特開 2023-167114 排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167114

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20231116BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

F01N3/28 301A

F01N3/08 A

F01N3/28 301C

F01N3/28 301W

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022078028

(22)【出願日】2022-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 考

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AA17

3G091AA24

3G091AA28

3G091AB03

3G091AB06

3G091BA14

3G091CB01

3G091DB06

3G091DB10

3G091EA05

3G091EA21

3G091EA33

3G091EA34

3G091EA35

3G091HA08

3G091HA36

3G091HA37

(57)【要約】

【課題】燃費を向上させる。
【解決手段】排気浄化装置は、エンジンと接続された第１排気管と、前記第１排気管の下流側に接続され、三元触媒を収容する第１ハウジングと、前記第１ハウジングの下流側に接続された第２排気管と、前記第２排気管の下流側に接続され、窒素酸化物吸蔵触媒を収容する第２ハウジングと、を備え、前記三元触媒は、第１領域と、前記第１領域よりもＯＳＣ能が低い第２領域とを有し、前記第１領域は、前記第１排気管から前記第１ハウジング内に送られるガス流れの中心軸上に配置される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと接続された第１排気管と、
前記第１排気管の下流側に接続され、三元触媒を収容する第１ハウジングと、
前記第１ハウジングの下流側に接続された第２排気管と、
前記第２排気管の下流側に接続され、窒素酸化物吸蔵触媒を収容する第２ハウジングと、
を備え、
前記三元触媒は、第１領域と、前記第１領域よりもＯＳＣ能が低い第２領域とを有し、
前記第１領域は、前記第１排気管から前記第１ハウジング内に送られるガス流れの中心軸上に配置される、
排気浄化装置。

【請求項2】

前記第１領域は、前記第１排気管の延長線上に配置される、
請求項１に記載の排気浄化装置。

【請求項3】

前記三元触媒のＯＳＣ能は、前記中心軸から離れるにつれて低くなるように分布している、
請求項１または２に記載の排気浄化装置。

【請求項4】

前記第１ハウジングは、
前記三元触媒を収容する円筒部と、
前記第１排気管と前記円筒部とを接続し、上流側から下流側に進むにつれて拡径する第１拡径部と、
前記第２排気管と前記円筒部とを接続し、下流側から上流側に進むにつれて拡径する第２拡径部と、
を有し、
前記第１拡径部の拡径度合いは、前記第２拡径部の拡径度合いよりも大きい、
請求項１または２に記載の排気浄化装置。

【請求項5】

前記第１ハウジングは、
前記三元触媒を収容する円筒部と、
前記第１排気管と前記円筒部とを接続し、上流側から下流側に進むにつれて拡径する第１拡径部と、
前記第２排気管と前記円筒部とを接続し、下流側から上流側に進むにつれて拡径する第２拡径部と、
を有し、
前記第１拡径部の拡径度合いは、前記第２拡径部の拡径度合いよりも大きい、
請求項３に記載の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を浄化するために、種々の触媒が用いられている。そのような触媒として、排気ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘとも呼ぶ。）を吸蔵可能な窒素酸化物吸蔵触媒がある。窒素酸化物吸蔵触媒におけるＮＯｘを吸蔵する能力であるＮＯｘ吸蔵能力は、窒素酸化物吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が増大するにつれて低下する。そこで、例えば、特許文献１に開示されているように、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするＮＯｘパージと呼ばれる処理が行われる。ＮＯｘパージによって、窒素酸化物吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元されることにより浄化され、窒素酸化物吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－２５５３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、エンジンと連通する排気流路において、窒素酸化物吸蔵触媒より上流に三元触媒が設けられる場合がある。三元触媒は、酸素を貯蔵する能力であるＯＳＣ能を有する。ゆえに、ＮＯｘパージが行われた場合において、リッチ化された排気ガスが三元触媒を通過する際に、排気ガス中の成分のうちＮＯｘを浄化するための成分の一部が三元触媒に貯蔵されている酸素と反応する。それにより、ＮＯｘを浄化するために消費される燃料が多くなり、燃費が悪化する。

【0005】

そこで、本発明は、燃費を向上させることが可能な排気浄化装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の一実施の形態に係る排気浄化装置は、
エンジンと接続された第１排気管と、
前記第１排気管の下流側に接続され、三元触媒を収容する第１ハウジングと、
前記第１ハウジングの下流側に接続された第２排気管と、
前記第２排気管の下流側に接続され、窒素酸化物吸蔵触媒を収容する第２ハウジングと、
を備え、
前記三元触媒は、第１領域と、前記第１領域よりもＯＳＣ能が低い第２領域とを有し、
前記第１領域は、前記第１排気管から前記第１ハウジング内に送られるガス流れの中心軸上に配置される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、燃費を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る車両の吸排気システムの概略構成を示す模式図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置において、通常時に排気ガスが三元触媒を通過する様子を示す模式図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置において、ＮＯｘパージ時に排気ガスが三元触媒を通過する様子を示す模式図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態に係る三元触媒におけるＯＳＣ能の分布の一例を示す図である。

【図7】図７は、変形例に係る排気浄化装置において、通常時に排気ガスが三元触媒を通過する様子を示す模式図である。

【図8】図８は、変形例に係る排気浄化装置において、ＮＯｘパージ時に排気ガスが三元触媒を通過する様子を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0010】

<車両の吸排気システムの概要>
図１～図３を参照して、本発明の実施形態に係る車両１の吸排気システム２の概要について説明する。本発明の実施形態に係る排気浄化装置３は、車両１の吸排気システム２に設けられる。

【0011】

図１は、車両１の吸排気システム２の概略構成を示す模式図である。図１に示されるように、吸排気システム２は、エンジン１０と、吸気流路２０と、排気流路３０とを備える。

【0012】

エンジン１０は、例えば、火花点火式の内燃機関である。エンジン１０は、１つまたは複数の気筒１１を有する。図１では、理解を容易にするために、エンジン１０に設けられる複数の気筒１１のうちの１つの気筒１１のみが示されている。気筒１１には、ピストン１２が摺動自在に設けられている。気筒１１の内部には、燃焼室１３が形成される。燃焼室１３は、気筒１１の内面と、ピストン１２の冠面とにより区画される。気筒１１には、燃焼室１３に臨む点火プラグ１４が設けられている。また、気筒１１には、燃焼室１３に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。燃焼室１３には、空気および燃料を含む混合気が形成される。当該混合気が、点火プラグ１４により点火され、燃焼する。それにより、各気筒１１内のピストン１２が直線往復運動を行い、各ピストン１２と接続されているクランクシャフトへ動力が伝達される。

【0013】

なお、燃料噴射弁１５は、燃焼室１３内に燃料を直接噴射する形式のものに限定されない。例えば、燃料噴射弁１５は、吸気流路２０に設けられ、吸気流路２０内に燃料を噴射してもよい。この場合、燃料は、吸気とともに、燃焼室１３へ吸入される。

【0014】

エンジン１０の各燃焼室１３は、吸気ポートを介して吸気流路２０と連通しており、排気ポートを介して排気流路３０と連通している。各気筒１１には、吸気ポートを開閉可能な吸気バルブ１６と、排気ポートを開閉可能な排気バルブ１７が設けられている。吸気バルブ１６および排気バルブ１７が駆動されることにより、燃焼室１３への吸気の供給、および、燃焼室１３からの排気ガスの排出が行われる。

【0015】

吸気流路２０は、エンジン１０と接続され、エンジン１０の燃焼室１３に供給される空気が流通する流路である。吸気流路２０の上流側の端部には、車両１の外部から外気が取り込まれる図示しない吸気口が設けられている。吸気流路２０のうち吸気口より下流側には、エアフィルタ２１が設けられている。エアフィルタ２１は、吸気流路２０を流通する空気に含まれる異物を除去する。吸気流路２０のうちエアフィルタ２１より下流側には、スロットルバルブ２２が設けられる。スロットルバルブ２２は、吸気流路２０を通って、エンジン１０に送られる吸気の流量を調整する。エンジン１０に送られる吸気の流量は、スロットルバルブ２２の開度に応じて変化する。

【0016】

吸気流路２０のうちスロットルバルブ２２より下流側には、サージタンク２３が設けられる。サージタンク２３には、エンジン１０に送られる吸気が一時的に溜められる。吸気流路２０のうちサージタンク２３より下流側には、図示しないインテークマニホールドが設けられる。インテークマニホールドは、エンジン１０の各気筒１１に向けて分岐し、各気筒１１の吸気ポートと接続される。

【0017】

吸気流路２０では、吸気口から外気が取り込まれる。取り込まれた空気は、エアフィルタ２１を通過した後、スロットルバルブ２２およびサージタンク２３を順に通過してエンジン１０に送られる。

【0018】

吸気流路２０には、エアフローメータ２４が設けられる。エアフローメータ２４は、吸気流路２０へ吸入され吸気流路２０を流通する空気の流量である吸入空気量を検出する。エアフローメータ２４は、例えば、エアフィルタ２１とスロットルバルブ２２との間に設けられる。

【0019】

排気流路３０は、エンジン１０と接続され、エンジン１０の燃焼室１３から排出される排気ガスが流通する流路である。排気流路３０の下流側の端部には、車両１の外部へ排気ガスが排出される図示しない排気口が設けられている。排気流路３０には、図示しないエキゾーストマニホールドが設けられる。エキゾーストマニホールドは、エンジン１０の各気筒１１に向けて分岐し、各気筒１１の排気ポートと接続される。

【0020】

排気流路３０のうちエキゾーストマニホールドより下流側には、三元触媒３１が設けられる。三元触媒３１は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させ、排気中のＮＯｘを還元させることによって、これらの有害成分を無害な水蒸気（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）および窒素（Ｎ２）に浄化する。三元触媒３１は、酸素を貯蔵する能力であるＯＳＣ能を有している。ＯＳＣ能は、三元触媒３１に含まれるセリア（ＣｅＯ２）等の成分によって実現される。

【0021】

排気流路３０のうち三元触媒３１より下流側には、窒素酸化物吸蔵触媒３２が設けられる。窒素酸化物吸蔵触媒３２は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵可能な触媒である。

【0022】

エンジン１０から排出される排気ガスは、三元触媒３１および窒素酸化物吸蔵触媒３２を順に通過した後、排気口から車両１の外部へ放出される。窒素酸化物吸蔵触媒３２に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比より大きい空燃比であるリーン空燃比となる場合に、浄化されずに三元触媒３１を通過したＮＯｘを窒素酸化物吸蔵触媒３２によって吸蔵することができる。

【0023】

排気流路３０には、上流側ＮＯｘ濃度センサ３３と、下流側ＮＯｘ濃度センサ３４とが設けられる。上流側ＮＯｘ濃度センサ３３は、三元触媒３１と窒素酸化物吸蔵触媒３２との間に設けられ、窒素酸化物吸蔵触媒３２へ流入する排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出する。下流側ＮＯｘ濃度センサ３４は、排気流路３０のうち窒素酸化物吸蔵触媒３２より下流側に設けられ、窒素酸化物吸蔵触媒３２から流出する排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出する。

【0024】

排気浄化装置３は、上述した三元触媒３１、窒素酸化物吸蔵触媒３２、上流側ＮＯｘ濃度センサ３３および下流側ＮＯｘ濃度センサ３４を含む。また、排気浄化装置３は、排気流路３０を形成する部材として、第１排気管４１と、第２排気管４２と、第３排気管４３と、第１ハウジング５１と、第２ハウジング５２とを備える。

【0025】

第１排気管４１は、エンジン１０と接続される。具体的には、第１排気管４１は、エキゾーストマニホールドを介してエンジン１０の排気ポートと接続されている。第１ハウジング５１は、第１排気管４１の下流側に接続される。つまり、第１排気管４１の下流端と第１ハウジング５１の上流端とが、互いに接続されている。第１ハウジング５１は、三元触媒３１を収容する。

【0026】

第２排気管４２は、第１ハウジング５１の下流側に接続される。つまり、第１ハウジング５１の下流端と第２排気管４２の上流端とが、互いに接続されている。第２排気管４２に、上流側ＮＯｘ濃度センサ３３が設けられる。第２ハウジング５２は、第２排気管４２の下流側に接続される。つまり、第２排気管４２の下流端と第２ハウジング５２の上流端とが、互いに接続されている。第２ハウジング５２は、窒素酸化物吸蔵触媒３２を収容する。

【0027】

第３排気管４３は、第２ハウジング５２の下流側に接続される。つまり、第２ハウジング５２の下流端と第３排気管４３の上流端とが、互いに接続されている。第３排気管４３に、下流側ＮＯｘ濃度センサ３４が設けられる。第３排気管４３は、排気流路３０の排気口と接続されている。

【0028】

排気浄化装置３は、制御装置６０を備える。制御装置６０は、１つまたは複数のプロセッサ６１と、プロセッサ６１に接続される１つまたは複数のメモリ６２と、を有する。プロセッサ６１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む。メモリ６２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラムおよび演算パラメータ等を記憶する記憶素子である。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される処理に用いられる変数およびパラメータ等のデータを一時記憶する記憶素子である。

【0029】

制御装置６０は、吸排気システム２に設けられる各装置（例えば、点火プラグ１４、燃料噴射弁１５、スロットルバルブ２２、エアフローメータ２４、上流側ＮＯｘ濃度センサ３３および下流側ＮＯｘ濃度センサ３４等）と通信を行う。制御装置６０と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。

【0030】

図２は、制御装置６０の機能構成の一例を示すブロック図である。例えば、図２に示されるように、制御装置６０は、取得部６０ａと、制御部６０ｂとを有する。なお、取得部６０ａまたは制御部６０ｂにより行われる以下で説明する処理を含む各種処理は、プロセッサ６１によって実行され得る。詳細には、メモリ６２に記憶されているプログラムをプロセッサ６１が実行することにより、各種処理が実行される。

【0031】

取得部６０ａは、制御部６０ｂが行う処理において用いられる各種情報を取得し、制御部６０ｂへ出力する。例えば、取得部６０ａは、エアフローメータ２４、上流側ＮＯｘ濃度センサ３３および下流側ＮＯｘ濃度センサ３４から情報を取得する。

【0032】

制御部６０ｂは、吸排気システム２内の各装置の動作を制御する。具体的には、制御部６０ｂは、エンジン１０の動作を制御する。例えば、制御部６０ｂは、点火プラグ１４による点火タイミングを制御する。また、例えば、制御部６０ｂは、燃料噴射弁１５による燃料噴射における燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量を制御する。また、例えば、制御部６０ｂは、スロットルバルブ２２の開度を制御する。

【0033】

ここで、制御部６０ｂは、燃料噴射量等を制御することによって、エンジン１０から排出される排気ガスの空燃比を制御できる。具体的には、制御部６０ｂは、窒素酸化物吸蔵触媒３２に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするＮＯｘパージを実行することができる。

【0034】

なお、本実施形態に係る制御装置６０が有する機能は複数の装置に分割されてもよく、複数の機能が１つの装置によって実現されてもよい。制御装置６０が有する機能が複数の装置に分割される場合、当該複数の装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。

【0035】

図３は、制御装置６０が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示される制御フローは、例えば、予め設定された時間間隔で繰り返される。

【0036】

図３に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ１０１において、制御部６０ｂは、窒素酸化物吸蔵触媒３２に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出する。

【0037】

ステップＳ１０１では、例えば、制御部６０ｂは、エアフローメータ２４、上流側ＮＯｘ濃度センサ３３および下流側ＮＯｘ濃度センサ３４の検出結果に基づいて、ＮＯｘ吸蔵量の単位時間あたりの増量を算出する。具体的には、制御部６０ｂは、吸入吸気量と、窒素酸化物吸蔵触媒３２へ流入する排気ガス中のＮＯｘの濃度とに基づいて、窒素酸化物吸蔵触媒３２への単位時間あたりのＮＯｘの流入量を算出できる。また制御部６０ｂは、吸入吸気量と、窒素酸化物吸蔵触媒３２から流出する排気ガス中のＮＯｘの濃度とに基づいて、窒素酸化物吸蔵触媒３２からの単位時間あたりのＮＯｘの流出量を算出できる。そして、制御部６０ｂは、窒素酸化物吸蔵触媒３２への単位時間あたりのＮＯｘの流入量と、窒素酸化物吸蔵触媒３２からの単位時間あたりのＮＯｘの流出量との差を、ＮＯｘ吸蔵量の単位時間あたりの増量として算出できる。制御部６０ｂは、このように算出されたＮＯｘ吸蔵量の単位時間あたりの増量を積算することによって、ＮＯｘ吸蔵量を算出できる。

【0038】

ステップＳ１０１の次に、ステップＳ１０２において、制御部６０ｂは、ＮＯｘ吸蔵量が閾値より大きいか否かを判定する。ステップＳ１０２の閾値は、窒素酸化物吸蔵触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる必要が生じる程度までＮＯｘ吸蔵能力が低下したか否かを判断し得る値に設定される。ＮＯｘ吸蔵量が閾値より大きい場合が、窒素酸化物吸蔵触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる必要が生じている場合に相当する。

【0039】

ＮＯｘ吸蔵量が閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、ステップＳ１０３に進み、制御部６０ｂは、ＮＯｘパージを実行し、図３に示される制御フローは終了する。一方、ＮＯｘ吸蔵量が閾値より大きいと判定されなかった場合（ステップＳ１０２でＮＯ）、図３に示される制御フローは終了する。

【0040】

上記では、窒素酸化物吸蔵触媒３２の数が１つである例を説明した。ただし、窒素酸化物吸蔵触媒３２の数は、２つ以上であってもよい。この場合、複数の窒素酸化物吸蔵触媒３２は、排気流路３０のうち三元触媒３１より下流側に直列的に設けられ、三元触媒３１から排出される排気ガスは、窒素酸化物吸蔵触媒３２の各々を順に通過する。

【0041】

<排気浄化装置の詳細>
図４～図６を参照して、本発明の実施形態に係る排気浄化装置３の詳細について説明する。

【0042】

上述したように、排気浄化装置３では、窒素酸化物吸蔵触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、ＮＯｘパージが行われる。ＮＯｘパージが行われた場合において、リッチ化された排気ガスが三元触媒３１を通過する際に、排気ガス中の成分のうちＮＯｘを浄化するための成分の一部が三元触媒３１に貯蔵されている酸素と反応する。それにより、ＮＯｘを浄化するために消費される燃料が多くなり、燃費が悪化するおそれがある。そこで、本実施形態では、ＮＯｘパージに利用される燃料の増加を抑制し、燃費を向上させるための工夫が、三元触媒３１に施されている。以下、図４～図６を参照して、三元触媒３１およびその周囲の構成について詳細に説明する。

【0043】

図４は、排気浄化装置３において、通常時に排気ガスが三元触媒３１を通過する様子を示す模式図である。図４および後述する図５、図７、図８では、矢印によって、排気ガスの流れが示されている。通常時は、ＮＯｘパージが行われていない時である。排気ガスの流量は、エンジン１０における混合気の空燃比に応じて変化する。エンジン１０のトルクは、基本的には、エンジン１０への燃料の供給量によって決まる。ゆえに、エンジン１０のトルクが一定である場合、空燃比が高いほど排気ガスの流量は大きくなる。通常時には、空燃比が理論空燃比と一致する、または、理論空燃比より高い。一方、ＮＯｘパージ時には、空燃比が理論空燃比より低くなる。ゆえに、通常時（例えば、空燃比が高いリーン燃焼時）の排気ガスの流量は、空燃比が低いＮＯｘパージ時の排気ガスの流量と比べて大きくなる。

【0044】

図４に示されるように、三元触媒３１を収容する第１ハウジング５１は、円筒部５１ａと、第１拡径部５１ｂと、第２拡径部５１ｃとを有する。

【0045】

円筒部５１ａは、三元触媒３１を収容する。三元触媒３１は、円柱形状を有する。図４の例では、三元触媒３１の中心軸は、左右方向に延在している。円筒部５１ａは、円筒形状を有する。図４の例では、円筒部５１ａの中心軸は、左右方向に延在している。円筒部５１ａの内径は、三元触媒３１の外径よりも大きい。円筒部５１ａの軸方向長さは、三元触媒３１の軸方向長さよりも長い。円筒部５１ａは、三元触媒３１と同軸上に配置される。円筒部５１ａの上流側（図４の例では左側）の端部は、三元触媒３１の上流側の端部よりも上流側に位置する。円筒部５１ａの下流側（図４の例では右側）の端部は、三元触媒３１の下流側の端部よりも下流側に位置する。つまり、三元触媒３１の外周面は、全域に亘って、円筒部５１ａの内周面と対向している。

【0046】

第１拡径部５１ｂは、第１排気管４１と円筒部５１ａとを接続し、上流側から下流側に進むにつれて拡径する。図４の例では、第１排気管４１は、円筒部５１ａと同軸上に配置される。第１拡径部５１ｂは、円錐台形状を有する。

【0047】

第２拡径部５１ｃは、第２排気管４２と円筒部５１ａとを接続し、下流側から上流側に進むにつれて拡径する。図４の例では、第２排気管４２は、円筒部５１ａと同軸上に配置される。第２拡径部５１ｃは、円錐台形状を有する。

【0048】

三元触媒３１は、互いにＯＳＣ能が異なる第１領域３１ａおよび第２領域３１ｂを有する。図４では、第１領域３１ａが破線によって示されている。第２領域３１ｂのＯＳＣ能は、第１領域３１ａのＯＳＣ能よりも低い。具体的には、第２領域３１ｂでは、第１領域３１ａと比べ、ＯＳＣ能を実現するためのセリア等の成分の濃度が低くなっている。

【0049】

図４の例では、第１領域３１ａは、三元触媒３１の中心軸と同軸上に配置される。第１領域３１ａは、三元触媒３１のうち径方向内側に配置される。第１領域３１ａは、円柱形状を有する。第１領域３１ａは、三元触媒３１の上流側の端部から下流側の端部までに亘って延在している。第２領域３１ｂは、三元触媒３１のうち第１領域３１ａを除いた領域である。第２領域３１ｂは、三元触媒３１のうち径方向外側に配置される。第２領域３１ｂは、円筒形状を有する。

【0050】

第１領域３１ａは、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れ（具体的には、排気ガスの流れ）の中心軸７０上に配置される。第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスの流れは、実際には、第１排気管４１の下流側の端部の出口において、径方向外側に拡がる。中心軸７０は、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスの分布の中心を通る。つまり、中心軸７０は、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスの主たる流れ方向を示す軸である。中心軸７０は、例えば、第１排気管４１の中心軸と一致する。ゆえに、第１領域３１ａは、第１排気管４１の延長線上に配置される。なお、第１排気管４１の延長線は、第１排気管４１の延材方向に沿って延びる線であり、例えば、第１排気管４１の中心軸の延長線である。

【0051】

図４中で矢印によって示されるように、ＮＯｘパージ時と比べて排気ガスの流量が大きくなる通常時には、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスは、第１ハウジング５１内で、基本的には、中心軸７０に沿って流れる。ゆえに、三元触媒３１において、排気ガスは、基本的には、第１領域３１ａのみを通過し、第２領域３１ｂには通過しない。第２排気管４２は、第１領域３１ａに対して三元触媒３１の軸方向に並んでいる。ゆえに、第１領域３１ａを通過した排気ガスは、第２排気管４２に円滑に送られる。

【0052】

図５は、排気浄化装置３において、ＮＯｘパージ時に排気ガスが三元触媒３１を通過する様子を示す模式図である。上述したように、ＮＯｘパージ時の排気ガスの流量は、通常時の排気ガスの流量と比べて小さくなる。ゆえに、図５中で矢印によって示されるように、ＮＯｘパージ時には、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスは、第１拡径部５１ｂ内で、径方向外側に拡がりながら下流側に進む。ゆえに、三元触媒３１において、排気ガスは、第１領域３１ａのみならず、第２領域３１ｂにも通過する。よって、三元触媒３１において、排気ガスの流れる領域は、第１領域３１ａと第２領域３１ｂとに分散する。第１領域３１ａおよび第２領域３１ｂを通過した排気ガスは、第２拡径部５１ｃを通った後、第２排気管４２に送られる。

【0053】

以上説明したように、排気浄化装置３では、三元触媒３１は、第１領域３１ａと、第１領域３１ａよりもＯＳＣ能が低い第２領域３１ｂとを有する。そして、第１領域３１ａは、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０上に配置される。それにより、通常時には、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスを、三元触媒３１の第１領域３１ａに通過させることができるので、三元触媒３１のＯＳＣ能を適切に発揮させることができる。一方、ＮＯｘパージ時には、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスの一部を第２領域３１ｂに通過させることができるので、排気ガス中の成分のうちＮＯｘを浄化するための成分が三元触媒３１に貯蔵されている酸素と反応することを抑制できる。ゆえに、ＮＯｘパージに利用される燃料の増加を抑制できるので、燃費を向上させることができる。

【0054】

ここで、図４および図５の例では、第１ハウジング５１において、第１拡径部５１ｂの拡径度合いは、第２拡径部５１ｃの拡径度合いよりも大きい。拡径度合いは、軸方向に単位長さ進んだ場合の内径の拡がり度合いを意味する。拡径度合いとしては、例えば、テーパの大きさが挙げられる。図４および図５の例では、第１拡径部５１ｂのテーパは、第２拡径部５１ｃのテーパよりも大きい。それにより、ＮＯｘパージ時に、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスを第１拡径部５１ｂ内で径方向外側に拡がらせ、三元触媒３１の第２領域３１ｂに送ることが適切に実現される。

【0055】

図６は、三元触媒３１におけるＯＳＣ能の分布の一例を示す図である。具体的には、図６では、三元触媒３１におけるＯＳＣ能の径方向の分布が示されている。図６中の縦軸は三元触媒３１の径方向位置を示し、図６中の横軸はＯＳＣ能を示す。図６では、横軸が三元触媒３１の中心軸と一致する。図６の例では、三元触媒３１のＯＳＣ能は、三元触媒３１の中心軸上で最大となっている。そして、三元触媒３１のＯＳＣ能は、三元触媒３１の中心軸から径方向外側に進むにつれて徐々に低くなっている。第１領域３１ａは、ＯＳＣ能が基準ＯＳＣ能より高い領域に相当する。一方、第２領域３１ｂは、ＯＳＣ能が基準ＯＳＣ能以下になっている領域に相当する。

【0056】

ここで、排気浄化装置３では、三元触媒３１の中心軸は、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０（図４および図５を参照）と一致する。ゆえに、図６の例では、三元触媒３１のＯＳＣ能は、中心軸７０から離れるにつれて低くなるように分布している。それにより、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０上に配置される第１領域３１ａのＯＳＣ能を高くし、第２領域３１ｂのＯＳＣ能を低くすることが適切に実現される。また、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスの流量は、中心軸７０から離れるにつれて小さくなるように分布している。ゆえに、三元触媒３１のＯＳＣ能を、第１ハウジング５１内での排気ガスの流量の分布と同様に、中心軸７０から離れるにつれて低くなるように分布させることによって、通常時に、三元触媒３１のＯＳＣ能をより適切に発揮させることができる。

【0057】

上記では、三元触媒３１におけるＯＳＣ能の分布の一例として図６の例を説明した。ただし、三元触媒３１におけるＯＳＣ能の分布は、図６の例に限定されない。例えば、三元触媒３１において、ＯＳＣ能が径方向に階段状に変化していてもよい。また、例えば、三元触媒３１において、中心軸７０から離れるにつれてＯＳＣ能が高くなる部分が存在してもよい。また、例えば、第１領域３１ａにおいて、ＯＳＣ能が径方向位置によらず一定であってもよい。また、例えば、第２領域３１ｂにおいて、ＯＳＣ能が径方向位置によらず一定であってもよい。

【0058】

<排気浄化装置の効果>
本発明の実施形態に係る排気浄化装置３の効果について説明する。

【0059】

本実施形態に係る排気浄化装置３では、三元触媒３１は、第１領域３１ａと、第１領域３１ａよりもＯＳＣ能が低い第２領域３１ｂとを有する。そして、第１領域３１ａは、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０上に配置される。それにより、通常時には、三元触媒３１の第１領域３１ａに排気ガスを通過させることができるので、三元触媒３１のＯＳＣ能を適切に発揮させることができる。一方、ＮＯｘパージ時には、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスの一部を第２領域３１ｂに通過させることができるので、排気ガス中の成分のうちＮＯｘを浄化するための成分が三元触媒３１に貯蔵されている酸素と反応することを抑制できる。ゆえに、ＮＯｘパージに利用される燃料の増加を抑制できるので、燃費を向上させることができる。

【0060】

また、本実施形態に係る排気浄化装置３では、第１領域３１ａは、第１排気管４１の延長線上に配置されることが好ましい。それにより、通常時には、三元触媒３１の第１領域３１ａに排気ガスを通過させ、ＮＯｘパージ時には、三元触媒３１を通過する排気ガスの一部を第２領域３１ｂに通過させることが適切に実現される。ゆえに、ＮＯｘパージに利用される燃料の増加を抑制することが適切に実現される。

【0061】

また、本実施形態に係る排気浄化装置３では、三元触媒３１のＯＳＣ能は、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０から離れるにつれて低くなるように分布していることが好ましい。それにより、中心軸７０上に配置される第１領域３１ａのＯＳＣ能を高くし、第２領域３１ｂのＯＳＣ能を低くすることが適切に実現される。ゆえに、ＮＯｘパージに利用される燃料の増加を抑制することが適切に実現される。また、三元触媒３１のＯＳＣ能を、第１ハウジング５１内での排気ガスの流量の分布と同様に、中心軸７０から離れるにつれて低くなるように分布させることによって、通常時に、三元触媒３１のＯＳＣ能をより適切に発揮させることができる。

【0062】

また、本実施形態に係る排気浄化装置３では、第１ハウジングは、三元触媒３１を収容する円筒部５１ａと、第１排気管４１と円筒部５１ａとを接続し、上流側から下流側に進むにつれて拡径する第１拡径部５１ｂと、第２排気管４２と円筒部５１ａとを接続し、下流側から上流側に進むにつれて拡径する第２拡径部５１ｃと、を有し、第１拡径部５１ｂの拡径度合いは、第２拡径部５１ｃの拡径度合いよりも大きいことが好ましい。それにより、ＮＯｘパージ時に、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスを第１拡径部５１ｂ内で径方向外側に拡がらせ、三元触媒３１の第２領域３１ｂに送ることが適切に実現される。ゆえに、ＮＯｘパージに利用される燃料の増加を抑制することが適切に実現される。

【0063】

<変形例>
図７および図８を参照して、変形例に係る排気浄化装置３Ａについて説明する。排気浄化装置３Ａでは、上述した排気浄化装置３と比較して、三元触媒３１およびその周囲の構成が異なる。以下、排気浄化装置３Ａにおける三元触媒３１およびその周囲の構成について説明する。

【0064】

図７は、排気浄化装置３Ａにおいて、通常時に排気ガスが三元触媒３１を通過する様子を示す模式図である。図７に示されるように、三元触媒３１を収容する第１ハウジング５１は、上述した排気浄化装置３と同様に、円筒部５１ａと、第１拡径部５１ｂと、第２拡径部５１ｃとを有する。第１排気管４１と円筒部５１ａとは、第１拡径部５１ｂを介して接続されている。第２排気管４２と円筒部５１ａとは、第２拡径部５１ｃを介して接続されている。

【0065】

排気浄化装置３Ａでは、上述した排気浄化装置３と異なり、第１排気管４１は、円筒部５１ａの中心軸に対して傾斜している。第２排気管４２は、円筒部５１ａに対して平行であるものの、円筒部５１ａと同軸上には配置されていない。具体的には、図７の例では、第１排気管４１の中心軸（つまり、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０）は、下流側に進むにつれて図７中で上側（以下、単に「上側」と呼ぶ）に傾斜している。そして、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０は、三元触媒３１のうち上側を通る。よって、図７に示されるように、排気浄化装置３Ａでは、三元触媒３１において、第１領域３１ａは、三元触媒３１のうち上側に配置される。図７では、第１領域３１ａが破線によって示されている。一方、第２領域３１ｂは、三元触媒３１のうち下側に配置される。

【0066】

図７中で矢印によって示されるように、ＮＯｘパージ時と比べて排気ガスの流量が大きくなる通常時には、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスは、第１ハウジング５１内で、基本的には、中心軸７０に沿って流れる。ゆえに、三元触媒３１において、排気ガスは、基本的には、第１領域３１ａのみを通過し、第２領域３１ｂには通過しない。第２排気管４２の中心軸は、円筒部５１ａの中心軸よりも上方に位置しており、第２排気管４２は、第１領域３１ａに対して三元触媒３１の軸方向に並んでいる。ゆえに、第１領域３１ａを通過した排気ガスは、第２排気管４２に円滑に送られる。

【0067】

図８は、排気浄化装置３Ａにおいて、ＮＯｘパージ時に排気ガスが三元触媒３１を通過する様子を示す模式図である。図８中で矢印によって示されるように、ＮＯｘパージ時には、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られる排気ガスは、第１拡径部５１ｂ内で、径方向外側に拡がりながら下流側に進む。ゆえに、三元触媒３１において、排気ガスは、第１領域３１ａのみならず、第２領域３１ｂにも通過する。よって、三元触媒３１において、排気ガスの流れる領域は、第１領域３１ａと第２領域３１ｂとに分散する。第１領域３１ａおよび第２領域３１ｂを通過した排気ガスは、第２拡径部５１ｃを通った後、第２排気管４２に送られる。

【0068】

以上説明したように、排気浄化装置３Ａでは、上述した排気浄化装置３と同様に、三元触媒３１は、第１領域３１ａと、第１領域３１ａよりもＯＳＣ能が低い第２領域３１ｂとを有する。そして、第１領域３１ａは、第１排気管４１から第１ハウジング５１内に送られるガス流れの中心軸７０上に配置される。ゆえに、上述した排気浄化装置３と同様に、ＮＯｘパージに利用される燃料の増加を抑制できるので、燃費を向上させることができる。

【0069】

上記のように、第１ハウジング５１に対する第１排気管４１および第２排気管４２の相対的な位置は、特に限定されない。また、第１ハウジング５１に対する第１排気管４１および第２排気管４２の想定的な姿勢は、特に限定されない。

【0070】

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

【0071】

例えば、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ 車両
２ 吸排気システム
３ 排気浄化装置
３Ａ 排気浄化装置
１０ エンジン
１１ 気筒
１２ ピストン
１３ 燃焼室
１４ 点火プラグ
１５ 燃料噴射弁
１６ 吸気バルブ
１７ 排気バルブ
２０ 吸気流路
２１ エアフィルタ
２２ スロットルバルブ
２３ サージタンク
２４ エアフローメータ
３０ 排気流路
３１ 三元触媒
３１ａ 第１領域
３１ｂ 第２領域
３２ 窒素酸化物吸蔵触媒
３３ 上流側ＮＯｘ濃度センサ
３４ 下流側ＮＯｘ濃度センサ
４１ 第１排気管
４２ 第２排気管
４３ 第３排気管
５１ 第１ハウジング
５１ａ 円筒部
５１ｂ 第１拡径部
５１ｃ 第２拡径部
５２ 第２ハウジング
６０ 制御装置
６０ａ 取得部
６０ｂ 制御部
６１ プロセッサ
６２ メモリ
７０ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】