＥＣＵ７０には、スロットルバルブ２１のアクチュエータ２１ａ、燃料噴射弁２２、燃料添加弁４２、グロープラグ４４を含む各種デバイスが電気配線を介して接続されている。これらの作動はＥＣＵ７０によって制御される。
【００５２】
このようなＥＣＵ７０はエンジン５全般の制御機能を有し、昇温装置４０における制御手段（制御装置）の機能を有する。具体的には、燃料添加手段である燃料添加弁４２の作動を制御する燃料添加制御手段、加熱手段であるグロープラグ４４の作動を制御する加熱制御手段、ポンプ５２の作動を制御するポンプ制御手段の各々としての機能をＥＣＵ７０は備える。したがって、燃料添加手段である燃料添加弁４２とＥＣＵ７０の一部とを含んで燃料添加装置は構成され、加熱手段であるグロープラグ４４とＥＣＵ７０の一部とを含んで加熱装置は構成される。また、酸化装置４６よりも下流側の排気通路に設けられた温度検出手段としての第１温度センサ７８の出力に基づいて、酸化装置４６よりも下流側の排気の状態、特に酸化装置４６下流側かつ第１排気処理装置２８上流側の排気の状態を判定する判定手段としての機能をＥＣＵ７０は有する。また、排気通路１８に供給される排気量を調整する排気量調整装置の制御機能をＥＣＵ７０は備え、ここでは以下に示すようにＥＣＵ７０は排気通路１８に供給される排気量を調整するように燃料噴射弁２２およびスロットルバルブ２１の各作動を制御することができる。
【００５３】
エンジン１０では、吸入空気量、エンジン回転速度など、すなわちエンジン負荷およびエンジン回転速度で表されるエンジン運転状態に基づいて、所望の出力を得るように、燃料噴射量および／または燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量および／または燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁２２からの燃料の噴射が実行される。
【００５４】
そして、排気処理装置の昇温を行うときには、ＥＣＵ７０が燃料添加弁４２、グロープラグ４４を適宜作動させる。すなわち、ＥＣＵ７０は、燃料添加弁４２を適宜開弁駆動（オン）し、燃料添加弁４２から適宜燃料を噴射させる。またＥＣＵ７０は、グロープラグ４４を適宜通電（オン）して十分な高温とする。以下、本実施形態における、昇温装置４０の制御を説明する。
【００５５】
昇温装置４０では、例えば、エンジン始動時、排気処理装置の温度が所定温度以上に早期に上がるように、特にここでは第１処理装置２８の温度が該第１処理装置２８の所定活性温度域内に早期に達するように、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４が作動させられる。つまり、グロープラグ４４は通電され、その先端部４４ａに向けて燃料添加弁４２から燃料が噴射される。この燃料を含むまたはこの燃料に起因して生じたガスは酸化装置４６やその周囲を通過して排気処理装置に至る。このようなエンジン始動時の排気処理装置へのガスの供給は、エンジン始動開始時から行われ、第１処理装置２８の温度がその所定活性温度域内の所定温度以上になるまで実行される。なお、ここでは第１処理装置の所定活性温度域内の所定温度は、例えば２００℃に設定されている。ただし、このようなエンジン始動時の排気処理装置への加熱用ガスの供給は、排気処理装置の温度が早期に高まったとしても、エンジン暖機が完了するまで継続されるとよい。この場合、エンジン暖機完了はエンジン１０の冷却水温に基づいて判断されるとよい。例えば、排気処理装置の温度が早期に高まって、その後、エンジン１０の冷却水温が所定温度（例えば７０℃）以上になってエンジン暖機完了とＥＣＵ７０が判定したとき、ＥＣＵ７０は、燃料添加弁４２の作動とグロープラグ４４の作動とを共に停止する。
【００５６】
さらに、第１処理装置２８の温度が上記した所定活性温度域内に達した後、第１処理装置２８の温度をその所定活性温度域内に保つように、昇温装置４０が機能する。具体的には、第１処理装置２８の温度がその所定活性温度域内の下限温度域（例えば２００℃以上２５０℃以下の温度域）にあるとき、燃料添加弁４２から燃料が添加される、および／または、グロープラグ４４に通電される（グロープラグが作動される）。
【００５７】
また、昇温装置４０は、ＤＰＦである第２処理装置３０に捕集されたＰＭを除去するべく、つまり、それを再生させるべく、所定時期に、所定時間、作動する。例えば、エンジン５の累積作動時間が所定時間を越えるたびに、昇温装置４０は作動する。なお、昇温装置４０は、第２処理装置３０の前後の差圧が所定圧以上になったときに、働くこともできる。この場合、第２処理装置３０前後の差圧を検出するための圧力センサつまり差圧センサが備えられるとよい。
【００５８】
なお、燃料添加弁４２および／またはグロープラグ４４を作動させるときは、上記したように排気通路へ加熱して排気処理装置の昇温を図るときである。しかし、そのような燃料添加弁４２および／またはグロープラグ４４の作動は排気通路での燃料の酸化等を生じさせるので、燃料カット中またはアイドル運転中に積極的に行われるとよい。そのようなときには、排気通路の酸素濃度が相対的に高いからである。
【００５９】
以上述べたように排気通路への加熱が必要であるか否かがＥＣＵ７０により判断され、それが必要であるとＥＣＵ７０が判断したとき、ＥＣＵ７０により燃料添加弁４２および／またはグロープラグ４４は作動制御される。そして、このような燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の各作動は酸化装置４６よりも下流側の排気の状態に応じてＥＣＵ７０により制御される。以下に本実施形態での、その制御について図１０のフローチャートに基づいて説明する。
【００６０】
まず、ＥＣＵ７０は加熱が必要か否かを判定する（ステップＳ１０１）。加熱が必要か否かは、上記各種センサからの出力および／または運転状態に基づいて判定される。加熱が必要なときには、上記したように、エンジン始動時、排気処理装置の昇温を図るとき、第２処理装置の再生を図るときが含まれる。
【００６１】
加熱が必要であると判定されると（ステップＳ１０１で肯定判定）、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４が作動される（ステップＳ１０３）。この作動には、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の両方を作動させる場合と、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４のいずれか一方のみを作動させる場合とが含まれる。このような作動形態の選択は、上記各種センサからの出力および／または運転状態に基づくと共に、予め記憶するデータ等に基づいて、実行される。ただし、ここでは、説明を容易にするために、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の両方を作動させる場合についてのみ以下説明する。ただし、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４がそれまで停止状態であったときには、基本データ（例えば基本燃料添加量および基本供給電力）にしたがって燃料添加弁４２およびグロープラグ４４のそれぞれは作動される。そして、以後のルーチンのステップＳ１０３では、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の作動状態は維持される。
【００６２】
燃料添加弁４２およびグロープラグ４４が作動されると（ステップＳ１０３）、所定時間経過したか否かが判定される（ステップＳ１０５）。ここで判定対象となる時間は、加熱が必要であると判断された時点からの経過時間であり、ＥＣＵ７０により計測される。所定時間は予め実験に基づいて定められていてここでは定数であるが、変数とされてもよい。なお、この所定時間は、上記した図５の実験にしたがって定められることができる。
【００６３】
所定時間経過したと判定されると（ステップＳ１０５で肯定判定）、酸化装置４６を火炎が未通過か否かが判定される（ステップＳ１０７）。この判定（ステップＳ１０７）は酸化装置４６よりも下流側の排気の状態を判定することに相当する。ＥＣＵ７０は、第１温度センサ７８からの出力に基づいて火炎が未通過であるか否かを判定する。具体的には、第１温度センサ７８からの出力に基づいて検出された温度が、酸化装置４６を火炎が通過したことに相当する所定温度未満（例えば８００℃未満）であるか否かで判定される。
【００６４】
酸化装置４６を火炎が通過したと判定されると（ステップＳ１０７で否定判定）、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の作動が基本データまたはそれまでに補正されたデータにしたがってそのまま続行される（ステップＳ１０９）。
【００６５】
他方、酸化装置４６を火炎が未通過であると判定されると（ステップＳ１０７で肯定判定）、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の作動制御において基本データが補正される。この場合、火炎が未通過であるので、加熱量をそれまでよりも高めて加熱を強化するように、グロープラグ４４への供給電力を増やすようにグロープラグ４４の作動が補正制御され、燃料添加弁４２による燃料添加量を増やすように燃料添加弁４２の作動が補正制御される（ステップＳ１１１）。なお、以後のルーチンのステップＳ１０７では、補正量がさらに大きくされる。ただし、グロープラグ４４への供給電力を増やすことと、燃料添加弁４２による燃料添加量を増やすことのうちのいずれか一方により、加熱量をそれまでよりも高めることは可能である。それ故、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４のいずれかの作動のみが補正制御されてもよい。
【００６６】
なお、酸化装置４６を火炎が未通過であると判定されたとき（ステップＳ１０７で肯定判定）、ステップＳ１１１でフィードバック制御が実行されることも可能である。この場合、例えば、第１温度センサ７８からの出力に基づいて、酸化装置４６下流側の温度が所定温度（例えば８００℃）に一致するように、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の少なくとも一方の作動がフィードバック制御される。
【００６７】
なお、加熱が必要でないと判定されると（ステップＳ１０１で否定判定）、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の作動が停止される（ステップＳ１１３）。
【００６８】
加えて、本実施形態では、上記したように加熱が強化されるとき（ステップＳ１１１）、ＥＣＵ７０は、排気通路１８に供給される排気量を調整する。具体的には、そのとき、排気量が増やされる。これは、スロットル開度がそれまでよりも大きくなるようにかつ燃料噴射量がそれに対応させて多くなるようにスロットルバルブ２１と燃料噴射弁２２とを補正制御することを意味する。これにより、排気流量が増大し、燃料添加弁４２から添加された燃料の気化が促進され、その添加燃料の燃焼が促される。したがって、酸化装置４６下流側の排気の温度をそれまでよりも高めることが可能になる。なお、エンジン５が火花点火式内燃機関である場合、点火時期も補正制御されるとよい。また、排気量が増大するように、スロットルバルブ２１、燃料噴射弁２２、点火プラグの各作動のいずれか１つのみが補正制御されてもよい。ただし、ステップＳ１１１に至ったとき燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の補正制御が実行されずに、排気通路１８に供給される排気量のみが上記したように調整されてもよい。
【００６９】
以上、本発明を実施形態およびその変形例に基づいて説明したが、本発明はそれらに限定されず、他の実施形態を許容する。例えば、上記実施形態では、燃料添加手段として燃料添加弁を用いて、該燃料添加弁からエンジンの燃料と同じ燃料を添加した。しかし、他の燃料を用いることができ、例えば、添加剤として、エタノール、メタノール等のアルコールを用いることができる。
【００７０】
また、排気通路に設けられる排気処理装置の数、種類、構成および配列順序は、上記実施形態に限定されない。排気処理装置の数は１つでも、２つでも、４つ以上でもよい。排気処理装置として、種々の触媒、フィルタ等が用いられ得る。また、上記酸化装置は、上記した構成を有する酸化触媒を含まなくてもよく、別の酸化機能を有する触媒を含むことができる。第１処理装置２８の酸化触媒と酸化装置４６の酸化触媒とは同じであっても異なってもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、酸化装置よりも下流側の排気の状態を判定するために、温度検出手段である第１温度センサを用いたが、他の検出手段が用いられることができる。例えば、Ａ／Ｆセンサ、Ｏ２センサ、ＮＯｘセンサなどの排気成分に応じて出力が変わるセンサを検出手段として用いることができる。これらの出力に基づいて判定手段として機能するＥＣＵの部分は、酸化装置下流側の排気の状態を判定することができる。そして、この場合、ＥＣＵは、判定された酸化装置下流側の排気の状態に応じて、燃料添加弁およびグロープラグの両方または一方の作動を制御することができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、本発明はディーゼルエンジンに適用されたが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリンエンジン、筒内噴射形式のガソリンエンジン等の各種のエンジンに適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でもよい。また、本発明が適用されるエンジンの気筒数、気筒配列形式などは如何なるものであってもよい。
【００７３】
以上、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、クレームされた発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。本発明の実施態様は上述の態様のみに限らず、本発明は、請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含む。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【図１】
2012066606.tif 000003
【図２】
2012066606.tif 000004
【図３】
2012066606.tif 000005
【図４】
2012066606.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012066606.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2012066606.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気処理装置を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気処理装置よりも上流側に設けられた酸化装置と、
該酸化装置の上流側に燃料を添加するための燃料添加手段と、そして、
該燃料添加手段から添加された燃料を加熱するために前記酸化装置の上流側に設けられた加熱手段と
を含む昇温装置
を備え、
前記燃料添加手段により添加された燃料を前記加熱手段で加熱することで生じた火炎が前記酸化装置を通過すると共に該昇温装置からの微粒子の排出が抑制されるように、前記酸化装置は、排気流路方向断面において、０．０００６４５１６ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路を備えるように形成されている、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記酸化装置の前記ガス通路の各々は、前記排気流路方向断面において、１．６ｍｍ以上かつ４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されている、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化装置よりも下流側の排気の状態に応じて出力が変化する検出手段と、
該検出手段による出力に基づいて、前記酸化装置よりも下流側の排気の状態を判定する判定手段と
をさらに備える、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する制御手段は、前記判定手段により判定された前記酸化装置よりも下流側の排気の状態に応じて、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記酸化装置よりも下流側の排気通路に設けられた温度検出手段と、
該温度検出手段による出力に基づいて、前記酸化装置よりも下流側の温度が前記酸化装置を火炎が通過したことに相当する所定温度未満であるか否かを判定する判定手段と
をさらに備える、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する制御手段は、前記判定手段により前記酸化装置よりも下流側の温度が前記所定温度未満と判定されたとき、加熱量をそれまでよりも高めるように、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動を制御する、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記排気通路に供給される排気量を調整する排気量調整装置をさらに備え、
該排気量調整装置は、前記判定手段により前記酸化装置よりも下流側の温度が前記所定温度未満と判定されたとき、排気量をそれまでよりも多くする、請求項５または６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
領域において選択され得る。
先行技術文献
特許文献
［０００４］
特許文献１：特開２０１０−０５９８８６号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００５］
上記したように排気処理装置よりも上流側に小型酸化触媒つまり酸化装置を備える場合、その酸化装置は一般に複数のガス通路を備える。しかし、それらガス通路の形状および大きさ等に応じてそれらガス通路におけるガスの通り易さは異なる。例えば、ガスの通り易さに応じて、排気通路に添加供給された燃料の燃焼のし易さは異なり、ガスが通り難い場合、添加燃料の燃焼により生じた火炎が酸化装置で消える場合もある。このような失火は、排気処理装置の加熱を阻害するので、好ましくない。
［０００６］
そこで本発明の一の目的は、排気処理装置よりも上流側に設けられる酸化装置におけるガスの通り易さを好適にすることにある。
課題を解決するための手段
［０００７］
本発明の一の態様によれば、排気通路に排気処理装置を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気処理装置よりも上流側に設けられた酸化装置と、該酸化装置の上流側に燃料を添加するための燃料添加手段と、該燃料添加手段から添加された燃料を加熱するために前記酸化装置の上流側に設けられた加熱手段とを備え、前記酸化装置は、排気流路方向断面において、０．０００６４５１６ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路を備えるように形成されている、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
［０００８］
上記構成によれば、酸化装置は、排気流路方向断面において、０．０００６４５１６ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路を備えるように形成されているので、ガスは酸化装置を効果的に通過することが可能になる。
［０００９］
好ましくは、前記酸化装置の前記ガス通路の各々は、前記排気流路方向断
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
ａは互いに独立している。換言すると、本実施形態での酸化装置４６は、その上流端から下流端に概ね直線的に延びた複数の独立セルを有する所謂ストレートフロー型であり、個々のセルがガス通路４６ａを形成する。なお、図３から明らかなように、排気管１４は概ね断面円形であり、酸化装置４６は概ね断面円形であり、両者は互いに同軸に配置されている。
［００３３］
他方、燃料添加弁４２から添加された燃料は、グロープラグ４４の発熱部４４ａ周囲を通過して酸化装置４６に至り、酸化装置４６のガス通路４６ａを通過する。上記したように、酸化装置４６に至る前に、添加燃料Ｆは燃焼し得、これにより生成した火炎は、酸化装置４６の各ガス通路４６ａに導かれ得る。
［００３４］
このような火炎や火炎を含むガスの好適な通過および排気浄化機能の維持確保を考慮して、酸化装置４６は設計されて、構築されている。ここで酸化装置４６についてより詳しく述べる。
［００３５］
酸化装置４６は、排気流路方向Ａ（図２参照）に略直交する平面での断面（以下、排気流路方向断面）において、１平方インチ当たりつまり０．０００６４５１６ｍ２当たり、３０以上かつ２００以下のガス通路４６ａを備えるように形成されている。この酸化装置４６におけるガス通路の数つまりセル数は、後述するように、火炎の通過し易さと、煤等の微粒子の発生の抑制との両立を図るべく導き出されている。
［００３６］
ここで、排気流路方向断面における酸化装置４６の任意の１つのガス通路４６ａを図４に示す。本実施形態では、ガス通路４６ａの断面形状は略正方形であるので、そこに内接円Ｉを実質的に定めることができる。排気流路方向断面におけるガス通路４６ａの内接円Ｉが１．６ｍｍ以上４．９ｍｍ以下の直径を有するように、本実施形態の酸化装置４６は設計されている。
［００３７］
これらガス通路の数、および、その形状および大きさに関して、ここで以下に説明される。
［００３８］
図５は、酸化装置の排気流路方向断面における０．０００６４５１６ｍ２当たりのガス通路の数と、火炎の通過特性値との関係を概念的に表したグラフで
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
ある。火炎の通過特性値としてはここでは火炎を酸化装置に所定時間送り続けたときの酸化装置下流側の温度が用いられていている。図５に結果が示される実験では、排気流路方向断面における単位断面積当たりのガス通路の数つまり通路密度（セル密度）が異なる複数の酸化装置を用いた。通路密度の単位として実験ではｃｐｓｉ（ｃｅｌｌ  ｐｅｒ  ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ）を用い、各々が排気流路方向断面において１ｃｐｓｉ、３０ｃｐｓｉ、５０ｃｐｓｉ、１００ｃｐｓｉ、２００ｃｐｓｉ、３００ｃｐｓｉ、４００ｃｐｓｉの密度のガス通路を有する複数の酸化装置を用いた。そして実験ではそれらの各々に対して火炎を所定時間送り続け、その下流側の温度がどの程度まで高まるかを調べた。具体的には、酸化装置下流側に設けた温度センサによる出力に基づいて酸化装置下流側の温度を計測し、酸化装置における火炎の通過の程度を判断した。そして、酸化装置下流側の温度が火炎温度に相当する所定温度（例えば８００℃）以上であったとき、火炎が酸化装置を通過したと判断した。ただし、酸化装置下流側の温度は、酸化装置に火炎を所定時間送り続けたときに、温度センサを用いて得られた最高温度に相当する。
［００３９］
その結果、酸化装置のガス通路の数つまり通路密度が、２００ｃｐｓｉ以下のとき、酸化装置を火炎が通過するとの結果が得られた。
［００４０］
また、この実験および同様の実験を通じて、酸化装置のガス通路の断面形状および大きさと、火炎の通過し易さとの関係を調べた。その結果、酸化装置のガス通路が排気流路方向断面において１．６ｍｍ以上の直径の円が内接するように形成されているとき、酸化装置を火炎が通過することが分かった。
［００４１］
以上より、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数つまり通路密度が、２００ｃｐｓｉ以下（０．０００６４５１６ｍ２当たり２００以下）であるとき、火炎の好適な通過が確保されることが明らかになった。そして、そのためには酸化装置のガス通路は排気流路方向断面において１．６ｍｍ以上の直径の円が内接するように形成されているとよいことが分かった。
［００４２］
他方、火炎が好適に酸化装置を通過する場合であっても、燃料添加弁によ
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
り添加された燃料の燃焼により、排気状態が悪化するのでは好ましくない。そこで、酸化装置のガス通路の数と、煤等の微粒子の排出量との関係を実験で調べた。その結果が、図６のグラフに概念的に表されている。ただし、実験では、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数に相当する種々の太さの実験通路、具体的には１ｃｐｓｉ、１５ｃｐｓｉ、３０ｃｐｓｉ、５０ｃｐｓｉ、１００ｃｐｓｉ、２００ｃｐｓｉのそれぞれに相当する太さの実験通路を用いた。そして、実験では、各実験通路上流側で燃料を燃焼させ、火炎を各実験通路に送った。該実験通路の下流側にガス中の微粒子の量つまりスモーク量を検出するためのセンサ（すす検出器）を配置し、該センサの出力に基づいて微粒子の排出量を評価した。
［００４３］
その結果、酸化装置のガス通路の数つまり通路密度が、３０ｃｐｓｉ以上のとき、微粒子の排出が所定量以下に抑制できることが分かった。このように、酸化装置のガス通路の数つまり通路密度を３０ｃｐｓｉ以上とすることで、微粒子の排出量を抑制でき、さらにこれにより排気通路での圧力損失を抑制することができる。通路密度つまりセル密度が１ｃｐｓｉの場合、添加燃料が付着する領域が酸化装置に少なく、それ故に、燃料の気化が生じ難く、微粒子の排出量が所定量を超えたようである。
［００４４］
また、この実験および同様の実験を通じて、酸化装置のガス通路の断面形状および大きさと、微粒子の排出との関係を調べた。その結果、酸化装置のガス通路が排気流路方向断面において４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されているとき、微粒子の排出を抑制できることが分かった。
［００４５］
以上より、酸化装置の単位断面積当たりのガス通路の数つまり通路密度が、３０ｃｐｓｉ以上（０．０００６４５１６ｍ２当たり３０以上）であるとき、微粒子の排出を好適に抑制できることが明らかになった。そして、そのためには酸化装置のガス通路は排気流路方向断面において４．９ｍｍ以下の直径の円が内接するように形成されているとよいことが分かった。
［００４６］
これらの実験結果にしたがって、上記したように、本実施形態の酸化装置４６は、排気流路方向断面において０．０００６４５１６ｍ２当たり３０以上か
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2012066606.tif 000013
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2012066606.tif 000014
【国際調査報告】
2012066606.tif 000015
2012066606.tif 000016
2012066606.tif 000017
2012066606.tif 000018