JP4363655B2 - 酸化触媒の温度制御方法及び内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸化触媒の温度制御方法及び内燃機関の排気浄化装置に関する。特に、小型かつ簡易な構成で、酸化触媒の温度を制御して、排気浄化部材を熱により破損させてしまうことを防止することができる酸化触媒の温度制御方法及び内燃機関の排気浄化装置に関する。

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、粒子状物質（以下、ＰＭと称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯ_Xと称する）等が含まれている。そのために、内燃機関の後処理装置として、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ＮＯ_X吸蔵触媒等を設けて、排気ガスを浄化する対策がとられている。
このうち、後処理装置としてＤＰＦを備えた場合には、時間の経過に伴い、捕集したＰＭによって目詰まりを生じるために、ＰＭを定期的に燃焼させて、ＤＰＦを再生させる必要がある。そのため、ＤＰＦの上流側にＰＭを燃焼させる手段を配置することが一般的に行われているが、その際に、かかる燃焼手段によって、ＤＰＦが過熱され破損しないように留意する必要がある。

そこで、ＤＰＦに吸着されたＰＭに着火するとともに、再生用ガスを流入させて、ＤＰＦを再生する方法において、ＤＰＦの温度が過度に上昇しないように、流入させる再生用ガスの量を調整する手段を備えた内燃機関の排気浄化装置が開示されている。より詳細には、図６に示すように、ＤＰＦの温度を検出する温度検出手段と、ＰＭ着火初期温度域における単位時間当たりの温度上昇速度を検出する温度変化速度検出手段と、検出温度値が所定値以上の場合に再生用ガスを減量する再生ガス流量調整手段とを設けた内燃機関の排気浄化装置である（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１５６９２８号公報 （特許請求の範囲 図１）

しかしながら、特許文献１に開示された排気浄化装置は、ＤＰＦを再生する際に、排気ガスを、ＤＰＦをバイパスさせながら行うものであり、その間の排気ガスにおいては、ＰＭを捕集することができないという問題があった。また、排気ガスをバイパスさせるためのバイパス管を備える必要があり、装置が大型かつ複雑化してしまう場合があった。
そこで、別のＤＰＦの再生方法として、ＤＰＦの上流側に酸化触媒を配置して、排気ガスの温度を昇温させた上でＤＰＦに流入させることにより、捕集されたＰＭを燃焼させる方法も実施されている。かかるＤＰＦの再生方法においては、酸化触媒における排気ガスの昇温効率を高めるために、エンジンにおける燃料の噴射タイミングを遅らせて、排気ガス中に多量の未燃焼の燃料（生ガス：ＨＣ）を含ませたり、あるいは、酸化触媒に対して、直接生ガスを吹き付けたりしている。すなわち、このように酸化触媒に生ガスを供給することにより、多量の生ガスが酸化反応し、酸化熱の発生が促進されるため、効率的に排気ガスの温度を昇温させることができる。

しかしながら、酸化触媒の温度が活性化温度に達していない状態で、当該酸化触媒に生ガスを供給した場合や、排気ガスの温度が、燃料が気化する程に十分に上昇していない場合には、未燃焼の燃料がそのまま酸化触媒に付着して残ってしまう場合があった。また、未燃焼の燃料と併せて、排気ガスに含まれるＰＭや高沸点成分についても、酸化触媒に付着して残ってしまう場合があった。このように酸化触媒に燃料等が付着している状態で、エンジンを高負荷運転させて酸化触媒の温度が活性化温度を超えた時に、減速やアイドリング状態の低負荷運転に変化させると、排気ガス中の酸素濃度が急激に上昇することとなる。そのため、酸化触媒に付着している燃料等が燃焼し、酸化触媒の温度が急激に上昇して、排気ガスの温度も急激に上昇し始める。そして、かかる低負荷運転状態では、排気ガスの流量が減少しており、ＤＰＦに多量の熱量が滞留してしまうために、ＤＰＦの温度も急激に上昇し、損傷する場合が見られた。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、排気通路の途中に酸化触媒を備える排気浄化装置において、所定の流路制御手段により酸化触媒を通過させる排気ガスの流路を変えて、排気ガスを、酸化触媒の一部を通過させることにより、ＤＰＦ等に流入する排気ガスの温度を容易に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、内燃機関の運転状態が変化した場合であっても、排気ガスの温度の急激な上昇を防いで、下流側に配置された排気浄化部材の損傷を防止することができる酸化触媒の温度制御方法及び内燃機関の排気浄化装置を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置に備えられる酸化触媒の温度制御方法であって、酸化触媒の上流側及び下流側における排気ガスの温度を測定するとともに、排気ガスの温度をもとに、酸化触媒に流入する排気ガスの流路を変更することにより、内燃機関から排出される排気ガスの全量を、酸化触媒の一部又は全部の領域を選択的に通過させることを特徴とする酸化触媒の温度制御方法が提供され上述した問題を解決することができる。

また、本発明の酸化触媒の温度制御方法を実施するにあたり、排気ガスを、酸化触媒の一部を通過させる場合に、酸化触媒における排気ガスの通過位置を切り換えながら、排気ガスを通過させることが好ましい。

また、本発明の酸化触媒の温度制御方法を実施するにあたり、酸化触媒の下流側における排気ガスの温度を測定する際に、酸化触媒を通過した排気ガスを、穴開き部材を通過させて拡散させることにより、排気ガスの温度を均一化した状態で測定することが好ましい。

また、本発明の酸化触媒の温度制御方法を実施するにあたり、排気ガスの流路を、酸化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度にさらに対応させて変更することが好ましい。

また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、酸化触媒と、当該酸化触媒の下流側に配置された排気浄化部材と、を含む内燃機関の排気浄化装置であって、排気ガスの温度の温度を測定するための温度センサと、温度センサによって測定される温度をもとに、内燃機関から排出され酸化触媒に流入する排気ガスの全量を、当該酸化触媒の一部又は全部の領域を選択的に通過させるための流路制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、温度センサを、酸化触媒の上流側及び下流側に配置することが好ましい。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、酸化触媒の下流側に、酸化触媒を通過した排気ガスを拡散させるための穴開き部材を備えることが好ましい。

本発明の酸化触媒の温度制御方法によれば、酸化触媒が高温状態にある場合に、排気ガスを、酸化触媒を部分的に通過させることにより、当該排気ガスが通過する領域においては、排気ガスの通過速度が速くなって酸化反応を抑止できるために、酸化触媒の温度を低下させることができる。一方、排気ガスが通過しない領域においても、自然放熱するとともに、冷却されつつある、排気ガスが通過する領域における酸化触媒の温度の影響を受けるために、温度を低下させることができる。したがって、例えば、エンジンの運転状態が高負荷運転から低負荷運転に変化した場合であっても、酸化触媒の温度が急激に上昇して、排気ガスの温度が過度に上昇することを防止することができる。よって、酸化触媒の下流側に配置されたＤＰＦ等の排気浄化部材が熱損傷することを有効に防止することができる。
また、かかる酸化触媒の温度制御方法によれば、酸化触媒が活性化状態に達していない状態にある場合に、酸化触媒を部分的に通過させることにより、排気ガスが通過する領域においては、集中的に酸化反応を生じさせて、酸化触媒の温度を上昇させることができる。一方、排気ガスが通過しない領域においても、上昇しつつある排気ガスが通過する領域における酸化触媒の温度の影響によって、温度を上昇させることができる。したがって、エンジン始動時等の、酸化触媒が低温状態にある場合には、酸化触媒全体として、効率的に活性化温度まで上昇させることができる。

また、本発明の酸化触媒の温度制御方法において、酸化触媒における排気ガスの通過路を切り換えながら、酸化触媒の一部を通過させることにより、酸化触媒の温度を、全体として均一かつ効率的に低下又は上昇させることができる。

また、本発明の酸化触媒の温度制御方法において、酸化触媒の下流側に穴開き部材を配置して、それを通過した排気ガスの温度を測定することにより、排気ガスの温度にばらつきがある場合であっても、均一化させた状態で、温度を測定することができる。したがって、酸化触媒の温度制御をより精度良く実施することができる。

また、本発明の酸化触媒の温度制御方法において、排気ガス中の酸素濃度にさらに対応させて、排気ガスの流路を変えることにより、酸化触媒の温度をさらに精度良く制御することができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒と、所定の温度センサと、流路制御手段とを備えることにより、排気ガスの温度に対応させて、酸化触媒の温度を精度良く制御することができる排気浄化装置を提供することができる。したがって、排気ガスの温度が過度に上昇して、下流側にあるＤＰＦ等の排気浄化部材が熱損傷することを防いだり、低温始動時において、酸化触媒を迅速に活性化温度まで上昇させたりすることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、所定箇所に温度センサを配置することにより、酸化触媒の通過前後における排気ガスの温度変化を含めて、排気ガスの温度を正確に測定できるために、酸化触媒の温度をより精度良く制御することができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、所定の穴開き部材を備えることにより、酸化触媒を部分的に通過してきた排気ガスの温度にばらつきがある場合であっても、攪拌して、温度を均一な状態にしたうえで、測定することができる。したがって、排気ガスの温度をより正確に測定することができるために、酸化触媒の温度をさらに精度良く制御することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置、及び酸化触媒の温度制御方法に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、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。

１．排気浄化装置
（１）基本的構成
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、内燃機関５１の排気通路２０中に備えられ、排気ガスＤを浄化するための排気浄化装置１０であって、酸化触媒１１と、当該酸化触媒１１の下流側に配置された排気浄化部材１２と、を含む内燃機関の排気浄化装置１０である。
かかる排気浄化装置１０は、排気ガスの温度の温度を測定するための温度センサ１４と、温度センサ１４によって測定される温度をもとに、酸化触媒１１に流入する排気ガスＤを、当該酸化触媒１１の一部又は全部を選択的に通過させるための流路制御手段１３と、を備えることを特徴とする。
ここで、図１（ａ）は、本発明の排気浄化装置を概略的に示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の矢印方向から排気浄化装置を眺めた場合の概略図である。

かかる排気浄化装置１０は、主として、内燃機関５１から排出される排気ガスＤ中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯ_X）を除去して、排気ガスを浄化するための装置である。
すなわち、排気浄化部材１２としてディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備える場合には、排気ガスＤ中のＰＭを捕集するとともに、捕集されたＰＭを、酸化触媒１１によって高温状態にされた排気ガスＤによって燃焼し、排出することができる。また、排気浄化部材１２としてＳＣＲ触媒を備える場合には、酸化触媒１１によって排気ガスＤ中の一酸化窒素（ＮＯ）から二酸化窒素（ＮＯ₂）を生成し、当該ＮＯとＮＯ₂との比率を、還元速度が速くなるような比率に近づけた上で、アンモニア（ＮＨ₃）を供給することにより、ＮＯ_Xを効率的に還元除去することができる。

（２）内燃機関
図１中、矢印Ｄで示される排気ガスを排出する内燃機関５１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１０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。

（３）排気通路
また、排気通路２０は、内燃機関の排気口２２に接続されており、その途中に、酸化触媒１１やＤＰＦ等の排気浄化部材１２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。

（４）酸化触媒
また、酸化触媒１１は、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣを酸化させて、二酸化炭素（ＣＯ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に分解したり、排気ガス中に含まれるＮＯを酸化させて、ＮＯ₂を生成したりするとともに、その反応熱によって排気ガスＤの温度を昇温させるための部材である。
すなわち、排気浄化部材１２としてＤＰＦを備える場合には、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣが発熱剤として働き、酸化反応による酸化熱が発生するために、排気ガスの温度を迅速に昇温させて、ＤＰＦに捕集されたＰＭを効率的に燃焼させることができる。また、排気浄化部材１２としてＳＣＲ触媒を備える場合には、ＮＯからＮＯ₂を効率的に生成し、ＮＯとＮＯ₂との比率を、ＮＯ_Xの還元速度が速くなるような比率に制御することにより、ＳＣＲ触媒における還元効率を著しく向上させることができる。
かかる酸化触媒１１としては、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。

また、酸化触媒１１は、排気ガスＤの流れ方向を回転軸として回転可能であったり、排気ガスＤの流れ方向に対して前後方向に移動可能であったり等、配置位置が可変であることが好ましい。すなわち、排気ガスの流路を一定にした状態で、酸化触媒１１における排気ガスの流路を切り換えたり、後述する流路制御手段１３と酸化触媒１１との距離を変えたりできるように構成されていることが好ましい。
この理由は、後述する流路制御手段１３による排気ガスの通過位置の切換えと合わせて、酸化触媒１１の配置位置を変えることにより、酸化触媒１１における排気ガスの通過位置や通過面積等を容易に制御することができるためである。
したがって、酸化触媒１１の温度をよりきめ細かく制御することができるために、排気浄化部材１２を損傷させることを防止して、排気ガスの浄化を効率的に行うことができる。

（５）排気浄化部材
また、酸化触媒１１の下流側に備えられる排気浄化部材１２としては、例えば、ＤＰＦや、ＳＣＲ触媒等が挙げられる。
一例としてのＤＰＦは、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するとともに燃焼させて、排気ガスを浄化するためのフィルタである。かかるＤＰＦの種類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。
また、ＳＣＲ触媒は、ＮＯ_X触媒とアンモニア（ＮＨ₃）供給手段とを備え、ＮＯ_X触媒で吸着したＮＯ_Xに対して、アンモニア（ＮＨ₃）を還元剤として噴射して、窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）とに分解して排出する触媒ユニットである。かかるＳＣＲ触媒においてＮＯやＮＯ₂に対して噴射される還元剤としての尿素の態様についても、特に制限されるものではなく、尿素水、尿素粉末、アンモニアガス、アンモニウム塩等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ＳＣＲ触媒に対して噴射する際の噴射手段についても、インジェクタ等、公知のものを使用することができる。

（６）温度センサ
また、排気通路２０の途中における、酸化触媒１１の上流側及び下流側には、排気ガスの温度を測定するための温度センサ１４を備えている。かかる温度センサ１４によって測定される排気ガスの温度をもとに酸化触媒１１の活性化状態を推定することにより、酸化触媒１１の温度を制御して、排気浄化部材１２の損傷を防止するためである。
かかる温度センサ１４は、酸化触媒１１中に備えて、酸化触媒１１の温度を直接的に測定することが最も好ましい態様であるが、現実には、酸化触媒１１中に温度センサ１４を備えることは困難であるために、酸化触媒１１の上流側及び下流側に備えられる。また、酸化触媒の上流側で測定される温度と、下流側で測定される温度との差が所定値を超える場合に、酸化触媒１１が異常な状態にあることを検知することができる。

（７）流路制御手段
また、排気通路２０における酸化触媒１１の上流側には、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制御手段１３が備えられている。すなわち、酸化触媒１１における一部の領域にのみ大部分の排気ガスを通過させて、酸化触媒１１の温度が高温状態にある場合には、効率的に温度を低下させて、排気浄化部材１２の損傷を防ぐ一方、酸化触媒１１の温度が低温状態にある場合には、効率的に温度を上昇させて、酸化触媒１１を活性化させることができる。
かかる流路制御手段１３としては、例えば、図２（ａ）に示すように、回転軸１８を中心に回転可能な扇体部材１７を含む流路制御弁１３とすることが好ましい。この理由は、かかる流路制御弁１３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ためである。

より具体的には、内燃機関が通常の運転状態にあり、酸化触媒が活性化されて機能している通常の状態においては、図２（ｂ）に示すように、流路制御弁１３を排気ガスＤの流れ方向と平行に配置する。そうすると、酸化触媒１１の全面に対して排気ガスＤが流れ込むために、排気ガス中のＣＯやＨＣ、あるいはＮＯの酸化反応を効率的に行うとともに、排気ガスを効率的に昇温させることができる。したがって、この場合には、ＤＰＦに付着したＰＭの燃焼や、ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Xの還元除去を効率的に行うことができる。

一方、内燃機関の運転状態が、高負荷運転から低負荷運転に変化する場合には、図２（ｃ）に示すように、流路制御弁１３を排気ガスＤの流れ方向に対して斜め方向に傾斜させて配置する。そうすると、大部分の排気ガスＤは酸化触媒１１における一部の領域Ａを選択的に通過するようになるため、排気ガスＤが通過する領域Ａにおいては、通過面積は小さくなって、酸化触媒１１を通過する排気ガスの流速が速められる。したがって、排気ガス中のＣＯやＨＣ等が十分に酸化反応する前に酸化触媒１１を通過してしまうために、酸化反応熱もほとんど発生することなく、酸化触媒１１を冷却させることができる。また、排気ガスが通過しない領域Ｂにおいても、酸素が供給されず、酸化反応が生じることがないために、自然放熱により徐々に温度が低下するとともに、排気ガスが通過する領域Ａにおける温度の低下の影響をも受けて、さらに温度が低下する。
このように、かかる流路制御手段１３を備えることにより、内燃機関の運転状態が変化した場合であっても、酸化触媒１１の温度が過度に高温状態になることを防いで、排気浄化部材１２が損傷することを有効に防止することができる。

また、内燃機関の運転始動時等、酸化触媒の温度が著しく低い状態にある場合においても、図２（ｃ）に示すように、流路制御弁１３を排気ガスＤの流れ方向に対して斜め方向に傾斜させて配置する。そうすると、大部分の排気ガスＤは、酸化触媒１１における一部の領域Ａを選択的に通過するようになるため、排気ガスＤが通過する領域Ａを集中的に、所定温度まで迅速に昇温させることができる。また、排気ガスが通過しない領域Ｂにおいても、領域Ａにおける温度上昇の影響を受けて、徐々に昇温する。
このように、かかる流路制御手段１３を備えることにより、内燃機関の冷間始動時等において、酸化触媒１１の温度を効率的に昇温活性化させることができる。
なお、具体的な酸化触媒１１の温度制御方法については、後述する。

（８）制御手段
また、図示しないものの、流路制御手段１３の位置を決定するための制御手段が備えられていることが好ましい。この理由は、例えば、排気ガスの温度から酸化触媒１１の温度を推定して、流路制御手段１３の位置を決定することはもちろんのこと、酸化触媒１１の一部に対して排気ガスを通過させる場合であっても、その通過位置を所定のタイミングで切り換えるように制御するためである。
したがって、酸化触媒１１の全面を均一に温度制御することができる。また、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、排気浄化部材１２における排気ガスの浄化効率を向上させることができる。

（９）穴開き部材
また、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、温度センサ１４による排気ガスの温度測定の精度を向上させるためである。より具体的には、排気ガスが、流路制御弁１３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、測定位置によって、排気ガスの温度がばらつく場合がある。そこで、図３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、酸化触媒の下流側における温度の測定を精度良くす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。

２．酸化触媒の温度制御方法
次に、図４〜図５を参照して、上述した構成の排気浄化装置１０における、酸化触媒１１の温度制御方法について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、内燃機関５１としてディーゼルエンジンを用いるとともに、排気浄化部材１２としてＤＰＦを備えた例を説明する。

まず、気温が低い場合にエンジンを始動させる時など、酸化触媒の温度が著しく低い状態においては、流路制御手段を制御して、酸化触媒の一部を排気ガスが通過するようにする。例えば、流路制御手段として、回転可能な扇体部材を含む流路制御弁を用いた場合には、図４（ａ）に示すように、排気ガスの流れ方向に対して傾斜させるように流路制御弁１３を配置する。
これにより、排気ガスが、酸化触媒１１の一部の領域Ａに集中的に流入するため、排気ガスに含まれるＣＯやＨＣ、ＮＯ等が酸化反応することによって発生する反応熱によって、当該領域Ａの酸化触媒１１の温度を効率的に上昇させることができる。また、排気ガスが通過しない領域Ｂにおいても、当該昇温される領域Ａからの影響を受け、温度を徐々に上昇させることができる。

また、このとき同時に、酸化触媒１１の上流側及び下流側に配置した温度センサ１４のうち、酸化触媒１１の下流側における排気ガスの温度を測定する。そして、測定される排気ガスの温度が所定温度、例えば、３００℃を超える場合には、酸化触媒の活性化状態が所定のレベルに達していると推定できるために、流路制御手段を制御して、排気ガスの通過位置を変える。例えば、流路制御手段として上述の流路制御弁を用いた場合には、図４（ｂ）に示すように、流路制御弁１３を配置する。これにより、未だ十分に温度が上昇していない領域Ａ´の酸化触媒１１の温度を上昇させることができる。
このように、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全体を均一にかつ効率的に昇温させることができる。したがって、酸化触媒１１の温度が著しく低い場合であっても、効率的に昇温させて活性化状態とすることができる。

次いで、酸化触媒が活性化状態に到達した後、通常運転状態においては、流路制御手段によって排気ガスの流路を制御して、酸化触媒の全面を排気ガスが通過するようする。この状態においては、酸化触媒の全面を用いて、排気ガス中のＣＯやＨＣ等を効率的に酸化させることができるために、排気ガスを効率的に昇温させて、下流側に配置されたＤＰＦによる排気ガス中のＰＭを効率的に燃焼させることができる。
例えば、流路制御手段として、上述の流路制御弁を用いた場合には、図４（ｃ）に示すように、排気ガスＤの流れ方向に平行となるように流路制御弁１３を配置することにより、流路制御弁１３によって排気ガスの流れを変えることなく、酸化触媒１１の全面に対して排気ガスＤを流入させることができる。

また、かかる場合においても、引き続き、酸化触媒１１の上流側及び下流側に配置した温度センサ１４により、酸化触媒１１を通過する排気ガスの温度を測定する。かかる温度を測定することにより、酸化触媒の下流側で測定される温度が所定値、例えば、３００℃を越える場合などに、上流側と下流側とで測定される温度の差から酸化触媒１１の活性化状態を検知し、後述の流路制御手段による制御の要否を判定するためである。このとき、酸化触媒１１の温度を直接的に測定することが最も好ましい態様であるが、現実的に、酸化触媒１１中に温度センサ１４を配置することが困難である。したがって、酸化触媒１１の下流側、あるいは、上流側及び下流側に温度センサ１４を配置することにより、酸化触媒１１を通過する排気ガスの温度を測定して、酸化触媒１１の活性化状態を推定することが好ましい。

また、酸化触媒１１の下流側で温度を測定する際に、酸化触媒１１を通過した排気ガスを、パンチングメタルやスワーラー等の穴開き部材１５を通過させて拡散させることにより、排気ガスの温度を均一化した状態で測定することが好ましい。
この理由は、酸化触媒１１を通過した排気ガスが層流となって、測定箇所によってばらつきが生じる場合があるためである。したがって、より正確に排ガスの温度を測定できるために、流路の変更を精度良く行うことができるためである。

そして、上流側及び下流側で測定される排気ガスの温度の差が所定値を超えるような場合には、流路制御手段を制御して、酸化触媒に流入する排気ガスの流路を変更することにより、排気ガスを、酸化触媒の一部を通過させる。
より詳細には、酸化触媒により排気ガスの温度を昇温させて下流側のＤＰＦに流入させるために、エンジンにおける燃料の噴射タイミングを遅らせる、いわゆるポストインジェクションを行ったり、酸化触媒の上流側で排気通路中に直接燃料ガス（ＨＣ）を含む生ガスを噴射したりする場合がある。例えば、このような場合に、酸化触媒の温度が低かったり、燃料が気化するほどに排気温度が上昇していなかったりすると、未燃焼の燃料（ＨＣ）が酸化触媒にそのまま付着してしまう。このような状態において、高負荷運転等で触媒温度が上昇し活性温度を超えた時に、減速したりアイドリング状態にしたりすると、排気中の酸素濃度が急激に上昇し、酸化触媒に付着した未燃焼の燃料やＰＭが急激に燃焼し始める。そうすると、かかる条件の下では、排気ガスの流量が減少している状態であるために、排気ガスが酸化触媒の温度上昇による熱エネルギを持ち去ることができず、さらに酸化触媒の温度が上昇し続け、排気ガスの温度も、例えば、１２００℃を超えるほどになる。したがって、酸化触媒の下流側に配置されたＤＰＦが熱により破損してしまう。

そこで、このような場合には、図４（ａ）に示すように、再び、流路制御手段としての流路制御弁１３を排気ガスの流れ方向に対して斜め方向に傾斜するように配置して、排気ガスが酸化触媒１１の一部の領域Ａを通過するようにする。そうすると、酸化触媒１１を通過する排気ガスの流速が速くなるために、排気ガスＤと酸化触媒１１との接触時間が少なくなる。したがって、排気ガス中のＣＯやＨＣ等が十分に酸化反応する前に酸化触媒１１を通過してしまい、酸化熱の発生量が著しく減少して、領域Ａにおける酸化触媒１１の温度を低下させることができる。
一方、酸化触媒１１における排気ガスが通過しない領域Ｂにおいても、酸素が供給されないために酸化反応がほとんど起こらず、自然放熱によって、酸化触媒１１の温度を低下させることができる。

次いで、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、流路制御手段を切り換える。例えば、流路制御手段として上述の流路制御弁を用いた場合には、図４（ｂ）に示すように流路制御弁１３を配置することにより、排気ガスを通過させないようにしていた酸化触媒１１の一部の領域Ａ´を、排気ガスが通過するようにすることができる。そうすると、上述したのと同様にして、排気ガスが通過する領域Ａ´においても、通過しない領域Ｂ´においても、ともに酸化触媒１１の温度が低下する。
その後、さらに、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。

次いで、酸化触媒の下流側で測定される温度が、所定値を下回った場合には、もはや酸化触媒１１の温度を低下させる必要がないばかりか、活性化温度よりも著しく低い温度となって、酸化触媒１１における活性化効率が著しく低下してしまうために、図４（ｃ）に示すように、再び流路制御手段を通常の状態に復帰させて、通常運転状態とする。
そして、再度、測定温度が所定値を上回った場合には、上述した流路制御手段の制御を繰り返すこととなる。

以下、これまで説明した酸化触媒の温度制御方法を用いた酸化触媒の温度制御の一例として、エンジン始動後、一旦、エンジンが通常運転状態になった後における酸化触媒の温度制御の例を、図５に示すフローを参照しつつ説明する。
まず、温度センサにより、酸化触媒の上流側及び下流側の温度を測定する（Ｓ１）。このとき、酸化触媒の下流側における排気ガスの温度が所定値未満、例えば、３００℃未満の場合には、エンジンは通常運転状態にあると判断されるため、上述の流路制御弁を排気ガスの流れ方向と平行に配置する。一方、かかる排気ガスの温度が例えば３００℃以上の場合には、エンジンに備えられた運転状態の検知手段により、エンジン回転数を検知する（Ｓ２）。
ここで、検知されるエンジンの回転数が所定値を超える場合、例えば、１０００ｒｐｍを超えている場合には、エンジンは未だ通常運転状態にあると判断することができるため、やはり、上述の流路制御弁を排気ガスの流れ方向と平行に配置する。一方、エンジンの回転数が例えば１０００ｒｐｍ以下の場合には、ラムダセンサにより、排気ガス中の酸素濃度（ラムダ値）を測定する（Ｓ３）。
また、測定されるラムダ値が所定値未満、例えば、５未満である場合には、エンジンは未だ通常運転状態にあると判断することができるため、やはり、上述の流路制御弁を排気ガスの流れ方向と平行に配置する。一方、かかるラムダ値が５以上の場合には、酸化触媒が異常に昇温される熱暴走への遷移状態にあると判断し、当該熱暴走回避モードへ移行する。

そして、上述の流路制御弁の配置を制御して、例えば、排気ガスの流れ方向に対して６０度の傾斜角となるように配置して、排気ガスを、酸化触媒の一部を通過させるように設定する（Ｓ４）。また、酸化触媒の上流側及び下流側における排気ガスの温度を、所定タイミングで測定し、下流側で測定される温度の値から上流側で測定される温度の値を引いた差を算出する（Ｓ５）。
ここで、かかる温度の差が所定値未満、例えば、５０℃未満となった場合には、酸化触媒における熱暴走が回避されたと判断できるため、再び、上述の流路制御弁を排気ガスの流れ方向と平行に配置する。一方、かかる温度の差が５０℃以上の場合には、さらに、熱暴走回避モードを継続する必要があるため、今度は、上述の流路制御弁を、排気ガスの流れ方向に対して−６０度の傾斜角となるように配置して、排気ガスを、酸化触媒の一部を通過させるように設定する（Ｓ６）。また、上述したのと同様に、酸化触媒の上流側と下流側とにおける排気ガスの温度差を算出する（Ｓ７）。
そして、かかる温度の差が所定値未満、例えば、５０℃未満となった場合には、酸化触媒における熱暴走が回避されたと判断できるため、再び、上述の流路制御弁を排気ガスの流れ方向と平行に配置する。一方、かかる温度の差が未だ５０℃以上の場合には、さらに、熱暴走回避モードを継続する必要があるため、Ｓ４工程に戻り、上述の流路制御弁を、排気ガスの流れ方向に対して６０度の傾斜角となるように配置する（Ｓ４）。

かかる流路制御弁の配置の変更を、酸化触媒の上流側と下流側とで測定される排気ガスの温度が所定値未満となるまで、くり返し行う（Ｓ４〜Ｓ７）。その結果、酸化触媒の熱暴走が回避されたと判断される場合には、流路制御弁を排気ガスの流れ方向と平行な方向に復帰させるとともに、再びＳ１工程に戻り、温度制御を行う。
このように、本発明の酸化触媒の温度制御方法によれば、酸化触媒の温度をきめ細かく制御できるために、酸化触媒の熱暴走を防ぎつつ、排気ガスを効率的に浄化することができる。したがって、下流側に備えられたＤＰＦ等の排気浄化部材の破損等を有効に防止することができる。

（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明に係る排気浄化装置を示す側面図及び平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る流路制御手段を説明するために供する図である。 穴開き部材を備えた場合の排気ガスの拡散状態を説明するために供する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係る酸化触媒の温度制御方法を説明するために供する図である。 本発明の酸化触媒の温度制御方法の実施態様の一例としてのフロー図である。 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。

符号の説明

１０：排気浄化装置、１１：酸化触媒、１２：排気浄化部材、１３：流路制御手段、１４：温度センサ、１５：穴開き部材、１７：扇体部材、１８：回転軸、２０：排気通路、５１：内燃機関

Claims (7)

1. 内燃機関の排気浄化装置に備えられる酸化触媒の温度制御方法であって、
   前記酸化触媒の上流側及び下流側における排気ガスの温度を測定するとともに、前記排気ガスの温度をもとに、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流路を変更することにより、前記内燃機関から排出される排気ガスの全量を、前記酸化触媒の一部又は全部の領域を選択的に通過させることを特徴とする酸化触媒の温度制御方法。
2. 内燃機関の排気浄化装置に備えられる酸化触媒の温度制御方法であって、
   前記酸化触媒の上流側及び下流側における排気ガスの温度を測定するとともに、前記排気ガスの温度をもとに、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流路を変更することにより、前記内燃機関から排出される排気ガスの全量を、前記酸化触媒の一部又は全部の領域を選択的に通過させ、
   前記排気ガスの全量を、前記酸化触媒の一部の領域を通過させる場合に、前記酸化触媒における前記排気ガスの通過位置を切り換えながら、前記排気ガスを通過させることを特徴とする酸化触媒の温度制御方法。
3. 前記酸化触媒の下流側における前記排気ガスの温度を測定する際に、前記酸化触媒を通過した排気ガスを、穴開き部材を通過させて拡散させることにより、前記排気ガスの温度を均一化した状態で測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化触媒の温度制御方法。
4. 前記排気ガスの流路を、前記酸化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度にさらに対応させて変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化触媒の温度制御方法。
5. 内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、酸化触媒と、当該酸化触媒の下流側に配置された排気浄化部材と、を含む内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気ガスの温度の温度を測定するための温度センサと、
   前記温度センサによって測定される温度をもとに、前記内燃機関から排出され前記酸化触媒に流入する前記排気ガスの全量を、当該酸化触媒の一部又は全部の領域を選択的に通過させるための流路制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記温度センサを、前記酸化触媒の上流側及び下流側に配置することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記酸化触媒の下流側に、前記酸化触媒を通過した排気ガスを拡散させるための穴開き部材を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の排気浄化装置。