(57)【要約】【課題】  排気ガス中のＮＯXを効率的に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を提供する。【解決手段】  内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、酸化触媒と、当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒と、を含む内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒の上流側で排気通路から分岐して、酸化触媒の下流側であって、酸化触媒とＳＣＲ触媒との間で排気通路に合流するバイパスと、排気ガスの温度を測定するための温度センサと、酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を変えるための流量制御弁と、流量割合を調整するための制御手段と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、酸化触媒と、当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒と、を含む内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気ガスの温度を測定するための温度センサと、
前記酸化触媒の上流側で前記排気通路から分岐して、前記酸化触媒の下流側であって、前記酸化触媒とＳＣＲ触媒との間で前記排気通路に合流するバイパスと、
前記温度センサによって測定された温度をもとに、前記酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を設定するための制御手段と、
前記制御手段からの信号に基づいて、前記流量割合を変えるための流量割合制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記流量割合制御手段が、前記流量割合を連続的又は段階的に可変であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記流量割合制御手段が、流路制御弁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転状態を検知するための検出手段をさらに備えるとともに、前記制御手段は、前記検出手段で検知された内燃機関の運転状態にさらに対応させて、前記流量割合を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
酸化触媒及びＳＣＲ触媒を含む排気浄化装置であって、前記排気ガスの温度を測定するための温度センサと、前記酸化触媒の上流側で前記排気通路から分岐して、前記酸化触媒の下流側であって、前記酸化触媒とＳＣＲ触媒との間で前記排気通路に合流するバイパスと、前記温度センサによって測定された温度をもとに、前記酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を設定するための制御手段と、前記制御手段からの信号に基づいて、前記流量割合を変えるための流量割合制御手段と、を備えた排気浄化装置を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、
前記温度センサによって前記排気ガスの温度を測定し、
当該測定温度をもとに、前記制御手段によって、前記酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を設定し、
前記流量割合の設定値に基づいて、前記流量割合制御手段によって、前記流量割合を変えることにより、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態を検知するとともに、当該運転状態にさらに対応させて、前記制御手段により前記流量割合を設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項７】
前記排気ガスの温度を、前記酸化触媒の入口及び出口、あるいはいずれか一方で測定することを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項８】
前記排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を、あらかじめ求めた、ＮＯXの還元速度が最も速くなる比率に一致させることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスの排気浄化装置及び排気浄化方法に関し、特に、排気ガス中のＮＯXを効率的に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、黒煙微粒子（以下、ＰＭと称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯXと称する）等が含まれている。そのために、内燃機関の後処理装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）やＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction）等を設けて、排気ガスを浄化する対策がとられている。
例えば、後処理装置としてＤＰＦを備えた場合には、ＤＰＦにおいて排気ガス中のＰＭを吸着するとともに、定期的に、バーナで燃焼させたり、酸化触媒を通過した高温ガスによって燃焼（酸化）させたりすることにより、ＰＭを除去している。また、後処理装置としてＳＣＲ触媒を備えた場合には、排気ガス中のＮＯやＮＯ2をＮＯX触媒に吸着させるとともに、尿素等のＮＯX還元剤を噴射して還元反応させ、窒素と水とに分解して排出している。
【０００３】
かかる後処理装置を備えた排気浄化装置として、図５に示すように、酸化触媒と、ＮＯX触媒が担持されたＤＰＦとを含む排気浄化装置が開示されている。より具体的には、ＤＰＦにはＮＯX触媒が担持されており、排気通路のうち酸化触媒の上流の部分と、当該酸化触媒の下流、かつＤＰＦの上流の部分とがバイパス通路で接続されており、バイパス通路にはＮＯX還元剤を供給する還元剤供給手段が設けられ、バイパス通路の酸化触媒の上流の分岐部には、酸化触媒の温度に応じて排気の酸化触媒側への流通と、バイパス通路への流通とを切り換える切換弁が設けられた排気浄化装置である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１３７３０号公報  （特許請求の範囲  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された排気浄化装置に備えられた切換弁は、酸化触媒側へ排気ガスを流通させる際にはバイパス通路側を遮断し、バイパス通路側へ排気ガスを流通させる際には酸化触媒側を遮断する切換弁であるために、ＮＯX触媒が担持されたＤＰＦに流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を、きめ細かく制御することができないものであった。すなわち、排気ガスの温度や内燃機関の運転状態等によって、排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率が異なるにもかかわらず、その比率を考慮することなく、ＮＯX触媒に流入させる構成であった。したがって、ＮＯX触媒におけるＮＯX浄化率を最大値に近づけるように、ＮＯとＮＯ2との比率を制御して、ＮＯ及びＮＯ2と、ＮＯX還元剤とを効率的に還元反応させることができないという問題があった。
また、かかる排気浄化装置は、後処理装置として、ＮＯX触媒担持型のＤＰＦを備えることを必須とし、排気ガス中に含まれるＰＭとＮＯXとを同時に除去することを目的としているものであった。したがって、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比率をきめ細かく制御することは困難であるために、排気ガスの浄化率が必ずしも高くならない場合があった。
【０００５】
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、排気浄化装置に所定のバイパスを設けて、酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を制御することにより、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比率をきめ細かく制御して、排気ガス中のＮＯXを効率的に浄化することができることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、ＳＣＲ触媒に流入させる排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を制御することにより、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を著しく向上させることができる排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、酸化触媒と、当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒と、を含む内燃機関の排気浄化装置であって、
排気ガスの温度を測定するための温度センサと、
酸化触媒の上流側で排気通路から分岐して、酸化触媒の下流側であって、酸化触媒とＳＣＲ触媒との間で排気通路に合流するバイパスと、
温度センサによって測定された温度をもとに、酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を設定するための制御手段と、
制御手段からの信号に基づいて、流量割合を変えるための流量割合制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【０００７】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、流量割合制御手段が、流量割合を連続的又は段階的に可変であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、流量割合制御手段が、流路制御弁であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、内燃機関の運転状態を検知するための検出手段をさらに備えるとともに、制御手段は、検出手段で検知された内燃機関の運転状態にさらに対応させて、流量割合を設定することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の別の態様は、酸化触媒及びＳＣＲ触媒を含む排気浄化装置であって、排気ガスの温度を測定するための温度センサと、酸化触媒の上流側で排気通路から分岐して、酸化触媒の下流側であって、酸化触媒とＳＣＲ触媒との間で排気通路に合流するバイパスと、温度センサによって測定された温度をもとに、酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を設定するための制御手段と、制御手段からの信号に基づいて、流量割合を変えるための流量割合制御手段と、を備えた排気浄化装置を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化方法であって、
温度センサによって排気ガスの温度を測定し、
当該測定温度をもとに、制御手段によって、酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を設定し、
流量割合の設定値に基づいて、流量割合制御手段によって、流量割合を変えることにより、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法である。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、内燃機関の運転状態を検知するとともに、当該運転状態にさらに対応させて、制御手段により流量割合を設定することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、排気ガスの温度を、酸化触媒の入口及び出口、あるいはいずれか一方で測定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を、あらかじめ求めた、ＮＯXの還元速度が最も速くなる比率に一致させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、所定の温度センサ、バイパス、流量割合を設定するための制御手段、及び流量割合制御手段を備えることにより、排気ガスの温度に対応させて、酸化触媒側とバイパス側とに流れる排気ガスの流量割合を精度良く制御することができるようになる。したがって、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率をきめ細かく制御することができるために、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を著しく向上させることができる。
なお、排気ガス中のＰＭについては、内燃機関において、燃料の噴射タイミングを遅らせることにより、効率的に低減させることができることが判明しており、本発明の排気浄化装置を使用するとともに、このような噴射タイミングの制御を併せて行うことにより、内燃機関から排出される排気ガス中のＰＭについても、効果的に低減することができる。
【００１５】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、流量割合を連続的又は段階的に変化させることにより、酸化触媒側又はバイパス側のいずれかを完全に遮断することなく、排気ガス温度に適した流量割合に制御することが容易になる。
【００１６】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、所定の流路制御弁を備えることにより、ＮＯXの還元速度に影響を与える排気ガスの温度変化に対応させて、容易に排気ガスの流量割合を変えることができ、ＳＣＲ触媒でのＮＯXの浄化率を著しく向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、所定の検出手段をさらに備え、内燃機関の運転状態にも考慮しつつ燃料割合を設定することにより、運転状態の変化に対応させて、ＳＣＲ触媒でのＮＯXの浄化率を著しく向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法によれば、温度センサによって測定される排気ガス温度に対応させて、酸化触媒側とバイパス側とに流れる排気ガスの流量割合を設定することにより、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比率をきめ細かく制御することができる。したがって、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を著しく向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法において、内燃機関の運転状態を併せて考慮して流量割合を制御することにより、運転状態の変化に対応させて、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を著しく向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法において、所定箇所における排気ガスの温度をもとに流量割合を設定することにより、排気ガスの温度に対応させて、よりきめ細かく、排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を制御することができる。
【００２１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法において、排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を所定の比率に一致させるように制御することにより、排気ガスの温度変化あるいは運転状態の変化に対応させて、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、適宜図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化方法に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
【００２３】
１．排気浄化装置
（１）基本的構成
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、内燃機関５０の排気通路２０中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化装置１０であって、酸化触媒１１と、当該酸化触媒１１の下流側に配置されたＳＣＲ触媒１３と、を含む内燃機関の排気浄化装置１０である。
かかる内燃機関の排気浄化装置１０は、排気ガスの温度を測定するための温度センサ１７と、酸化触媒１１の上流側で排気通路２０から分岐して、酸化触媒１１の下流側であって、酸化触媒１１とＳＣＲ触媒１３との間で排気通路２０に合流するバイパス２１と、温度センサ１７によって測定された温度をもとに、酸化触媒１１側及びバイパス２１側を流れる排気ガスの流量割合を設定するための制御手段１９と、制御手段１９からの信号に基づいて、流量割合を変えるための流量割合制御手段１５と、を備えることを特徴とする。
すなわち、かかる排気浄化装置によれば、排気ガスの温度をもとに、酸化触媒を通過させる排気ガスの量を制御することにより、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比率を制御することができる。したがって、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化効率を著しく向上させることができる。
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置を、構成要件ごとに分けて説明する。
【００２４】
（２）内燃機関
排気ガスを排出する内燃機関５０としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化装置の取り付けが必須であるばかりか、その再生が必須のディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
また、図１中に示される、内燃機関の運転状態検出手段５３は、内燃機関５１の回転数や、燃焼温度等を検出する手段であって、当該検出結果をも考慮して、後述する流量割合制御手段１５を制御できるように構成してあることが好ましい。
また、本発明を実施することにより、排気ガス中のＮＯXを効率的に浄化することができるが、内燃機関における、燃料の噴射タイミングを遅らせるように制御することにより、排気ガスに含まれるＮＯX以外のＰＭ等の含有量を効果的に減少させることができる。
【００２５】
（３）排気通路
また、排気通路２０は、内燃機関の排気口に接続されており、その途中に、酸化触媒１１やＳＣＲ触媒１３が配設される。かかる排気通路２０の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路２０であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
【００２６】
（４）温度センサ
また、排気通路２０の途中には、排気ガスの温度を測定するための温度センサ１７を備えている。かかる温度センサ１７によって測定される排気ガスの温度をもとに、酸化触媒１１におけるＮＯからＮＯ2への酸化反応率が推定でき、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を予測することができるためである。
かかる温度センサ１７は、酸化触媒１１中に備えられることが最も好ましい態様であるが、現実には、酸化触媒１１中に温度センサを備えることは困難であるために、酸化触媒１１の入口及び出口、あるいはいずれか一方に備えられることが好ましい。
【００２７】
（５）酸化触媒
内燃機関５０から排出された排気ガスの排気通路２０中に配置される酸化触媒１１は、特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに、所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。
特に、本発明に係る排気浄化装置においては、例えば、担持させる白金量を多くしてあることにより、低温領域での酸化能力が比較的強い酸化触媒を使用することが好ましい。この理由は、排気ガスの温度が低温領域にある場合に、効果的にＮＯをＮＯ2に酸化反応させることができる一方、燃料中の硫黄分が原因となってサルフェートが生成されやすい高温領域、例えば、３００℃以上の温度域にある場合であっても、バイパスによって酸化触媒を迂回させて、かかるサルフェートの発生を抑止することができるためである。
【００２８】
（６）ＳＣＲ触媒
また、ＳＣＲ触媒１３は、酸化触媒１１の下流側に配置され、排気ガスに含まれるＮＯXを、尿素（ＮＨ3）を用いて浄化するための触媒である。すなわち、排気ガス中に含まれるＮＯやＮＯ2を触媒に吸着させるとともに、当該ＮＯやＮＯ2に対して尿素（ＮＨ3）を噴射して、窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）とに分解して排出する。
かかるＳＣＲ触媒１３に使用されるＮＯX吸蔵触媒についても特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、多孔質担体上に、活性成分としてのストロンチウム又はバリウム、及びマグネシウム等のアルカリ土類金属や、セリウムとランタン等の希土類金属、白金とロジウム等の貴金属等を含むものを用いることができる。
また、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯやＮＯ2に対して噴射される還元剤としての尿素の態様についても、特に制限されるものではなく、尿素水、尿素粉末、アンモニアガス、アンモニウム塩等を好適に使用することができる。
さらに、これらの尿素を、上述のＮＯX吸蔵触媒に対して噴射する際の噴射手段についても、インジェクタ等の公知のものを使用することができる。
【００２９】
（７）バイパス
また、上述の排気通路２０には、酸化触媒１１の上流側で排気通路２０から分岐して、酸化触媒１１の下流側であって、酸化触媒１１とＳＣＲ触媒１３との間で排気通路２０に合流するバイパス２１が備えられている。かかるバイパス２１を備えることにより、内燃機関５０から排出され、排気通路２０中を通過してくる排気ガスの一部又は全部を、酸化触媒１１を迂回させて、ＳＣＲ触媒１３へと流入させることが可能となる。
より具体的には、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯXが分解される際に、ＮＯとＮＯ2とＮＨ3との還元反応速度は、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率に大きく依存する。また、排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率は、排気ガス中のＮＯが酸化触媒１１によって酸化されＮＯ2が生成されることから、排気ガスの酸化触媒１１への流量に依存する。さらに、酸化触媒１１を通過する排気ガス中のＮＯが酸化されて、ＮＯ2が生成される転換率は、排気ガスの温度に依存する。したがって、かかるバイパス２１を備えることにより、排気ガスの温度をもとに、排気ガスの一部又は全部を、酸化触媒１１を迂回させてバイパス２１側を通過させることができ、ＳＣＲ触媒１３へ流入させる排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率をきめ細かく制御することができる。
【００３０】
かかるバイパスの径や長さ、さらには本数については特に制限されるものではなく、適宜選択することができる。例えば、バイパスを二本設けた場合には、後述の流量割合制御手段により、より精密に酸化触媒側とバイパス側とを流れる排気ガスの流量割合を制御することができる。また、バイパスを二本備えた場合には、そのうちの一本につき補修点検する必要がある場合であっても、他の一本を使用して流量割合を継続して制御することができる。
また、かかるバイパスの途中に、ＮＯXを還元反応させるための尿素を供給する手段を備えることも好ましい。この理由は、このように尿素を供給する噴射手段等を配置することにより、バイパスが排気通路に合流する箇所において、バイパス側を通過し、あらかじめ尿素が混合された排気ガスと、酸化触媒側を通過した排気ガスとが混合される際に、排気ガス中に尿素を均一に分散させることができるためである。
【００３１】
（８）制御手段
また、本発明の排気浄化装置１０には、上述の温度センサ１７によって測定された温度をもとに、酸化触媒１１側及びバイパス２１側を流れる排気ガスの流量割合を設定するための制御手段１９が備えられている。すなわち、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯXの還元速度が最も速くなる比率に一致させるために、流量割合制御手段１５を調整するための制御手段１９である。例えば、酸化触媒１１や、酸化触媒１１の入口又は出口に備えられた温度センサ１７によって測定される温度、さらには、内燃機関５１の運転状態から推定される排気ガスの温度をもとに、上述の流量割合を所定割合に設定した上で、流量割合制御手段１５に信号を送ることにより、当該流量割合制御手段１５を制御することができる。
【００３２】
（９）流量割合制御手段
また、酸化触媒１１の上流側で、上記バイパス２１が排気通路２０から分岐する分岐点には、流量割合制御手段１５が備えられている。かかる流量割合制御手段１５は、上述の流量割合を設定するための制御手段１９からの信号に基づいて、酸化触媒１１側とバイパス２１側とをそれぞれ流れる排気ガスの流量割合を変えることができるように構成されている。すなわち、排気ガスの温度に対応させて、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率を、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯXの還元速度が最も速くなる比率に制御して、ＮＯXの浄化率を向上させるためである。また、このように構成することにより、酸化能力の高い酸化触媒１１を用いた場合であっても、高温領域で異常に酸化反応して排気ガスの温度が上昇し、ＳＣＲ触媒１３を熱損傷させてしまうことを防止することができるためである。
【００３３】
かかる流量割合制御手段１５としては、上述の制御手段１９から送られてくる信号をもとに流量割合を変えることが可能なものであれば、好適に使用することができ、例えば、流量制御弁とすることができる。かかる流量制御弁１５は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、その開度を調整することによって、酸化触媒１１側とバイパス２１側とをそれぞれ流れる排気ガスの流量割合を変えることができる。すなわち、排気ガスの全部を酸化触媒１１に流入させる際には、図１（ａ）に示すように、バイパス２１側の入口を塞ぐように弁体を配置すればよい。また、排気ガスの全部をバイパス２１側に流入させる場合には、図１（ｃ）に示すように、酸化触媒１１側の入口を塞ぐように弁体を配置すればよい。さらに、排気ガスを酸化触媒１１側とバイパス２１側とにそれぞれ分けて、所望の流量割合で流入させる際には、図１（ｂ）に示すように、いずれにも排気ガスが流入するように制御しつつ、配置位置を変えればよい。
かかる流量割合制御手段は、図２（ａ）に示すように、一つの弁体１５ａから構成することもでき、図２（ｂ）に示すように、二つの弁体１５ｂから構成することもでき、さらには、図２（ｃ）に示すように、シャッター部材１５ｃから構成することもできる。
【００３４】
２．排気浄化方法
次に、上述した構成の排気浄化装置１０を用いて、排気ガス中のＮＯXを浄化する排気浄化方法について詳細に説明する。
かかる内燃機関の排気浄化方法は、温度センサによって排気ガスの温度を測定し、当該測定温度をもとに、制御手段によって、酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を設定し、流量割合の設定値に基づいて、流量割合制御手段によって流量割合を変えることにより、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を制御することを特徴とする。
なお、以下の説明においては、流量割合制御手段として流量制御弁を用いた例を説明する。
【００３５】
まず、酸化触媒の入口及び出口に配置した温度センサによって、排気ガスの温度を測定し、測定された値を、流量割合を設定するための制御手段に送信する。このとき測定する排気ガスの温度は、酸化触媒中や、酸化触媒の入口又は出口のいずれか一方で測定したり、あるいは、さらに内燃機関の運転状態を考慮して排気ガスの温度を測定したりすることもできる。ただし、酸化触媒中に温度センサを組み込むことは現実問題として困難な場合が多いことから、酸化触媒の入口及び出口の温度を測定して、酸化触媒を通過する排気ガスの温度を測定することが好ましく、より正確な排気ガスの温度を測定するために、さらに、検知手段によって検出される内燃機関の運転状態も考慮して、排気ガスの温度を測定することがより好ましい。
【００３６】
次に、流量割合を設定するための制御手段において、測定された排気ガスの温度をもとに、酸化触媒側とバイパス側とに流入させる排気ガスの流量割合を設定する。そして、当該流量割合の設定に基づき、流量制御弁の配置を制御することによって、排気ガスの流量割合を変える。これによって、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を、ＮＯXの還元速度が最も速くなる比率に一致させるように制御することができ、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を向上させることができるようになる。
【００３７】
ここで、排気ガスの温度と、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率と、ＮＯXの浄化率との関係を、図３を参照しつつ説明する。図３中、破線Ａは、酸化能力の高い酸化触媒を用いた場合における、排気ガスの温度と、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率（ＮＯ2／ＮＯ）との関係を示し、破線Ｃは、その場合における排気ガスの温度と、ＳＣＲ触媒でのＮＯXの浄化率との関係を示している。また、実線Ｂは、通常の酸化能力の酸化触媒を用いた場合における、排気ガスの温度と、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率（ＮＯ2／ＮＯ）との関係を示し、実線Ｄは、その場合における排気ガスの温度と、ＳＣＲ触媒でのＮＯXの浄化率との関係を示している。さらに、点線Ｅは、酸化触媒を用いないで、排気ガスをそのまま流した場合における、排気ガスの温度と、ＳＣＲ触媒でのＮＯXの浄化率との関係を示している。
ただし、これらの関係は、測定条件によって変化する場合があるため、図３は、あくまでも一例として示されるものであり、本発明における流量割合を変化させるための温度領域を限定するものではない。
【００３８】
かかる図３に示すように、排気ガスの温度が約２２０℃未満の温度域においては、通常の酸化能力の酸化触媒を用いた場合（実線Ｄ）よりも、酸化能力の高い酸化触媒を用いた場合（破線Ｃ）の方が、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率が高い値を示している。
より具体的には、このような比較的低温の温度域で通常の酸化能力の酸化触媒を用いても、酸化触媒が十分に活性化されないために、排気ガス中のＮＯが酸化されてＮＯ2が生成されることが少ない。そのため、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率（ＮＯ2／ＮＯ）が小さくなる（実線Ｂ）とともに、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガスの温度も昇温させられないために、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化を効率的に行うことができない（実線Ｄ）。そこで、酸化能力の高い酸化触媒を用いることにより、排気ガス中のＮＯを効率的に酸化させてＮＯ2を生成し、ＮＯとＮＯ2との比率（ＮＯ2／ＮＯ）を高める（破線Ａ）とともに、その反応熱により排気ガスの温度を昇温させて、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化効率を向上させることができる（破線Ｃ）。また、その際、排気ガス中に未燃焼の燃料（生ガス：ＨＣ）が存在している場合には、排気ガスを、酸化触媒を通過させることにより、ＨＣが酸化触媒によって酸化され、その際発生する反応熱によって、さらに排気ガスの温度を昇温させることもできる。
【００３９】
ただし、一般的には、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率（ＮＯ2／ＮＯ）が１に近い場合に、ＳＣＲ触媒における還元反応速度が最も早くなることが判明している。そのため、低温領域下で、酸化能力の高い酸化触媒を用いた場合であっても、かかる比率（ＮＯ2／ＮＯ）が１を超えて２に近づく約２００℃付近からは（破線Ａ）、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化効率が低下し始めている（破線Ｃ）。
したがって、約２２０℃未満の温度域であっても、約２００℃を超える領域においては、ＮＯが酸化されてＮＯ2が生成される比率を意図的に低下させることが有効である。このことは、すなわち、かかる領域においては、酸化能力の高い酸化触媒を用いつつ、排気ガスの一部を、酸化触媒を迂回させることが有効であることを示している。
【００４０】
次に、排気ガスの温度が約２２０℃を超える温度域においては、酸化能力の高い酸化触媒（破線Ｃ）を用いた場合よりも、通常の酸化能力の酸化触媒（実線Ｄ）を用いた場合の方が、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率が高い値を示している。
より具体的には、かかる温度域においては、酸化触媒におけるＮＯからＮＯ2への酸化反応についても、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの還元反応についても、比較的効率よく行われる。そのため、酸化能力の高い酸化触媒を用いると、排気ガス中のＮＯが効率的に酸化されてＮＯ2が必要以上に生成され、ＮＯとＮＯ2との比率（ＮＯ2／ＮＯ）が過度に高くなってしまう（破線Ａ）。そして、一般的には、ＳＣＲ触媒における還元反応速度は、ＮＯ2：ＮＯが１：１で存在している場合に、最も早いとされていることから、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの還元効率が低下する（破線Ｃ）。そこで、通常の酸化能力の酸化触媒を用いることにより、排気ガスに含まれるＮＯとＮＯ2との比率（ＮＯ2／ＮＯ）を概ね１前後に維持して（実線Ｂ）、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化効率を向上させることができる（実線Ｄ）。このことは、すなわち、酸化能力が高い酸化触媒を用いつつ、排気ガスの一部を、酸化触媒を迂回させることによっても、同様の結果が得られることを示している。
【００４１】
ただし、排気ガスの温度が約３００℃を超える温度域においては、排気ガスを、酸化触媒を通過させないで、そのままＳＣＲ触媒に流入させた場合であっても、ＮＯXの浄化率が９０％を超える高い値を示している（点線Ｅ）。また、高温の排気ガスを、酸化触媒を通過させた場合には、排気ガス中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ2）からサルフェート（ＳＯ42）が生成されたり、酸化触媒を通過した排気ガスの温度が異常に高温状態となって、ＳＣＲ触媒を熱損傷させたりするという問題もある。
したがって、約３００℃を超える領域においては、排気ガスを、酸化触媒を通過させないことが有効である。
【００４２】
以上より、図３を基にして、排気ガス中のＮＯXを、ＳＣＲ触媒を用いて最も効率的に行うためには、流量制御弁の配置を制御して、図４に示すような流量割合で、排気ガスを、酸化触媒側を通過させるようにすることが有効である。
すなわち、例えば、排気ガスの温度が約２００℃未満の場合には、全ての排気ガスを、酸化触媒側を通過させる（酸化触媒側に１００％）ことにより、ＮＯを効率的に酸化させてＮＯ2を生成するとともに、排気ガスを昇温させることができ、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を向上させることができる。したがって、かかる温度領域においては、図１（ａ）に示すように、バイパス２１側の入口を塞いで、酸化触媒１１側に全ての排気ガスが流入するように、流量制御弁１５を配置することが好ましい。
なお、排気ガスの温度が過度に低く、ＮＯXの還元除去に必要なアンモニアを生成するために必要な温度（約１６０℃）未満である場合であっても、このように配置することにより、排気ガスの温度を昇温させて、ＳＣＲ触媒を昇温活性化させることができる。
【００４３】
また、排気ガスの温度が約２００〜３００℃の範囲内である場合には、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ2：ＮＯの比率が、例えば、１：１に近づくように、酸化触媒側を通過する排気ガスの流量割合を制御する（酸化触媒側に０〜１００％）ことにより、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を向上させることができる。したがって、かかる温度域においては、制御手段において、排気ガスの温度に対応させて、酸化触媒側及びバイパス側を流れる排気ガスの流量割合を所望の割合に設定するとともに、かかる設定値に基づいて、図１（ｂ）に示すように、流量制御弁１５の配置あるいは開度を制御することが好ましい。
例えば、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガスに含まれるＮＯ2：ＮＯとの比率が所望の比率となるように、以下のように、流量制御弁の配置を制御することができる。すなわち、現状のＮＯからＮＯ2への酸化反応率をｘ、目標転換率をＸとしたときに、排気ガスの全流量に占める、酸化触媒側を通過させる排気ガスの流量の割合ａを、ａ＝ｍｉｎ（１、ｍａｘ（０、Ｘ／ｘ））、又は、ａ＝ｍａｘ（０、ｍｉｎ（１，Ｘ／ｘ））となるように流量制御弁の配置を制御することにより、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を向上させることができる。
なお、かかる流量割合は、使用する酸化触媒の酸化能力によっても変わるものである。
【００４４】
さらに、排気ガスの温度が約３００℃を超える場合には、全ての排気ガスを、バイパス側を通過させる（酸化触媒側に０％）ことにより、サルフェートの生成やＳＣＲ触媒の熱損傷を防止しつつ、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率を向上させることができる。したがって、かかる温度域においては、図１（ｃ）に示すように、酸化触媒１１側の入口を塞いで、バイパス２１側に全ての排気ガスが流入するように、流量制御弁１５を配置することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明によれば、所定の温度センサ、バイパス、及び流量割合制御手段を備えた排気浄化装置によって、排気ガスの全部又は一部を、酸化触媒を迂回させることにより、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯとＮＯ2との存在比率を制御して、従来よりも広い温度域において、排気ガス中のＮＯXを有効に浄化させることができる。したがって、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを効率的に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、一つの弁体からなる流量制御弁を備えた排気浄化装置を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ流量割合制御手段の例を示す図である。
【図３】排気ガスの温度に対する、ＮＯとＮＯ2との存在比率及びＮＯXの浄化率を示す図である。
【図４】排気ガスの温度と、酸化触媒側を通過させる排気ガスの流量割合との関係を示す図である。
【図５】従来の排気浄化装置の構成を説明するために供する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：排気浄化装置
１１：酸化触媒
１３：ＳＣＲ触媒
１５：流量割合制御手段
１７：温度センサ
１９：制御手段
２０：排気通路
２１：バイパス
５０：内燃機関
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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