JP3873999B2 - 誘導構造及び排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路の途中に設けられた触媒容器の中に複数の触媒が直列に配置され、かつ、触媒の間に排気ガス用センサが設けられている装置における、排気ガスの流れの誘導構造及びこの誘導構造を備えた排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中からＮＯｘ（窒素酸化物）を還元除去するためのＮＯｘ触媒について種々の研究や提案がなされている。その一つに、ディーゼルエンジン用のＮＯｘ低減触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒があり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の使用により、有効に排気ガス中のＮＯｘを浄化できる。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、図８に示すような構造のモノリスハニカム３０Ｍ等で形成されており、このモノリスハニカム３０Ｍは、図９に示すように、コージィエライト若しくはステンレスで形成された構造材の担体３１に、多数の多角形のセル３０Ｓを形成して構成される。このセル３０Ｓの壁面には図９及び図１０に示すように、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）やゼオライトで形成された触媒担持層となる多孔質の触媒コート層３４が設けられ、この排気ガスと接触する表面積を稼いでいる触媒コート層３４の表面に担持貴金属（触媒活性金属）３２とＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質：ＮＯｘ吸蔵剤：ＮＯｘ吸収剤）３３を担持し、これらにより触媒機能を発生させている。

図１１及び図１２にＮＯｘ吸蔵還元型触媒の担持層表面の触媒物質３２，３３の配置とＮＯｘ吸蔵還元メカニズムを示す。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒コート層３４に、酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）等の担持貴金属３２とＮＯｘ吸蔵機能を持つカリウム（Ｋ），ナトリウム（Ｎａ），リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、バリウム（Ｂａ），カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ），イットリウム（Ｙ）等の希土類等の中から幾つかから形成されるＮＯｘ吸蔵材３３が担持され、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を持っている。

そして、図１１に示すように、通常のディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン等の排気ガス中に酸素（Ｏ₂ ）が含まれるような、排気ガスの空燃比がリーン空燃比状態の場合には、排気ガス中に含まれる酸素によって、エンジンから排出される一酸化窒素（ＮＯ）を担持貴金属３２の酸化触媒機能によって二酸化窒素（ＮＯ₂ ）に酸化する。そして、その二酸化窒素をＮＯｘ吸蔵機能を持つバリウム等のＮＯｘ吸蔵材３３に硝酸塩のかたちで吸蔵し、ＮＯｘを浄化する。

しかし、このままの状態を継続するとＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材３３は、全て硝酸塩に変化してＮＯｘ吸蔵機能を失ってしまう。そこで、エンジンの運転条件を変えたり、排気通路中に燃料噴射をしたりして、排気ガス中に酸素が存在しないで、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が高く、排気温度も高い排気ガス、即ち、過濃燃焼排気ガス（リッチスパイクガス）を作り出し触媒に送る。

そして、図１２に示すように、排気ガス中に酸素が無く、一酸化炭素濃度が高く、排気ガス温度が上昇したリッチ空燃比状態にすると、ＮＯｘを吸蔵した硝酸塩は二酸化窒素を放出し元のバリウム等に戻る。この放出された二酸化窒素を、排気ガス中に酸素が存在しないので、担持貴金属３２の酸化機能により、排気ガス中の一酸化炭素，炭化水素（ＨＣ），水素（Ｈ₂ ）を還元剤として、水（Ｈ₂ Ｏ），二酸化炭素（ＣＯ₂ ），窒素（Ｎ₂ ）に還元し浄化する。

そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になった時に、排気ガスの空燃比をリッチにして、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させるＮＯｘ吸蔵能力回復用のリッチ制御を行うことにより吸収したＮＯｘを放出させて、この放出されたＮＯｘを貴金属触媒により還元させる再生操作を行っている。

このリッチ制御に際しては、還元剤としてのＨＣ等が未使用のまま大気中へ放出されるＨＣスリップを抑えつつ、リッチ制御で放出されるＮＯｘの還元を完全に行うため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度をモニターして、リッチ制御等の空燃比を制御している。

しかしながら、実際には、ストイキ（理論空燃比）近辺のＨＣ活性が不十分だったり、空燃比制御の遅れにより、少量のＨＣがスリップしてしまうために、酸素吸蔵放出剤を含む酸化触媒を、酸素吸蔵放出剤を含まないＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流に配置して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からスリップしてくるＨＣを酸化触媒で酸化して、未使用ＨＣの大気中への放出を防止している内燃機関の排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、ＮＯｘ触媒と酸化触媒を一つの容器に入れて一体型にした排気ガス浄化装置においては、ＮＯｘ触媒と酸化触媒との間に酸素濃度センサを配置すると、通常では、その位置が容器の外周部になる（例えば、特許文献２参照。）。

この場合に、図１３に示すように、排気ガス浄化装置５０Ｘは、前段の酸化触媒５１と後段の酸化触媒５３をＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２の前後に同一容器内に配置し、前段の酸化触媒５１で排気昇温とＮＯ→ＮＯ₂ 活性化を図り、後段の酸化触媒５３でリッチ制御において還元剤として消費されないＨＣやＣＯを酸化除去する構成となっている。この構成において、空燃比センサなどの酸素濃度センサ５５を酸化触媒５３の下流側に配置する。

この構成の場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２でリッチ制御によるＮＯｘの放出及び還元が終了しても、酸化触媒５３中の酸素吸蔵放出剤（例えばセリアＣｅＯ等）に残っていた酸素を消費する分だけ、リッチ時間が長くなる。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２の再生に寄与しないリッチ制御が余分に行われるので、燃費の悪化や還元剤として消費されないＨＣやＣＯの放出が生じてしまうという問題が生じる。

これを避けるためには、図１４に示すように、酸素濃度センサ５５を、酸化触媒５３の上流側に配置して排気ガス浄化装置５０Ｙを構成すると、排気ガスの流れは、容器の中心部で速く、外周側では遅いので、この外周部では中央部よりも空燃比変化は緩慢になる。そのため、酸素濃度センサの応答性が悪くなるので、この応答性の悪化による時間遅れの分だけ、余分なリッチ制御を行うことになり、燃費の悪化や還元剤として消費されないＨＣやＣＯの放出が生じてしまうため、このレイアウトは、空燃比制御には不向きとなるという問題がある。

また、この酸素濃度センサの配置を扱ったものとして、上流側触媒と下流側触媒との間に、排気ガスの流路を絞る直管状の絞り部を形成して、酸素センサを配置した内燃機関の排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、この構成は、触媒を一つの容器に収納した一体型の触媒コンバータには適用できない。
特開平２００１−２２７３３３号公報 特開平２００１−３２３８１２号公報 特開２００２−８９２４５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気通路の途中に設けられた触媒容器の中に複数の触媒が直列に配置された装置において、触媒の間に設けられている排気ガス用センサの応答性を向上させる誘導構造を提供することにある。

また、特に、排気ガス中のＮＯｘの浄化のためにＮＯｘ吸蔵還元型触媒と酸化触媒を用いる排気ガス浄化システムにおいて、排気ガスの流れを酸素濃度センサの設置位置に指向及び誘導して、酸素濃度センサの応答性を向上させた排気ガス浄化装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するための誘導構造は、排気通路の途中に設けられた排気ガス浄化装置の容器の中に複数の排気ガス浄化部材が直列に配置された装置で、前記排気ガス浄化部材の間に排気ガス用センサが設けられている装置において、入口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと反対側に偏心した位置に排気ガス入口を設けると共に、出口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと同じ側に偏心した位置に排気ガス出口を設けることにより、排気ガスの流れを前記排気ガス用センサに導くように構成される。

誘導構造は、つまり排気ガス浄化装置（コンバータ）の出入り口の配管を位置を工夫し、排気ガスの流れが酸素濃度センサの近くを通過するようにする。このレイアウトは同時に地上高さを稼ぐ対策になる。つまり、コンバータ位置は従来はコンバータの中心軸に排気ガスが入るように構成されるが、この場合にコンバータの下側から排気ガスが入り、コンバータの上側から排出されるので、従来の場合よりも高くセットされる。
この誘導構造によれば、排気ガスの流れが、排気ガス用センサに指向され、排気ガスの変化に対する応答性が著しく向上するので、この排気ガス用センサの出力を基に行われるさまざまな制御を時間遅れ無く、精度良く行うことができるようになる。

なお、この排気ガス浄化部材としては、ＮＯｘ浄化触媒、酸化触媒等の触媒や、触媒付や触媒無しのＤＰＦ等がある。また、このＮＯｘ浄化触媒には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、選択的還元触媒（ＳＣＲ触媒）、直接型還元型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＣＲ触媒）等が含まれる。そして、排気ガス用センサとしては、Ｏ₂ （酸素）濃度センサ、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度センサ、ＮＨ₃ （アンモニア）濃度センサ、排気ガス温度センサ等さまざまなセンサがある。

そして、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化装置は、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出すると共に還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に連続して酸化触媒とを同一容器内に配置し、更に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記酸化触媒との間に酸素濃度センサを配置した一体型の排気ガス浄化装置において、入口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと反対側に偏心した位置に排気ガス入口を設けると共に、出口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと同じ側に偏心した位置に排気ガス出口を設けた排気ガスの流れを前記酸素濃度センサに導く誘導構造を採用して構成される。

この一体型の排気ガス浄化装置とは、一つの容器に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と酸化触媒を収納した排気ガス浄化装置のことをいう。ここでは、排気ガス浄化部材としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒と酸化触媒が採用され、排気ガス用センサとして酸素濃度センサが採用されている。

この誘導構造を設けた構成によれば、排気ガスの流れが、酸素濃度センサに指向され、排気ガス中の空燃比変化に対する応答性が著しく向上するので、ＮＯｘ還元の終了と同時にリッチ制御を終了させることができる。従って、リッチ制御における還元用のＨＣ等の供給量を必要最小限にして燃費を向上することができ、また、未使用のＨＣ，ＣＯのスリップを防止することができるようになる。

そして、上記の排気ガス浄化装置において、前記誘導構造が、入口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと反対側に偏心した位置に排気ガス入口を設けると共に、出口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと同じ側に偏心した位置に排気ガス出口を設けた構造で形成する。つまり、排気ガス浄化装置（コンバータ）の出入り口の配管を位置を工夫し、排気ガスの流れが酸素濃度センサの近くを通過するようにする。このレイアウトは同時に地上高さを稼ぐ対策になる。つまり、コンバータ位置は従来はコンバータの中心軸に排気ガスが入るように構成されるが、この場合にコンバータの下側から排気ガスが入り、コンバータの上側から排出されるので、従来の場合よりも高くセットされる。

この構成によれば、一体型の排気ガス浄化装置の容器内において、排気ガスは排気ガス入口側から排気ガス出口側に斜めに流れるので、その間に設けられた酸素濃度センサの部分を流れることになり、排気ガス中の空燃比変化に対する応答性が著しく向上する。

更に、 前記誘導構造において、前記排気ガス入口に接続される入口側排気管が、前記酸素濃度センサの方向に向かって排気ガスを流すように、前記排気ガス浄化装置の軸心に対して傾斜して取り付けられて形成されると、一体型の排気ガス浄化装置の容器内に入る排気ガスの流れ方向が既に、酸素濃度センサの方向を向いているので、より確実に、酸素濃度センサの部分を流れることになり、排気ガス中の空燃比変化に対する応答性が著しく向上する。

また、前記誘導構造を、前記排気ガス浄化装置の内部の排気ガスの通路において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側、又は下流側の少なくとも一方に、排気ガスが前記酸素濃度センサの方向に向かって流れるように前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に所定距離離間して少なくとも前記酸素センサと同じ側に透孔を有する誘導板、又は前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の中心部前面に排気ガスの流れを外周部に誘導する誘導板を設けた構造で形成する。つまり、排気ガス浄化装置の入口、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流又は下流の少なくとも一つに排気ガスの流れに対する誘導板（邪魔板）を設けて、ガス流れを酸素濃度センサに導く。

この構成によれば、非常に単純な構成の誘導板により、排気ガスの流れを容易に酸素濃度センサに導くことができる。

そして、前記誘導構造を、前記排気ガス浄化装置の横断面を偏平形状に形成し、該偏平形状の偏平方向に前記酸素濃度センサを設ける構造で形成すると、酸素濃度センサが容器の中心部又はその近傍に配置されるようになり、排気ガスを酸素濃度センサに容易に導くことができるようになる。なお、この偏平形状としては、楕円形状や長方形形状やその他の形状を採用することができる。

また、前記誘導構造を、酸素濃度センサ取付部を前記排気ガス浄化装置の容器の中心部側に突出して設けた構造で形成すると、排気ガスは、容器の中心側を流れやすいので、排気ガスを酸素濃度センサに容易に導くことができるようになる。

そして、前記酸化触媒の代わりに、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設けた排気ガス浄化装置に対しても、上記と同様な構成をすることができ、同様な効果を得ることができる。

上記の構成によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流に配置された酸素濃度センサの応答性を重視したコンバータレイアウトとなり、排気ガスの流れを偏心させたり、酸素濃度センサを排気ガスの主流側に近づけたりして、特にリッチ制御時の、酸素濃度センサ付近の空燃比変化の応答性を速くすることができる。

また、酸素濃度センサ以外のＮＯｘセンサ等の排気ガス用センサについても同様の工夫により、応答性を高めることができる。また、尿素型選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）で使用が予測されるＮＨ₃ 濃度センサをＳＣＲ触媒とその後段のＮＨ₃ スリップ防止用の酸化触媒（ＤＯＣ）との間に置く際においても、同様な工夫をすれば、応答性を高めることが可能である。

本発明に係る誘導構造によれば、排気ガスの流れを排気ガス用センサに導くように構成されるので、排気ガスの流れが、排気ガス用センサに指向され、排気ガスの変化に対する応答性が著しく向上する。そのため、この排気ガス用センサの出力を基に行われるさまざまな制御を時間遅れ無く、精度良く行うことができるようになる。

また、本発明に係る排気ガス浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度センサの応答性を速くできるので、リッチ制御によるＮＯｘの放出及び還元の終了と同時にリッチ制御を終了させて、リッチ制御における還元用のＨＣ等の供給量を必要最小限にして燃費を向上することができ、また、未使用のＨＣ，ＣＯのスリップを防止することができる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。

図１に示す排気ガス浄化システム１０Ａは、第１の実施の形態の排気ガス浄化装置５０Ａを備えた排気ガス浄化システムであり、エンジン（内燃機関）１の排気通路２０に、排気ガス浄化装置５０Ａが配置されて構成される。

この第１の実施の形態の排気ガス浄化装置５０Ａは、同一容器内に収納された前段の酸化触媒５１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２と後段の酸化触媒５３とからなり、一体型の排気ガス浄化装置として形成される。

この前段の酸化触媒５１と後段の酸化触媒５３は、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に白金（Ｐｔ）等を担持させて形成される。この前段の酸化触媒５１は、下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２に流入する排気ガスの温度を上昇させるためと、ＮＯ→ＮＯ₂ 活性を促進してＮＯｘ吸蔵効率を向上させるためのものであり、後段の酸化触媒５３は下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２を再生するためのリッチ制御時に、流出（スリップ）してくるＨＣ等を酸化してＨＣの大気中への流出を防止するためのものである。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２は、モノリス触媒で形成され、酸化アルミニウム、酸化チタン等の担持体に触媒コート層を設け、この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）（Ｐｄ）等の貴金属触媒（触媒金属）とバリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成される。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２では、酸素濃度が高い排気ガスの状態（リーン空燃比状態）の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いかゼロの排気ガス状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に放出されたＮＯｘを貴金属触媒の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２の上流側に、排気管燃料添加弁２２が設けられ、再生制御の時に、図示しないラインから燃料を受けて、この燃料をＮＯｘの還元剤として排気ガス中に供給する。これにより、排気ガスの空燃比を理論空燃比より小さくし、深いリッチ状態とする。

そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２の再生制御において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２へ流入する排気ガス中の酸素濃度が目標空燃比（又は空気過剰率λ）の酸素濃度になるように、還元剤の供給量を調整するフィードバック制御するために、排気ガス浄化装置５０Ａの入口側に、酸素濃度センサである触媒入口λ（空気過剰率）センサ５４を設け、更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２の下流側でかつ後段の酸化触媒５３の上流側に酸素濃度を検出する酸素濃度センサであるＮＯｘ触媒出口λセンサ５５を設ける。このＮＯｘ触媒出口λセンサ５５には、ストイキ（理論空燃比）付近で出力変化が著しく大きく、容易かつ正確に酸素放出の終了を判定できる空気過剰率センサを用いる。

この空気過剰率センサは、排気ガス中の酸素濃度を検出するものであり、ジルコニア素子の表面に白金の薄い層を付着させた構造で、排気ガスと大気との酸素濃度の差による空気電池であり、理論空燃比を境にしてＺ型に起電力が変化する特性を有している。

更に、この排気ガス浄化装置５０Ａの入口側に、触媒温度を検出するための触媒入口排気ガス温度センサ５６が、また、出口側に、触媒出口排気ガス温度センサ５７がそれぞれ配設されている。また、排気通路２０のＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０Ａの上流側に、ターボチャージャ２１のタービン２１ａが配置される。

一方、吸気通路３０には、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１とターボチャジャー２１のコンプレッサー２１ｂと吸気絞り弁（吸気スロットル弁）３２とが設けられ、また、タービン２１ａの上流側の排気通路２０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路４０が設けられ、このＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラー４１とＥＧＲ弁４２が設けられている。

そして、エンジン１の運転の全般的な制御を行うと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ浄化能力の回復制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）６０が設けられる。この制御装置６０に、触媒入口λセンサ５４、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５、触媒入口排気ガス温度センサ５６、触媒出口排気ガス温度センサ５７等からの検出値が入力され、この制御装置６０からエンジン１のＥＧＲ弁４２や燃料噴射用のコモンレール電子制御燃料噴射装置の燃料噴射弁や吸気絞り弁３２等を制御する信号が出力される。

この排気ガス浄化システム１０Ａにおいては、空気Ａは、吸気通路３０のマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１とターボチャジャー２１のコンプレッサー２１ｂを通過して、吸気絞り弁３２によりその量を調整されてシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガスＧは、排気通路２０のターボチャジャー２１のタービン２１ａを駆動し、排気ガス浄化装置５０Ａを通過して浄化された排気ガスＧｃとなって、図示しない消音器を通って大気中に排出される。また、排気ガスＧの一部はＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路４０のＥＧＲクーラー４１を通過し、ＥＧＲ弁４２でその量を調整されて吸気通路３０側に再循環される。

そして、第１の実施の形態の排気ガス浄化装置５０Ａにおいては、排気ガスの流れをＮＯｘ触媒出口λセンサ（酸素濃度センサ）５５に導くための誘導構造を採用し、この誘導構造として、図１及び図２に示すように、排気ガス浄化装置５０Ａの入口側において容器の横断面中心からＮＯｘ触媒出口λセンサ５５と反対側に偏心した位置に排気ガス入口を設けて入口側配管２０ａを接続すると共に、出口側において容器の横断面中心からＮＯｘ触媒出口λセンサ５５と同じ側に偏心した位置に排気ガス出口を設けて出口側配管２０ｂを接続した構造を採用する。

この構成によれば、排気ガスの流れが、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５に指向されるので、排気ガス中の空燃比変化に対する応答性が著しく向上する
また、図３に示す第２の実施の形態の排気ガス浄化装置５０Ｂにおいては、排気ガスの流れをＮＯｘ触媒出口λセンサ（酸素濃度センサ）５５に導くための誘導構造として、第１の実施の形態の構造に加えて、更に、排気ガス入口に接続される入口側排気管２０ａが、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５の方向に向かって排気ガスを流すように、排気ガス浄化装置５０Ｂの軸心に対して傾斜して取り付けられて形成される。

この構成によれば、一体型の排気ガス浄化装置５０Ｂの容器内に入る排気ガスＧの流れ方向が既に、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５の方向を向いているので、より確実に、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５の部分を流れることになり、排気ガス中の空燃比変化に対する応答性が著しく向上する。

そして、図４及び図５に示す第３の実施の形態の排気ガス浄化装置５０Ｃにおいては、排気ガスの流れをＮＯｘ触媒出口λセンサ（酸素濃度センサ）５５に導くための誘導構造として、排気ガス浄化装置５０Ｃの内部の排気ガスの通路において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２の上流側、又は下流側の少なくとも一方に、排気ガスがＮＯｘ触媒出口λセンサ５５の方向に向かって流れるように誘導板７１，７２，７３を設けた構造として形成する。

つまり、図４に示すように排気ガス浄化装置５０Ｃの入口近傍に排気ガスの流れを外側に誘導する穴開きに誘導板（邪魔板）７１を設けて、ガス流れをＮＯｘ触媒出口λセンサ５５に導く。又は、図５に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２の上流又は下流に排気ガスの流れに対する誘導板（邪魔板）７２、７３を横断面の中心部に設けて、排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２や酸化触媒５３の中心部に流れ込むのを妨害して、排気ガスの流れをＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２や酸化触媒５３の外周側に誘導して、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５に導く。

また、図６に示す第４の実施の形態の排気ガス浄化装置５０Ｅにおいては、排気ガスの流れをＮＯｘ触媒出口λセンサ（酸素濃度センサ）５５に導くための誘導構造として、排気ガス浄化装置５０Ｅの横断面を偏平形状の一つである楕円形状に形成し、この偏平形状の偏平方向、即ち、楕円の短軸方向に、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５を設ける。この構造によれば、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５が容器の中心部又はその近傍に配置されるようになり、排気ガスをＮＯｘ触媒出口λセンサ５５に容易に導くことができるようになる。なお、この偏平形状としては、楕円形状以外にも長方形形状やその他の形状を採用することができる。

また、図７に示す第５の実施の形態の排気ガス浄化装置５０Ｆにおいては、排気ガスの流れをＮＯｘ触媒出口λセンサ（酸素濃度センサ）５５に導くための誘導構造として、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５の取付部５８を排気ガス浄化装置５０Ｆの容器の中心側に突出して設ける。この構造によれば、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５が容器の中心部又はその近傍に配置されるようになり、排気ガスをＮＯｘ触媒出口λセンサ５５に容易に導くことができるようになる。

これらの構成の排気ガス浄化装置５０Ａ〜５０Ｆによれば、排気ガスの流れをＮＯｘ触媒出口λセンサ（酸素濃度センサ）５５に導くための誘導構造を設けているので、排気ガスの流れが、ＮＯｘ触媒出口λセンサ５５に指向されている。そのため、排気ガス中の空燃比変化に対する応答性が著しく向上する。従って、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生用のリッチ制御において、ＮＯｘ放出と還元の終了と略同時にリッチ制御を終了させることができる。従って、リッチ制御における還元用のＨＣ等の供給量を必要最小限にして燃費を向上することができ、また、ＮＯｘ還元で未使用のＨＣ，ＣＯのスリップを防止することができる。

そして、後段の酸化触媒５３の代わりに、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設けた排気ガス浄化装置に対しても、上記と同様な構成をすることができ、酸素濃度センサに関して、同様な効果を得ることができる。

なお、上記では、排気ガス浄化部材としては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と酸化触媒を例に、排気ガス用センサとして酸素濃度センサを例にして説明したが、この他にも、排気ガス浄化部材として、ＮＯｘ浄化触媒、酸化触媒等の触媒や、触媒付や触媒無しのＤＰＦ等がある。また、このＮＯｘ浄化触媒には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、選択的還元触媒（ＳＣＲ触媒）、直接型還元型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＣＲ触媒）等がある。そして、排気ガス用センサとしても、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度センサ、ＮＨ₃ （アンモニア）濃度センサ、排気ガス温度センサ等さまざまなセンサがある。

そして、上記の誘導構造によれば、これらの排気ガス浄化部材を用いた排気ガス浄化装置においても、排気ガスの流れが、排気ガス用センサに指向され、排気ガスの変化に対する応答性が著しく向上するので、この排気ガス用センサの出力を基に行われるさまざまな制御を時間遅れ無く、精度良く行うことができるようになる。

第１の実施の形態の排気ガス浄化装置、及びこの排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 第１実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。 第２実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。 第３実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。 第３実施の形態の排気ガス浄化装置の他の構成を示す図である。 第４実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。 第５実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。 モノリスハニカムを示す図である。 モノリスハニカムの部分拡大図である。 モノリスハニカムのセルの壁の部分の拡大図である。 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリーン制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリッチ制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。 従来技術の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。 従来技術の排気ガス浄化装置の他の構成を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１０Ａ 排気ガス浄化システム
２０ 排気通路
２２ 排気管燃料添加弁
５０Ａ〜５０Ｆ 排気ガス浄化装置
５１ 酸化触媒（前段）
５２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
５３ 酸化触媒（後段）
５５ 触媒出口ＮＯｘセンサ
５４ 触媒入口λセンサ
５５ ＮＯｘ触媒出口λセンサ
５６ 触媒入口排気ガス温度センサ
５７ 触媒出口排気ガス温度センサ
５８ 取付部
６０ 制御装置（ＥＣＵ）

Claims (6)

1. 排気通路の途中に設けられた排気ガス浄化装置の容器の中に複数の排気ガス浄化部材が直列に配置された装置で、前記排気ガス浄化部材の間に排気ガス用センサが設けられている装置において、入口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと反対側に偏心した位置に排気ガス入口を設けると共に、出口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと同じ側に偏心した位置に排気ガス出口を設けたことを特徴とする排気ガスの流れを前記排気ガス用センサに導く誘導構造。
2. 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出すると共に還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に連続して酸化触媒とを同一容器内に配置し、更に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記酸化触媒との間に酸素濃度センサを配置した一体型の排気ガス浄化装置において、入口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと反対側に偏心した位置に排気ガス入口を設けると共に、出口側において容器の横断面の中心から前記酸素濃度センサと同じ側に偏心した位置に排気ガス出口を設けた排気ガスの流れを前記酸素濃度センサに導く誘導構造を採用したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 前記誘導構造において、前記排気ガス入口に接続される入口側排気管が、前記酸素濃度センサの方向に向かって排気ガスを流すように、前記排気ガス浄化装置の軸心に対して傾斜して取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記誘導構造を、前記排気ガス浄化装置の内部の排気ガスの通路において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側、又は下流側の少なくとも一方に、排気ガスが前記酸素濃度センサの方向に向かって流れるように前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に所定距離離間して少なくとも前記酸素センサと同じ側に透孔を有する誘導板を設けた構造で形成したことを特徴とする請求項２又は３記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記誘導構造を、前記排気ガス浄化装置の内部の排気ガスの通路において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側、又は下流側の少なくとも一方に、排気ガスが前記酸素濃度センサの方向に向かって流れるように前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の中心部前面に排気ガスの流れを外周部に誘導する誘導板を設けた構造で形成したことを特徴とする請求項２又は３記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記酸化触媒の代わりに、ディーゼルパティキュレートフィルタを設けたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。

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