(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内撚機関の排気系に設けられる触媒、
前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、
前記冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
内撚機関の排気系に設けられる触媒、
前記触媒の触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータを検出又は推定する触媒温度検出手段、
前記触媒の上流側の前記排気系に設けられ排気ガスを冷却する冷却手段、
前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、
前記固化用冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、
前記触媒温度検出手段により検出又は推定された触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに、排気ガス温度を低減すべく前記冷却手段の作動を制御する制御手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内撚機関の排気ガスを排気系において浄化する排気ガス浄化装置、特に、排気系に設けた触媒により排気ガスを浄化する内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載された内撚機関はその駆動時に水蒸気Ｈ２０や炭酸ガスＣＯ２を含む排気ガスを排出するが、この排気ガスには未燃ガスＨＣや一酸化炭素ＣＯ及び窒素酸化物ＮＯｘが混入している。そこで、これらＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを含む排気ガスは排気系に設けられた三元触媒やＮＯｘ触媒で浄化された上で、大気排出されている。
例えば、ディーゼル車ではその排気系に酸素過剰雰囲気下の運転域でＮＯｘを浄化する還元触媒を配備したものが多く、ガソリン車ではストイキオ雰囲気下でＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触媒を単独で設けたり、あるいは三元触媒に加えてリーン運転時に使用する還元触媒を併設したものが多い。
【０００３】
このように各車両の排気系に設けられるＮＯｘ触媒や三元触媒は、一般的には排気管の途中を膨出した形状をなすような触媒コンバータとして配設される。この触媒コンバータは、その本体ケーシングの内部に多孔性の触媒担体を配備し、その触媒担体にＮＯｘ触媒や三元触媒を担持した状態で形成される。このような触媒コンバータには内燃機関からの排気ガスが流入し、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘが触媒担体上の触媒により還元、あるいは酸化反応を促進され、無害化され、外部に排出されている。
通常、触媒の浄化率は暖機完了前の様に触媒温度の活性温度未満で浄化率が低く、暖機運転完了後の様に活性化温度以上で所期の浄化率を保持できる。しかも、ＮＯｘ触媒は空燃比が酸素過剰雰囲気下で運転された場合に、三元触媒は空燃比がストイキオで運転された場合に高浄化率を保持できることより、排気の制御系は排気ガス浄化のための触媒温度や空燃比制御を行うことが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒温度が活性化温度を越える温度が、例えば、３００〜５００℃で内燃機関が運転されている際に、更に、高出力運転が継続されたような場合、触媒温度が過度に、例えば６５０℃以上に高くなる場合がある。この状態が続くと、触媒担体に担持されているＮＯｘ触媒や三元触媒の触媒金属の飛散が発生し易くなり、この触媒金属が大気排出される可能性がある。
例えば、ディーゼルエンジンで用いられるＮＯｘ浄化装置はその排気系にＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒）を置き、その担体にはＳＣＲ触媒として機能するための触媒金属、例えばバナジウム（Ｖ）が担持され、その上流側よりユリア水を供給し、加水分解により生成されたアンモニアを触媒に還元剤として供給し、酸素過剰雰囲気下においてＮＯｘを浄化できるようにしている。このようなディーゼルエンジンにおいて、高出力運転が継続された場合、ＳＣＲ触媒を通過する排気ガス温度が過度に上昇し、例えば、触媒温度が６５０℃程度の過昇温度を上回るような事態が続くとすると、バナジウムの気化が生じ、環境へのバナジウムの飛散が生じる可能性がある。
【０００５】
このように、ＮＯｘ触媒の触媒温度が過度に上昇する状態が続く場合触媒の早期劣化を招くこととなる上に、排気ガス自体を悪化させることとなる。このような触媒金属の飛散は三元触媒でも同様に生じている。このため、運転状態を変えることなく、無関係に、触媒温度の過度な上昇を抑え、触媒担体からの触媒の飛散を防止できる排気ガス浄化装置が望まれている。
本発明は、以上のような課題に基づき、触媒温度の過度な上昇を抑え、触媒の飛散を防止できる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１によれば、内撚機関の排気系に設けられる触媒、前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、前記冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、を備えたことを特徴とする。
請求項１によれば、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を未然に防止できる。
【００１０】
好ましくは、請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記固化用冷却手段が、前記排気系から分岐されたバイパス通路と、前記パイパス通路の一部を縮径したベンチュリ部を有する外気導入部とから構成されたとしても良い。この場合、外気導入部よりバイパス通路上のベンチュリ部を介して外気を導入し、外気で触媒を冷却し触媒の劣化を防止することができる。
好ましくは、請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記固化用冷却手段が、前記排気系周りに形成された熱交換室と、前記熱交換室を循環する冷却媒体とから構成されたとしても良い。この場合、熱交換室に冷却媒体を循環流動させるので、排気ガス温度を下げ、触媒を冷却し触媒の劣化を防止することができる。
好ましくは、請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記固化用冷却手段が、前記排気系周りに形成された冷却フィンから構成されたとしても良い。この場合、排気系周りの冷却フィンが排気を冷却し、その低温化された排気で触媒を冷却し触媒の劣化を防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、内撚機関の排気系に設けられる触媒、前記触媒の触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータを検出又は推定する触媒温度検出手段、前記触媒の上流側の前記排気系に設けられ排気ガスを冷却する冷却手段、前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、前記固化用冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、前記触媒温度検出手段により検出又は推定された触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに、排気ガス温度を低減すべく前記冷却手段の作動を制御する制御手段、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明によれば、触媒担体に担持した金属が飛散すると見做されるような触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに冷却手段が作動して触媒を冷却できるので、触媒担体に担持した金属の飛散を未然に回避し、しかも、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を確実に防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態としての内燃機関の排気ガス浄化装置を図１を参照して説明する。ここでの内燃機関の排気ガス浄化装置は、図示しない車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）１の排気系２に装着される。
エンジン１はエンジン制御装置（以後、単にエンジンＥＣＵと記す）３により制御され、排気ガス浄化装置は排気ガス制御装置（以後単に排気系ＥＣＵと記す）４に制御され、エンジンＥＣＵ３と排気系ＥＣＵ４は制御系通信回線５によって相互通信可能に連結される。
図１において，エンジンＥＣＵ３は演算された噴射時期及び燃料噴射量Ｕｆ相当の出力信号を図示しないインジェクタの燃料噴射用電磁バルブに出力し、インジェクタの燃料噴射制御を行うと共に、図示しないＥＧＲバルブなどエンジン本体の制御を行っている。
【００１３】
図１の内燃機関の排気ガス浄化装置はエンジン１の排気系２に配備されたＮＯｘ浄化装置９と排気ガス冷却装置１１とで構成される。
【００１４】
ＮＯｘ浄化装置９は排気管１２の途中に装着されたＮＯｘ触媒であるＳＣＲ触媒１３とその上流の供給位置ｆより排気路Ｅに尿素水を供給する尿素水供給装置１４と、ＳＣＲ触媒１３の温度ｔｇを出力する触媒温度センサ１６と、ＮＯｘ浄化装置９の制御部を成す排気系ＥＣＵ４とを備える。
ＳＣＲ触媒１３は排気路Ｅを成す排気管１２の途中のＮＯｘ触媒コンバータ１８に収容される。ＮＯｘ触媒コンバータ１８は略筒状のケーシング１８１を備え、ケーシング１８１内にハニカム構造のセラミック製の触媒担体（ＳＣＲ触媒１３のブロック表示と重なる）を備え、同触媒担体を金属網を束ねた嵩高性シール材１８２を介してずれなく支持しており、同担体にＳＣＲ触媒１３として機能するための触媒金属、例えばバナジウム（Ｖ）が担持される。
【００１５】
ＳＣＲ触媒１３はアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択還元可能である。ここでは尿素水供給装置１４により排気路Ｅに尿素水（ユリア水）を供給し、同尿素水を下記の式（１）のように加水分解させ、アンモニアをＳＣＲ触媒１３に添加できるようにしている。
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２・・・・（１）
ここでＳＣＲ触媒１３はアンモニア吸着状態において、排気ガス中のＮＯｘを雰囲気温度の高低に応じ、即ち、高温時には下記した式（２）、低温時には下記した式（３）の反応を主に行い、ＮＨ３と窒素酸化物との間の脱硝反応を促進することが知られている。
【００１６】
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ・・・・（２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ・・・・・（３）
次に、図１の排気系２の冷却手段としての排気ガス冷却装置１１を説明する。排気ガス冷却装置１１は排気管１２の途中で尿素水供給装置１４とＳＣＲ触媒１３との間のエア供給位置ｇに冷却媒体である外気を流入し、排気ガスの温度及びＳＣＲ触媒１３の触媒温度ｔｇを低下させる。
【００１７】
排気管１２の一部には他の部位より縮径されたベンチュリ部ｂを有する外気導入部１２１が形成され、外気導入部１２１にはエア供給位置ｇが設定され、その部位ｇにエアパイプ２７のエア導入口２７１が開口するように接続される。これにより、ベンチュリ部ｂの排気ガス流速が早められ、外気導入部１２１に連通するエアパイプ２７側のエアを排気路ＥのＳＣＲ触媒１３上流側に流入可能に形成されている。
エアパイプ２７は外気導入通路ｒａを形成し、外気導入通路ｒａを開閉制御する外気導入弁２８を装着する。外気導入弁２８は常閉の電磁弁であり、排気系ＥＣＵ４に接続されている。
【００１８】
排気系ＥＣＵ４は触媒温度センサ１６よりの触媒温度ｔｇを取込み、この触媒温度ｔｇが所定温度である過昇温度（例えば６５０℃）ｔｈα以上のときに排気ガス温度を低減すべく冷却手段の外気導入弁２８を開放し、エア供給位置ｇに冷却媒体であるエアを流入し、排気ガスの温度及びＳＣＲ触媒１３の触媒温度ｔｇを低下させる。
次に、図１のエンジンＥＣＵ３及び排気系ＥＣＵ４の各制御処理を、図２、図３の各制御ルーチンに沿って説明する。
エンジン１の駆動時において、エンジンＥＣＵ３は上述の各センサの入力値に応じて燃料圧力制御部ｎ１により、図示しない燃料吐出量調整部を、燃料制御部ｎ２により、図示しない燃料調整部を運転域に応じてそれぞれ制御し、その際得られた各センサ出力等を排気系ＥＣＵ４にも送信する。
【００１９】
一方、排気系ＥＣＵ４は、エンジンキーのオンと同時に図２のメインルーチンを所定制御サイクル毎に繰り返す。ここではステップｓａでキーオンを確認し、ステップｓｂで外気導入弁を閉（オフ）に初期設定し、ステップｓｃに進む。
ステップｓｃでは、触媒温度ｔｇ、その他のデータを取込み、適正値か否かの判断をし、正常でないと図示しない故障表示灯を駆動し、正常ではステップsｄに進む。ステップsｄではＮＯｘ浄化処理を行い、この後、ステップｓｅでは触媒冷却処理を、次いで、ステップｓｆではその他の周知の制御処理を実行し、リターンする。
次に、排気系ＥＣＵ４のメインルーチンの途中で、ステップｓｅの触媒冷却処理に達すると、ここでは図３の触媒冷却処理ルーチンを実行する。
【００２０】
ステップａ１では触媒温度ｔｇが予め設定されている過昇温度（例えば５５０℃）ｔｈα以上か否か判断し、過昇温度ｔｈαに達していない間、もしくは、一旦過昇温度以上となった後に、過昇温度ｔｈ未満となった場合にはステップａ２に、以上ではステップａ６に進む。Ｆｃ＝１でない場合にはメインルーチンにリターンする。
【００２１】
過昇温度ｔｈαに達していないとしてステップａ２に進むと、実行中フラグＦｃ＝１か否かを判定、即ち触媒冷却処理を実行中か否かを判断する。実行中フラグＦｃ＝１の場合にはステップａ３に、実行中フラグＦｃ＝１でない場合にはメインルーチンにリターンする。ステップａ３において、触媒温度ｔｇが予め設定されている過昇温度ｔｈαよりも所定温度低い判定温度（例えば５００℃）ｔａβ未満か否か判断し、判定温度ｔａβ未満の場合には、触媒冷却処理により触媒温度が低下したとして外気導入弁を閉鎖側に制御し、ステップａ５において、触媒冷却処理の実行フラグＦｃを０として、リターンする。触媒が判定温度ｔａβ以上の場合は現状保持でメインルーチンにリターンする。
【００２２】
ステップａ１で触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈα以上と判断されステップａ６に達すると、ここでは外気導入弁を開き（オン）、更に、ステップａ７において、触媒冷却処理の実行フラグＦｃを１に設定し、リターンする。この時点でＳＣＲ触媒１３の触媒担体上の触媒金属は過昇温度ｔｈα以上であり、この状態が継続するとやがて触媒金属の飛散が始まる可能性が有る。
しかし、ここではステップａ１より直ちにステップａ６において、外気導入弁２８を開放する処理に入る。このため、外気がエアパイプの外気導入通路ｒａを介して外気導入部１２１のベンチュリ部ｂからに導入され、排気路Ｅに流入した外気が触媒を冷却し、触媒温度ｔｇを低下させる。外気導入弁２８を開いた状態が継続すると、やがて、触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈαを下回る。
【００２３】
この時点ではステップａ１よりステップａ２を介してステップａ３に進み、触媒温度ｔｇが判定温度ｔａβ以上の場合には外気がエアパイプより排気路Ｅに流入した状態が継続され、メインルーチンにリターンすることとなる。
このように、触媒温度ｔｇが、触媒担体に担持した金属が飛散すると見做されるような所定の過昇温度ｔｈα以上のときに外気導入弁２８を開放し、排気路Ｅのベンチュリ部ｂから外気を容易に導入でき、ＳＣＲ触媒１３を冷却し、触媒の劣化を防止することができる。
【００２４】
図１の排気ガス冷却装置１１は冷却手段としてベンチュリ部ｂを有する外気導入部１２１と、外気導入通路ｒａを開閉制御する外気導入弁（開閉弁）２８を備え、外気導入弁２８により外気導入部１２１を開放することで排気路Ｅのベンチュリ部ｂ内に外気を容易に導入する。このため、車両が、例えば、高出力運転を継続し、排気ガス温度が過度に高い状態が継続しているような場合であっても、その運転状態に関係無く、触媒を冷却でき、触媒担体に担持した触媒金属の飛散を未然に回避でき、ＳＣＲ触媒１３の劣化を防止することができる。
【００２５】
図１の排気ガス冷却装置１１は、冷却手段の要部を成す外気導入部１２１が排気管１２に直接形成されていたが、これに代えて、図４に示すように、排気ガス冷却装置１１ａを採用しても良い。
図４に示す排気ガス冷却装置１１ａは、排気路Ｅの一部にバイパス路ＥＢを形成し、バイパス路ＥＢ上に外気導入部１２１ａを形成し、外気導入部１２１ａのエア供給位置ｇにエアパイプ２７ａのエア導入口２７１ａが開口するように接続される。バイパス路ＥＢと対向する排気路Ｅの分岐部ｄと合流部ｅの間には電磁弁であるシャッター弁２９が装着される。このシャッター弁２９は常開弁であり、排気系ＥＣＵ４ａに接続される。なお、排気ガス冷却装置１１ａは図１の排気ガス冷却装置１１と比較して、排気路Ｅに外気導入部１２１ａを有したバイパス路ＥＢを形成し、排気路Ｅにシャッター弁２９を設けた点、及び後述の触媒冷却処理ルーチンの一部が相違する点以外は図１の排気ガス冷却装置１１と同一構成を採ることより、ここでは重複説明を略す。
【００２６】
ここで、図４の排気ガス冷却装置１１ａの排気系ＥＣＵ４ａは図１の排気ガス冷却装置の排気系ＥＣＵ４と比較し、図２のメインルーチン、ＮＯｘ浄化処理ルーチンでそれぞれ同一制御が成され、図５の触媒冷却処理ルーチンの一部のみが相違することより、ここでは相違点を主に説明をする。
図５の触媒冷却処理ルーチンのステップａ１〜ステップａ３、ステップａ６’〜ステップａ７’では、図３の触媒冷却処理ルーチンの場合と同様の制御が成される。即ち、触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈα以上でステップａ６’に進み、過昇温度ｔｈαに達していない間、もしくは、一旦過昇温度以上となった後に、過昇温度ｔｈ未満となった場合には，ステップａ２に進み、実行中フラグＦｃ＝１か否かを判定、即ち触媒冷却処理を実行中か否かを判断する。実行中フラグＦｃ＝１の場合にはステップａ３に、実行中フラグＦｃ＝１でない場合にはメインルーチンにリターンする。
【００２７】
触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈαを上回るとしてステップａ６’に達すると、外気導入弁２８ａを開放し、シャッター弁２９を閉じ、更に、ステップａ７’において、触媒冷却処理の実行フラグＦｃを１に設定し、リターンする。
なお、シャッター弁２９はメインルーチンの初期設定（ステップsｂ）で開放され、ここで閉じる。これにより、外気がエアパイプ２７ａの外気導入通路ｒａを介してバイパス路ＥＢ上を流動する排気ガスに乗ってＳＣＲ触媒１３に流入し、触媒温度ｔｇを低下させることができる。
【００２８】
なお、ステップａ６’でシャッター弁２９を閉じる代わりに、所定角度のみ閉じ側に駆動しても良い。
【００２９】
触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈαに達していないとしてステップa２を介してステップａ３に達すると、ここでは、触媒温度ｔｇが判定温度ｔａβ未満か否か判断し、判定温度ｔａβ未満の場合には、触媒冷却処理により触媒温度が低下したとしてステップa４’で外気導入弁２８ａを閉鎖側に制御し、シャッター弁２９を開放側に制御し、ステップａ５’において、触媒冷却処理の実行フラグＦｃを０として、リターンする。触媒温度ｔｇが判定温度ｔａβ以上の場合は現状保持でメインルーチンにリターンする。
図４の排気ガス冷却装置１１ａの場合、通常運転時には排気路Ｅ及びバイパス路ＥＢが共に開き、図１の排気ガス冷却装置１１と同様の作用効果が得られ、特に、排気抵抗を低減でき、出力低下を防止できる。
【００３０】
図１の排気ガス冷却装置１１は、外気を冷却媒体として用いていたが、これに代えて、冷却水を冷却媒体とした排気ガス冷却装置を用いても良い。
この場合排気ガス冷却装置は、排気路Ｅの一部に冷却手段を成す熱交換器と、熱交換器内を循環する冷却媒体である水の流動を制御する冷却水制御部と、排気系ＥＣＵから構成される。
この場合の排気ガス冷却装置の排気系ＥＣＵは、図１の排気ガス冷却装置１１の場合と比較して、図３の触媒冷却処理ルーチンにおけるステップａ４、ステップａ５の制御が相違する点以外は、同一制御が成されることより、ここでは制御系の説明を略す。
【００３１】
即ち、冷却水を冷却媒体となる排気冷却装置では図３のステップa４の代わりに熱交換器内に水を循環させ、ステップa５の代わりに水の循環を停止させるように制御する。
この排気ガス冷却装置では図１の排気ガス冷却装置１１と同様の作用効果が得られ、特に、排気ガスが冷却水で冷却されるので、冷却効率を比較的大きくできる。
図６には本願発明の他の実施形態である内燃機関の排気ガス浄化装置を示した。
ここではエンジン１の排気系２にＮＯｘ浄化装置９と、固化用冷却手段４１と、フィルタ４２を備える。なお、ここでは図１中の部材と同一の部材には同一符号を付し、重複説明を略す。
【００３２】
ＮＯｘ浄化装置９は図１に開示のものと同一構成を採り、排気管１２にＳＣＲ触媒１３を収容した触媒コンバータ１８と尿素水供給装置１４を備え、これらを排気系ＥＣＵ４ｃによって同様に駆動制御している。
フィルタ４２は略筒状のフィルタケーシング４２１を備え、ケーシング４２１内にフィルタ本体４２２を備え、フィルタ本体４２２を金属網を束ねたシール材４２３を介してずれなく支持している。
【００３３】
フィルタ本体４２２はセラミック製で多数の通路ｊを並列配備したハニカム構造体であり、互いに隣り合う各通路ｊは前後端の閉鎖栓ｋの位置が相違する。これにより、排気ガスを一方より他方の通路ｋに向け壁部を移動させる際に、排気ガス中のＳＣＲ触媒１３から飛散した後に固化用冷却手段４１によって固化された触媒金属を捕集できるように形成される。
固化用冷却手段４１はＳＣＲ触媒１３とフィルタ４２の間の排気管１２の冷却部１２１ｃに装着される。
冷却部１２１ｃは他の部位の排気管１２より縮径されたベンチュリ部ｍが形成され、そこにエアパイプ４４のエア導入口４４１が開口するように接続される。これにより、ベンチュリ部ｍの排気ガス流速が早められ、冷却部１２１ｃに連通するエアパイプ４４側のエアを排気路ＥＣ側に流入可能に形成されている。
【００３４】
このように図６の排気ガス浄化装置によれば、高負荷運転が継続されて排気ガス温度が過度に高い状態が継続しているような場合でも、固化用冷却手段４１によって外気を導入して排気ガスを冷却して飛散した触媒金属を固化して、フィルタ４２により固化した触媒金属を捕集することができ、大気への排出を未然に回避できる。図６の固化用冷却手段４１では排気管１２に直接形成されていたが、これに代えて、図７に示すように構成しても良い。
【００３５】
図７に示す固化用冷却手段４１ａは、ＳＣＲ触媒１３下流で且つフィルタ４２上流の排気路Ｅの一部にバイパス通路ＥＣを形成し、バイパス通路ＥＣ上に外気導入部１２１ｄを形成し、外気導入部１２１ｄにエアパイプ４４のエア導入口４４１が開口するように接続されている。バイパス通路ＥＣと並列の排気路Ｅの分岐部ｄと合流部ｅとの間には、電磁弁４５で駆動されるシャッター弁２９ａが装着される。このシャッター弁２９ａは、常開弁であり、電磁弁４５が排気系ＥＣＵ４ｃに接続される。
排気系ＥＣＵ４ｃは図１の排気ガス冷却装置の排気系ＥＣＵ４と比較し、図２のメインルーチン、ＮＯｘ浄化処理ルーチンがそれぞれ同様に制御され、図３の触媒冷却処理ルーチンに代えて、図８に示す触媒金属固化処理ルーチンが実行される。
【００３６】
なお、ここで用いる図２のメインルーチンではステップsｅに代えて触媒金属固化処理であるステップsｅ’が実行されることより、この点を図２中に２点鎖線で併記した。
図８の触媒金属固化処理ルーチンのステップａ１〜ステップａ３、ステップａｈ〜ａ７では、図３の触媒冷却処理ルーチンと同様の制御が成される。即ち、触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈα以上でステップａｈに進み、過昇温度ｔｈαに達していない間、もしくは、一旦過昇温度以上となった後に、過昇温度ｔｈ未満となった場合には、ステップａ２に進み、実行中フラグＦｃ＝１か否かを判定、即ち排気ガス冷却処理を実行中か否かを判断する。実行中フラグＦｃ＝１の場合にはステップａ３に、実行中フラグＦｃ＝１でない場合にはメインルーチンにリターンする。
【００３７】
触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈαを上回り、ＳＣＲ触媒１３から気化して飛散した触媒金属が排気ガス中に混入しているとしてステップａｈに達すると、シャッター弁２９ａを閉鎖する。これにより、排気ガスがバイパス路ＥＣを流れ、外気がエアパイプを介して排気路Ｅ上の排気ガス中に混入し、排気ガス温度を下げる。なお、ステップａｈでシャッター弁２９ａを閉じる代わりに、所定角度のみ閉じ側に駆動しても良い。
この結果、ＳＣＲ触媒１３から飛散した触媒金属が排気ガス中に混入していた場合、その触媒金属を冷却して固化できる。固化された触媒金属はフィルタ本体４２２に達するとセラミック製壁部を移動する際捕集され、触媒担体から飛散した触媒金属の大気への放出を未然に防止できる。
【００３８】
触媒温度ｔｇが過昇温度ｔｈαに達していないとしてステップａ２を介してステップａ３に達すると、ここでは、触媒温度ｔｇが判定温度ｔａβ未満か否か判断し、活性判定温度ｔａβ未満の場合には排気ガス冷却処理により排気ガス温度が低下したとしてステップａｊでシャッター弁２９ａを開弁側に制御し、ステップａ５において、実行中フラグＦｃを０として、リターンする。触媒温度ｔｇが判定温度ｔａβ以上の場合には現状保持（シャッター弁閉鎖）でメインルーチンにリターンする。
【００３９】
このように、図７の内燃機関の排気ガス浄化装置の要部を成す固化用冷却手段４１ａはベンチュリ部ｍを有する外気導入部１２１ｄと、排気路Ｅを閉鎖するシャッター弁２９ａを備え、シャッター弁２９ａにより排気路Ｅを閉鎖することで排気路Ｅのベンチュリ部ｍから外気を容易に導入できる。このため、例えば、高出力運転を継続し、排気ガス温度が過度に高い状態が継続しているような場合であっても、その運転状態に関係無く、排気ガス及びそこに混入する気化されている触媒金属を冷却して固化でき、固化した触媒金属をフィルタ本体４２２で捕集し、大気への排出を未然に回避できる。
図７の内燃機関の排気ガス浄化装置の要部を成す固化用冷却手段４１ａは外気で、排気ガスに混入する触媒金属を固化していたが、これに代えて、冷却水を冷却媒体とした固化用冷却手段を用いても良い。
【００４０】
この固化用冷却手段は、排気路Ｅの一部に配備された熱交換器と、熱交換器内を循環する冷却媒体である水の流動を排気系ＥＣＵを用いて制御する冷却水制御部とから構成される。
【００４１】
ここでの固化用冷却手段においては、図７の固化用冷却手段４１ａで用いた図８の触媒金属固化処理ルーチンにおけるステップａｈ、ステップａｊを除いた他の部分が同様に制御に使用されることより、ここでは、重複説明を避け、ステップａｈ、ステップａｊのみを説明する。
【００４２】
即ち、冷却水を冷却媒体となる排気冷却装置では図８のステップaｈの代わりに熱交換器内に水を循環させ、ステップaｊの代わりに水の循環を停止させるように制御する。
【００４３】
この固化用冷却手段では図７の固化用冷却手段４１と同様の作用効果が得られ、特に、排気ガス及びそこに混入する気化されている触媒金属を冷却水で冷却するので、冷却効率を比較的大きくできる。
図９には本願発明の他の実施形態である内燃機関の排気ガス浄化装置を示した。
ここでの排気ガス浄化装置はその排気系２に図１に示したと同様のＮＯｘ浄化装置９及び排気ガス冷却装置１１を備え、更に、その下流に図７で示した固化用冷却手段４１ａ及びフィルタ４２を備える。なお、ここでは、図１、図７中の各構成部材と同一の部材には同一符号を付し、重複説明を略す。
【００４４】
ここで、排気ガス浄化装置のＮＯｘ浄化装置９と排気ガス冷却装置１１と固化用冷却手段４１ａは排気系ＥＣＵ４ｅに制御される。
図９の排気系ＥＣＵ４ｅは、図１０のメインルーチンを実行する。
ここで、排気系ＥＣＵ４ｅは、エンジンキーのオンと同時に図１０のメインルーチンを所定制御サイクル毎に繰り返す。ステップｓａよりステップｓｃにおいて、図２のメインルーチンと同様に、キーオンを確認し、ステップｓｂで外気導入弁２８を閉（オフ）に、冷却水ポンプ４８をオフに初期設定し、ステップｓｃで各データを取込み、正常でないと図示しない故障表示灯を駆動し、正常ではステップsｄに進む。
ステップsｄでは前述と同一のＮＯｘ浄化処理を行い、この後、ステップｓｅでは図３で説明したと同一の触媒冷却処理を行い、次いで、ステップｓｆでは図７に示したと同一の固化用冷却手段４１ａを用い、図８の触媒金属固化処理ルーチンを実行し、ステップｓｇでその他の周知の制御処理を実行し、リターンする。
【００４５】
このように、図９の排気ガス浄化装置は、ＳＣＲ触媒１３に尿素水添加してアンモニアを還元剤としてＳＣＲ触媒１３が排気ガス中のＮＯｘを高効率で浄化でき、しかも、排気ガス冷却装置１１が外気導入弁２８により外気導入部１２１を開放することで、車両の運転状態に関係無く、触媒を冷却し、触媒金属の飛散を回避でき、更に、固化用冷却手段４１ａがシャッター弁２９ａを閉鎖した際に、車両の運転状態に関係無く外気が導入されて排気ガス及びそこに混入する気化されている触媒金属を冷却して固化し、固化した触媒金属をフィルタ本体４２２で捕集し、外気への排出を未然に回避できる。
【００４６】
上記実施形態の外気を導入する固化用冷却手段４１ａの代わりに冷却水を冷却媒体とする熱交換器を用いて排気ガスを冷却しても良い。更に、該固化用冷却手段４１ａの代わりに、バイパス路ＥＣ及びシャッター弁２９ａを持たない図６に示す固化用冷却手段４１を用いても良い。
上述のところにおいて、排気系２にはＮＯｘ浄化装置９が配備された場合を説明したが、これに限定されるものではなく、排気系にＮＯｘ浄化装置９に代えて、アルカリ金属を含むＮＯｘ吸蔵触媒又は三元触媒が配備された場合も本発明を同様に適用でき、同様の作用効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を未然に防止できる。
【００４９】
請求項２の発明は、触媒担体に担持した金属が飛散すると見做されるような触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに冷却手段が作動して触媒を冷却できるので、触媒担体に担持した金属の飛散を未然に回避し、しかも、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのＮＯｘ浄化装置とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図２】図１の排気系ＥＣＵが用いるメインルーチンのフローチャートである。
【図３】図１の排気系ＥＣＵが用いる触媒冷却処理ルーチンのフローチャートである。
【図４】図１のＮＯｘ浄化装置の排気ガス冷却装置の変形例として他の排気ガス冷却装置の概略構成図である。
【図５】図４の排気ガス冷却装置において排気系ＥＣＵが行う触媒冷却処理ルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態としてのＮＯｘ浄化装置とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図７】図６のＮＯｘ浄化装置の排気ガス冷却装置の変形例として他の排気ガス冷却装置の概略構成図である。
【図８】図７の排気ガス冷却装置において排気系ＥＣＵが行う触媒金属固化処理ルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施形態としてのＮＯｘ浄化装置とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図１０】図９の排気系ＥＣＵが用いるメインルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１    エンジン
２    排気系
４〜４ｅ    排気系ＥＣＵ
１１〜１１ｂ    排気ガス冷却装置
１３    ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒）
１４    尿素水供給装置
１６    触媒温度センサ
ｔｇ    触媒温度
ｔｈα    過昇温度（所定温度）
【図１】
0004224983.tif 000002
【図２】
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【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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