(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】  酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含み、内燃機関の排気通路中に備えられて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化するための内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に配置された二つのＮＯXセンサと、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出するための演算手段と、算出されたＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率に対応させて、酸化触媒を通過させる排気ガスの流量又は流路を設定するための設定手段と、設定手段からの信号に基づいて、流量又は流路を変えるための切換手段と、を備える。【選択図】  図１
2007100510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含み、内燃機関の排気通路中に備えられて前記内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化するための内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路に配置された二つのＮＯXセンサと、
あらかじめ算出した前記二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、前記二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出するための演算手段と、
算出された前記ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率に対応させて、前記酸化触媒を通過させる排気ガスの流量又は流路を設定するための設定手段と、
前記設定手段からの信号に基づいて、前記流量又は流路を変えるための切換手段と、
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】
前記二つのＮＯXセンサを、前記酸化触媒の上流側及び下流側にそれぞれ配置す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】
前記酸化触媒の上流側に配置されたＮＯXセンサを、前記内燃機関の排出口近傍に備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記二つのＮＯXセンサとして、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサを、前記酸化触媒の下流側に配置す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５】
前記切換手段は、前記流量又は流路を連続的又は段階的に変えることができることを特徴とする請求項１〜４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６】
前記排気通路は、前記酸化触媒の上流側で当該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前記ＳＣＲ触媒との間で当該排気通路に合流するバイパスを備え、
前記切換手段は、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変えるための流量割合切換手段であることを特徴とする請求項１〜５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７】
前記切換手段は、前記酸化触媒に流入する排気ガスを、前記酸化触媒の一部又は全部を選択的に通過させるための流路切換手段であることを特徴とする請求項１〜５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８】
前記切換手段が、流路制御弁であることを特徴とする請求項１〜７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９】
酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒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、
前記排気ガス中のＮＯX濃度を二つのＮＯXセンサを用いて測定するとともに、あらかじめ算出した前記二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定されたそれぞれの前記ＮＯX濃度の値から、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出し、当該ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をもとに、前記酸化触媒を通過する排気ガスの流量又は流路を変えることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項１０】
前記二つのＮＯXセンサのうちの一方を前記酸化触媒の上流側に配置するとともに、他方のＮＯXセンサを前記酸化触媒の下流側に配置することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項１１】
前記酸化触媒の上流側においては、前記内燃機関の排出口近傍で、前記ＮＯX濃度を測定することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項１２】
前記酸化触媒の下流側において、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサを用いて排気ガス中のＮＯX濃度を測定するとともに、あらかじめ算出した前記二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定された二つのＮＯX濃度の値から、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項１３】
前記ＳＣＲ触媒に流入する前記排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率がＮＯXの還元速度が最も速くなる比率と一致するように、前記酸化触媒を通過する排気ガスの流量又は流路を設定することを特徴とする請求項９〜１２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、内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。特に、酸化触媒及びＳＣＲ触媒を用いて、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、環境汚染を促す黒煙微粒子（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、内燃機関の排気浄化装置として、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ＳＣＲ触媒を備えた場合には、排気ガス中のＮＯやＮＯ2を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１７に示すように、酸化触媒３２６と、ＮＯX触媒が担持されたＤＰＦ３２４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、ＤＰＦ３２４にはＮＯX触媒が担持されており、排気通路のうち酸化触媒３２６の上流の部分と、当該酸化触媒３２６の下流、かつＤＰＦ３２４の上流の部分とがバイパス通路３３０で接続されており、バイパス通路３３０にはＮＯX還元剤を供給する還元剤供給手段３３４が設けられ、バイパス通路３３０の酸化触媒３２６の上流の分岐部には、酸化触媒３２６の温度に応じて排気の酸化触媒３２６側への流通と、バイパス通路３３０への流通とを切り換える切換弁３３２が設けられた排気浄化装置である（特許文献１参照）。
【０００４】
また、酸化触媒とＳＣＲ触媒とを備えた排気浄化装置として、図１８に示すような排気ガス中のＮＯXを効率的に還元するための排気システムの診断システムが提案されている。より具体的には、エンジン４１０と上流酸化触媒４９５は、下流触媒４９７へ流入するＮＯとＮＯ2との比を約１：１とするように構成された診断システムが開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１３７３０号公報  （特許請求の範囲  図１）
【特許文献２】特開２００４−１００６９９号公報  （全文）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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濃度とＮＯ2濃度との比率を、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濃度とＮＯ2濃度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濃度とＮＯ2濃度との比率を制御して、ＮＯ及びＮＯ2を、ＮＯX還元剤によって効率的に還元させることができないという問題があった。
【０００６】
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濃度とＮＯ2濃度との比率をきめ細かく制御することは困難であるために、排気ガス中のＮＯXの浄化率を必ずしも高くできない場合があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の診断システムは、酸化触媒の触媒特性を調整して、特定の排気特性に適合させたり、排気再循環量や噴射時期等のエンジン運転状態を調整したりすることにより、下流ＳＣＲ触媒に入るＮＯとＮＯ2との比を制御することを意図しており、変化しうる排気状態に適時に対応させて、ＮＯとＮＯ2との比を精度よく制御することは困難であった。
【０００８】
さらに、ＮＯとＮＯ2との比率を測定するために、実験的には、ＮＯX濃度の分析装置を用いることもできるが、この分析装置は、一般的に、大型かつ高価であるため、乗用車や大型車に搭載することが困難であり、測定結果をリアルタイムで排気浄化手段に反映させることが困難であった。
【０００９】
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、二つのＮＯXセンサと、これらのＮＯXセンサにおけるＮＯとＮＯ2の感度の差を考慮して、ＮＯの濃度とＮＯ2の濃度との比率を算出する演算手段と、算出された濃度比率に対応させて酸化触媒を通過させる排気ガスの流量又は流路を変えるための設定手段及び切換手段とを備えることにより、排気ガス温度や運転状態が変化した場合であっても、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2の濃度の比率を精度良く制御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、排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の比率を簡易かつ経済的な方法で精度良く算出するとともに、濃度比率が所望の比率となるように適時に制御して、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの還元効率を著しく向上させ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ことである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含み、内燃機関の排気通路中に備えられて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化するための内燃機関の排気浄化装置であって、排気通路に配置された二つのＮＯXセンサと、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出するための演算手段と、算出されたＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率に対応させて、酸化触媒を通過させる排気ガスの流量又は流路を設定するための設定手段と、設定手段からの信号に基づいて、流量又は流路を変えるための切換手段と、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。
【００１１】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、二つのＮＯXセンサを、酸化触媒の上流側及び下流側にそれぞれ配置することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、酸化触媒の上流側に配置されたＮＯXセンサを、内燃機関の排出口近傍に備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、二つのＮＯXセンサとして、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサを、酸化触媒の下流側に配置することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、切換手段は、流量又は流路を連続的又は段階的に変えることができることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、排気通路は、酸化触媒の上流側で当該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触媒との間で当該排気通路に合流するバイパスを備え、切換手段は、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割合切換手段であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、切換手段は、酸化触媒に流入する排気ガスを、酸化触媒の一部又は全部を選択的に通過させるための流路切換手段であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、切換手段が、流路制御弁であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の別の態様は、酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒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、排気ガス中のＮＯX濃度を二つのＮＯXセンサを用いて測定するとともに、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定されたそれぞれのＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出し、当該ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をもとに、酸化触媒を通過する排気ガスの流量又は流路を変えることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法である。
【００１９】
また、本発明の排気浄化方法を実施するにあたり、二つのＮＯXセンサのうちの一方を酸化触媒の上流側に配置するとともに、他方のＮＯXセンサを酸化触媒の下流側に配置することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の排気浄化方法を実施するにあたり、酸化触媒の上流側においては、内燃機関の排出口近傍で、ＮＯX濃度を測定することが好ましい。
【００２１】
また、本発明の排気浄化方法を実施するにあたり、酸化触媒の下流側において、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサを用いて排気ガス中のＮＯX濃度を測定するとともに、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定された二つのＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出することが好ましい。
【００２２】
また、本発明の排気浄化方法を実施するにあたり、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率がＮＯXの還元速度が最も速くなる比率と一致するように、酸化触媒を通過する排気ガスの流量又は流路を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、二つのＮＯXセンサを用いて測定される排気ガス中のＮＯX量と、あらかじめ求めたＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度とから、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2の濃度比率を精度良くかつ容易に算出することができる。したがって、算出される濃度比率が所望の比率となるように、上流酸化触媒を通過する排気ガスの流量又は流路をきめ細かく制御することができる。よって、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。
また、ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の分析装置としては比較的簡易な構成であるために、排気浄化装置の大型化を防ぎつつ、生産コストの上昇を防ぐこともできる。
【００２４】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法によれば、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中に含まれるＮＯ及びＮＯ2の濃度比率を精度良く算出するとともに、当該濃度比率が所望の比率を示すように、上流酸化触媒を通過する排気ガスの流量又は流路を迅速に切り換えることができる。したがって、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率が最も効率的となる比率に精度良く制御することができる。よって、内燃機関の運転状態等による排気ガスの温度にかかわらず、ＮＯXの反応速度を最も効率化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は、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。
【００２６】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態は、図１や図２に示すように、酸化触媒１１及び当該酸化触媒１１の下流側に配置されたＳＣＲ触媒１３を含み、内燃機関５０の排気通路２０中に備えられて内燃機関５０から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化するための内燃機関の排気浄化装置１０、３０及び当該排気浄化装置を用いた排気浄化方法であって、排気通路２０に配置された二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂ（１７ｃ、１７ｄ）と、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出するための演算手段２２（２２´）と、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率に対応させて、酸化触媒１１を通過させる排気ガスの流量を設定するための設定手段２３と、設定手段２３からの信号に基づいて、流量を変えるための切換手段１９と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置１０、３０、及びそのような排気浄化装置を用いた排気浄化方法である。
【００２７】
このうち、本実施形態では、排気通路２０に、酸化触媒１１の上流側で当該排気通路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との間で当該排気通路２０に合流するバイパス２１を備え、切換手段１９として、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変えるための流量割合切換手段１９を備えた排気浄化装置１０、３０、及び当該排気浄化装置を用いた排気浄化方法を例に採って説明する。
【００２８】
１．排気浄化装置
（１）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や図２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５０の回転数や、燃焼温度、燃料噴射タイミング等を検知する手段であって、当該検出結果をも考慮して、後述する排気ガスの流量割合を制御できるように構成してあることが好ましい。このような運転状態検出手段を備えることにより、後述する測定手段によって算出された、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の比率の信頼性を高めることができるためである。
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などして、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。
【００２９】
（２）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。
【００３０】
（３）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。
【００３１】
（４）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、還元剤としての尿素等を用いて浄化するためのＮＯX触媒を含む排気浄化手段である。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に対して尿素等の還元剤を噴射して、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についても特に制限されるものではなく、主として、尿素水、尿素粉末、アンモニアガス、アンモニウム塩等の尿素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、インジェクタをはじめとして、公知のものを使用することができる。
【００３２】
（５）ＮＯXセンサ及び演算手段
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置１０、３０は、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出するために用いられる二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂ（１７ｃ、１７ｄ）と、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出するための演算手段２２とを備えている。
このうち二つのＮＯXセンサは、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出できるように配置されるが、例えば、後述の構成例１や構成例２のように配置することができる。
また、いずれの構成例であっても、ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を分析する装置としては、比較的簡易な構成であるために、排気浄化装置の大型化を防ぐことができるとともに、生産コストの上昇を抑えることができる。
【００３３】
（５）−１  ＮＯXセンサ
用いられるＮＯXセンサは特に制限されるものではなく、公知のものを好適に使用することができる。
例えば、ＮＯXセンサは、ジルコニア固体電解質の積層構造体からなり、図３に示すように、二つの内部空間８１、８２と三つの酸素ポンプ８５、８６、８７とから構成される。一つ目の空間８１には、酸素ポンプ８５としての一対の電極８３、８８を備え、この電極間に所定の電圧を印加することにより、酸素を空間内から汲み出したり、汲み入れたりして、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ、Ｈ2を燃焼させ、一定の酸素レベルに保持する。また、その先の二つ目の空間８２には、酸素ポンプ８６としての一対の電極８３、８９と、ＮＯX濃度を測定するための測定ポンプ８７が配置され、さらに排気ガス中の酸素を汲み出すとともに、ＮＯXをＯ2とＮ2とに分解してそのＯ2分圧を検出する。そして、検出された値と、一つ目の空間８１の余剰Ｏ2分の補正から、排気ガス中のＮＯX量に比例した出力信号を取り出すことにより、ＮＯX量を測定することができる。
また、このようなＮＯXセンサ１７においては、内部にヒータ９３を設けて活性化させて、酸素の汲み出し、汲み入れが効率化させることができる。ＮＯXセンサは、例えば、ヒータ９３により８００℃程度に加熱されるようになっている。
【００３４】
ただし、かかるＮＯXセンサは、通常、ＮＯの濃度を精度良く検出できるように設定されており、ＮＯ2の感度が比較的低くなっている。そこで、本発明の排気浄化装置に用いられるＮＯXセンサについては、このＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をあらかじめ求めておくことが必要である。
すなわち、あらかじめ求めたＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサで測定されるＮＯX量から、後述の演算手段によってＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度とを算出するためである。
【００３５】
ここで、図４〜図５を参照して、ジルコニア固体電解質の積層構造体からなるＮＯXセンサにおけるＮＯの感度及びＮＯ2の感度について説明する。
図４は、ＮＯXセンサを備えた実験装置内に、所定割合で混合したＮＯとＮＯ2を導入した場合における、ＮＯXセンサによる計測値を示すデータである。横軸に、導入したＮＯX（ＮＯとＮＯ2）の濃度を示し、縦軸に、ＮＯXセンサで測定された計測値を示している。
この図４に示すように、導入したＮＯXのうち、ＮＯ2の比率が高くなればなるほど、ＮＯXセンサで測定される計測値が、実際の導入量よりも低くなっていることが理解できる。これは、すなわち、ＮＯXセンサに対するＮＯ2の感度が低いことを示している。
【００３６】
また、図５は、ＮＯXセンサを備えた実験装置内に、ある所定濃度のＮＯ又はＮＯ2のいずれか一方をそれぞれ導入した場合における、ＮＯXセンサによる計測値を示すデータである。横軸に、実際に実験装置内に導入したＮＯあるいはＮＯ2の濃度を示し、縦軸に、ＮＯXセンサで測定された計測値を示している。また、図中の実線ＡはＮＯのデータを表し、破線ＢはＮＯ2のデータを表し、点線ＣはＮＯ2のデータの近似線を表している。
この図５に示すように、実験に使用したＮＯXセンサは、ＮＯに対しては１００％に近い感度を示す一方、ＮＯ2に対しては、近似線Ｃで示されるように、６８％の感度しか示していないことが理解される。
【００３７】
以上のように、使用するセンサにおけるＮＯ2の感度は、あらかじめ実験等によって求めておくことができる。なお、ＮＯ2の感度はセンサの種類等によって変化するものである。
【００３８】
（５）−２  構成例１
構成例１では、図１に示すように、一方のＮＯXセンサ（第１のＮＯXセンサ）１７ａが酸化触媒１１の上流側に配置され、他方のＮＯXセンサ（第２のＮＯXセンサ）１７ｂが酸化触媒１１の下流側に配置されている。
【００３９】
ここで、構成例１の場合、酸化触媒１１の上流側に配置される第１のＮＯXセンサ１７ａについては、内燃機関５０の排出口の近傍に備えることが好ましい。
この理由は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯが排気ガス中のＯ2と反応してＮＯ2となる前に測定することにより、酸化触媒上流側でのＮＯXセンサによる測定値をＮＯの濃度と一致させることができ、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2それぞれの濃度の算出が容易になるためである。
ただし、一般的な排気ガスの流速及び排気通路の長さと、ＮＯからＮＯ2への酸化反応速度とを考慮すると、内燃機関から排出された排気ガスが酸化触媒に到達するまでに、含まれるＮＯがＮＯ2へと酸化される割合は、極めて低いと考えられる。したがって、内燃機関の排出口の近傍にＮＯXセンサを配置することは必須ではないが、ＮＯ2への酸化反応の可能性を限りなくゼロに近付ける意味で好適な態様である。
【００４０】
一方、酸化触媒１１の下流側に配置される第２のＮＯXセンサ１７ｂについても、できるだけ上流側、すなわち、ＳＣＲ触媒１３よりも酸化触媒１１に近い位置に配置することが好ましい。
この理由は、ＳＣＲ触媒は酸化触媒と比較して高温になるために、ＳＣＲ触媒に近い位置に配置した場合には、熱によって破損する場合があるためである。
【００４１】
また、構成例１における演算手段２２は、上述した二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂによって測定されたＮＯX濃度から、あらかじめ求めたＮＯ2の感度をもとに、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯの濃度とＮＯ2の濃度とを算出する演算手段２２である。
構成例１による具体的な演算方法については、後述する排気浄化方法１の中で、詳細に説明する。
【００４２】
（５）−３  構成例２
また、構成例２では、図２に示すように、それぞれＮＯ2の感度が異なる二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄが酸化触媒１１の下流側に配置されている。
構成例２における二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄは、上述した理由と同様に、熱損傷を防止する観点から、酸化触媒１１とＳＣＲ触媒１３の間の、できるだけ上流側に配置されることが好ましい。
【００４３】
また、測定手段２に備えられる演算手段２２´は、上述した二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄによって測定されたＮＯX濃度から、あらかじめ求めた二つのセンサのＮＯ2の感度をもとに、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯの濃度とＮＯ2の濃度とを算出する演算手段２２´である。
構成例２による具体的な演算方法については、後述する排気浄化方法２の中で、詳細に説明する。
【００４４】
（６）設定手段
また、図１及び図２に示すように、本実施形態の排気浄化装置には、上述の二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂ（１７ｃ、１７ｄ）及び演算手段２２（２２´）によって算出された、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をもとに、当該濃度比率が所定比率となるように、酸化触媒１１側を流れる排気ガスの流量を設定するための設定手段２３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濃度とＮＯ2濃度との比率を、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯXの還元速度が最も速くなる比率と一致させるために、後述の流量割合切換手段１９を調整するための設定手段２３である。
本実施形態の排気浄化装置１０、３０では、排気ガスを、酸化触媒１１を通過させることなく、当該酸化触媒１１の下流側に送ることができるバイパス２１を備えており、酸化触媒１１側又はバイパス２１側をそれぞれ流れる排気ガスの流量割合が所定割合となるように設定した上で、流量割合切換手段１９に信号を送ることにより、酸化触媒１１側を流れる排気ガスの流量を設定することができる。
【００４５】
（７）切換手段（流量割合切換手段）
また、図１及び図２に示すように、本実施形態の排気浄化装置は、上述の排気通路２０に、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、酸化触媒１１の上流側で、当該バイパス２１が排気通路２０から分岐する分岐点には、流量割合切換手段１９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。そして、流量割合切換手段１９は、上述の酸化触媒側への流量を設定するための設定手段２３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、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯXの還元効率が最も高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を用いた場合であっても、高温領域で異常に酸化反応が起きて排気ガスの温度が上昇し、ＳＣＲ触媒を熱損傷させてしまうことを防止するためである。
【００４６】
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、上述の設定手段により、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還元剤（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。
【００４７】
流量割合切換手段１９としては、上述の設定手段２３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るが、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１９は、図６（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弁である。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６（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６（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６（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。
かかる流量割合切換手段は、図７（ａ）に示すように、一つの弁体１９ａから構成することもでき、図７（ｂ）に示すように、二つの弁体１９ｂから構成することもでき、さらには、図７（ｃ）に示すように、シャッター部材１９ｃから構成することもできる。
【００４８】
（８）温度センサ
また、排気通路の途中に、排気ガスの温度を測定するための温度センサを備えることも好ましい。
この理由は、かかる温度センサによって測定される排気ガスの温度をもとに、酸化触媒におけるＮＯからＮＯ2への酸化反応率が推定でき、ＳＣＲ触媒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。したがって、上述した測定手段によって算出されるＮＯ濃度とＮＯ2濃度の信頼性を高めることができる。
かかる温度センサは、酸化触媒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、酸化触媒の入口及び出口、あるいはいずれか一方に備えることが好ましい。
【００４９】
２．排気浄化方法
次に、図８及び図１２を参照して、上述した内燃機関の排気浄化装置を用いた排気浄化方法について説明する。
【００５０】
（１）排気浄化方法１
図８は、上述した構成例１（図１に示す構成）による排気浄化装置１０を用いて行われる排気浄化方法１のフローを示している。
まず、準備段階として、排気浄化装置１０における酸化触媒１１の上流側及び下流側にそれぞれ配置する、第１のＮＯXセンサ１７ａ及び第２のＮＯXセンサ１７ｂにおけるＮＯ2の感度を求めておく（Ｓ1１）。具体的な方法については、上述した例示のとおりである。
なお、測定手段１に用いられる第１のＮＯXセンサ１７ａ及び第２のＮＯXセンサ１７ｂは、それぞれＮＯ2の感度が異なるものであってもよく、また、同種のＮＯXセンサであって、ＮＯ2の感度がほぼ一致するものであっても構わない。重要なのは、第２のＮＯXセンサ１７ｂにおけるＮＯ2の感度である。すなわち、後述するように、酸化触媒１１の上流側では、ＮＯ2濃度がほぼゼロであると考えられるため、第１のＮＯXセンサ１７ａにおけるＮＯ2の感度によって、演算精度に影響を受けることが少ないためである。
【００５１】
次いで、酸化触媒１１の上流側に配置された第１のＮＯXセンサ１７ａ及び酸化触媒１１の下流側に配置された第２のＮＯXセンサ１７ｂを用いて、それぞれの箇所における排気ガスのＮＯX濃度を測定する（Ｓ1２）。
【００５２】
次いで、第１及び第２のＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂで測定されたそれぞれのＮＯX濃度と、あらかじめ求めたＮＯ2の感度をもとに、演算手段２２によって、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する（Ｓ1３）。具体的な演算例としては、以下のとおりである。
【００５３】
図９に示すように、酸化触媒１１上流側の第１のＮＯXセンサ１７ａによって測定されたＮＯX濃度をＡ、酸化触媒１１下流側の第２のＮＯXセンサ１７ｂによって測定されたＮＯX濃度をＢ、酸化触媒１１上流側の測定位置における排気ガス中のＮＯの濃度をａ１、ＮＯ2の濃度をｂ1、酸化触媒１１下流側の測定位置における排気ガス中のＮＯの濃度をａ2、ＮＯ2の濃度をｂ2、ＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂにおけるＮＯ2の感度をＫ（０＜Ｋ≦１）とする。
そうすると、酸化触媒１１上流側におけるＮＯX濃度ＡはＡ＝ａ1＋Ｋ・ｂ1、酸化触媒１１下流側におけるＮＯX濃度ＢはＢ＝ａ2＋Ｋ・ｂ2と表すことができる。また、酸化触媒１１でのＮＯからＮＯ2への酸化反応は、反応式２ＮＯ＋Ｏ2＝２ＮＯ2で表され、ＮＯから生成されるＮＯ2の比率が１：１であるために、ｂ2−ｂ1＝ａ1−ａ2となる。ここで、上述したように、酸化触媒１１上流側においてはＮＯ2濃度ｂ1がゼロであることを考慮すると、ｂ2＝ａ1−ａ2となる。
【００５４】
これらの関係から、
Ａ−Ｂ＝（ａ1−ａ2）＋Ｋ・（ｂ1−ｂ2）
＝ｂ2−Ｋ・ｂ2
＝（１−Ｋ）・ｂ2
となる。したがって、あらかじめＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度Ｋが求められていることから、酸化触媒の下流側における排気ガス中に含まれるＮＯ2濃度ｂ2、ＮＯ濃度ａ2の値を、
ｂ2＝（Ａ−Ｂ）／（１−Ｋ）
ａ2＝Ｂ−Ｋ・ｂ2
として算出することができる。
【００５５】
ここで、上述した演算方法によって算出されるＮＯ2の値の精度について説明する。
図１０は、ＮＯXセンサを配置した実験装置内に、ＮＯ2濃度を異ならせた二種類のＮＯX（ＮＯとＮＯ2）を含むガスを導入した場合における、それぞれの測定値とＮＯ2感度とをもとに上述した演算方法によって算出されるＮＯ2濃度の差と、二種類のＮＯXを含むガスの実際のＮＯ2濃度の差とを比較したグラフを示している。図中、実線は実際のＮＯ2濃度の差を示しており、それぞれの点は上述した演算手段によって算出されたＮＯ2濃度の差の値を示している。
この図１０に示すように、上述した演算手段によって算出されたＮＯ2濃度の差の値は、実際に異ならせたＮＯ2濃度の差とほぼ一致することが理解される。
【００５６】
以上のように、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を精度良く測定することができ、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をタイムリーにかつ直接的に知ることができる。
【００５７】
次いで、演算手段２２により算出された、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の比率をもとに、設定手段２３により流量割合切換手段１９を制御する（Ｓ1４）。
すなわち、算出された比率を所望の比率と比較し、ＮＯ濃度の比率が大きい場合には、ＮＯ2の濃度を高めるべく、酸化触媒１１側により多くの排気ガスを通過させるように、設定手段２３によって流量割合切換手段１９を制御する。逆に、ＮＯ2濃度の比率が大きい場合には、ＮＯ濃度を高めるべく、酸化触媒１１側を通過する排気ガスの流量を少なくするように設定手段２３によって流量割合切換手段１９を制御する。
これによって、ＳＣＲ触媒１３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１３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。
【００５８】
より具体的には、ＳＣＲ触媒１３における還元剤（Ｎを用いたＮＯXの還元反応は、以下の三式で表される。
４ＮＨ3＋４ＮＯ＋Ｏ2＝４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ  …（１）
２ＮＨ3＋ＮＯ＋ＮＯ2＝２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ  …（２）
４ＮＨ3＋２ＮＯ＋Ｏ2＝３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ  …（３）
それぞれの反応における反応速度は、式（２）で表される反応速度が最も速く、次いで、式（１）で表される反応速度が速く、逆に、式（３）で表される反応速度は比較的遅いことが知られている。したがって、理想的には、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を１：１に近づけることにより、ＳＣＲ触媒における還元効率を最も効率化することができる。したがって、理想的には、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を１：１にすることにより、ＳＣＲ触媒における還元効率を最も効率化することができる。
【００５９】
ただし、排気ガス温度が比較的高い状態にある場合には、触媒が活性状態におかれることなどから、いずれの反応も迅速に行われるため、還元効率があまり低下することがない。
一方、排気ガス温度が低い状態にある場合には、反応式（１）あるいは（３）で表される反応が非効率であるため、反応式（２）で表される反応が支配的になるため、ＮＯとＮＯ2とＮＨ3との還元効率は、排気ガスに含まれるＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率に大きく依存する。したがって、特に、比較的低い温度領域においては、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を１：１に近付けることが、還元効率を高めるためには有効である。
【００６０】
以上のようにして、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をタイムリーかつ直接的に測定して、迅速に、酸化触媒を通過させる排気ガスの流量を変えることにより、ＳＣＲ触媒におけるＮＯX還元効率を最適化することができる。
【００６１】
（２）排気浄化方法２
図１１は、上述した構成例２（図２に示す構成）による排気浄化装置３０を用いて行われる排気浄化方法２のフローを示している。
準備段階（Ｓ2１）として、配置する二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄにおけるＮＯ2の感度を求めておく点については、上述した排気浄化方法１と同様である。ただし、構成例２においては、構成例１とは異なり、ともに酸化触媒１１の下流側に配置される二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄは、それぞれＮＯ2の感度が異なるものである。
【００６２】
次いで、酸化触媒１１の下流側に配置された二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄを用いて、それぞれ排気ガスのＮＯX濃度を測定する（Ｓ2２）。このとき、所定濃度のＮＯXを含む排気ガスを測定しているものの、ＮＯ2の感度が異なるために、二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄによって測定されるＮＯX濃度は異なっている。
【００６３】
次いで、二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄで測定されたそれぞれのＮＯX濃度と、あらかじめ求めたＮＯ2の感度をもとに、演算手段２２´によって、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する（Ｓ2３）。具体的な演算例としては、以下のとおりである。
【００６４】
図１２に示すように、ともに酸化触媒１１の下流側に配置された二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄのうちの一方のＮＯXセンサ１７ｃによって測定されたＮＯX濃度をＸ、他方のＮＯXセンサ１７ｄによって測定されたＮＯX濃度をＹ、測定位置における排気ガス中のＮＯの濃度をａ、ＮＯ2の濃度をｂ、ＮＯXセンサ１７ｃにおけるＮＯ2の感度をＰ1（０＜Ｐ1≦１）、ＮＯXセンサ１７ｄにおけるＮＯ2の感度をＰ2（０＜Ｐ2≦１）とする。
そうすると、ＮＯXセンサ１７ｃで測定されるＮＯX濃度ＸはＸ＝ａ＋Ｐ1・ｂ、ＮＯXセンサ１７ｄで測定されるＮＯX濃度ＹはＹ＝ａ＋Ｐ2・ｂと表すことができる。
これらの関係から、Ｘ−Ｙ＝（Ｐ1−Ｐ2）ｂであり、すなわち、ＮＯ2濃度ｂ、ＮＯ濃度ａをそれぞれ、
ｂ＝（Ｘ−Ｙ）／（Ｐ1−Ｐ2）
ａ＝Ｘ−Ｐ1・ｂ＝Ｙ−Ｐ2・ｂ
として算出することができる。
【００６５】
次いで、排気浄化方法１と同様に、演算手段２２により算出された、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の比率をもとに、設定手段２３により流量割合切換手段１９を制御する（Ｓ2４）。
以上のようにして、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。
【００６６】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、図１３や図１４に示すように、基本的には第１の実施の形態と同様の内燃機関の排気浄化装置６０、７０及び当該排気浄化装置を用いた排気浄化方法であって、排気通路２０に配置された二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂ（１７ｃ、１７ｄ）と、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出するための演算手段２２（２２´）と、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率に対応させて、酸化触媒１１を通過させる排気ガスの流路を設定するための設定手段２５と、設定手段２５からの信号に基づいて流路を変えるための切換手段２６と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置６０、７０、及び排気浄化方法である。
【００６７】
このうち、本実施形態では、切換手段２６として、酸化触媒１１に流入する排気ガスを、酸化触媒１１の一部又は全部を選択的に通過させるための流路切換手段２６を備えた排気浄化装置６０、７０、及び当該排気浄化装置を用いた排気浄化方法を例に採って説明する。
以下、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法について、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同様の構成とすることができる点については、適宜説明を省略する。
【００６８】
１．排気浄化装置
図１３や図１４に示される、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０、７０における、内燃機関５０、排気通路２０、酸化触媒１１、ＳＣＲ触媒１３、二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂ（１７ｃ、１７ｄ）、演算手段２２（２２´）、温度センサ等については、第１の実施の形態と同様の構成とすることができるため、ここでの説明を省略する。
【００６９】
（１）設定手段
図１３や図１４に示すように、本実施形態の排気浄化装置６０、７０には、二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂ（１７ｃ、１７ｄ）及び演算手段２２（２２´）によって算出された、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をもとに、当該濃度比率が所定比率となるように、酸化触媒１１を流れる排気ガスの流路を設定するための設定手段２５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濃度とＮＯ2濃度との比率を、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、後述の流路切換手段２６を調整するための設定手段２５である。
この設定手段は、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を制御すること以外にも、酸化触媒１１における排気ガスの通過位置を所定のタイミングで切り換えることにも用いることができる。これによって、エンジンの運転時間の変化にしたがって、所定タイミングで酸化触媒１１の温度制御をすることができるために、ＳＣＲ触媒１２におけるＮＯXの浄化効率を向上させることにも利用することができる。
【００７０】
（２）切換手段（流路切換手段）
また、本実施形態の排気浄化装置６０、７０は、排気通路２０における酸化触媒１１の上流側に、酸化触媒１１に流入する排気ガスを、酸化触媒１１の一部を選択的に通過させるための流路切換手段２６が備えられている。すなわち、酸化触媒１１における排気ガスの通過面積や通過速度を変えることができるために、排気ガス中に含まれるＮＯがＮＯ2に酸化される割合を制御することができる。
かかる流路切換手段２６としては、上述の設定手段２５から送られてくる信号をもとに酸化触媒１１を通過する排気ガスの流路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る。例えば、図１５（ａ）に示すように、回転軸１８を中心に回転可能な扇体部材２７を含む流路制御弁２６とすることができる。かかる流路制御弁２６であれば、比較的簡易な構成で、排気ガスの流路を容易に制御することができる。
なお、具体的な制御方法については、後述する排気浄化方法の中で、詳細に説明する。
【００７１】
（３）穴開き部材
また、図１３や図１４に示すように、酸化触媒１１の下流側に、酸化触媒１１を通過した排気ガスを拡散させるための穴開き部材１５を備えることが好ましい。
この理由は、排気ガスの温度のバラつきをなくして、ＳＣＲ触媒において温度のバラつきが生じることを防ぐためである。より具体的には、排気ガスが、流路制御弁２６によって酸化触媒１１の一部を通過するようにされた状態においては、酸化触媒１１を通過した排気ガスが層流となって、排気ガスの温度が層毎にばらつく場合がある。そこで、図１６に示すように、かかる穴開き部材１５によって排気ガスを拡散させることにより、排気ガスの温度を均一化して、ＳＣＲ触媒に対して、全面的に均一な温度、密度で流入させることができるようになる。
かかる穴開き部材１５としては、例えば、耐熱性に優れたパンチングメタルやスワーラー等を使用することができる。
【００７２】
２．排気浄化方法
次に、図１６を参照して、上述した内燃機関の排気浄化装置（図１３の浄化装置６０、図１４の浄化装置７０）を用いた排気浄化方法について説明する。ただし、本実施形態の排気浄化装置を用いた排気浄化方法は、第１の実施の形態の排気浄化方法１、排気浄化方法２と比べて、測定されたＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をもとに、設定手段２５により切換手段２６を制御する工程（Ｓ1４又はＳ2４）のみが異なる。したがって、この点を中心に説明し、第１の実施の形態と同様の工程（Ｓ1１〜Ｓ1３、及びＳ2１〜Ｓ2３）については、説明を省略する。
【００７３】
すなわち、第１の実施の形態の排気浄化方法１、排気浄化方法２と同様に、二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂ（１７ｃ、１７ｄ）を用いて、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を算出した後、算出されたＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の比率をもとに、設定手段２２（２２´）を用いて流路切換手段２６を制御する（Ｓ1４、Ｓ2４）。
より具体的には、算出された比率を所望の比率と比較し、ＮＯ濃度の比率が大きい場合には、ＮＯ2の濃度を高めるべく、図１５（ｂ）に示すように、酸化触媒１１の全面に対して排気ガスが通過するように、設定手段２５によって流路切換手段２６を制御する。このように制御した場合には、排気ガスの流速を早めることなく、かつ、酸化触媒１１の全体を使って、排気ガス中のＮＯを効率的にＮＯ2に酸化させやすくなる。
【００７４】
逆に、ＮＯ2濃度の比率が大きい場合には、ＮＯ濃度を高めるべく、図１５（ｃ）に示すように、酸化触媒１１の一部のみを排気ガスが通過するように、設定手段２５によって流路切換手段２６を制御する。このように制御した場合には、酸化触媒１１における排気ガスの通過面積が小さくなるばかりか、排気ガスの流速も早められて、短時間で酸化触媒１１を通過することになり、ＮＯがＮＯ2へと酸化される割合を減少させることができる。
【００７５】
ただし、図１５（ｃ）に示すように、酸化触媒１１の一部に対して排気ガスを通過させる場合、常に一定の位置を通過させると、酸化触媒１１全体として温度のばらつきが生じるとともに、酸化触媒の一部が異常に高温状態となってしまい、破損するおそれがある。したがって、先に排気ガスを通過させていた酸化触媒の一部の領域Ａに対して、今度は、排気ガスを通過させないように、すなわち、先に排気ガスを通過させないようにしていた酸化触媒の領域Ｂに対して、今度は、排気ガスを通過させるように、流路切換手段を切り換えながら、酸化触媒の一部に対して排気ガスを通過させることが好ましい。
このように、酸化触媒１１における排気ガスの通過位置を、所定タイミングでくり返し切り換えることにより、酸化触媒１１全体として温度のばらつきが生じることを防ぎつつ、酸化触媒１１の温度を効率的に低下させることができる。
【００７６】
以上のようにして、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をタイムリーかつ直接的に測定して、迅速に、酸化触媒１１を通過させる排気ガスの流路を変えることにより、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯX還元効率を最適化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明によれば、二つのＮＯXセンサ、演算手段、設定手段及び切換手段を備えた排気浄化装置によって、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯとＮＯ2との存在比率を所望の比率に制御して、ＳＣＲ触媒におけるＮＯXの浄化率の最適化を図ることができる。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】
【００７８】
【図１】第１の実施の形態の排気浄化装置の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の排気浄化装置の別の例を示す図である。
【図３】ＮＯXセンサの構成例を示す図である。
【図４】ＮＯXセンサにおけるＮＯとＮＯ2の感度の違いを説明するために供する図である（その１）。
【図５】ＮＯXセンサにおけるＮＯとＮＯ2の感度の違いを説明するために供する図である（その２）。
【図６】流量割合切換手段を用いた制御方法について説明するために供する図である。
【図７】流量割合切換手段の例を示す図である。
【図８】第１の実施の形態の排気浄化方法の一例を示すフローである。
【図９】ＮＯ濃度とＮＯ2濃度の算出方法を説明するために供する図である。
【図１０】演算方法によるＮＯ2濃度の精度について説明するために供する図である。
【図１１】本発明の排気浄化方法の別の例を示すフローである。
【図１２】ＮＯ濃度とＮＯ2濃度の別の算出方法を説明するために供する図である。
【図１３】第２の実施の形態の排気浄化装置の一例を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態の排気浄化装置の別の例を示す図である。
【図１５】流路切換手段を用いた制御方法について説明するために供する図である。
【図１６】穴あき部材を備えた例を示す図である。
【図１７】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。
【図１８】従来の別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】
【００７９】
１０：排気浄化装置、１１：酸化触媒、１３：ＳＣＲ触媒、１７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄ：ＮＯXセンサ、１９：切換手段（流量割合切換手段）、２０：排気通路、２１：バイパス、２２：演算手段、２３：設定手段、２５：設定手段、２６：切換手段（流路切換手段）、３０・６０・７０：排気浄化装置、５０：内燃機関
【図１２】
2007100510.tif 000003
【図１】
2007100510.tif 000004
【図２】
2007100510.tif 000005
【図３】
2007100510.tif 000006
【図４】
2007100510.tif 000007
【図５】
2007100510.tif 000008
【図６】
2007100510.tif 000009
【図７】
2007100510.tif 000010
【図８】
2007100510.tif 000011
【図９】
2007100510.tif 000012
【図１０】
2007100510.tif 000013
【図１１】
2007100510.tif 000014
【図１３】
2007100510.tif 000015
【図１４】
2007100510.tif 000016
【図１５】
2007100510.tif 000017
【図１６】
2007100510.tif 000018
【図１７】
2007100510.tif 000019
【図１８】
2007100510.tif 000020