(57)【要約】【課題】  内燃機関の冷間始動時においても排気浄化触媒の劣化の影響を受けにくくその排気浄化性能が高く維持されるような内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  本発明の排気浄化装置は、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒２０を具備し、排気浄化触媒には排気ガスがその上流側端部から流入して下流側端部から流出する。さらに、本発明の排気浄化装置は、内燃機関の運転中に排気浄化触媒の上流側端部上を移動することにより排気浄化触媒の上流側端部を研削する研削手段３０を具備する。【選択図】      図４
2007107495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置された排気浄化触媒を具備し、該排気浄化触媒には排気ガスがその上流側端部から流入して下流側端部から流出する内燃機関の排気浄化装置において、
内燃機関の運転中に上記排気浄化触媒の上流側端部上を移動することにより排気浄化触媒の上流側端部を研削する研削手段を具備する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記排気浄化触媒はその上流側端部がその下流側端部よりも鉛直方向上方に位置するように配置され、上記研削部材は排気浄化触媒に流入する排気ガスの流れ又は該排気浄化触媒を搭載した車両の振動により排気浄化触媒の上流側端部上を移動する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記研削部材の重量は、上記排気ガスの流れを受けても該研削部材が上記排気浄化触媒の上流側端部から舞い上がらずに該上流側端部に沿って移動するような重量である、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記研削部材の重量は気筒当たりの排気量に応じて定められる、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記研削部材は、耐摩耗性が上記排気浄化触媒を構成する材料の耐摩耗性よりも高い材料から構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記研削部材は該研削部材の外側に向かって突出する突出部を有し、該突出部は尖った先端部を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記排気浄化触媒はハニカム状に形成されており、上記研削部材の大きさは該研削部材が上記排気浄化触媒のハニカムを構成する排気流通路内に完全に侵入することがないような大きさである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
上記排気浄化触媒の下流側端面から上流側に向かって所定長さの位置で該排気浄化触媒は上流側触媒部分と下流側触媒部分とに分割され、これら上流側触媒部分と下流側触媒部分との間に上記研削部材の耐摩耗性よりも耐摩耗性の高い材料から構成される仕切り部材が設けられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
上記排気浄化触媒の上流側端部には上記研削部材を少なくとも部分的に収容可能な凹部が設けられる、請求項１〜８のいずれか１項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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気通路内には排気ガスを浄化するための排気浄化触媒が設けられており、排気浄化触媒は排気浄化触媒に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）中の有害成分、例えば炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯX）等を酸化又は還元して浄化する。
【０００３】
斯かる排気浄化触媒による有害成分の浄化能力は、常に一定ではなく流入排気ガス中の鉛成分、リン成分及び硫黄成分等、排気浄化触媒を被毒させる成分（以下、「触媒被毒成分」と称す）が排気浄化触媒に吸蔵されることにより低下せしめられる。このように、排気浄化触媒による浄化能力の低下、すなわち排気浄化触媒の劣化が進むと、流入排気ガス中の有害成分が十分に浄化されなくなり、排気浄化触媒から流出する排気ガス中にも有害成分が含まれてしまう。
【０００４】
このため、特許文献１に記載された排気浄化触媒では、排気浄化触媒の上流側端面に近接して触媒被毒成分を捕集するトラップ層を設けることとしている。このように排気浄化触媒の排気上流側にトラップ層を設けることにより機関本体から排出された排気ガス中の触媒被毒成分はトラップ層に捕集されるため、排気浄化触媒には触媒被毒成分が流入しにくく、よって排気浄化触媒の劣化が低減せしめられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１７２３２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、斯かる排気浄化触媒の浄化能力の低下、すなわち排気浄化触媒の劣化は、排気浄化触媒の上流側端部から徐々に進行する。これは、排気浄化触媒への流入排気ガス中の触媒被毒成分が排気浄化触媒の上流側端部から吸蔵され、上流側端部で吸蔵されなかったもののみがその下流側において吸蔵されるためである。
【０００７】
一方、内燃機関の冷間始動時には排気浄化触媒の温度が低く、機関本体から排出される排気ガスによって排気浄化触媒が昇温せしめられる。斯かる排気浄化触媒の昇温は排気浄化触媒の上流側端部から徐々に下流側に向かって進行する。従って、内燃機関の冷間始動時には排気浄化触媒の上流側端部近傍の部分の温度が高くなり易い。排気浄化触媒がその浄化能力を発揮するためには排気浄化触媒の温度が或る程度高いことが必要であるため、排気浄化触媒の上流側端部近傍の部分以外の部分の温度が高くなるまで主に上流側端部近傍の部分により排気ガスの浄化が行われる。
【０００８】
ここで、排気浄化触媒の上流側端部近傍の部分が劣化していると、内燃機関の冷間始動時においてまず上流側端部近傍の部分のみの温度が高くなるにも関わらず劣化により排気ガスが浄化されなくなってしまう。すなわち、排気浄化触媒が劣化すると、特に冷間始動時における排気浄化触媒の浄化性能が低下してしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、内燃機関の冷間始動時においても排気浄化触媒の劣化の影響を受けにくくその排気浄化性能が高く維持されるような内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒を具備し、該排気浄化触媒には排気ガスがその上流側端部から流入して下流側端部から流出する内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の運転中に上記排気浄化触媒の上流側端部上を移動することにより排気浄化触媒の上流側端部を研削する研削手段を具備する。
第１の発明によれば、排気浄化触媒の上流側端部を研削する研削手段が設けられるため、劣化した排気浄化触媒の上流側端部を徐々に研削することができる。これにより、内燃機関の冷間始動時に特に問題となる排気浄化触媒の上流側端部の劣化が抑制される。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において、上記排気浄化触媒はその上流側端部がその下流側端部よりも鉛直方向上方に位置するように配置され、上記研削部材は排気浄化触媒に流入する排気ガスの流れ又は該排気浄化触媒を搭載した車両の振動により排気浄化触媒の上流側端部上を移動する。
第２の発明によれば、研削部材は排気ガスの流れや車両の振動により移動せしめられるため、研削部材を移動させるための動力を別途設ける必要がなくなる。
【００１２】
第３の発明では、第２の発明において、上記研削部材の重量は、上記排気ガスの流れを受けても該研削部材が上記排気浄化触媒の上流側端部から舞い上がらずに該上流側端部に沿って移動するような重量である。
【００１３】
第４の発明では、第３の発明において、上記研削部材の重量は気筒当たりの排気量に応じて定められる。
【００１４】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記研削部材は、耐摩耗性が上記排気浄化触媒を構成する材料の耐摩耗性よりも高い材料から構成される。
【００１５】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、上記研削部材は該研削部材の外側に向かって突出する突出部を有し、該突出部は尖った先端部を有する。
【００１６】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記排気浄化触媒はハニカム状に形成されており、上記研削部材の大きさは該研削部材が上記排気浄化触媒のハニカムを構成する排気流通路内に完全に侵入することがないような大きさである。
【００１７】
第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、上記排気浄化触媒の下流側端面から上流側に向かって所定長さの位置で該排気浄化触媒は上流側触媒部分と下流側触媒部分とに分割され、これら上流側触媒部分と下流側触媒部分との間に上記研削部材の耐摩耗性よりも耐摩耗性の高い材料から構成される仕切り部材が設けられる。
ここで、「所定長さ」とは、例えば排気ガス中の有害成分を浄化するのに必要な排気浄化触媒の長さであり、後述する実施形態における「限界長さ」に等しい。
【００１８】
第９の発明では、第１〜第８のいずれか一つの発明において、上記排気浄化触媒の上流側端部には上記研削部材を少なくとも部分的に収容可能な凹部が設けられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、排気浄化触媒の上流側端部を研削する研削手段が設けられることにより冷間始動時に特に問題となる排気浄化触媒の上流側端部の劣化が抑制されるため、冷間始動時においても排気浄化性能が高く維持されるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について詳細に説明する。図１は本発明の排気浄化装置が搭載される内燃機関全体を示す図である。
【００２１】
図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００２２】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は上流側排気浄化触媒２０を内蔵したケーシング２１に連結される。ケーシング２１の出口は排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２３を内蔵したケーシング２４に連結される。
【００２３】
図２（ａ）及び（ｂ）は、上流側排気浄化触媒２０の正面図及び断面側面図を示している。図２（ａ）及び（ｂ）に示したように上流側排気浄化触媒２０はハニカム構造をなしており、上流端と下流端との間で互いに平行に延びる複数の排気流通路２０ａを有しており、排気ガスはこれら排気流通路２０ａ間の隔壁２０ｂをほとんど通過することなくこれら排気流通路２０ａに沿って流れる。すなわち、排気ガスは上流側排気浄化触媒２０内を上流側排気浄化触媒２０の軸線Ａの方向に向かって流れる。
【００２４】
上流側排気浄化触媒２０の隔壁２０ｂは、コージェライト等から構成される基体上に多孔質材料であるアルミナ等から構成される担体を担持させて形成される。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）は、排気流通路２０ａを通過するにあたって、アルミナ等の担体上及び担体内に形成された細孔を通って流れる。担体の表面上及び細孔表面上には触媒貴金属、例えば白金（Ｐｔ）等が担持されており、排気ガスが担体の表面上および細孔表面上を通過するときに排気ガス中の有害成分（例えば、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等）が触媒貴金属の酸化作用により酸化、浄化される。
【００２５】
上流側排気浄化触媒２０が例えば三元触媒として用いられる場合、アルミナ等から構成される担体には白金に加えて、酸素吸蔵剤としてセリウム（Ｃｅ）等が担持される。酸素吸蔵剤は、流入排気ガスの空燃比（上流側排気浄化触媒２０上流側の排気通路、燃焼室５および吸気通路に供給された空気と燃料との比率）がリーンのときには排気ガス中の酸素を吸蔵し、流入排気ガス中の空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチのときには吸蔵している酸素を離脱させる。
【００２６】
或いは、上流側排気浄化触媒２０がＮＯX吸蔵還元触媒として用いられる場合、担体には白金に加えて、ＮＯX吸蔵剤としてカリウム（Ｋ）やバリウム（Ｂａ）等が担持される。ＮＯX吸蔵剤は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯXを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには吸蔵しているＮＯXを離脱させる。これにより、流入排気ガスの空燃比がリーンであっても排気ガス中に含まれるＮＯXはＮＯX吸蔵剤に吸蔵されて上流側排気浄化触媒２０から排出される排気ガス中にはＮＯXがほとんど含まれないものとなると共に、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときにはＮＯX吸蔵剤から離脱せしめられたＮＯXが流入排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）によって還元、浄化される。
【００２７】
ところで、上流側排気浄化触媒２０への流入排気ガス中にはＨＣ、ＣＯ及びＮＯXに加えて、少量ながら鉛成分（Ｐｂ）、リン成分（Ｐ）及び硫黄成分（Ｓ）が含まれている。鉛成分及びリン成分は主に潤滑油中に含まれており、潤滑油の一部が燃焼室５内で燃焼せしめられることによって機関本体１から排出される排気ガス中に含まれることとなる。一方、硫黄成分は微量ながら燃料中に含まれており、燃焼室５内での燃料の燃焼により機関本体１から排出される排気ガス中に含まれることとなる。
【００２８】
流入排気ガス中に含まれるこれら鉛、リン及び硫黄の各成分は上流側排気浄化触媒２０による浄化能力を低下させ、上流側排気浄化触媒２０を劣化させる。すなわち、流入排気ガス中の鉛及びリンの両成分の一部は担体の細孔表面上等に吸着する。このように鉛及びリンの両成分が担体の細孔表面上に吸着すると、これら鉛・リン成分により担体に担持された触媒貴金属、酸素吸蔵剤やＮＯX吸蔵剤等が覆われてしまう。また担体の細孔表面上へのこれら鉛・リン成分の吸着が進行すると、担体の細孔がこれら鉛・リン成分によって塞がれてしまう。このように鉛・リン成分により触媒貴金属等が覆われたり細孔が塞がれたりすると、流入排気ガスが担体に担持されている触媒貴金属、酸素吸蔵剤やＮＯX吸蔵剤等に接触することができなくなり、よって上流側排気浄化触媒２０による排気浄化能力が低下せしめられる。また、流入排気ガス中の硫黄成分の一部はＮＯX吸蔵剤に吸蔵される。ＮＯX吸蔵剤に硫黄成分が吸蔵されるとＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵能力が低下せしめられ、よって上流側排気浄化触媒２０による排気浄化能力が低下せしめられる。
【００２９】
図３は、一定期間に亘って上流側排気浄化触媒に排気ガスを流通させた後における上流側排気浄化触媒の上流側端面からの長さ、すなわち上流側排気浄化触媒の軸線Ａの方向の位置に応じた上流側排気浄化触媒へのリンの吸着量を示す図である。図３において、ｘ軸は上流側排気浄化触媒の上流側端面（隔壁の上流側端面が位置する平面）からの長さ、ｙ軸は上流側排気浄化触媒の単位長さ当たりのリンの吸着量を示している。
【００３０】
図３から分かるように、上流側排気浄化触媒に排気ガスを流通させた後には、上流側排気浄化触媒の上流側端部近傍の部分に多量にリンが吸着しており、下流側に向かって徐々に吸着量が減少している。鉛及び硫黄についても同様な傾向があり、よって鉛、リン及び硫黄の全ての成分（以下、「触媒被毒成分」と称す）は上流側排気浄化触媒の上流側端部近傍の部分に多量に吸蔵され、下流側に向かうに従って吸蔵量が少なくなる。斯かる傾向となるのは、流入排気ガス中の触媒被毒成分が排気浄化触媒の上流側から吸蔵されていき、上流側端部で吸蔵されなかったもののみがその下流側において吸蔵されるためである。従って、触媒被毒成分による劣化の程度は上流側排気浄化触媒の上流側において大きく、下流側に向かうに従って小さくなる。
【００３１】
一方、図１から分かるように、上流側排気浄化触媒２０は、排気マニホルド１９の直ぐ下流に配置されており、その温度が低いときであっても機関本体１から排出される排気ガスによって昇温され易い。このため、上流側排気浄化触媒２０は、主に内燃機関の冷間始動時において排気ガスの浄化を行うことを目的として配置されている。
【００３２】
しかしながら、内燃機関の冷間始動時には、まず機関本体１から排出された高温の排気ガスによって上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分が昇温され、その後徐々に上流側排気浄化触媒２０の下流側の部分が昇温されていく。従って、内燃機関の冷間始動直後に上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分が昇温されてから下流側の部分が昇温されるまで、機関本体１から排出された排気ガスの浄化は基本的に上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分のみによって行われることになる。
【００３３】
ここで、上述したように触媒被毒成分による劣化の程度は上流側排気浄化触媒の上流側端部近傍の部分において大きい。従って、上流側排気浄化触媒全体としてはその劣化の程度が小さいときでもその上流側端部近傍の部分の劣化の程度が大きい場合がある。斯かる場合には、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分による浄化能力が低くなる。このため、内燃機関の冷間始動時に上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分のみが昇温されている期間においては、上流側排気浄化触媒２０によって流入排気ガスを十分に浄化することができない。
【００３４】
そこで、本発明の実施形態では、内燃機関の運転中に排気浄化触媒の上流側端部を研削する研削部材が用いられる。以下、研削部材について詳細に説明する。
【００３５】
図４は、本発明の上流側排気浄化触媒２０及び上流側排気浄化触媒２０を内蔵するケーシング２１の断面図である。本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０はその上流側端部がその下流側端部よりも鉛直上方に位置するようにほぼ鉛直に配置されている。
【００３６】
本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上には研削部材３０が配置される。研削部材３０は、上流側排気浄化触媒２０を構成する材料よりも耐摩耗性の高い材料で構成される。本実施形態では、上述したように上流側排気浄化触媒２０がコージェライトで形成されており、研削部材３０はそれよりも耐摩耗性の高い材料、例えばステンレス（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０等）で形成される。
【００３７】
また、本実施形態では、研削部材３０の形状は研削部材３０の外側に向かって延びる突出部を一つ又は複数有するような形状となっており、これら突出部は尖った先端部を有するように構成される。研削部材３０の形状の具体例を図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す。図５（ａ）に示した例では、研削部材３０の形状は立方体又は直方体となっており、図５（ｂ）に示した例では研削部材３０の形状は側面が台形状となるように、すなわち切頭角錐状となるように構成されており、図５（ｃ）に示した例では研削部材３０の形状は三角柱状となっており、図５（ｄ）に示した例では研削部材３０の形状は星形断面の柱状となっており、図５（ｄ）に示した例では研削部材３０の形状は円柱状となっておいる。しかしながら、研削部材３０の形状は上記図５（ａ）〜図５（ｅ）の五つの例に限定されるものではなく、外側に向かって延び且つ尖った先端部を有するように構成された突出部を少なくとも一つ有していれば如何なる形状であってもよい。
【００３８】
さらに、本実施形態では、研削部材３０は研削部材３０が排気流通路２０ａ内に完全に侵入することのないような大きさ、すなわち排気流通路２０ａを画成する各セルを通過することができないような大きさとされる。例えば、図５（ａ）に示した研削部材３０の場合には、立方体の各側面の断面は各セルの断面よりも大きいものとされる。
【００３９】
このように構成された研削部材３０は上流側排気浄化触媒２０を通過する排気ガスの流れにより又は排気浄化触媒を搭載した車両の振動により上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上を移動する。この研削部材３０の移動に伴って上流側排気浄化触媒２０の上流側端部と研削部材３０との間には摩擦がおきる。上述したように研削部材３０は上流側排気浄化触媒２０を構成する材料よりも耐摩耗性の高い材料で構成されるため、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部と研削部材３０と間で摩擦がおきると、研削部材３０はほとんど研削されることなく上流側排気浄化触媒２０の上流側端部のみが徐々に研削される。特に、研削部材３０は先端部の尖った複数の突出部を有するような形状となっているため、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部を研削し易い。さらに、研削部材３０は排気流通路２０ａ内に完全に侵入することのないような大きさとなっているため、研削部材３０が排気ガスの流れを受けても上流側排気浄化触媒２０の排気流通路２０ａを通過してしまうことはない。
【００４０】
このように、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部が徐々に研削されることにより、上流側排気浄化触媒２０の劣化に伴う内燃機関の冷間始動時における排気ガスの浄化能力の低下を防止することができる。すなわち、上述したように上流側排気浄化触媒２０の劣化はその上流側端部近傍の部分において大きいが、本実施形態によれば劣化した上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分は研削部材３０により徐々に削り取られていく。このため、上流側排気浄化触媒２０が或る程度の期間に亘って使用されても上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分の劣化の程度は比較的小さいままである。上述したように内燃機関の冷間始動時における排気ガスの浄化能力は上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分の劣化の程度に依存するため、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分の劣化の程度が比較的小さく維持される本発明によれば、内燃機関の冷間始動時における排気ガスの浄化能力は比較的高いまま維持される。
【００４１】
また、本実施形態では、研削部材３０の重量は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの流れにより研削部材３０が上流側排気浄化触媒２０の上流側端部と接触しつつ移動するような重量とされる。すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの一部が上流側排気浄化触媒２０の隔壁２０ｂの上流側端面にあたるため上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上では排気ガスの流れに乱れが生じるが、研削部材３０の重量が軽すぎると研削部材３０はこの乱れにより上流側排気浄化触媒２０の上流側端部から舞い上げられてしまい、上流側端部と接触しつつ移動することができなくなってしまう。逆に、研削部材３０の重量が重すぎると、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上で生じる排気ガスの流れの乱れによっても上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上で研削部材３０を移動させることができなくなってしまう。ここで、本実施形態では、研削部材３０の重量は研削部材３０が上流側端部と接触しつつ移動するような重量とされるため、研削部材３０が上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上で生じる乱れによって舞い上げられてしまったり、或いは研削部材３０が上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上でほとんど移動しなくなってしまったりするのが防止される。
【００４２】
特に、本実施形態では、研削部材３０の重量は各気筒当たりの排気量に応じて設定される。以下、これについて詳細に説明する。
【００４３】
図６は、内燃機関が１サイクルする間における上流側排気浄化触媒２０を通過する排気ガスの流量（以下、「排気流量」と称す）の時間推移を示す図である。図からわかるように、排気流量は排気弁８の開閉に応じて上下に変動し、いわゆる排気脈動を生じさせる。特に、図６に示した例では、まず１番気筒に対応する排気弁８が開弁することで排気流量が増大し、その後排気弁８が閉弁することで排気流量が減少する。その後、排気弁８が３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に開弁することにより同様に排気流量が上下する。
【００４４】
研削部材３０は、上流側排気浄化触媒２０を通過する排気流量が多いほど上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上から舞い上がり易いため、上流側排気浄化触媒２０を通過する排気流量が最大となっているとき、すなわち最大排気流量（図中の一点鎖線）の排気ガスが通過しているときに最も舞い上がり易い。従って、研削部材３０の重量は、最大排気流量の排気ガスが通過しているときにも舞い上がらないような重量である必要があり、最大排気流量に応じて設定される必要がある。
【００４５】
ここで、最大排気流量は気筒当たりの排気量に応じて変わり、各気筒当たりの排気量が大きくなるほど最大排気流量も多くなる。そこで、本実施形態では、研削部材３０の重量を気筒当たりの排気量に応じて設定することとしており、例えば気筒当たりの排気量に比例して設定される。
【００４６】
例えば、図７（ａ）に示したように総排気量が１０００ｃｍ3である４気筒の内燃機関では気筒当たりの排気量が２５０ｃｍ3であり、この場合において研削部材３０が上流側排気浄化触媒２０の上流側端部と接触しつつ移動するような重量を１０ｇとすると、図７（ｂ）に示したように総排気量が１０００ｃｍ3である４気筒の内燃機関であってそれぞれ二つの気筒に連通した上流側排気浄化触媒２０が二つ設けられている内燃機関についても研削部材３０の重量は１０ｇとされる。また、図７（ｃ）に示したように総排気量が２０００ｃｍ3である４気筒の内燃機関では気筒当たりの排気量が５００ｃｍ3であり、研削部材３０の重量は２０ｇとされる。さらに、図７（ｄ）に示したように総排気量が２０００ｃｍ3である６気筒の内燃機関では気筒当たりの排気量が３３３ｃｍ3であり、研削部材３０の重量は約１３．３ｇとされる。
【００４７】
図８は、内燃機関を搭載した車両の走行距離と上流側排気浄化触媒２０による排気ガスの浄化能力との関係を示す図である。図中の実線は上流側排気浄化触媒２０の完成時又は上流側排気浄化触媒２０を車両に組み付けたときから、すなわち初期から上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上に研削部材３０が挿入されている場合を、図中の破線は研削部材３０が挿入されていない場合を、図中の一点鎖線は時期Ａにおいて研削部材３０が挿入された場合をそれぞれ示している。
【００４８】
図からわかるように、初期から研削部材３０が挿入されている場合（実線）には、上流側排気浄化触媒２０による排気浄化能力は研削部材３０が挿入されていない場合（破線）に比べて常に高いものとなっている。これは、上述したように、研削部材３０が挿入されていると研削部材３０により劣化した上流側排気浄化触媒２０の部分が徐々に削り取られるためである。一方、上流側排気浄化触媒２０の車両組付け時から或る程度の距離を車両が走行した時期Ａに研削部材３０を上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上に挿入すると、劣化した上流側排気浄化触媒２０の上流側端部近傍の部分が削り取られるため、図８に一点鎖線で示したように上流側排気浄化触媒２０による排気浄化能力が回復せしめられる。しかしながら、時期Ａに研削部材３０を挿入することにより上流側排気浄化触媒２０による排気浄化能力が回復せしめられた場合であっても、上流側排気浄化触媒２０による排気浄化能力が図８に示したように初期から研削部材３０が挿入されていた場合の排気浄化能力以上にまでは回復しない。従って、時期Ａに研削部材３０を挿入することとすると、少なくとも時期Ａ以前においては初期から研削部材３０を挿入した場合に比べて排気浄化能力が低いと共に、時期Ａ以降も排気浄化能力が初期から研削部材３０を挿入した場合の排気浄化能力を超えることがない。よって、本実施形態では、初期から研削部材３０を挿入することとしている。
【００４９】
なお、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０はその上流側端部が鉛直上方に位置するようにほぼ鉛直に配置されているが、上流側排気浄化触媒２０は鉛直に配置されていなくてもよい。例えば、上流側排気浄化触媒２０はその上流側端部がその下流側端部よりも鉛直方向上方に位置するように、すなわち傾斜して配置されてもよい。ただし、この場合、研削部材３０は上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上の位置のうち最も鉛直方向下方の位置へと転がり落ちる傾向にあるため、上流側排気浄化触媒２０を通過する排気ガスの流れにより研削部材３０が上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上を隈なく移動して上流側端部を均等に研削するように研削部材３０の重量をより慎重に設定しなければならない。或いは、上流側排気浄化触媒２０はその軸線が水平になるように配置されてもよい。この場合、研削部材３０の重量の設定をさらに慎重に行わなければならない。
【００５０】
また、研削部材３０の形状は図５に示したような先端部の尖った突出部を有する形状に限られず、如何なる形状であってもよい。従って、例えば、研削部材３０の形状は図９（ａ）に示したような球状であってもよいし、図９（ｂ）に示したような両端が半球状の円柱であってもよい。図９に示したように研削部材３０の形状をその外形が滑らかな形状にすると、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部は図５に示したような先端部の尖った突出部を有する形状の研削部材３０を用いた場合に比べて研削されにくくなる。従って、例えば、上流側排気浄化触媒２０を構成する材料と研削部材３０を構成する材料との関係で上流側排気浄化触媒２０の上流側端部が研削され易い場合には研削部材３０の形状を図９に示したような形状とし、逆に上流側排気浄化触媒２０の上流側端部が研削されにくい場合には研削部材３０の形状を図５に示したような形状とすることにより、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部の研削量を最適に制御することができる。
【００５１】
さらに、上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上で移動する研削部材３０は、上流側排気浄化触媒２０を内蔵するケーシング２１と接触、摩擦する。このため、ケーシング２１を研削部材３０の耐摩耗性よりも耐摩耗性の低い材料又は耐摩耗性が同程度の材料で構成すると、研削部材３０によりケーシング２１の側面が研削されてケーシング２１に孔が開いてしまう虞がある。このため、本実施形態では、ケーシング２１を研削部材３０の耐摩耗性よりも耐摩耗性の高い材料で構成するのが好ましい。或いは、ケーシング２１を研削部材３０と耐摩耗性が同程度の材料で構成する場合には、図４に示したようにケーシング２１の内面上であって上流側排気浄化触媒２０の上流側端部よりも上流側の位置に補強部材２１ａが設けられる。これにより、研削部材３０の移動によって補強部材２１ａが研削されるがケーシング２１が研削されることがなくなり、よってケーシング２１に孔が開いてしまうことが防止される。
【００５２】
なお、上記記載では、上流側排気浄化触媒２０に研削部材３０を用いた場合について説明したが、同様に下流側排気浄化触媒２３に研削部材を用いることも可能である。
【００５３】
次に、図１０〜図１２を参照して本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。図１０は、上流側排気浄化触媒の上流側端面からの長さと当該長さに位置する上流側排気浄化触媒の部分を通過する排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の浄化率との関係の例を示す図である。図中の丸印は上流側排気浄化触媒への炭化水素の流入流量が１０ｇ／ｓである場合、図中の四角印は上流側排気浄化触媒への炭化水素の流入流量が２０ｇ／ｓである場合をそれぞれ示している。
【００５４】
図１０からわかるように、上流側排気浄化触媒に流入した排気ガス中のＨＣは主に上流側排気浄化触媒の上流側端部近傍の部分において浄化される。特に、図１０に示した例では、上流側排気浄化触媒に流入した排気ガスが上流側端面からの長さが５０ｍｍの位置を通過する時点ではＨＣは９０％近く浄化されており、８０ｍｍの位置を通過する時点ではＨＣは１００％近く浄化されている。従って、図１０に示した上流側排気浄化触媒については、上流側排気浄化触媒の全長が約８０ｍｍ以上あれば流入排気ガスを十分に浄化することができ、逆に上流側排気浄化触媒の全長が８０ｍｍよりも短いと上流側排気浄化触媒から流出する排気ガス中にＨＣ等が残ってしまうことがわかる。すなわち、上流側排気浄化触媒によって排気ガス中の有害成分を十分に浄化するためには、或る程度の上流側排気浄化触媒の長さが必要であることがわかる。
【００５５】
そこで、本実施形態では、研削部材３０によって上流側排気浄化触媒２０の上流側端部を研削したとしても、一定の長さ（以下、「限界長さ」と称す）の上流側排気浄化触媒２０の部分が残るようにしている。ここで、限界長さとは、その長さの上流側排気浄化触媒２０の部分が残っていれば上流側排気浄化触媒２０によって排気ガス中の有害成分を十分に浄化することができるような長さであり、例えば図１０のような傾向を示す排気浄化触媒であれば約８０ｍｍ以上である。
【００５６】
図１１は、第二実施形態の本発明の上流側排気浄化触媒及びそのケーシングの断面図である。図１１に示したように、本実施形態では、研削部材３０に削り取られることなく限界長さの上流側排気浄化触媒２０の部分が残るようにすべく、上流側排気浄化触媒２０の下流側端面から排気上流側に向かって限界長さＬの位置に、仕切り部材３５が設けられる。見方を変えると、上流側排気浄化触媒２０の下流側端面から上流側に向かって限界長さＬの位置で上流側排気浄化触媒２０は上流側触媒部分２０１と下流側触媒部分２０２とに分割され、これら上流側触媒部分２０１と下流側触媒部分２０２との間に仕切り部材３５が設けられる。仕切り部材３５は、上流側排気浄化触媒２０の軸線に対して垂直な平面上で延びる。
【００５７】
図１２（ａ）は、仕切り部材３５の平面図である。図１２（ａ）からわかるように、仕切り部材３５は、上流側排気浄化触媒２０の外周部とほぼ同一の半径を有する外枠部材３６と、この外枠部材３６内で互いに垂直に延びる横断部材３７とを具備する。図１２（ａ）に示した実施形態では、仕切り部材３５は互いに垂直に延びる二本の横断部材３７を具備する。仕切り部材３５を構成する外枠部材３６及び横断部材３７は、仕切り部材３５が排気抵抗となるのを防止するため上流側排気浄化触媒２０の隔壁２０ｂと整列するのが好ましいが、隔壁２０ｂと整列せずに排気流通路２０ａを横断するように延びてもよい。
【００５８】
仕切り部材３５は、耐摩耗性が研削部材３０の耐摩耗性よりも高い材料で形成される。これにより、仕切り部材３５よりも排気上流側に位置する上流側排気浄化触媒２０の部分、すなわち上流側触媒部分２０１が研削部材３０により削り取られて仕切り部材３５が研削部材３０と接触するようになると、研削部材３０は仕切り部材３５との間で摩擦が生じることにより研削される。このように研削部材３０が仕切り部材３５との接触により研削されて排気流通路２０ａ内に完全に侵入できるような大きさまで小さくなると、研削部材３０は排気ガスの流れにより排気流通路２０ａ内を通って上流側排気浄化触媒２０の下流側へと放出される。このため、上流側排気浄化触媒２０は研削部材３０によってそれ以上研削されることが防止され、よって限界長さの上流側排気浄化触媒２０の部分、すなわち下流側触媒部分２０２が残る。これにより、上流側排気浄化触媒２０は、研削部材３０によって研削されても、排気ガス中の有害成分を十分に浄化することができるように維持される。
【００５９】
なお、上記実施形態では、仕切り部材３５は互いに垂直に延びる二本の横断部材３７を具備しているが、仕切り部材３５の形状は他の形状であってもよい。例えば、仕切り部材３５は、横断部材３７を三本以上具備していてもよく、図１２（ｂ）に示した例では互いに平行に延びる一組の五本の横断部材３７ａと、この一組の横断部材３７ａに対して垂直に延びる別の組の五本の横断部材３７ｂとを有する。
【００６０】
また、仕切り部材３５の断面形状は、如何なる形状であってもよいが、図１２（ａ）のラインｃ−ｃから見た仕切り部材３５の断面図である図１２（ｃ）に示したように、排気上流側を向いた複数の角部を有する形状であるのが好ましい。仕切り部材３５の断面形状をこのような形状とすることにより、研削部材３０が磨耗し易くなり、研削部材３０を上流側排気浄化触媒２０の上流側端部上から迅速に除去することができるようになる。
【００６１】
さらに、上記実施形態では、仕切り部材３５を設けることで研削部材３０によって研削されても限界長さの上流側排気浄化触媒２０の部分が残るようにしているが、研削部材３０によって研削される研削量を調整することで限界長さの上流側排気浄化触媒２０の部分が残るようにしてもよい。すなわち、研削部材３０の材料及び形状を適切に選択することにより、上流側排気浄化触媒２０を搭載した車両が目標走行距離（例えば１０万ｋｍや７万ｋｍ）を走行したときに限界長さの上流側排気浄化触媒２０の部分が残るようにしてもよい。
【００６２】
次に、図１３及び図１４を参照して本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。図１３は、第三実施形態の上流側排気浄化触媒４０及びそのケーシング２１の断面側面図であり、図１４は図１３のラインＸＩＶ−ＸＩＶから見た上流側排気浄化触媒４０及びケーシング２１の断面平面図である。
【００６３】
ところで、新品の上流側排気浄化触媒に研削部材を挿入すると、上流側排気浄化触媒がほとんど劣化していないときから、すなわち十分な排気浄化能力を発揮しているときから上流側排気浄化触媒の上流側端部の研削が開始されてしまう。斯かる事態を回避するためには、新品の上流側排気浄化触媒の使用を開始してから一定の期間に亘って上流側排気浄化触媒の上流側端部が研削部材３０によって研削されにくくなるようにする必要がある。
【００６４】
そこで、本実施形態の上流側排気浄化触媒４０では、図１３に示したように、その上流側端部に凹部４１を設けることとしている。凹部４１は、上流側排気浄化触媒４０の軸線Ａ上に配置され、研削部材３０を少なくとも部分的に収容可能な大きさである。具体的には、上流側排気浄化触媒４０の軸線方向における凹部４１の深さＤは凹部４１内に研削部材３０が収容されているときに上流側排気浄化触媒４０を通過する排気ガスの流れ又は上流側排気浄化触媒４０を搭載した車両の振動により凹部４１内から研削部材３０が飛び出してしまうことのないような深さとされ、上流側排気浄化触媒４０の軸線Ａと垂直な方向における凹部４１の幅Ｗはその幅内に研削部材３０が完全に収まるような大きさとされる。より具体的には、上記凹部４１に対応した深さＤ及び幅Ｗの空間が上流側排気浄化触媒４０の上流側端部近傍の部分に形成されるように、上流側排気浄化触媒４０を構成する隔壁４０ｂの上流側部分が除去されている。
【００６５】
このように構成された上流側排気浄化触媒４０では、新品状態から使用開始される際に研削部材３０が凹部４１内に収容される。凹部４１内に収容された研削部材３０は排気ガスの流れを受けても凹部４１内から飛び出すことができず、よって凹部４１内のみで移動する。このため、研削部材３０は上流側排気浄化触媒４０の上流側端部上を隈なく移動することができず、よって上流側排気浄化触媒４０の上流側端部は基本的に研削部材３０によって研削されない。ただし、研削部材３０は、排気ガスの流れを受けて凹部４１内で運動するため、研削部材３０と凹部４１を画成する隔壁４０ｂとの間では摩擦が起こり、よって凹部４１を画成する隔壁４０ｂは徐々に研削される。特に、研削部材３０によって、凹部４１を画成する隔壁４０ｂのうち凹部４１の側面を画成する隔壁（すなわち研削部材３０を囲うように位置する隔壁）が徐々に研削される。
【００６６】
このため、新品状態から使用が開始されると、凹部４１の側面を画成する隔壁４０ｂが研削部材３０によって徐々に研削され、これにより凹部４１が徐々に横方向（すなわち、上流側排気浄化触媒４０の軸線Ａと垂直な方向）へ広がっていき、凹部４１を画成する段が滑らかになっていく。その結果、上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体が滑らかになり、研削部材３０は上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体上を自由に移動することができるようになる。このように、研削部材３０が上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体上を自由に移動することができるようになってから、研削部材３０による上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体の研削が開始される。
【００６７】
このように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒４０の上流側端部に凹部４１を設けて上流側排気浄化触媒４０を新品状態から使用開始する際に研削部材３０を凹部４１内に収容することにより、研削部材３０による上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体の研削開始を遅らせることができる。これにより、研削部材３０による上流側端部全体の研削は或る程度上流側排気浄化触媒２０が劣化してから開始されるため、上流側排気浄化触媒２０がほとんど劣化していないときから上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体の研削が開始されるのが防止される。
【００６８】
なお、上流側排気浄化触媒４０の上流側端部近傍の部分の劣化速度は内燃機関や、内燃機関の搭載される車両毎に異なる。従って、本実施形態では、上流側排気浄化触媒４０の劣化速度に応じて上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体の研削開始時期を調整することとしている。
【００６９】
具体的に説明すると、上流側排気浄化触媒４０の劣化のうち硫黄による劣化は上流側排気浄化触媒４０への流入排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチにすると共に上流側排気浄化触媒４０の温度を離脱開始温度以上の高温にすることによって或る程度回復せしめられるため、上流側排気浄化触媒４０の劣化のうち最も問題となるのは排気ガスに含まれる鉛やリンによる劣化である。上流側排気浄化触媒４０の鉛やリンによる劣化は、主に内燃機関の潤滑油が燃焼して排気ガス中にこれら成分が含まれることによって生じる。すなわち、潤滑油の消費に伴って上流側排気浄化触媒４０の劣化が促進せしめられる。従って上流側排気浄化触媒４０の上流側端部の劣化速度は潤滑油の消費速度に応じて変化し、潤滑油の消費速度が速いほど上流側排気浄化触媒４０の上流側端部の劣化速度も速い。
【００７０】
一方、新品状態において上流側排気浄化触媒４０の凹部４１の幅Ｗが小さいと、上流側排気浄化触媒４０の使用開始初期には研削部材３０は排気ガスの流れを受けても凹部４１内であまり運動することができず、研削部材３０による単位時間当たりの隔壁４０ｂの研削量は比較的少ない。また、凹部４１を滑らかにするまでに研削部材３０によって研削しなければならない隔壁４０ｂの量は多い。このため、新品状態で上流側排気浄化触媒４０の使用が開始されてから、研削部材３０によって上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体の研削が開始されるまでには時間がかかる。逆に、新品状態において上流側排気浄化触媒４０の凹部４１の幅Ｗが大きいと、上流側排気浄化触媒４０の使用開始初期から研削部材３０は排気ガスの流れを受けると凹部４１内で大きく運動することができ、よって研削部材３０による単位時間当たりの隔壁４０ｂの研削量は比較的多い。また、凹部４１を滑らかにするまでに研削部材３０によって研削しなければならない隔壁４０ｂの量は少ない。このため、新品状態で上流側排気浄化触媒４０の使用が開始されてから、比較的早くに研削部材３０によって上流側排気浄化触媒４０の上流側端部全体の研削が開始される。
【００７１】
そこで、本実施形態では、潤滑油の消費速度が速い内燃機関には、上流側排気浄化触媒４０の上流側部分の劣化速度が速いため、凹部４１の幅Ｗが大きい排気浄化触媒を用いるようにしている。一方、潤滑油の消費速度が遅い内燃機関に対しては、上流側排気浄化触媒４０の上流側部分の劣化速度が遅いため、凹部４１の幅Ｗの小さい排気浄化触媒を用いるようにしている。これにより、上流側排気浄化触媒４０の上流側部分が或る程度劣化してから研削部材３０により上流側排気浄化触媒４０の上流側端部近傍の部分が研削されるようになる。
【００７２】
なお、第三実施形態の排気浄化触媒は第二実施形態の排気浄化触媒と組み合わせることも可能である。
【００７３】
なお、上記説明では、ＮＯXや硫黄成分はＮＯX吸蔵剤等に吸蔵されるものとして説明しているが、この「吸蔵」という用語は、「吸収」（例えば、硫黄成分であれば硫酸塩等の形で蓄積すること）及び「吸着」（例えば、硫黄成分であればＳＯXをＳＯ2等の形で吸着すること）の両概念を含むものとして用いられる。また、ＮＯX吸蔵剤等からの「離脱」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」及び「吸着」に対応する「脱離」の両概念を含むものとして用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の排気浄化装置が搭載される内燃機関全体を示す図である。
【図２】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図３】一定期間に亘って上流側排気浄化触媒に排気ガスを流通させた後における上流側排気浄化触媒の軸線方向の位置に応じた上流側排気浄化触媒へのリンの吸着量を示す図である。
【図４】本発明の上流側排気浄化触媒及びそのケーシングの断面図である。
【図５】研削部材の形状の具体例を示す図である。
【図６】上流側排気浄化触媒を通過する排気ガスの流量の時間推移を示す図である。
【図７】内燃機関の種類と研削部材の重量との関係を説明するための図である。
【図８】内燃機関を搭載した車両の走行距離と上流側排気浄化触媒による排気ガスの排気浄化能力との関係を示す図である。
【図９】研削部材の形状の具体例を示す、図５と同様な図である。
【図１０】上流側排気浄化触媒の上流側端部からの長さと当該長さに位置する上流側排気浄化触媒の部分を通過する排気ガス中の炭化水素の浄化率との関係の例を示す図である。
【図１１】第二実施形態の上流側排気浄化触媒及びそのケーシングの断面図である。
【図１２】仕切り部材の平面図及び断面図である。
【図１３】第三実施形態の上流側排気浄化触媒及びそのケーシングの断面側面図である。
【図１４】図１３のラインＸＩＶ−ＸＩＶから見た上流側排気浄化触媒及びケーシング２１の断面平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１    機関本体
１９    排気マニホルド
２０、４０    上流側排気浄化触媒
２０ａ、４０ａ    排気流通路
２０ｂ、４０ｂ    隔壁
２１    ケーシング
２２    排気管
２３    下流側排気浄化触媒
２４    ケーシング
３０    研削部材
３５    仕切り部材
４１    凹部
【図１】
2007107495.tif 000003
【図２】
2007107495.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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