(57)【要約】【課題】  温度分布を抑制して触媒を活性化させることができる、排気浄化装置における触媒構造体を安価なコストで製造する。【解決手段】  排気浄化装置における触媒構造体の製造方法は、触媒構造体に適合した所望の材質になるようにセラミック材料を調整するステップと、調整されたセラミック材料を、押出し方向に多数の連通路を有する、全長Ｌ（１）で直径Ｄ（１）の略円柱形状に押出し成型するステップと、この形状に成型された構造体を、押出し方向に押付け力Ｐを付与するとともに、押出しの前方向と後ろ方向とで互いに逆にねじる方向にねじり力を付与して、全長がＬ（１）よりも短くて直径がＤ（１）よりも大きな最終形状に成型するステップと、最終形状に成型された構造物を焼成するステップとを含む。【選択図】        図４
2005211868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体であって、
前記触媒構造体は、前記内燃機関からの排出ガスの流れ方向に多数の連通路を有し、
前記流れ方向に垂直な方向の平面における流れの中心部の連通路よりも周辺部の連通路の方が、連通路の長さがより長い螺旋形状に形成された、触媒構造体。
【請求項２】
内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体であって、
前記触媒構造体は、略円柱の形状を有し、
前記内燃機関からの排出ガスの流れ方向が前記略円柱の長さ方向になるように設けられ、
前記触媒構造体は、略円柱の長さ方向に連通する多数の連通路を有し、
前記略円柱の断面における流れの中心部の連通路よりも周辺部の連通路の方が、連通路の長さがより長い螺旋形状に形成された、触媒構造体。
【請求項３】
前記連通路の一部は、排出ガスの流れ方向の上流側が閉塞され、
前記一部以外の連通路は、排出ガスの流れ方向の下流側が閉塞された、請求項１または２に記載の触媒構造体。
【請求項４】
複数の触媒構造体から構成される触媒において、
請求項１または２に記載の触媒構造体を、前段の触媒構造体として用いた、触媒構造体。
【請求項５】
複数の触媒構造体から構成される触媒において、
請求項３に記載の触媒構造体を、後段の触媒構造体として用いた、触媒構造体。
【請求項６】
内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体の製造方法であって、
前記触媒構造体に適合した所望の材質に、セラミック材料を調整するステップと、
前記セラミック材料を、押出し方向に多数の連通路を有する所望の形状に押出し成型するステップと、
前記所望の形状に成型された構造体を、押出し方向に押付け力を付与するとともに、押出しの前方向と後ろ方向とで互いに逆にねじる方向にねじり力を付与して、所望の最終形状に成型するステップと、
前記所望の最終形状に成型された構造物を焼成するステップとを含む、製造方法。
【請求項７】
内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体の製造方法であって、
前記触媒構造体に適合した所望の材質に、セラミック材料を調整するステップと、
前記セラミック材料を、押出し方向に多数の連通路を有する所望の形状に押出し成型するとともに、押出し方向に押付け力を付与するとともに、押出しの前方向と後ろ方向とで互いに逆にねじる方向にねじり力を付与して、所望の最終形状に成型するステップと、
前記所望の最終形状に成型された構造物を焼成するステップとを含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系内に設けられた浄化装置に関し、特に、排気系内に設けられ、排気中の有害成分の浄化を行なう排気浄化装置における触媒構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンや希薄燃焼を行なうガソリンエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行なう運転領域が、全運転領域の大部分を占める。この種のエンジン（内燃機関）では一般に、酸素の存在下で窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するＮＯｘ吸収剤（触媒）がその排気系に備えられる。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンから排出されるカーボン等の微粒子は、ＰＭ（Particulate Matter）と呼ばれ、その除去に関して、多くの技術が開発されている。たとえば、フィルタ状の触媒付き排気トラップを排気通路に介装した排気微粒子処理装置がある。この触媒付きトラップは、その触媒作用により堆積した排気微粒子を自己燃焼させるものである。以下に示す公報にこれらに関する技術が開示されている。
【０００４】
特開平１０−２４９９６８号公報（特許文献１）は、触媒担体用としての他、特に高温での集塵や脱煙用として利用できる独特な形状をしたセラミック螺旋ハニカム構造体を開示する。このセラミック螺旋ハニカム構造体は、多数の隣接するハニカム状貫通孔が総てそれぞれ互いに一定間隔を保ちながら螺旋状に湾曲している。また、このセラミック螺旋ハニカム構造体は、セラミック粉末のシート状または薄板成形物に、多数の正多角形または円形の孔が正方または六方対称に規則的に配列した図形の開孔部を設け、このセラミック成形物多数枚を、各孔の中心がそれぞれ一定の曲率円周に沿って移動するように開孔部図形を回転することなく順次僅かずつずらし、開孔部の積層により形成される貫通孔が総て螺旋状に湾曲したハニカム積層体とし、これを焼成してセラミック部分を焼結一体化することにより製造される。
【０００５】
このセラミック螺旋ハニカム構造体によると、多数の貫通孔がそれぞれ螺旋状に湾曲するので、これを燃焼排出ガスの通路に設置すると、排出ガスは螺旋状貫通孔を通過する際、セラミックス壁に沿って旋回を強いられることになる。従って、ガスはその流速の２乗と螺旋の旋回曲率半径の逆数に比例するサイクロン的な遠心力を受けて貫通孔内壁に衝突し、排出ガス中に含まれる油煙、粉塵などの微粒子はガスとの比重差により分離して内壁に付着する。
【特許文献１】特開平１０−２４９９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたセラミック螺旋ハニカム構造体では、多数の枚数のセラミック粉末のシート状または薄板成形物を順次僅かずつずらし、開孔部の積層により形成される貫通孔が総て螺旋状に湾曲させる必要がある。このような製造方法により製造されるセラミック螺旋ハニカム積層体の製造コストは高価になる。また、特許文献１の図１に示されているように、このセラミック粉末のシート状または薄板成形物は、楕円形の外形枠に正六角形の開孔部の集合体を、集合体の位置を楕円の中心から偏心させて設けたものである。そのため、開孔部の集合体が存在しない部分を有することになり、外形枠の全体に開孔部部を有する場合に比べて、外形枠に対する開孔部の部分の総面積の比率が低いものになる。このために、排出ガスの管路抵抗が高くなり内燃機関の性能を低下させるおそれがある。
【０００７】
また、このような構造体を用いて触媒コンバータを構成する場合に、触媒の温度特性のために、排出ガスを用いて触媒を高温に昇温させる必要がある。特許文献１に開示されたセラミック螺旋ハニカム構造体では、開孔部の集合体を有しない部分には排出ガスによる昇温効果を見込めない。さらに、開孔部の集合体が非対称に配置されているので、温度分布が大きくなり、一様に触媒を活性化させることができない。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、安価な製造コストで、温度分布なく触媒を活性化させることができる、排気浄化装置における触媒構造体およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る触媒構造体は、内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体である。この触媒構造体は、内燃機関からの排出ガスの流れ方向に多数の連通路を有する。流れ方向に垂直な方向の平面における流れの中心部の連通路よりも周辺部の連通路の方が、連通路の長さがより長い螺旋形状に形成されている。
【００１０】
第１の発明によると、ディーゼルエンジンの排出ガスを浄化するために、たとえば、ＮＯｘを吸収するＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒または／およびカーボン等の微粒子であるＰＭなどを除去するとともにＮＯｘを吸収するＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒が内燃機関の触媒として設けられる。これらの触媒は、高温になることにより活性化して所望の浄化機能を発現して、排出ガスを浄化する。触媒が冷えている場合には、内燃機関からの排出ガスを用いて触媒の温度を昇温する。このような場合において、第１の発明に係る触媒構造体は、内燃機関からの排出ガスの流れ方向に多数の連通路を有する。この連通路を通る際に熱交換が行なわれ、触媒が昇温される。この連通路については、流れの外周部ほど大きな螺旋状に曲がっており管路の長さが長く、流れの中心部ほど小さな螺旋状に曲がっており管路の長さが短くなっている。全ての連通路が一様に真っ直ぐに貫通している従来の触媒構造体であると、中心部ほど排出ガスの流量が多く、周辺部ほど排出ガスの流量が少なく、排出ガスで昇温しようとすると、流量に差があるので外周部ほど温度が低く触媒活性温度に達成するための時間が長くなる。第１の発明に係る触媒構造体においては、周辺部ほど管路長が長く、中心部ほど管路長が短いので、周辺部においては、排出ガスの流量が少なくても滞留時間（すなわち触媒の化学反応による発熱時間）が長いので、昇温を促進できる。また、中心部においては、排出ガスの流量が多くても滞留時間が短いので、周辺部との温度差を抑制することができる。その結果、温度分布なく触媒を活性化させることができる、排気浄化装置における触媒構造体を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る触媒構造体は、内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体である。この触媒構造体は、略円柱の形状を有する。内燃機関からの排出ガスの流れ方向が略円柱の長さ方向になるように設けられる。触媒構造体は、略円柱の長さ方向に連通する多数の連通路を有する。略円柱の断面における流れの中心部の連通路よりも周辺部の連通路の方が、連通路の長さがより長い螺旋形状に形成されている。
【００１２】
第２の発明によると、ＮＳＲ触媒やＤＰＮＲ触媒が冷えている場合には、内燃機関からの排出ガスを用いて触媒の温度を昇温する。このような場合において、第２の発明に係る触媒構造体は、略円柱の形状を有し、内燃機関からの排出ガスの流れ方向が略円柱の長さ方向になるように、かつ略焔粒の長さ方向に多数の連通路を有する。この連通路を通る際に熱交換が行なわれ、触媒が昇温される。この連通路については、略円柱の断面における外周部ほど大きな螺旋状に曲がっており管路の長さが長く、略円柱の断面における中心部ほど小さな螺旋状に曲がっており管路の長さが短くなっている。第２の発明に係る触媒構造体においては、周辺部ほど管路長が長く、中心部ほど管路長が短いので、周辺部においては、排出ガスの流量が少なくても滞留時間が長いので、昇温を促進できる。また、中心部においては、排出ガスの流量が多くても滞留時間が短いので、周辺部との温度差を抑制することができる。その結果、温度分布なく触媒を活性化させることができる、排気浄化装置における触媒構造体を提供することができる。
【００１３】
第３の発明に係る触媒構造体は、第１または第２の発明の構成に加えて、連通路の一部は、排出ガスの流れ方向の上流側が閉塞されている。また、一部以外の連通路は、排出ガスの流れ方向の下流側が閉塞されている。
【００１４】
第３の発明によると、たとえば、ＤＰＮＲ触媒のように、多数の連通管の中の一部の上流側を閉塞して、それら以外の連通管の下流側を閉塞して使用する場合であっても、排出ガス流量の少ない周辺部の管路長を、中心部より長くすることができ、温度差を抑制できる。
【００１５】
第４の発明に係る触媒構造体は、複数の触媒構造体から構成される触媒において、第１または第２の発明の構成に係る触媒構造体を、前段の触媒構造体として用いたものである。
【００１６】
第４の発明によると、ディーゼルエンジンの排出ガスを浄化するために、たとえば、ＮＯｘを吸収するＮＳＲ触媒とＤＰＮＲとの少なくとも２つの触媒体が、この順序で直列に設けられることがある。このような場合において、より全長が短いことが要求される前段のＮＳＲ触媒に、第１の発明に係る触媒構造体や第２の発明に係る触媒構造体を採用して、ＮＳＲ触媒の全長は短くても、管路長の長いＮＳＲ触媒を実現できる。その結果、全長が短くても、短い時間で昇温できるとともに、所望の浄化機能を発現させることができるＮＳＲ触媒を提供できる。
【００１７】
第５の発明に係る触媒構造体は、複数の触媒構造体から構成される触媒において、第３の発明の構成に係る触媒構造体を、後段の触媒構造体として用いたものである。
【００１８】
第５の発明によると、ディーゼルエンジンの排出ガスを浄化するために、たとえば、ＮＯｘを吸収するＮＳＲ触媒とＤＰＮＲとの少なくとも２つの触媒体が、この順序で直列に設けられることがある。このような場合において、後段のＤＰＮＲ触媒に、第３の発明に係る触媒構造体を採用して、ＤＰＮＲ触媒の全長は短くても、管路長の長いＤＰＮＲ触媒を実現できる。その結果、全長が短くても、短い時間で昇温できるとともに、所望の浄化機能を発現させることができるＤＰＮＲ触媒を提供できる。
【００１９】
第６の発明に係る製造方法は、内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体の製造方法である。この製造方法は、触媒構造体に適合した所望の材質に、セラミック材料を調整するステップと、セラミック材料を、押出し方向に多数の連通路を有する所望の形状に押出し成型するステップと、所望の形状に成型された構造体を、押出し方向に押付け力を付与するとともに、押出しの前方向と後ろ方向とで互いに逆にねじる方向にねじり力を付与して、所望の最終形状に成型するステップと、所望の最終形状に成型された構造物を焼成するステップとを含む。
【００２０】
第６の発明によると、所望の材質に調整されたセラミック材料を、多数の連通路を有する略円柱形状に押出して、押出し方向に押付け力を付与するとともに、押出しの前方向と後ろ方向とで互いに逆にねじる。このため、略円柱の断面における外周部ほど大きな螺旋状に曲がっており管路の長さが長く、略円柱の断面における中心部ほど小さな螺旋状に曲がっており管路の長さが短くなっている。その結果、安価な製造コストで、温度分布なく触媒を活性化させることができる、排気浄化装置における触媒構造体の製造方法を提供することができる。
【００２１】
第７の発明に係る製造方法は、内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体の製造方法である。この製造方法は、触媒構造体に適合した所望の材質に、セラミック材料を調整するステップと、セラミック材料を、押出し方向に多数の連通路を有する所望の形状に押出し成型するとともに、押出し方向に押付け力を付与するとともに、押出しの前方向と後ろ方向とで互いに逆にねじる方向にねじり力を付与して、所望の最終形状に成型するステップと、所望の最終形状に成型された構造物を焼成するステップとを含む。
【００２２】
第７の発明によると、所望の材質に調整されたセラミック材料を、多数の連通路を有する略円柱形状に押出すとともに、押出し方向に押付け力を付与するとともに、押出しの前方向と後ろ方向とで互いに逆にねじる。このため、略円柱の断面における外周部ほど大きな螺旋状に曲がっており管路の長さが長く、略円柱の断面における中心部ほど小さな螺旋状に曲がっており管路の長さが短くなっている。その結果、安価な製造コストで、温度分布なく触媒を活性化させることができる、排気浄化装置における触媒構造体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における触媒構造体を、ディーゼルエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。まず、この触媒構造体が適用されるディーゼルエンジンシステムについて説明する。なお、このディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジンのクリーン排気を実現するために、高圧コモンレール式燃料噴射装置、大容量電子制御ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ、ＤＰＮＲ触媒を組合せ、ＰＭおよびＮＯｘを連続かつ同時に低減するシステムである。
【００２５】
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１０００は、燃料供給系１００、燃焼室２００、吸気系３００および排気系４００等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。
【００２６】
燃料供給系１００は、サプライポンプ１１０、コモンレール１２０、燃料噴射弁１３０、遮断弁１４０、調量弁１６０、燃料添加ノズル１７０、機関燃料通路８００および添加燃料通路８１０等を備えて構成される。
【００２７】
サプライポンプ１１０は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした上で、機関燃料通路８００を介してコモンレール１２０に供給する。コモンレール１２０は、サプライポンプ１１０から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３０に分配する。燃料噴射弁１３０は、その内部に電磁ソレノイドを備え、適宜開弁して燃焼室２００内に燃料を噴射供給する。
【００２８】
サプライポンプ１１０は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路８１０を介して燃料添加ノズル（還元剤噴射ノズル）１７０に供給する。添加燃料通路８１０には、サプライポンプ１１０から燃料添加ノズル１７０に向かって遮断弁１４０および調量弁１６０が順次配設されている。遮断弁１４０は、緊急時において添加燃料通路８１０を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１６０は、燃料添加ノズル１７０に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料添加ノズル１７０は所定圧以上の燃圧（例えば０．２ＭＰａ）が付与されると開弁し、排気系４００（排気ポート４１０）内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。すなわち、調量弁１６０により燃料添加ノズル１７０上流の燃圧が制御されることにより、所望の燃料が適宜のタイミングで燃料添加ノズル１７０より噴射供給（添加）される。
【００２９】
吸気系３００は、各燃焼室２００内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。排気系４００は、上流から下流にかけ、排気ポート４１０、排気マニホールド４２０、触媒上流側通路４３０、触媒下流側通路４４０という各種通路部材が順次接続されて構成され、各燃焼室２００から排出される排出ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００３０】
さらに、このエンジン１０００には、周知の過給機（ターボチャージャ）５００が設けられている。ターボチャージャ５００は、シャフト５１０を介して連結された２つのタービンホイール５２０およびタービンホイール５３０を備える。一方のタービンホイール（吸気側タービンホイール）５３０は、吸気系３００内の吸気に晒され、他方のタービンホイール（排気側タービンホイール）５２０は排気系４００内の排気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５００は、排気側タービンホイール５２０が受ける排気流（排気圧）を利用して吸気側タービンホイール５３０を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行なう。
【００３１】
吸気系３００において、ターボチャージャ５００に設けられたインタークーラ３１０は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１０よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２０は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。
【００３２】
また、エンジン１０００には、燃焼室２００の上流（吸気系３００）および下流（排気系４００）をバイパスする排気還流通路（ＥＧＲ通路）６００が形成されている。このＥＧＲ通路６００は、排気の一部を適宜吸気系３００に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６００には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１０と、ＥＧＲ通路６００を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２０とが設けられている。
【００３３】
排気系４００において、排気側タービンホイール５２０の下流（触媒上流側通路４３０と触媒下流側通路４４０との間）には、ＮＳＲ触媒４６０とＤＰＮＲ触媒４７０とから構成される触媒が備えられている。
【００３４】
ＮＳＲ触媒４６０は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、たとえばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（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）のような希土類と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されることによって構成される。
【００３５】
このＮＳＲ触媒４６０は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。ちなみにＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。すなわち、ＮＳＲ触媒４６０に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整すれば、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができることになる。
【００３６】
ＤＰＮＲ触媒４７０は、多孔質セラミック構造体に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を組合わせて構成される。エンジン１００からの排出ガスがセラミックスの隙間を通る間に触媒で酸化や還元することで、無害なガスへと化学変化させて排出する。
【００３７】
ＰＭは、リーン燃焼時（酸素の多い希薄燃焼時に多孔質構造の触媒により、一時的に捕集されると同時に、ＮＯｘを吸蔵する際に生成される活性酸素と排出ガス中の酸素により酸化浄化される。ＮＯｘは、リーン燃焼時に触媒にいったん吸蔵され、その後、瞬間的なリッチ燃焼（酸素の少ない濃空燃比燃焼）により還元浄化される。さらに、ＰＭは、リッチ燃焼時に吸蔵ＮＯｘが還元される際に生成する活性酸素により酸化浄化される。
【００３８】
エンジン１０００の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１０００の運転状態に関する信号を出力する。
【００３９】
たとえば、レール圧センサ７００は、コモンレール１２０内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ７１０は、添加燃料通路８１０内を流通する燃料のうち、調量弁１６０へ導入される燃料の圧力（燃圧）Ｐｇに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ７２０は、吸気系３００内のスロットル弁３２０下流において吸入空気の流量（吸気量）Ｇａに応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３０は、排気系４００の触媒ケーシングの下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ７４０は、同じく排気系４００の触媒ケーシング下流において排気の温度（排気温度）Ｔｅｘに応じた検出信号を出力する。
【００４０】
また、アクセル開度センサ７５０はエンジン１０００のアクセルペダルに取り付けられ、同ペダルへの踏み込み量Ａｃｃに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７６０は、エンジン１０００の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７００〜７６０は、電子制御装置（ＥＣＵ）１１００と電気的に接続されている。
【００４１】
ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびバックアップＲＡＭ、タイマーやカウンタ等を備え、これらと、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器を含む外部入力回路および外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される。
【００４２】
このように構成されたＥＣＵ１１００は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン１０００の燃料噴射等についての基本制御を行なう他、還元剤（還元剤として機能する燃料）添加にかかる添加タイミングや供給量の決定等に関する還元剤（燃料）添加制御等、エンジン１０００の運転状態に関する各種制御を実行する。
【００４３】
次に、ＥＣＵ１１００の実行する燃料添加の基本原理についてその概略を説明する。
【００４４】
一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室内で燃焼に供される燃料及び空気の混合気の酸素濃度が、ほとんどの運転領域で高濃度状態にある。
【００４５】
燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼に供された酸素を差し引いてそのまま排気中の酸素濃度に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空燃比）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比）も基本的には同様に高くなる。一方、上述したように、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ2
もしくはＮＯに還元して放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状態にある限りＮＯｘを吸収することとなる。ただし、当該触媒のＮＯｘ吸収量に限界量が存在し、同触媒が限界量のＮＯｘを吸収した状態では、排気中のＮＯｘが同触媒に吸収されず触媒ケーシングを素通りすることとなる。
【００４６】
そこで、エンジン１０００のように燃料添加ノズル１７０を備えた内燃機関では、適宜の時期に燃料添加ノズル１７０を通じ排気系４００の触媒４５０上流に燃料を添加（以下、排気添加という）することで、一時的に排気中の酸素濃度を低減し、かつ還元成分量（ＨＣ等）を増大させる。すると触媒４５０は、これまでに吸収したＮＯｘをＮＯ2もしく
はＮＯに還元して放出し、自身のＮＯｘ吸収能力を回復（再生）するようになる。放出されたＮＯ2やＮＯが、ＨＣやＣＯと反応して速やかにＮ2に還元されることは上述した通りである。
【００４７】
このとき、自身の吸収したＮＯｘを上記態様で放出しつつ還元浄化する触媒４５０にとって、触媒ケーシング内に流入する排気中の還元成分量（燃料の濃度）と、酸素濃度（空燃比）とにより還元浄化の効率が決定づけられることとなる。
【００４８】
そこで、エンジン１０００では、排気中の適切な還元成分量および空燃比を安定して得ることができるように、排気系４００への燃料添加（燃料添加制御）を実施する。
【００４９】
図２に、触媒４５０の詳細な構造を示す。図２に示すように、排出ガスのＰＭを取り除くための多孔質セラミック構造体から構成されるＤＰＮＲ触媒４７０の上流側（エンジン１０００側）の空隙４８０を介して、ＮＳＲ触媒４６０が設けられている。このＮＳＲ触媒４６０は、特に排出ガスが流れる方向の長さが規制されることが多く、排出ガスの流れ方向に短くする必要がある。以下の説明では、本実施の形態に係る触媒構造体を、このＮＳＲ触媒４６０に適用した場合について説明するが、ＤＰＮＲ触媒４７０や他の触媒に適用しても構わない。
【００５０】
図２におけるＮＳＲ触媒４６０は、温度が上昇しないと活性化しない特性を有する。このため、エンジン１０００の冷間始動時などにおいては、排出ガスを用いてＮＳＲ触媒４６０を昇温させることが行なわれる。このとき、ＮＳＲ触媒４６０は、外形の断面積がほぼ円形の多孔質セラミック構造体である。この多くの穴を高温の排出ガスが通過する際に、触媒を昇温する。このときに、排出ガスのＮＳＲ触媒４６０内での滞留時間が長いほど、熱交換が促進されて触媒が適切に昇温する。また、図１および図２に示すように触媒４５０のエンジン１０００側は、触媒４５０よりも管路断面積が小さいので、ＮＳＲ触媒４６０に一様に設けられた穴の中でも中央部の穴の方が排出ガスの流量が多くなる。排出ガスの流量が多い中央部ほど温度上昇が促進され、周辺部ほど温度上昇が促進されない。
【００５１】
本実施の形態に係る触媒構造体においては、多孔質セラミック構造体であって、排出ガスの流れる方向に、管路断面積に一様に多数の貫通穴を有している。さらに、図３に示すように、ＮＳＲ触媒４６０は、後述する製造方法により、その貫通穴が螺旋状に曲がった形状を有する。この螺旋状の曲がりによりＮＳＲ触媒４６０における管路長は、ＮＳＲ触媒４６０の全長Ｌ（２）よりも長くなる。特に、周辺部の方が、中心部よりも顕著に長くなる。これにより、排出ガスの流量が多い中央部ほど温度上昇が促進され、周辺部ほど温度上昇が促進されないという状態が改善される。すなわち、周辺部ほど流量は少なくてもＮＳＲ触媒４６０内の滞留時間が長くなり、中心部ほど流量は多いがＮＳＲ触媒４６０内の滞留時間が短くなり、周辺部と中心部との間の、熱交換量の相対的な差が小さくなる。その結果、周辺部と中心部との温度分布が少なくなる。
【００５２】
図４を参照して、ＮＳＲ触媒４６０に用いられる、触媒構造体の製造方法について説明する。
【００５３】
触媒構造体の材料として、セラミック粉末のスラリーに各種セルローズなどを混入して所望の成分の成型前素材が調整される。セラミックスの材質としては、コーディエライト、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、その他目的に応じ各種の耐熱セラミック粉末が使用可能である。このような成型前素材を、たとえば、押出し成型して、図４に示すような、直径Ｄ（１）、全長Ｌ（１）の略円柱体に成型する。このときに、略円柱体の長さ方向を貫通する多数の貫通穴が設けられるように成型される。
【００５４】
この成型と同時に、またはこの成型後に、図４に示すように、全長方向Ｌ（１）を短くするように押付力Ｐを付与するとともに、略円柱体の上下を把持して、互いに逆方向にねじるねじり力を付与する。このときねじり力の作用点の中心は、略円柱体の中心と一致させる。
【００５５】
このような成型により。押付力Ｐとねじり力とにより、全長Ｌ（１）が全長Ｌ（２）（Ｌ（１）＞Ｌ（２））、直径Ｄ（１）が直径Ｄ（２）（Ｄ（１）＜Ｄ（２））になるように成型される。なお、全長Ｌ（２）および直径Ｄ（２）が、この触媒構造体の略完成寸法である。
【００５６】
図４のように成型されたセラミック構造体を、所望の条件で焼成する。これにより、図３に示すような、外周部ほど螺旋形状がきつく触媒構造体内の管路長が長く、中心部ほど螺旋形状が緩く触媒構造体内の管路長が短い、特異な内部形状を有する触媒構造体が完成する。
【００５７】
以上のようにして、本実施の形態に係る触媒構造体は、略円形の断面を有する円柱体形状の外形であって、その内部には、長さ方向に貫通する貫通路を多数有する。しかも、この貫通路については、略円形の外周部ほど大きな螺旋状に曲がっており管路の長さが長く、略円形の中心部ほど小さな螺旋状に曲がっており管路の長さが短くなっている。このような断面積が略円形の触媒構造体であって、全ての管路が一様に真っ直ぐに貫通している従来の触媒構造体であると、中心部ほど排出ガスの流量が多く、周辺部ほど排出ガスの流量が少なく、排出ガスで昇温しようとすると、流量に差があるので外周部ほど温度が低く触媒活性温度に達成するための時間が長くなる。本実施の形態に係る触媒構造体においては、周辺部ほど管路長が長く、中心部ほど管路長が短いので、周辺部においては、排出ガスの流量が少なくても滞留時間（すなわち触媒の化学反応による発熱時間）が長いので、昇温を促進できる。また、中心部においては、排出ガスの流量が多くても滞留時間が短いので、周辺部との温度差を抑制することができる。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態にかかるディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。
【図２】図１の触媒の詳細を示す図である。
【図３】図１のＮＳＲ触媒の構造を示す図である。
【図４】図３のＮＳＲ触媒の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  燃料供給系、１１０ サプライポンプ、１２０ コモンレール、１３０  燃料噴射弁、１４０  遮断弁、１６０  調量弁、１７０  燃料添加ノズル、２００  燃焼室、３００  吸気系、３１０  インタークーラ、３２０  スロットル弁、４００  排気系、４１０  排気ポート、４２０  排気マニホールド、４３０  触媒上流側通路、４４０  触媒下流側通路、４５０  触媒、４６０  ＮＳＲ触媒、４７０  ＤＰＮＲ触媒、４８０  空隙、４９０  差圧トランスデューサ、５００  ターボチャージャ、５１０  シャフト、５２０
排気側タービンホイール、５３０  吸気側タービンホイール、６００  ＥＧＲ通路、６１０  ＥＧＲ弁、６２０  ＥＧＲクーラ、７００  レール圧センサ、７１０  燃圧センサ、７２０  エアフロメータ、７３０  空燃比センサ、７４０  排気温センサ、７５０  アクセル開度センサ、７６０  クランク角センサ、８００  機関燃料通路、８１０  添加燃料通路、１０００  エンジン、１１００ ＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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