(57)【要約】【課題】  バイパス量の偏りを抑制することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】  排気浄化装置（１００）は、内燃機関の排気通路に設けられた第１排気浄化触媒（１０）と、排気通路において第１排気浄化触媒（１０）よりも下流側に設けられた第２排気浄化触媒（２０）と、を備え、第１排気浄化触媒（１０）の触媒担体（１２）には、第１排気浄化触媒（１０）をバイパスして第２排気浄化触媒（２０）へ排気ガスを直接到達させるバイパス通路（１３）が形成され、バイパス通路（１３）は、触媒担体（１２）の外周部ほど小さい流量抵抗を有する。【選択図】        図２
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【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第１排気浄化触媒と、
前記排気通路において前記第１排気浄化触媒よりも下流側に設けられた第２排気浄化触媒と、を備え、
前記第１排気浄化触媒の触媒担体には、前記第１排気浄化触媒をバイパスして前記第２排気浄化触媒へ排気ガスを直接到達させるバイパス通路が形成され、
前記バイパス通路は、前記触媒担体の外周部ほど小さい流量抵抗を有することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記バイパス通路の本数は、前記触媒担体の外周部ほど多いことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記バイパス通路は、前記担体の外周部ほど大きい通路面積を有することを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第１排気浄化浄化触媒は、前記触媒担体を収容する容器を備え、
前記バイパス通路のうち少なくとも１つは、前記触媒担体と前記容器との間の空間であることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記容器の断面は、略円形であり、
前記触媒担体の断面は、略楕円形であることを特徴とする請求項４記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒担体の径は、前記容器の径よりも小さいことを特徴とする請求項４記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記容器は、下流側において前記触媒担体の直径よりも小さい直径を有する縮径部を備え、
前記縮径部には、流路ガイドが設けられていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記縮径部には、前記バイパス通路からの排気ガスの流れを乱す絞りが設けられていることを特徴とする請求項７記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記絞りには、前記排気ガスを通過させるための孔が設けられていることを特徴とする請求項８記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記第１排気浄化触媒および前記第２排気浄化触媒は、触媒担体にＮＯｘ吸蔵触媒が担持された触媒であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の排気浄化装置。
【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】
内燃機関の排気系に、ＮＯｘ触媒を設ける技術が開示されている。このＮＯｘ触媒は、排気ガスがリーンである場合には排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがストイキまたはリッチである場合には吸蔵したＮＯｘを脱離させつつ浄化する。このＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するためには、ＮＯｘ触媒にＨＣ，ＣＯ等の成分を供給する必要がある。そこで、上流側の触媒をバイパスさせて下流側の触媒に排気ガスを直接到達させるバイパス通路を設けた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２００８４４号公報
【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の技術では、排気流量に応じてバイパス量に偏りが生じる。
【０００５】
本発明は、排気流量に応じたバイパス量の偏りを抑制することができる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】
【０００６】
本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた第１排気浄化触媒と、排気通路において第１排気浄化触媒よりも下流側に設けられた第２排気浄化触媒と、を備え、第１排気浄化触媒の触媒担体には、第１排気浄化触媒をバイパスして第２排気浄化触媒へ排気ガスを直接到達させるバイパス通路が形成され、バイパス通路は、触媒担体の外周部ほど小さい流量抵抗を有することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る排気浄化装置においては、第１排気浄化触媒からしみ出るＮＯｘは、バイパス通路を通過する排気ガス中の還元成分によって還元される。それにより、第２排気浄化触媒におけるＮＯｘの吸蔵エリアを確保することができる。また、バイパス通路が触媒担体の外周部ほど小さい流量抵抗を有することから、排気ガスの流量に応じたバイパス量の偏りを抑制することができる。
【０００８】
バイパス通路の本数は、触媒担体の外周部ほど多くてもよい。また、バイパス通路は、担体の外周部ほど大きい通路面積を有していてもよい。これらの場合、バイパス通路は、触媒担体の外周部ほど小さい流量抵抗を有するようになる。
【０００９】
第１排気浄化浄化触媒は、触媒担体を収容する容器を備え、バイパス通路のうち少なくとも１つは、触媒担体と容器との間の空間であってもよい。また、容器の断面は、略円形であり、触媒担体の断面は、略楕円形であってもよい。また、触媒担体の径は、容器の径よりも小さくてもよい。
【００１０】
容器は、下流側において触媒担体の直径よりも小さい直径を有する縮径部を備え、縮径部には、流路ガイドが設けられていてもよい。また、縮径部には、バイパス通路からの排気ガスの流れを乱す絞りが設けられていてもよい。また、絞りには、排気ガスを通過させるための孔が設けられていてもよい。これらの場合、ＮＯｘと還元成分とが効率よく混合される。それにより、ＮＯｘが効率よく還元される。また、第１排気浄化触媒および第２排気浄化触媒は、触媒担体にＮＯｘ吸蔵触媒が担持された触媒であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第２排気浄化触媒におけるＮＯｘの吸蔵エリアを確保することができる。また、排気ガスの流量に応じたバイパス量の偏りを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例に係る排気浄化装置１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、排気浄化装置１００は、第１排気浄化触媒１０および第２排気浄化触媒２０が上流側から下流側にかけて順に接続された構造を有する。排気浄化装置１００の入口は、例えば内燃機関の排気マニホールド等に接続される。
【００１４】
第１排気浄化触媒１０は、断面略円形の容器１１内に断面略円形の触媒担体１２が収容された構造を有する。第２排気浄化触媒２０は、断面略円形の容器２１内に断面略円形の触媒担体２２が収容された構造を有する。容器１１は、触媒担体１２よりも下流側において触媒担体１２の直径よりも小さい直径を有する縮径部を備える。また、容器２１は、触媒担体２２よりも上流側において触媒担体２２の直径よりも小さい直径を有する縮径部を備える。第１排気浄化触媒１０と第２排気浄化触媒２０とは、それぞれの縮径部を介して接続されている。
【００１５】
触媒担体１２，２２は、ＮＯｘ吸蔵触媒を担持する。ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気ガスがリーンであればＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがストイキまたはリッチであればＮＯｘを脱離させる機能を有する。ＮＯｘ吸蔵触媒は、例えばＰｔ等の貴金属からなる。触媒担体１２，２２は、例えばアルミナ等の多孔質担体からなる。
【００１６】
次に、各触媒担体の断面について説明する。図２（ａ）は、触媒担体２２の断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図である。図２（ｂ）は、触媒担体１２の断面図であり、図１のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）に示すように、触媒担体２２は、複数のセルから構成される網目状のフィルター構造を有する。それにより、触媒担体２２に流入する排気ガスは、効率よく触媒担体２２の触媒作用を受ける。
【００１７】
一方、図２（ｂ）に示すように、触媒担体１２には、触媒担体１２の上流側から触媒担体２２に排気ガスを直接到達させる複数のバイパス通路１３が形成されている。バイパス通路１３には、ＮＯｘ吸蔵触媒が担持されていてもよく、ＮＯｘ吸蔵触媒が担持されていなくてもよい。バイパス通路１３にＮＯｘ吸蔵触媒が担持されている場合には、バイパス通路１３の径は、バイパス通路１３に流入する排気ガスの少なくとも一部が触媒作用を受けずに直接触媒担体２２に到達する程度に大きく設定される。バイパス通路１３にＮＯｘ吸蔵触媒が担持されていない場合、触媒担体１２にＮＯｘ吸蔵触媒を担持させる際に触媒担体１２の一部のセルの内壁面をマスクすることによってバイパス通路１３を形成することができる。
【００１８】
また、触媒担体１２の中心部に形成されたバイパス通路１３に比較して、外周部に形成されたバイパス通路１３は小さい流量抵抗を有する。例えば、触媒担体１２の外周部付近に設けられたバイパス通路１３の通路面積は、触媒担体１２の中心部に設けられたバイパス通路１３の通路面積よりも大きく設定されている。
【００１９】
次に、図１および図２を参照しつつ、排気浄化装置１００の作用について説明する。内燃機関において燃料が燃焼すると、排気ガスが排気浄化装置１００に流入する。排気ガスがリーンである場合、内燃機関からの排気ガス中のＮＯｘは、触媒担体１２および触媒担体２２において吸蔵される。排気ガスがストイキまたはリッチになると、触媒担体１２および触媒担体２２に吸蔵されているＮＯｘは、脱離するとともに排気ガス中のＣＯ、ＨＣ等の還元成分によって還元され、Ｎ２となって排気される。
【００２０】
ここで、排気ガスがリーンである場合、触媒担体１２のＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘがしみ出ることがある。しみ出たＮＯｘは、触媒担体２２のＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。この場合、触媒担体２２における吸蔵エリアが減少する。それにより、触媒担体２２において吸蔵エリアを確保できなくなるおそれがある。しかしながら、本実施例においてはバイパス通路１３を通過する排気ガス中のＣＯ、ＨＣ等の還元成分によって、触媒担体１２のＮＯｘ吸蔵触媒からしみ出たＮＯｘが還元される。したがって、触媒担体２２における吸蔵エリアが確保される。
【００２１】
なお、バイパス通路１３の流量抵抗はバイパス通路１３以外の通路の流量抵抗よりも小さいことから、バイパス通路１３を通過する排気ガスは、バイパス通路１３以外の通路を通過する排気ガスに比較して触媒担体１２の出口に先に到達する。この場合、バイパス通路１３を通過した排気ガスは、触媒担体１２のＮＯｘ触媒からしみ出すＮＯｘを待ち伏せる。したがって、ＮＯｘの浄化効果が大きくなる。また、容器１１が下流側において縮径部を有することから、バイパス通路１３を通過した還元成分とＮＯｘ吸蔵触媒からしみ出るＮＯｘとが効率よく混合される。したがって、ＮＯｘ浄化効果が大きくなる。
【００２２】
ここで、ＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスさせる手段として、上流側触媒担体の内部ではなく触媒担体の外部に設けられた配管からなる通路（以下、外部通路と称する。）を用いることが考えられる。この場合、排気ガスの還元成分の一部は外部通路を通過して直接下流側の触媒担体に到達する。それにより、上流側触媒担体からしみ出るＮＯｘを還元することができる。
【００２３】
しかしながら、上記のような外部通路を設ける場合には、排気ガスの流速が小さければ、上流側触媒担体を通過する排気ガス量に対して外部通路を通過する排気ガス量が過大となってしまう。したがって、排気ガスの流速が小さくかつリーンである場合には、上流側触媒担体においてＮＯｘが十分に吸蔵されず、外部通路を通過するＮＯｘは下流側触媒担体において吸蔵される。この場合、下流側触媒担体における吸蔵エリアを十分に確保することができなくなる。一方で、排気ガスの流速が大きければ、慣性力に起因して外部通路に排気ガスが流入しにくくなる。この場合、外部通路を通過する還元成分量が不十分となってしまう。したがって、上流側触媒担体からしみ出るＮＯｘを十分に還元することができない。
【００２４】
これに比較して、本実施例においては、排気ガスの流速（すなわち排気ガスの流量）にかかわらず、バイパス通路１３を通過する排気ガス量とバイパス通路１３以外の通路を通過する排気ガス量とが適度な量に調整される。したがって、排気ガスの流速にかかわらず、触媒担体２２においてＮＯｘ吸蔵エリアを確保することができる。以下、図３を参照しつつ、バイパス通路１３を通過する排気ガス量が適度な量に調整される原理を説明する。
【００２５】
図３（ａ）は排気ガスの流速が小さい（流量が少ない）場合の排気ガスの流速分布を示し、図３（ｂ）は排気ガスの流速が大きい（流量が多い）場合の排気ガスの流速分布を示す。図３（ａ）および図３（ｂ）において、排気ガスの流動方向に流速をとってある。したがって、図３（ａ）および図３（ｂ）において、矢印の先端が右に進むほど、排気ガスの流速が大きくなる。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、排気ガスの流速が小さい場合には、排気ガスの流速は排気管の中心部において大きくなり、排気管の外周部において小さくなる。本実施例においては、触媒担体１２の中心部のバイパス通路１３の通路面積が触媒担体１２の外周部付近のバイパス通路１３の通路面積に比較して小さいことから、排気ガスは、触媒担体１２の中心部のバイパス通路１３を通過しにくくなる。それにより、バイパス量が過大となることを抑制することができる。その結果、排気ガスがリーンである場合に、触媒担体１２におけるＮＯｘ吸蔵量が不足することを抑制することができる。一方で、触媒担体１２の外周部付近のバイパス通路１３において排気ガスの適度なバイパス量を確保することができる。したがって、排気ガスがストイキまたはリッチである場合に、還元成分の十分なバイパス量を確保することができる。
【００２７】
一方、図３（ｂ）に示すように、排気ガスの流速が大きい場合には、排気ガスの流速は排気管の中心部から外周部にかけてほぼ均一となる。この場合、いずれのバイパス通路１３においても排気ガスの通過量が多くなる。それにより、排気ガスがストイキまたはリッチである場合に、還元成分の十分なバイパス量を確保することができる。一方で、排気ガスの流速が大きくなると排気ガス量も多くなることから、排気ガスは、バイパス通路１３以外の通路にも十分に流入する。その結果、排気ガスがリーンである場合に、触媒担体１２におけるＮＯｘ吸蔵量が不足することを抑制することができる。
【００２８】
以上のことから、本実施例によれば、排気ガスの流量にかかわらず、バイパス通路１３を通過する排気ガス量を適度な量に調整することができる。すなわち、排気ガスの流量に応じたバイパス量の偏りを抑制することができる。
【００２９】
（変形例）
図４は、触媒担体１２の他の例である触媒担体１２ａの模式的断面図である。図４に示すように、触媒担体１２ａにおいては、各バイパス通路１３の通路面積は略同一であるが、触媒担体１２ａの外周部ほどバイパス通路の本数が多くなっている。それにより、触媒担体１２の中心部付近のバイパス通路１３における流量抵抗に比較して、触媒担体１２ａの外周部付近のバイパス通路１３における流量抵抗が小さくなる。その結果、排気ガスの流量にかかわらず、バイパス通路１３を通過する排気ガス量を適度な量に調整することができる。すなわち、排気ガスの流量に応じたバイパス量の偏りを抑制することができる。
【実施例２】
【００３０】
続いて、本発明の第２実施例に係る排気浄化装置１００ｂについて説明する。図５（ａ）は、排気浄化装置１００ｂの全体構成を示す模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図５（ｃ）は、後述する邪魔板２３の模式図である。図５（ｂ）および図５（ｃ）は、図５（ａ）の縮尺に比較して拡大して描かれた図である。図５（ａ）に示すように、排気浄化装置１００ｂにおいては、第１排気浄化触媒１０の代わりに第１排気浄化触媒１０ｂが設けられている。第１排気浄化触媒１０ｂにおいては、触媒担体１２の代わりに触媒担体１２ｂが収容されている。
【００３１】
図５（ｂ）に示すように、触媒担体１２ｂは、略楕円形の断面を有する。それにより、触媒担体１２ｂと容器１１との間に空間が生じる。この空間は、バイパス通路１５として機能する。また、触媒担体１２ｂには、図２で説明したバイパス通路１３が形成されている。バイパス通路１５は、バイパス通路１３に比較して小さい流量抵抗を有するように形成されている。それにより、本実施例においても、触媒担体１２ｂの中心部に形成されたバイパス通路に比較して、外周部に形成されたバイパス通路は小さい流量抵抗を有する。その結果、排気ガスの流量に応じたバイパス量の偏りを抑制することができる。
【００３２】
また、触媒担体１２ｂは、触媒担体１２ｂの外周の下流端からさらに下流側に伸びる流路ガイド１４を備えている。それにより、バイパス通路１５を通過した還元成分とＮＯｘ吸蔵触媒からしみ出るＮＯｘとが、容器１１の縮径部の径が小さい部分において合流する。それにより、還元成分とＮＯｘとが効率よく混合される。したがって、ＮＯｘ還元効果が大きくなる。
【００３３】
さらに、図５（ｃ）に示すように、容器１１，２１の縮径部のいずれかの箇所には、邪魔板２３が設けられている。邪魔板２３は、例えば縮径部の内壁から中心方向に伸びるように配置され、縮径部の絞りとして機能する。それにより、還元成分およびＮＯｘの流れが乱され、還元成分とＮＯｘとが効率よく混合される。
【実施例３】
【００３４】
続いて、本発明の第３実施例に係る排気浄化装置１００ｃについて説明する。図６（ａ）は、排気浄化装置１００ｃの全体構成を示す模式図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。図６（ｃ）は、後述する邪魔板２３ｂの模式図である。図６（ｂ）および図６（ｃ）は、図６（ａ）の縮尺に比較して拡大して描かれた図である。図６（ａ）に示すように、排気浄化装置１００ｃにおいては、第１排気浄化触媒１０の代わりに第１排気浄化触媒１０ｃが設けられている。第１排気浄化触媒１０ｃにおいては、触媒担体１２の代わりに触媒担体１２ｃが収容されている。
【００３５】
図６（ｂ）に示すように、触媒担体１２ｃは、容器１１よりも一回り小さい径を有する略円形の断面を有する。触媒担体１２ｃは、複数の支持部材１６によって、容器１１の中心部に配置される。それにより、触媒担体１２ｃと容器１１との間に空間が生じる。この空間は、バイパス通路１５ｃとして機能する。また、触媒担体１２ｃには、図２で説明したバイパス通路１３が形成されている。バイパス通路１５ｃは、バイパス通路１３に比較して小さい流量抵抗を有するように形成されている。それにより、本実施例においても、触媒担体１２ｃの中心部に形成されたバイパス通路に比較して、外周部に形成されたバイパス通路は小さい流量抵抗を有する。その結果、排気ガスの流量に応じたバイパス量の偏りを抑制することができる。
【００３６】
また、触媒担体１２ｃには、触媒担体１２ｂと同様に流路ガイド１４が設けられている。また、図６（ｃ）に示すように、容器１１，２１の縮径部のいずれかの箇所には、邪魔板２３ｃが設けられている。邪魔板２３ｃは、縮径部の内壁から中心部に向かって伸びるように配置され、縮径部の絞りとして機能する。さらに、邪魔板２３ｃには、１以上の細孔２４が形成されている。細孔２４の径は、
バイパス通路１３の径よりも小さく、数ｍｍ程度（例えば４ｍｍ程度）である。この場合、容器１１，２１の縮径部を流れる排気ガスの流れが乱される。それにより、還元成分とＮＯｘとが効率よく混合される。その結果、ＮＯｘを効率よく還元することができる。
【００３７】
（変形例）
図７は、邪魔板２３ｃの他の例である邪魔板２３ｄを示す模式図である。図７に示すように、邪魔板２３ｄは、容器１１，２１の縮径部において、排気ガスの流動方向に複数配置されている。例えば、邪魔板２３ｄは、排気ガスが蛇行するように縮径部の互いに対向する内壁部に排気ガスの流動方向に交互に配置されていてもよい。この場合、排気ガス中の還元成分とＮＯｘとが効率よく混合される。その結果、ＮＯｘを効率よく還元することができる。
【００３８】
なお、上記各実施例においては、排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵触媒を用いたが、それに限られない。本発明を適用することができる排気浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵触媒以外の排気浄化触媒であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】各触媒担体の断面を示す模式図である。
【図３】排気ガスの流速分布を示す図である。
【図４】触媒担体の他の例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る排気浄化装置を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る排気浄化装置を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る排気浄化装置を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  第１排気浄化触媒
１１，２１  容器
１２，２２  触媒担体
２０  第２排気浄化触媒
１００  排気浄化装置
【図１】
2008303796.tif 000003
【図２】
2008303796.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008303796.tif 000007
【図６】
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【図７】
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