WO2013146462A1 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

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stage
exhaust
nox purification
purification catalyst
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長岡　大治
輝男 中田
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いすゞ自動車株式会社
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    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
  • an exhaust gas purification device including a NOx purification catalyst (DeNOx catalyst) that purifies NOx in exhaust gas is known.
  • a NOx purification catalyst for example, a NOx selective reduction catalyst (SCR) and a NOx storage reduction catalyst (LNT) are known.
  • the NOx selective reduction catalyst promotes a reduction reaction between NH3 and NOx supplied as a reducing agent, thereby reducing and purifying NOx in the exhaust gas. Further, the NOx occlusion reduction catalyst occludes NOx in the exhaust gas when the exhaust gas is in a lean atmosphere, and releases NOx when the exhaust gas is in a rich atmosphere, and the NOx is discharged into CO, HC in the exhaust gas. , H2 or the like for reduction and purification.
  • Patent Document 1 discloses an exhaust gas purifying device including a NOx selective reduction catalyst.
  • Patent Document 2 discloses an exhaust gas purification device provided with a NOx storage reduction catalyst.
  • the specifications of the exhaust gas purification device and the exhaust gas aftertreatment unit used in the exhaust gas purification device are generally the engine exhaust amount and exhaust gas mode conditions (cold / hot start, exhaust gas amount, exhaust gas Temperature).
  • an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can function a NOx purification catalyst in the entire operation region of an internal combustion engine.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a front-stage NOx purification catalyst that purifies NOx in the exhaust gas, and the front-stage NOx purification.
  • a rear-stage NOx purification catalyst that is disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst and has a higher NOx purification rate characteristic than the front-stage NOx purification catalyst in a high temperature region; and the front-stage NOx purification catalyst and the rear-stage NOx purification catalyst
  • a control unit that operates the exhaust gas cooling device when a detection value of the detection unit exceeds a threshold value.
  • the exhaust gas cooling device is disposed in the exhaust passage between the front-stage NOx purification catalyst and the rear-stage NOx purification catalyst, is connected to the exhaust passage, and a radiator that dissipates heat of exhaust gas passing therethrough, A bypass passage communicating upstream and downstream of the radiator, and an opening / closing means disposed in the bypass passage for opening and closing the bypass passage, wherein the control means has a detection value of the exhaust temperature detection means as the threshold value. When the value exceeds the value, the opening / closing means may be closed to operate the exhaust gas cooling device.
  • the exhaust gas cooling device further includes a cooling fan attached to the radiator, and the control means operates the exhaust gas cooling device when a detection value of the exhaust temperature detection means exceeds the threshold value.
  • the opening / closing means may be closed and the cooling fan may be driven.
  • the exhaust gas cooling device is connected to the outer canning case that surrounds the canning case that houses the latter-stage NOx purification catalyst, and is connected to the outer canning case for cooling the space between the canning case and the outer canning case.
  • a cooling fan for supplying air, and the control means drives the cooling fan to operate the exhaust gas cooling device when the detected value of the exhaust temperature detecting means exceeds the threshold value. It may be what you do.
  • the exhaust gas cooling device is provided through the post-stage NOx purification catalyst, is connected to the introduction pipe through which cooling air can flow, and is connected to the introduction pipe to supply the cooling air to the introduction pipe
  • the control means drives the cooling fan to operate the exhaust gas cooling device when the detection value of the exhaust gas temperature detection means exceeds the threshold value. Also good.
  • FIG. 1 is a schematic view of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. It is the schematic of the exhaust-gas purification apparatus of the internal combustion engine which concerns on 2nd embodiment of this invention. It is the schematic of the exhaust-gas purification apparatus of the internal combustion engine which concerns on 3rd embodiment of this invention. It is a figure which shows the temperature window of NOx purification.
  • FIG. 1 shows an exhaust gas purification apparatus 1 according to the first embodiment.
  • an intake pipe 12 is connected to an intake manifold 11 of a diesel engine 10 that is an internal combustion engine, and an exhaust pipe 14 is connected to an exhaust manifold 13.
  • the intake manifold 11 and the intake pipe 12 constitute an intake passage of the diesel engine 10
  • the exhaust manifold 13 and the exhaust pipe 14 constitute an exhaust passage of the diesel engine 10.
  • the diesel engine 10 shown in FIG. 1 shall be mounted in a vehicle.
  • an intake air amount sensor 15, a compressor 16a of a turbocharger 16, an intercooler 17, and an intake throttle valve 18 are arranged in order from the intake upstream side.
  • a turbine 16 b of the turbocharger 16 an exhaust brake valve 19, the exhaust gas purification device 1, and a silencer (not shown) are disposed in order from the exhaust upstream side.
  • the intake manifold 11 and the exhaust manifold 13 are connected by an EGR pipe 20, and an EGR cooler 21 and an EGR valve 22 are disposed in the EGR pipe 20.
  • An exhaust pipe 14 of the diesel engine 10 includes, in order from the upstream side, a front-stage oxidation catalyst (hereinafter referred to as a front-stage DOC) 23 that purifies CO (carbon monoxide) and HC (hydrocarbon) in the exhaust gas, A diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) 24 that collects PM (particulate matter) of the exhaust gas, and a front-stage NOx purification catalyst (hereinafter referred to as front-stage DeNOx catalyst) 25 that purifies NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas.
  • a front-stage oxidation catalyst hereinafter referred to as a front-stage DOC 23 that purifies CO (carbon monoxide) and HC (hydrocarbon) in the exhaust gas
  • a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) 24 that collects PM (particulate matter) of the exhaust gas
  • a front-stage NOx purification catalyst hereinafter referred to as front-stage DeNOx catalyst
  • a post-stage NOx purification catalyst (hereinafter referred to as a post-stage DeNOx catalyst) 26 for purifying NOx in the exhaust gas, and a post-stage oxidation catalyst (hereinafter referred to as a post-stage DOC) for detoxifying excess reducing agent flowing out from the post-stage DeNOx catalyst 26 27 are arranged.
  • the front-stage DOC 23 and the DPF 24 are accommodated in a first canning case 28 disposed in the exhaust pipe 14, and the front-stage DeNOx catalyst 25 is disposed in the exhaust pipe 14 downstream of the first canning case 28.
  • the rear stage DeNOx catalyst 26 and the rear stage DOC 27 are disposed in a third canning case 30 disposed in the exhaust pipe 14 on the downstream side of the second canning case 29.
  • a NOx selective reduction catalyst for reducing and purifying NOx in exhaust gas using urea as a reducing agent, or NOx in exhaust gas using fuel as a reducing agent.
  • SCR NOx selective reduction catalyst
  • LNT NOx occlusion reduction catalyst
  • injectors 31 and 32 for injecting the reducing agent into the exhaust pipe 14 are disposed upstream of the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26, respectively.
  • injectors 31 and 32 urea injectors that inject urea as a reducing agent into the exhaust pipe 14 are used.
  • NH3 slip DOC which detoxifies NH3 (ammonia) is used as back
  • the catalyst coat uses a catalyst specialized for low temperature (for example, a copper zeolite type) for the SCR in the former stage, and uses a catalyst specialized for high temperature (for example, an iron zeolite type) for the SCR in the subsequent stage.
  • a catalyst specialized for low temperature for example, a copper zeolite type
  • a catalyst specialized for high temperature for example, an iron zeolite type
  • the temperature window for NOx purification can be expanded (see FIG. 4). That is, the front-stage SCR (front-stage DeNOx catalyst 25) has higher NOx purification rate characteristics than the rear-stage SCR (rear-stage DeNOx catalyst 26) in the low-temperature region, and the rear-stage SCR (rear-stage DeNOx catalyst 26) is in the high-temperature region.
  • the NOx purification rate characteristic is higher than that of the SCR of the preceding stage (the preceding DeNOx catalyst 25).
  • the DOC, DPF, urea injector, front SCR, radiator, urea injector, rear SCR, NH3 slip DOC which will be described later, are arranged in order from the upstream side.
  • an injector 31 that injects the reducing agent into the exhaust pipe 14 may be disposed only upstream of the front-stage DeNOx catalyst 25. However, it is desirable in terms of control that the injectors 31 and 32 are disposed upstream of the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26, respectively.
  • the injectors 31 and 32 fuel injectors that inject fuel as a reducing agent into the exhaust pipe 14 are used. Further, as the rear-stage DOC 27, an HC slip DOC that renders HC harmless is used.
  • the catalyst storage material is a low temperature catalyst coat (eg, barium) for the front LNT, and a high temperature catalyst coat (eg, potassium) for the LNT.
  • a low temperature catalyst coat eg, barium
  • a high temperature catalyst coat eg, potassium
  • the temperature window for NOx purification can be expanded by selecting the material of the adsorbent of the catalyst having different catalyst activation temperature ranges in the front and rear LNTs (see FIG. 4). That is, the front-stage LNT (the front-stage DeNOx catalyst 25) has a higher NOx purification rate characteristic than the rear-stage LNT (the rear-stage DeNOx catalyst 26) in the low-temperature region, and the rear-stage LNT (the rear-stage DeNOx catalyst 26) is in the high-temperature region.
  • the NOx purification rate characteristic is higher than that of the front stage LNT (the front stage DeNOx catalyst 25).
  • a DOC, a DPF, a fuel injector, a front stage LNT, a radiator, a fuel injector, a rear stage LNT, and an HC slip DOC are arranged in order from the upstream side.
  • the rear stage DeNOx catalyst 26 can be integrated with a silencer having a general structure when it is difficult to secure a space. Since the post-stage DeNOx catalyst 26 also has a certain level of silencing effect, it is conceivable to shorten the internal structure of the silencer having a general structure and accommodate the post-stage DeNOx catalyst 26 in the silencer.
  • an exhaust gas cooling device 40 for cooling the exhaust gas is provided in the exhaust pipe 14 between the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26.
  • the exhaust gas cooling device 40 is disposed in the exhaust pipe 14 between the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26, and a heat release chamber (heat radiator) 41 that radiates heat of the exhaust gas that passes through the exhaust pipe cooler 40.
  • a bypass passage 42 that communicates the upper and lower sides of the heat radiation chamber 41 to bypass the heat radiation chamber 41, and a switching valve (opening / closing means) 43 that is disposed in the bypass passage 42 and opens and closes the bypass passage 42.
  • a heat radiation chamber 41 for heat radiation is disposed in the middle of the exhaust pipe 14 to lower the temperature of the exhaust gas passing through the heat radiation chamber 41.
  • the capacity of the heat radiation chamber 41 is desirably equal to or larger than the displacement of the diesel engine 10 so that the exhaust gas stays for a certain period of time for cooling.
  • the position of the heat radiation chamber 41 it is desirable to install in a place where the traveling wind hits.
  • the heat radiation fins 44 are provided on the outer surface of the heat radiation chamber 41 in order to promote the heat radiation of the exhaust gas. It is desirable to determine the shape of the radiating fin 44 in consideration of the air flow.
  • a forced air cooling fan (cooling fan) 45 is attached to the heat radiation chamber 41 in order to further promote the heat radiation of the exhaust gas.
  • the temperature range of the exhaust gas that is desired to be reduced by heat dissipation is about 100 ° C. With such a temperature range, if the shape of the exhaust pipe 14 extending from the front-stage DeNOx catalyst 25 to the rear-stage DeNOx catalyst 26 and the shapes of the heat-dissipating chamber 41 and the heat-dissipating fins 44 are devised, the exhaust gas can be radiated actively. It seems that the temperature of exhaust gas can be reduced only by heat radiation.
  • a heat storage body heat storage material
  • water engine cooling water, etc.
  • air etc.
  • a heat exchanger As a heat exchanger using a heat accumulator, a heat accumulator using heat absorption by a dehydration reaction between magnesium oxide and water is known.
  • the forced air cooling fan 45 is not necessarily provided in the heat radiating body.
  • the waste heat stored in the heat storage body is generated during cold start. It can be used for early increases in engine coolant temperature and catalyst temperature.
  • an exhaust temperature sensor (exhaust temperature detection means) that detects the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 14 upstream of the upstream DeNOx catalyst 25 and the downstream DeNOx catalyst 26, respectively.
  • 33 and 34 are arranged. These exhaust temperature sensors 33 and 34 are connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 35 as control means, and the ECU 35 uses injectors 31 and 32 based on the detected values of the exhaust temperature sensors 33 and 34 and the like.
  • the injection of the reducing agent, the operation of the exhaust gas cooling device 40 (the switching valve 43, the forced air cooling fan 45), and the like are controlled.
  • the front exhaust temperature sensor 33 is attached to the second canning case 29 and the rear exhaust temperature sensor 34 is attached to the third canning case 30.
  • the sensor 33 may be attached to the first canning case 28.
  • the ECU 35 determines which of the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26 is used to purify NOx in the exhaust gas in accordance with the detection value of the front-stage exhaust temperature sensor 33. Switch. That is, in any of the SCR and LNT catalysts, the ECU 35 switches the injection of the upstream and downstream injectors 31 and 32 using the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 14 as a threshold value.
  • the ECU 35 detects the detected value of a NOx concentration sensor (not shown) that detects the NOx concentration in the exhaust gas in the exhaust pipe 14 in addition to the detected value of the exhaust gas temperature sensor 33 in the previous stage, and the operation of the diesel engine 10. Depending on the state (deceleration state, etc.), it may be determined whether to perform NOx purification of the exhaust gas.
  • the NOx purification in the exhaust gas at an exhaust gas temperature (for example, 180 ° C. to 450 ° C.) in a predetermined low / medium temperature region (conventional exhaust gas mode region) is handled by the pre-stage DeNOx catalyst 25.
  • the ECU 35 executes the injection of the reducing agent by the injector 31 at the front stage.
  • the NOx in the exhaust gas is purified by the pre-stage DeNOx catalyst 25.
  • NOx purification in the exhaust gas at an exhaust gas temperature (for example, 450 ° C. to 600 ° C.) in a predetermined high temperature region (off-cycle region) is performed after the exhaust gas temperature is reduced by the heat radiation chamber 41 and then the subsequent stage DeNOx.
  • the catalyst 26 is used. Therefore, when the detected value of the exhaust gas temperature sensor 33 at the front stage is the exhaust gas temperature in the high temperature region, the ECU 35 executes the injection of the reducing agent by the injector 32 at the rear stage. Thereby, NOx in the exhaust gas is purified by the post-stage DeNOx catalyst 26.
  • the ECU 35 switches between the non-operation and the operation of the exhaust gas cooling device 40 according to the detection value of the exhaust gas temperature sensor 34 at the subsequent stage. That is, the ECU 35 switches between the non-operation and the operation of the exhaust gas cooling device 40 with the temperature of the exhaust gas flowing into the rear stage DeNOx catalyst 26 as a threshold value.
  • the exhaust gas cooling device 40 When the temperature of the exhaust gas flowing into the downstream DeNOx catalyst 26 is low, the exhaust gas cooling device 40 is deactivated. Therefore, when the detection value of the exhaust gas temperature sensor 34 at the rear stage is less than a predetermined threshold (start threshold) (for example, 500 ° C.) (low temperature), the ECU 35 opens the switching valve 43 and the forced cooling fan 45. Is not driven, and exhaust gas is allowed to flow to the subsequent DeNOx catalyst 26 without passing through the heat radiation chamber 41. That is, when the switching valve 43 is opened, most of the exhaust gas flows through the bypass passage 42 having a low flow path resistance and is directly introduced into the downstream DeNOx catalyst 26. In this case, the ECU 35 executes the injection of the reducing agent using only the front injector 31 and does not use the rear injector 32.
  • start threshold for example, 500 ° C.
  • the exhaust gas cooling device 40 when the temperature of the exhaust gas flowing into the latter stage DeNOx catalyst 26 is high, the exhaust gas cooling device 40 is put into an operating state. Therefore, when the detection value of the exhaust gas temperature sensor 34 at the subsequent stage exceeds the above threshold value (at a high temperature), the ECU 35 closes the switching valve 43 and drives the forced air cooling fan 45 to send the exhaust gas to the heat radiation chamber 41. To the downstream DeNOx catalyst 26. That is, when the switching valve 43 is closed, the exhaust gas flows through the exhaust pipe 14 between the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26, passes through the heat radiation chamber 41, and is then introduced into the rear-stage DeNOx catalyst 26.
  • downstream DeNOx catalyst 26 is caused to function by reducing the temperature of the exhaust gas by the heat radiation chamber 41 (about 100 ° C.) even at the high temperature that can deviate from the catalyst activation temperature range of the downstream DeNOx catalyst 26. It is possible.
  • the ECU 35 switches the switching valve 43 from closed to open, and the forced air cooling fan 45. Stop driving. Note that the ECU 35 may switch the switching valve 43 from closed to open and stop the driving of the forced air cooling fan 45 according to the detection value of the exhaust gas temperature sensor 33 in the previous stage.
  • end threshold value for example, 350 ° C.
  • the total capacity of the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26 may be approximately the same as the capacity of a general DeNOx catalyst, it is the same as the case where the general DeNOx catalyst is divided into two parts and arranged separately. The up is slight.
  • the occupied space of the exhaust gas purification device 1 is only increased by the amount of the heat radiation chamber 41.
  • the rear stage DeNOx catalyst 26 can be integrated with a silencer having a general structure when it is difficult to secure a space.
  • the DeNOx catalyst (the front-stage DeNOx catalyst 25 and the rear-stage DeNOx catalyst 26) can be caused to function in the entire operation region of the diesel engine 10, and the off-cycle regulation is performed. It becomes possible to cope with.
  • FIG. 2 shows an exhaust gas purification device 2 according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • an exhaust gas cooling device 50 that cools the exhaust gas is provided in the latter-stage DeNOx catalyst 26.
  • the exhaust gas cooling device 50 is connected to the outer canning case 51 that surrounds the third canning case (canning case) 30 of the latter stage DeNOx catalyst 26, and is connected to the outer canning case 51.
  • a forced air cooling fan (cooling fan) 52 for supplying forced air cooling air to the space between them. That is, in the exhaust gas purifying apparatus 2 according to the second embodiment, the third canning case 30 of the rear stage DeNOx catalyst 26 is configured as a double structure with the outer canning case 51, and exhaust gas is indirectly passed through the rear stage DeNOx catalyst 26. It has a cooling structure.
  • the radiating fins 53 are provided on the outer surface of the third canning case 30.
  • the shape of the radiating fin 53 is desirably determined in consideration of the air flow.
  • the ECU 35 When the detection value of the exhaust gas temperature sensor 34 at the rear stage is less than a predetermined threshold (start threshold) (for example, 500 ° C.) (at a low temperature), the ECU 35 does not operate the forced air cooling fan 52 in a non-driven state. On the other hand, when the detected value of the exhaust gas temperature sensor 34 at the rear stage exceeds the threshold value (at a high temperature), the ECU 35 operates with the forced air cooling fan 52 in the driving state, and the forced air cooling air is supplied to the third stage of the downstream DeNOx catalyst 26.
  • the exhaust gas is indirectly cooled by supplying the space between the canning case 30 and the outer canning case 51.
  • the DeNOx catalyst (the first-stage DeNOx catalyst 25 and the second-stage DeNOx catalyst 26) can be caused to function in the entire operation region of the diesel engine 10 as in the first embodiment. Thus, it becomes possible to comply with off-cycle regulations.
  • FIG. 3 shows an exhaust gas purification device 3 according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • an exhaust gas cooling device 60 that cools the exhaust gas is provided in the post-stage DeNOx catalyst 26.
  • the exhaust gas cooling device 60 is provided through the downstream DeNOx catalyst 26 and the downstream DOC 27, and is connected to a secondary air introduction pipe (introduction pipe) 61 through which forced air cooling air can flow and a secondary air introduction pipe 61.
  • a forced air cooling fan (cooling fan) 62 is connected to supply air for forced air cooling to the secondary air introduction pipe 61.
  • the downstream DeNOx catalyst 26 passes through the secondary air introduction pipe 61 that introduces forced air-cooling air into the downstream DeNOx catalyst 26 (metal honeycomb carrier) with good heat dissipation.
  • the exhaust gas is indirectly cooled by using the (metal honeycomb carrier) itself as a radiating fin or a radiating plate.
  • the ECU 35 When the detection value of the exhaust temperature sensor 34 at the rear stage is less than a predetermined threshold (start threshold) (for example, 500 ° C.) (at low temperature), the ECU 35 does not operate the forced air cooling fan 62 in the non-driven state. On the other hand, when the detected value of the exhaust gas temperature sensor 34 at the rear stage exceeds the threshold value (at a high temperature), the ECU 35 operates with the forced air cooling fan 62 in the drive state, and the forced air cooling air is supplied to the rear stage DeNOx catalyst 26 and the rear stage DOC27. The exhaust gas is indirectly cooled by supplying the secondary air introduction pipe 61 penetrating the gas.
  • start threshold for example, 500 ° C.
  • the DeNOx catalyst (the first-stage DeNOx catalyst 25 and the second-stage DeNOx catalyst 26) can be caused to function in the entire operation region of the diesel engine 10 as in the first embodiment. Thus, it becomes possible to comply with off-cycle regulations.
  • the internal combustion engine 10 is not limited to a diesel engine, and the internal combustion engine 10 may be a gasoline engine or the like.
  • the internal combustion engine 10 is a four-cylinder engine, but the internal combustion engine 10 may be a single-cylinder engine, a six-cylinder engine, or the like.
  • Exhaust gas purification device 2 Exhaust gas purification device 3 Exhaust gas purification device 10 Diesel engine (internal combustion engine) 14 Exhaust pipe (exhaust passage) 25 First-stage DeNOx catalyst (first-stage NOx purification catalyst) 26 Second-stage DeNOx catalyst (second-stage NOx purification catalyst) 30 Third canning case (canning case) 34 Exhaust temperature sensor (exhaust temperature detection means) 35 ECU (control means) 40 Exhaust gas cooling device 41 Heat radiation chamber (heat radiator) 42 Bypass passage 43 Switching valve (opening / closing means) 45 Forced air cooling fan (cooling fan) 50 Exhaust gas cooling device 51 Outer canning case 52 Forced air cooling fan (cooling fan) 60 Exhaust gas cooling device 61 Secondary air introduction pipe (introduction pipe) 62 Forced air cooling fan (cooling fan)

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Abstract

内燃機関の全運転領域でＮＯｘ浄化触媒を機能させることが可能となる排気ガス浄化装置を提供する。内燃機関（１０）の排気ガス浄化装置（１）は、内燃機関（１０）の排気通路（１４）に配設され、排気ガス中のＮＯｘを浄化する前段ＮＯｘ浄化触媒（２５）と、前段ＮＯｘ浄化触媒（２５）よりも下流側の排気通路（１４）に配設され、高温領域において前段ＮＯｘ浄化触媒（２５）よりも高いＮＯｘ浄化率特性を有する後段ＮＯｘ浄化触媒（２６）と、前段ＮＯｘ浄化触媒（２５）と後段ＮＯｘ浄化触媒（２６）との間の排気通路（１４）に設けられ、排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置（４０）と、後段ＮＯｘ浄化触媒（２６）に流入する排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段（３４）と、排気温度検出手段（３４）の検出値が閾値を超えた場合に、排気ガス冷却装置（４０）を作動させる制御手段（３５）とを備える。

Description

内燃機関の排気ガス浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
　内燃機関（エンジン）の排気ガス浄化装置としては、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒（ＤｅＮＯｘ触媒）を備えた排気ガス浄化装置が知られている。このＮＯｘ浄化触媒としては、例えば、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）や、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）が知られている。
　ＮＯｘ選択還元触媒は、還元剤として供給されるＮＨ３とＮＯｘとの還元反応を促進することで、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化するものである。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、排気ガスがリーン雰囲気であるときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがリッチ雰囲気であるときにＮＯｘを放出して、ＮＯｘを排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ２等で還元浄化するものである。
　例えば、特許文献１には、ＮＯｘ選択還元触媒を備えた排気ガス浄化装置が開示されている。また、特許文献２には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた排気ガス浄化装置が開示されている。
特開２００８－２５５９０５号公報 特開２００７－２８９８４４号公報
　大型車両の排出ガス規制において、排気ガスモード（ＪＥ０５モード）以外の排気ガス値を担保するオフサイクル規制の導入が検討されている。現状は一般的に、排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化装置に使用する排気ガス後処理ユニットの仕様は、エンジンの排気量や排気ガスモードの条件（コールド／ホットスタート、排気ガス量、排気ガス温度等）で決められている。
　オフサイクル規制が開始されると、内燃機関の全運転領域で、排気ガス値を担保する必要が出てくるので、排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化装置に使用する排気ガス後処理ユニットの仕様もそれに合わせて見直す必要がある。
　そこで、本発明の目的は、内燃機関の全運転領域でＮＯｘ浄化触媒を機能させることが可能となる排気ガス浄化装置を提供することにある。
　上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中のＮＯｘを浄化する前段ＮＯｘ浄化触媒と、前記前段ＮＯｘ浄化触媒よりも下流側の前記排気通路に配設され、高温領域において前記前段ＮＯｘ浄化触媒よりも高いＮＯｘ浄化率特性を有する後段ＮＯｘ浄化触媒と、前記前段ＮＯｘ浄化触媒と前記後段ＮＯｘ浄化触媒との間の前記排気通路又は前記後段ＮＯｘ浄化触媒に設けられ、排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置と、前記後段ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気温度検出手段の検出値が閾値を超えた場合に、前記排気ガス冷却装置を作動させる制御手段とを備えるものである。
　前記排気ガス冷却装置は、前記前段ＮＯｘ浄化触媒と前記後段ＮＯｘ浄化触媒との間の前記排気通路に配設され、通過する排気ガスの熱を放熱する放熱体と、前記排気通路に接続され、前記放熱体の上下流を連通するバイパス通路と、前記バイパス通路に配設され、前記バイパス通路を開閉する開閉手段とを有し、前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記開閉手段を閉とするものであっても良い。
　前記排気ガス冷却装置は、前記放熱体に装着された冷却ファンをさらに有し、前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記開閉手段を閉とすると共に、前記冷却ファンを駆動するものであっても良い。
　前記排気ガス冷却装置は、前記後段ＮＯｘ浄化触媒を収容するキャニングケースを囲繞する外側キャニングケースと、前記外側キャニングケースに接続され、前記キャニングケースと前記外側キャニングケースとの間の空間に冷却用の空気を供給するための冷却ファンとを有し、前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記冷却ファンを駆動するものであっても良い。
　前記排気ガス冷却装置は、前記後段ＮＯｘ浄化触媒を貫通させて設けられ、冷却用の空気が流通可能な導入パイプと、前記導入パイプに接続され、前記導入パイプに冷却用の空気を供給するための冷却ファンとを有し、前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記冷却ファンを駆動するものであっても良い。
　本発明によれば、内燃機関の全運転領域でＮＯｘ浄化触媒を機能させることが可能となる排気ガス浄化装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の概略図である。 本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の概略図である。 本発明の第三実施形態に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の概略図である。 ＮＯｘ浄化の温度ウインドウを示す図である。
　以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
　［第一実施形態］
　図１に第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１を示す。
　図１に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１１には吸気管１２が接続され、排気マニホールド１３には排気管１４が接続されている。吸気マニホールド１１及び吸気管１２がディーゼルエンジン１０の吸気通路を構成し、排気マニホールド１３及び排気管１４がディーゼルエンジン１０の排気通路を構成する。なお、図１に示すディーゼルエンジン１０は、車両に搭載されるものであるとする。
　ディーゼルエンジン１０の吸気管１２には、吸気上流側から順に、吸入空気量センサ１５と、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａと、インタークーラ１７と、吸気スロットルバルブ１８とが配設されている。一方、ディーゼルエンジン１０の排気管１４には、排気上流側から順に、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂと、排気ブレーキバルブ１９と、排気ガス浄化装置１と、図示しないサイレンサとが配設されている。さらに、吸気マニホールド１１と排気マニホールド１３とはＥＧＲ管２０で接続され、ＥＧＲ管２０には、ＥＧＲクーラ２１とＥＧＲバルブ２２とが配設されている。
　次に、排気ガス浄化装置１を構成する排気ガス後処理ユニットについて詳述する。
　ディーゼルエンジン１０の排気管１４には、上流側から順に、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）を浄化する前段酸化触媒（以下、前段ＤＯＣという）２３と、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）２４と、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する前段ＮＯｘ浄化触媒（以下、前段ＤｅＮＯｘ触媒という）２５と、排気ガス中のＮＯｘを浄化する後段ＮＯｘ浄化触媒（以下、後段ＤｅＮＯｘ触媒という）２６と、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６から流出した余剰の還元剤を無害化する後段酸化触媒（以下、後段ＤＯＣという）２７とが配設されている。
　前段ＤＯＣ２３及びＤＰＦ２４は、排気管１４に配置された第一キャニングケース２８内に収容され、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５は、第一キャニングケース２８よりも下流側の排気管１４に配置された第二キャニングケース２９内に配置され、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６及び後段ＤＯＣ２７は、第二キャニングケース２９よりも下流側の排気管１４に配置された第三キャニングケース３０内に配置されている。
　前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６としては、尿素を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲという）や、燃料を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＬＮＴという）等を使用することができる。
　使用する前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６がＳＣＲの場合は、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の上流にそれぞれ、還元剤を排気管１４内に噴射するインジェクタ３１、３２を配設する。この場合、インジェクタ３１、３２としては、還元剤としての尿素を排気管１４内に噴射する尿素インジェクタを使用する。また、後段ＤＯＣ２７としては、ＮＨ３（アンモニア）を無害化するＮＨ３スリップＤＯＣを使用する。触媒コートは、前段のＳＣＲには低温に特化した触媒（例えば、銅ゼオライト系）を使用し、後段のＳＣＲには高温に特化した触媒（例えば、鉄ゼオライト系）を使用する。このように前段及び後段のＳＣＲで触媒活性温度域が異なる触媒コートを選択することで、ＮＯｘ浄化の温度ウインドウを拡大することができる（図４参照）。つまり、前段のＳＣＲ（前段ＤｅＮＯｘ触媒２５）は低温領域において後段のＳＣＲ（後段ＤｅＮＯｘ触媒２６）よりも高いＮＯｘ浄化率特性を有するものであり、後段のＳＣＲ（後段ＤｅＮＯｘ触媒２６）は高温領域において前段のＳＣＲ（前段ＤｅＮＯｘ触媒２５）よりも高いＮＯｘ浄化率特性を有するものである。
　ＳＣＲを用いる場合の排気ガス浄化装置１のレイアウトとしては、上流側から順に、ＤＯＣ、ＤＰＦ、尿素インジェクタ、前段ＳＣＲ、後述する放熱体、尿素インジェクタ、後段ＳＣＲ、ＮＨ３スリップＤＯＣが配置されることとなる。前段及び後段のＳＣＲの総容量は、例えば、一般的なＳＣＲを一個配置する場合と容量は換えずに、前段：後段＝１：１～１：２程度の割合で設定することが考えられる。
　使用する前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６がＬＮＴの場合は、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５の上流のみに、還元剤を排気管１４内に噴射するインジェクタ３１を配設しても良い。しかしながら、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の上流にそれぞれインジェクタ３１、３２を配設した方が、制御上は望ましい。使用する前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６がＬＮＴの場合、インジェクタ３１、３２としては、還元剤としての燃料を排気管１４内に噴射する燃料インジェクタを使用する。また、後段ＤＯＣ２７としては、ＨＣを無害化するＨＣスリップＤＯＣを使用する。触媒の吸蔵材の材質は、前段のＬＮＴには低温に特化した触媒コート（例えば、バリウム系）を使用し、後段のＬＮＴには高温に特化した触媒コート（例えば、カリウム系）を使用する。このように前段及び後段のＬＮＴで触媒活性温度域が異なる触媒の吸着材の材質を選択することで、ＮＯｘ浄化の温度ウインドウを拡大することができる（図４参照）。つまり、前段のＬＮＴ（前段ＤｅＮＯｘ触媒２５）は低温領域において後段のＬＮＴ（後段ＤｅＮＯｘ触媒２６）よりも高いＮＯｘ浄化率特性を有するものであり、後段のＬＮＴ（後段ＤｅＮＯｘ触媒２６）は高温領域において前段のＬＮＴ（前段ＤｅＮＯｘ触媒２５）よりも高いＮＯｘ浄化率特性を有するものである。
　ＬＮＴを用いる場合の排気ガス浄化装置１のレイアウトとしては、上流側から順に、ＤＯＣ、ＤＰＦ、燃料インジェクタ、前段ＬＮＴ、後述する放熱体、燃料インジェクタ、後段ＬＮＴ、ＨＣスリップＤＯＣが配置されることとなる。前段及び後段のＬＮＴの総容量は、例えば、一般的なＬＮＴを一個配置する場合と容量は換えずに、前段：後段＝１：１～２：１程度の割合で設定することが考えられる。
　後段ＤｅＮＯｘ触媒２６については、スペースの確保が難しい場合は、一般的な構造のサイレンサと一体化することも可能である。後段ＤｅＮＯｘ触媒２６もある程度の消音効果があるため、一般的な構造のサイレンサの内部構造体を短縮して、そのサイレンサに後段ＤｅＮＯｘ触媒２６を収容することが考えられる。
　第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１では、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５と後段ＤｅＮＯｘ触媒２６との間の排気管１４に、排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置４０を設けている。この排気ガス冷却装置４０は、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５と後段ＤｅＮＯｘ触媒２６との間の排気管１４に配設され、通過する排気ガスの熱を放熱する放熱チャンバ（放熱体）４１と、排気管１４に接続され、放熱チャンバ４１の上下流を連通して放熱チャンバ４１をバイパスするバイパス通路４２と、バイパス通路４２に配設され、バイパス通路４２を開閉する切替バルブ（開閉手段）４３とを有する。
　排気管１４の途中に放熱用の放熱チャンバ４１を配設して、放熱チャンバ４１を通過する排気ガスの温度を下げる。放熱チャンバ４１の容量は、冷却のために排気ガスがある程度の時間留まるようにディーゼルエンジン１０の排気量と同等程度以上の容量であることが望ましい。放熱チャンバ４１の位置は、走行風が当たる箇所への設置が望ましい。また、排気ガスの放熱を促進するために、放熱フィン４４を放熱チャンバ４１の外側面に設けている。放熱フィン４４の形状は、空気流れを考慮して決定することが望ましい。さらに、排気ガスの放熱をさらに促進するために、強制空冷ファン（冷却ファン）４５を放熱チャンバ４１に装着している。なお、放熱によって低減させたい排気ガスの温度幅としては、１００℃程度である。この程度の温度幅であれば、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５から後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に至る排気管１４の形状や、放熱チャンバ４１及び放熱フィン４４の形状を工夫して排気ガスの放熱を積極的に行えば、放熱のみで排気ガスの温度を低減可能な範囲と思われる。
　なお、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に導入される排気ガスの温度低減のために、図１に示すような放熱チャンバ４１に代えて、蓄熱体（蓄熱材）、水（エンジン冷却水等）や空気等による熱交換器を放熱体として排気管１４の途中に配設しても良い。蓄熱体による熱交換器としては、酸化マグネシウムと水との脱水反応による吸熱を利用した蓄熱機等が既知である。また、放熱チャンバ４１や熱交換器等の放熱体自体によって排気ガスの温度を十分に低減可能な場合には、強制空冷ファン４５は放熱体に必ずしも設ける必要はない。さらに、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に導入される排気ガスの温度を下げるために蓄熱体による熱交換器を使用する場合、補助的な動作として、蓄熱体に蓄えられた廃熱は、冷間始動時のエンジン冷却水温や触媒温度の早期上昇のために利用することができる。
　また、第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１では、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の上流にそれぞれ、排気管１４内の排気ガスの温度を検出する排気温度センサ（排気温度検出手段）３３、３４を配設している。これら排気温度センサ３３、３４は制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）３５に接続されており、ＥＣＵ３５は、排気温度センサ３３、３４等の検出値に基づいて、インジェクタ３１、３２による還元剤の噴射や、排気ガス冷却装置４０（切替バルブ４３、強制空冷ファン４５）の作動等を制御するようになっている。第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１では、前段の排気温度センサ３３を第二キャニングケース２９に取り付け、後段の排気温度センサ３４を第三キャニングケース３０に取り付けているが、前段の排気温度センサ３３は第一キャニングケース２８に取り付けても良い。
　次に、第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１の動作（排気ガスのＮＯｘ浄化）を説明する。
　ＥＣＵ３５は、前段の排気温度センサ３３の検出値に応じて、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５と、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６と、のどちらの排気ガス後処理ユニットを使用して排気ガス中のＮＯｘを浄化するかを切り替える。つまり、ＳＣＲ及びＬＮＴの何れの触媒でも、排気管１４内の排気ガスの温度を閾値として、ＥＣＵ３５は前段及び後段のインジェクタ３１、３２の噴射を切り替える。なお、ＥＣＵ３５は、前段の排気温度センサ３３の検出値に加えて、排気管１４内の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ（図示せず）の検出値や、ディーゼルエンジン１０の運転状態（減速状態等）に応じて、排気ガスのＮＯｘ浄化を行うか否かを決定するものであっても良い。
　所定の低中温領域（従来の排気ガスモード領域）の排気ガス温度（例えば、１８０℃～４５０℃）での排気ガス中のＮＯｘ浄化は、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５で対応する。そのため、前段の排気温度センサ３３の検出値が上記低中温領域の排気ガス温度である場合は、ＥＣＵ３５は前段のインジェクタ３１により還元剤の噴射を実行する。これにより、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５により排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
　一方、所定の高温領域（オフサイクル領域）の排気ガス温度（例えば、４５０℃～６００℃）での排気ガス中のＮＯｘ浄化は、放熱チャンバ４１により排気ガス温度を低減させた後で、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６で対応する。そのため、前段の排気温度センサ３３の検出値が上記高温領域の排気ガス温度である場合は、ＥＣＵ３５は後段のインジェクタ３２により還元剤の噴射を実行する。これにより、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６により排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
　また、ＥＣＵ３５は、後段の排気温度センサ３４の検出値に応じて、排気ガス冷却装置４０の非作動と作動とを切り替える。つまり、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの温度を閾値として、ＥＣＵ３５は排気ガス冷却装置４０の非作動と作動とを切り替える。
　後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガス温度が低温時は、排気ガス冷却装置４０を非作動状態とする。そのため、後段の排気温度センサ３４の検出値が所定の閾値（開始閾値）（例えば、５００℃）未満である場合（低温時）は、ＥＣＵ３５は切替バルブ４３を開とすると共に、強制冷却ファン４５を非駆動として、排気ガスを放熱チャンバ４１を通さずに後段ＤｅＮＯｘ触媒２６へと流す。つまり、切替バルブ４３を開とすると、排気ガスの大部分は流路抵抗の低いバイパス通路４２を流れて、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６へと直接導入される。この場合、ＥＣＵ３５は、前段のインジェクタ３１のみを使用して還元剤の噴射を実行し、後段のインジェクタ３２は使用しない。
　一方、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガス温度が高温時は、排気ガス冷却装置４０を作動状態とする。そのため、後段の排気温度センサ３４の検出値が上記閾値を超えた場合（高温時）は、ＥＣＵ３５は切替バルブ４３を閉とすると共に、強制空冷ファン４５を駆動して、排気ガスを放熱チャンバ４１を通して後段ＤｅＮＯｘ触媒２６へと流す。つまり、切替バルブ４３を閉とすると、排気ガスは前段ＤｅＮＯｘ触媒２５と後段ＤｅＮＯｘ触媒２６との間の排気管１４を流れて、放熱チャンバ４１を通過した後に後段ＤｅＮＯｘ触媒２６へと導入される。このようにすることにより、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の触媒活性温度域を外れうる上記高温時でも、放熱チャンバ４１により排気ガスの温度を低減（１００℃程度）させることで、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６を機能させることが可能である。
　そして、後段の排気温度センサ３４の検出値が別の所定の閾値（終了閾値）（例えば、３５０℃）を下回った場合に、ＥＣＵ３５は切替バルブ４３を閉から開に切り替えると共に、強制空冷ファン４５の駆動を停止する。なお、前段の排気温度センサ３３の検出値に応じて、ＥＣＵ３５により切替バルブ４３を閉から開に切り替えると共に強制空冷ファン４５の駆動を停止するようにしても良い。
　また、前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の総容量は一般的なＤｅＮＯｘ触媒の容量と同程度で良いので、一般的なＤｅＮＯｘ触媒を二分割して別個に配置するのと同じであり、コストアップは僅かである。
　さらに、排気ガス浄化装置１の占有スペースも、放熱チャンバ４１の分だけ増加するのみである。また、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６については、スペースの確保が難しい場合は、一般的な構造のサイレンサと一体化することが可能である。
　以上要するに、第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１によれば、ディーゼルエンジン１０の全運転領域においてＤｅＮＯｘ触媒（前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６）を機能させることが可能となり、オフサイクル規制に対応することが可能となる。
　［第二実施形態］
　図２に第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２を示す。なお、図１に示す第一実施形態と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
　図２に示すように、第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２では、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に、排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置５０を設けている。この排気ガス冷却装置５０は、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の第三キャニングケース（キャニングケース）３０を囲繞する外側キャニングケース５１と、外側キャニングケース５１に接続され、第三キャニングケース３０と外側キャニングケース５１との間の空間に強制空冷用の空気を供給するための強制空冷ファン（冷却ファン）５２とを有する。つまり、第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２では、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の第三キャニングケース３０を外側キャニングケース５１との二重構造として、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６を介して排気ガスを間接的に冷却する構造としている。
　また、排気ガスの冷却を促進するために、放熱フィン５３を第三キャニングケース３０の外表面に設けている。放熱フィン５３の形状は、空気流れを考慮して決定することが望ましい。
　第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２の動作を説明する。
　後段の排気温度センサ３４の検出値が所定の閾値（開始閾値）（例えば、５００℃）未満である場合（低温時）は、ＥＣＵ３５は強制空冷ファン５２を非駆動状態として作動させない。一方、後段の排気温度センサ３４の検出値が上記閾値を超えた場合（高温時）は、ＥＣＵ３５は強制空冷ファン５２を駆動状態として作動させ、強制空冷用の空気を後段ＤｅＮＯｘ触媒２６の第三キャニングケース３０と外側キャニングケース５１との間の空間に供給して排気ガスを間接的に冷却する。
　第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２によれば、第一実施形態と同様に、ディーゼルエンジン１０の全運転領域においてＤｅＮＯｘ触媒（前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６）を機能させることが可能となり、オフサイクル規制に対応することが可能となる。
　［第三実施形態］
　図３に第三実施形態に係る排気ガス浄化装置３を示す。なお、図１に示す第一実施形態と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
　図３に示すように、第三実施形態に係る排気ガス浄化装置３では、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６に、排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置６０を設けている。この排気ガス冷却装置６０は、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６及び後段ＤＯＣ２７を貫通させて設けられ、強制空冷用の空気が流通可能な二次空気導入パイプ（導入パイプ）６１と、二次空気導入パイプ６１に接続され、二次空気導入パイプ６１に強制空冷用の空気を供給するための強制空冷ファン（冷却ファン）６２とを有する。つまり、第三実施形態に係る排気ガス浄化装置３では、放熱性の良い後段ＤｅＮＯｘ触媒２６（メタルハニカム担体）自体に強制空冷用の空気を導入する二次空気導入パイプ６１を通して、後段ＤｅＮＯｘ触媒２６（メタルハニカム担体）自体を放熱フィン又は放熱板として排気ガスを間接的に冷却する構造としている。
　第三実施形態に係る排気ガス浄化装置３の動作を説明する。
　後段の排気温度センサ３４の検出値が所定の閾値（開始閾値）（例えば、５００℃）未満である場合（低温時）は、ＥＣＵ３５は強制空冷ファン６２を非駆動状態として作動させない。一方、後段の排気温度センサ３４の検出値が上記閾値を超えた場合（高温時）は、ＥＣＵ３５は強制空冷ファン６２を駆動状態として作動させ、強制空冷用の空気を後段ＤｅＮＯｘ触媒２６及び後段ＤＯＣ２７を貫通する二次空気導入パイプ６１に供給して排気ガスを間接的に冷却する。
　第三実施形態に係る排気ガス浄化装置３によれば、第一実施形態と同様に、ディーゼルエンジン１０の全運転領域においてＤｅＮＯｘ触媒（前段ＤｅＮＯｘ触媒２５及び後段ＤｅＮＯｘ触媒２６）を機能させることが可能となり、オフサイクル規制に対応することが可能となる。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
　例えば、内燃機関１０はディーゼルエンジンには限定はされず、内燃機関１０はガソリンエンジン等であっても良い。また、上述の実施形態（図示例）では、内燃機関１０は４気筒エンジンであるが、内燃機関１０は単気筒エンジンや６気筒エンジン等であっても良い。
　１　排気ガス浄化装置
　２　排気ガス浄化装置
　３　排気ガス浄化装置
１０　ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４　排気管（排気通路）
２５　前段ＤｅＮＯｘ触媒（前段ＮＯｘ浄化触媒）
２６　後段ＤｅＮＯｘ触媒（後段ＮＯｘ浄化触媒）
３０　第三キャニングケース（キャニングケース）
３４　排気温度センサ（排気温度検出手段）
３５　ＥＣＵ（制御手段）
４０　排気ガス冷却装置
４１　放熱チャンバ（放熱体）
４２　バイパス通路
４３　切替バルブ（開閉手段）
４５　強制空冷ファン（冷却ファン）
５０　排気ガス冷却装置
５１　外側キャニングケース
５２　強制空冷ファン（冷却ファン）
６０　排気ガス冷却装置
６１　二次空気導入パイプ（導入パイプ）
６２　強制空冷ファン（冷却ファン）

Claims (5)

  1. 　内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中のＮＯｘを浄化する前段ＮＯｘ浄化触媒と、前記前段ＮＯｘ浄化触媒よりも下流側の前記排気通路に配設され、高温領域において前記前段ＮＯｘ浄化触媒よりも高いＮＯｘ浄化率特性を有する後段ＮＯｘ浄化触媒と、前記前段ＮＯｘ浄化触媒と前記後段ＮＯｘ浄化触媒との間の前記排気通路又は前記後段ＮＯｘ浄化触媒に設けられ、排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置と、前記後段ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気温度検出手段の検出値が閾値を超えた場合に、前記排気ガス冷却装置を作動させる制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
  2. 　前記排気ガス冷却装置は、前記前段ＮＯｘ浄化触媒と前記後段ＮＯｘ浄化触媒との間の前記排気通路に配設され、通過する排気ガスの熱を放熱する放熱体と、前記排気通路に接続され、前記放熱体の上下流を連通するバイパス通路と、前記バイパス通路に配設され、前記バイパス通路を開閉する開閉手段とを有し、
    　前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記開閉手段を閉とする
    　請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
  3. 　前記排気ガス冷却装置は、前記放熱体に装着された冷却ファンをさらに有し、
    　前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記開閉手段を閉とすると共に、前記冷却ファンを駆動する
    　請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
  4. 　前記排気ガス冷却装置は、前記後段ＮＯｘ浄化触媒を収容するキャニングケースを囲繞する外側キャニングケースと、前記外側キャニングケースに接続され、前記キャニングケースと前記外側キャニングケースとの間の空間に冷却用の空気を供給するための冷却ファンとを有し、
    　前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記冷却ファンを駆動する
    　請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
  5. 　前記排気ガス冷却装置は、前記後段ＮＯｘ浄化触媒を貫通させて設けられ、冷却用の空気が流通可能な導入パイプと、前記導入パイプに接続され、前記導入パイプに冷却用の空気を供給するための冷却ファンとを有し、
    　前記制御手段は、前記排気温度検出手段の検出値が前記閾値を超えた場合は、前記排気ガス冷却装置を作動させるべく、前記冷却ファンを駆動する
    　請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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