JP2001055918A

JP2001055918A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2001055918A
Application number: JP11228456A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Takeda; 好央武田; Kenji Kawai; 健二河合; Yoshinori Iwabuchi; 芳典岩淵; Toshitaka Yokogawa; 敏隆横川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-27

Abstract

(57)【要約】【課題】排ガスと空気との熱交換により、ＮＯxの浄
化効率を向上させるべく排ガスに燃料を混入させる際の
燃料の改質をエネルギのロスを抑えながら十分に実施で
き、さらに、ＥＧＲによるＮＯxの低減効果の向上を図
ることの可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路(2)のバイパス通路(8)が熱交換
器(12)を介して設けられており、該バイパス通路には制
御弁(10)が設けられている。また、空気導入通路(14)が
熱交換器を介して排気通路に接続されており、熱交換器
よりも下流の空気導入通路には、熱交換器で受熱した空
気に燃料を混合する燃料混合部(20)が形成されている。
そして、制御手段(50)により、制御弁の開度が，ＮＯx
触媒(4)の温度を検出する第１の温度センサ(5)及び燃料
混合部の出口温度を検出する第２の温度センサ(18)から
の情報に基づき適宜制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に係り、詳しくは燃焼により発生するＮＯxの浄
化及び低減技術に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】ディーゼルエンジン等のように排
ガス中に過剰酸素及びＮＯxを多く含むようなエンジン
においては、排ガス中のＮＯxを浄化する手段として、
排ガス中に燃料（軽油）等の還元剤を添加してメタロシ
リケート系のＮＯx触媒に接触させることが有効とされ
ている。

【０００３】つまり、排ガス中に燃料を添加すると、当
該燃料が排ガスの熱により部分酸化、即ちＮＯxの還元
性の強いアセトアルデヒド、フォルムアルデヒド等のア
ルデヒド類或いはプロピレン、エチレン等を多量に含む
分解ガスに改質され、当該分解ガスがＮＯx触媒上でＮ
Ｏxを還元することでＮＯxの浄化が促進される。しかし
ながら、このように排ガス中に燃料を直接添加する場
合、実際には排気中に余剰の残存酸素があるもののその
量には限りがあること、及び、排気通路が短いと排ガス
の熱を十分燃料に伝達できないことから、燃料が完全に
改質しないうちにＮＯx触媒に到達してしまい、ＮＯx浄
化効率の向上が図れない。

【０００４】そこで、空気中に燃料を含有させてこれを
ヒータで加熱し、当該十分な酸素量、十分な加熱量のも
とで予め改質させた分解ガス、及び、排ガスの熱と残存
酸素を利用して燃料を改質させた分解ガスを排ガスに混
入させる構成の装置が特登録２８５０６８９号公報等に
開示されている。また一方、ＮＯxを低減させるために
は、排気再循環（ＥＧＲ）を行い燃焼温度を低下させる
ことも有効とされ多用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料を十分
に活性させ空気中で改質させるためには相当の熱量を必
要とし、故に、上記公報に開示された装置のように、ヒ
ータで加熱する方法ではエネルギのロスが大きく効率の
よいものとはいえない。また、排ガスを利用して燃料を
改質させる場合においては、上述の如く排ガス中の残存
酸素には限りがあるため、十分な分解ガスを得ることは
困難である。

【０００６】また一方、内燃機関が低負荷域にあり、排
ガス温度が比較的低いような低温域では、ＮＯx触媒が
未だ活性温度に達していないため、ＮＯxを良好に浄化
できず、この範囲では主として上述したＥＧＲを行うの
がよい。そして、ＮＯxの低減効果を高めるべくＥＧＲ
ガスの量を極力多くするには、ＥＧＲガスを冷却し体積
効率を高めてやるのがよく、この際、如何に効率よく適
正にＥＧＲガスを冷却するかが課題となる。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、排ガスと
空気との熱交換により、ＮＯxの浄化効率を向上させる
べく排ガスに燃料を混入させる際の燃料の改質をエネル
ギのロスを抑えながら十分に実施でき、さらに、ＥＧＲ
によるＮＯxの低減効果の向上を図ることの可能な内燃
機関の排気浄化装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明によれば、ＮＯx触媒よりも上
流の排気通路で分岐されたバイパス通路が熱交換器を介
して該分岐部とＮＯx触媒との間の排気通路に再度接続
されており、バイパス通路の分岐部には制御弁が設けら
れている。また、空気供給源に接続された空気導入通路
が熱交換器を介して上記分岐部よりも下流且つＮＯx触
媒よりも上流の排気通路に接続されており、熱交換器よ
りも下流の空気導入通路には、熱交換器で受熱した空気
に燃料供給手段により燃料を混合させる燃料混合部が形
成されている。そして、このような構成において、制御
手段により、燃料供給手段の燃料供給量が運転状態検出
手段からの情報に基づき制御され、制御弁の開度がＮＯ
x触媒の温度を検出する第１の温度センサ及び燃料混合
部の出口側の雰囲気温度を検出する第２の温度センサか
らの情報に基づいて制御される。

【０００９】従って、ＮＯx触媒の温度が高くＮＯx触媒
が十分にＮＯx浄化機能を発揮するような状況にあって
は、内燃機関の運転状態に基づいて排ガスへの燃料供給
量が適正に制御されるとともに、燃料混合部の出口側の
雰囲気温度に応じて熱交換器を流れる排ガスの流量が適
宜制御されて空気導入通路を流れる空気の温度が燃料の
改質に適正な温度に好適に調節される。これにより、排
ガスの熱エネルギを効率よく利用して燃料の改質がエネ
ルギのロスなく十分に実施され、ＮＯxの浄化効率の向
上が図られる。

【００１０】また、請求項２の発明によれば、ＮＯx触
媒よりも上流の排気通路で分岐されたバイパス通路が熱
交換器を介して該分岐部とＮＯx触媒との間の排気通路
に再度接続されており、バイパス通路の分岐部には第１
の制御弁が設けられている。また、空気供給源に接続さ
れた空気導入通路が熱交換器を介して上記分岐部よりも
下流且つＮＯx触媒よりも上流の排気通路に接続されて
おり、熱交換器よりも下流の空気導入通路には、熱交換
器で受熱した空気に燃料供給手段により燃料を混合させ
る燃料混合部が形成されている。さらに、熱交換器より
も下流のバイパス通路で分岐されたＥＧＲ通路が内燃機
関の吸気系に延びており、ＥＧＲ通路の分岐部にはＥＧ
Ｒ通路を流れる排ガスの流量調節を行う第２の制御弁が
設けられている。そして、このような構成において、制
御手段により、燃料供給手段の燃料供給量が運転状態検
出手段からの情報に基づき制御され、第１の制御弁の開
度がＮＯx触媒の温度を検出する第１の温度センサ及び
燃料混合部の出口側の雰囲気温度を検出する第２の温度
センサからの情報に基づいて制御され、第２の制御弁の
開度が運転状態検出手段からの情報及びＮＯx触媒の温
度を検出する第１の温度センサからの情報に基づいて制
御される。

【００１１】従って、ＮＯx触媒の温度が低くＮＯx触媒
が十分にＮＯx浄化機能を発揮できないような状況にあ
っては、内燃機関の運転状態に基づいてＥＧＲが行わ
れ、この際、熱交換器が良好にＥＧＲクーラとして機能
する。これにより、ＥＧＲガスの冷却が別途ＥＧＲクー
ラを設けることなく熱交換器を利用して効率よく行わ
れ、ＮＯxの発生が抑制されてＮＯxの低減効果の向上が
図られる。

【００１２】また、請求項３の発明によれば、燃料混合
部を流れる空気及び燃料を加熱する加熱手段が設けられ
ている。そして、制御手段は加熱制御手段を含んでお
り、該加熱制御手段により、加熱手段が第２の温度セン
サからの情報に基づいて作動制御される。従って、ＮＯ
x触媒の温度が高くＮＯx触媒が十分にＮＯx浄化機能を
発揮するような状況において、熱交換器による熱交換だ
けでは空気を燃料の改質に適正な温度にまで到達させら
れないような場合であっても、加熱手段によって空気導
入通路を流れる空気は十分に昇温させられる。この場
合、熱交換器の熱交換で不足する分を加熱手段で補うこ
とになるので、加熱手段の使用が必要最小限に抑えられ
ることになり、排ガスの熱エネルギとともに加熱手段の
熱エネルギを効率よく利用して燃料の改質がエネルギの
ロスなく実施され、ＮＯxの浄化効率の向上が図られ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づき説明する。図１を参照すると、車両に搭載され
た本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が
示されており、以下同図に基づいて当該排気浄化装置の
構成を説明する。

【００１４】エンジン（内燃機関）の排気ポートに接続
された排気マニホールド（共に図示せず）からは排気通
路２が延びており、該排気通路２には排ガスの浄化のう
ち主としてＮＯxの浄化を行うＮＯx触媒装置４が介装さ
れている。ここに、エンジンは、図示しないが、例えば
軽油を燃料とする多気筒ディーゼルエンジンである。

【００１５】ＮＯx触媒装置４は、コージェライト製の
ハニカム構造の担体に、銀アルミネート（ＡｇＡｌ
Ｏ₂）のような銀複合酸化物を主成分とし、その他ＮＯx
を還元することができる触媒物質を担持させたＮＯx触
媒で構成されている。そして、触媒装置４には、触媒温
度Ｔ1を検出することの可能な触媒温度センサ（第１の
温度センサ）５が設けられており、触媒装置４下流の排
気通路２には排ガス中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセン
サ（運転状態検出手段）７が設けられている。

【００１６】同図に示すように、排気通路２からは分岐
してバイパス通路８が延びており、該バイパス通路８の
先端は、ＮＯx触媒装置４の近傍において再び排気通路
２に接続されている。排気通路２のバイパス通路８との
分岐部には、排気通路２を流れる排ガスとバイパス通路
８を流れる排ガスの流量割合を調節する制御弁、即ち第
１の制御弁（ＣＶ₁）１０が設けられている。このＣＶ₁
１０は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）５０に電
気的に接続されており、該ＥＣＵ５０からの駆動信号に
応じて弁体が作動し、排ガスの流量割合が調節可能とさ
れている。

【００１７】バイパス通路８には、熱交換器１２が介装
されている。この熱交換器１２は、例えばプレートフィ
ン型のものであって、プレートに仕切られた一方の側を
バイパス通路８の排ガスが通過するようにされている。
このプレートフィン型の熱交換器１２は一般的な熱交換
器であって公知であり、ここでは説明を省略する。な
お、熱交換器１２としては、その他、例えば多管式の熱
交換器であってもよく、また、回転蓄熱式の熱交換器で
あってもよい。この場合、プレートフィン型の熱交換器
や多管式の熱交換器を用いればコスト的に有利であり、
回転蓄熱式の熱交換器を用いれば小型化が可能である。

【００１８】また、熱交換器１２には、空気導入通路１
４が熱交換器１２の他方の側を通るように配設されてお
り、該空気導入通路１４の一端には、ＥＣＵ５０に電気
的に接続された流量制御弁（ＣＶ₂）１６を介して空気
供給源（図示せず）が接続されている。即ち、ＣＶ₂１
６がＥＣＵ５０からの駆動信号により開弁されると、こ
れに応じて空気供給源から空気が空気導入通路１４に供
給され、当該空気導入通路１４を流れる空気が熱交換器
１２のプレートに仕切られた他方の側を通過するように
構成されている。

【００１９】つまり、バイパス通路８を流れる排ガスの
熱が、熱交換器１２において空気導入通路１４を流れる
空気にプレートフィンを介して伝達され、これにより、
排ガスと空気間で良好に熱交換が行われ、排ガスの温度
が低下させられる一方、空気導入通路１４を流れる空気
が昇温するようにされている。同図に示すように、空気
導入通路１４の他端は、ＣＶ₁１０よりも下流で上記排
気通路２に接続されており、上記熱交換器１２と当該排
気通路２との間の空気導入通路１４には、空気導入通路
１４よりも通路断面積の大きな燃料改質部（燃料混合
部）２０が形成されている。

【００２０】当該燃料改質部２０には、電磁式の燃料噴
射弁（燃料供給手段）２２が設けられており、燃料タン
ク（図示せず）からの燃料（軽油）を燃料改質部２０内
に噴射可能とされている。詳しくは、燃料噴射弁２２は
ＥＣＵ５０に電気的に接続されており、ＥＣＵ５０から
の駆動信号（開弁時間情報）に応じて適切な量の燃料
（軽油）が燃料改質部２０内に噴射され、空気導入通路
１４を流れる空気と混合される。

【００２１】燃料改質部２０には、該燃料改質部２０を
取り巻くように電熱コイルが配線されてヒータユニット
（加熱手段）２４が設けられており、このヒータユニッ
ト２４は、バッテリ（図示せず）からの電力供給を受け
るとともに、ＥＣＵ５０に接続されており、ＥＣＵ５０
からの作動信号を受けて発熱するようにされている。つ
まり、当該ヒータユニット２４は、ＥＣＵ５０からの作
動信号に応じて燃料改質部２０を加熱し、燃料改質部２
０内を流れる空気を昇温可能とされている。

【００２２】そして、燃料改質部２０の出口通路２１、
即ち空気導入通路１４の排気通路２近傍には、熱交換器
１２及び燃料改質部２０を経て昇温させられた空気の空
気温度（雰囲気温度）Ｔ2を検出する空気温センサ（第
２の温度センサ）１８が設けられている。熱交換器１２
よりも下流のバイパス通路８からは分岐して排気再循環
（ＥＧＲ）を行うためのＥＧＲ通路２６がエンジンの吸
気系に向けて延びており、当該バイパス通路８のＥＧＲ
通路２６との分岐部には、バイパス通路８を流れる排ガ
スとＥＧＲ通路２６を流れる排ガスの切換えを行う第２
の制御弁（ＣＶ₃）２８が設けられている。このＣＶ₃２
８は、やはりＥＣＵ５０に電気的に接続されており、該
ＥＣＵ５０からの駆動信号に応じて弁体が作動すること
で排ガスの流れる方向が切換えられる。

【００２３】さらに、上記熱交換器１２と当該燃料改質
部２０との間の空気導入通路１４からは、リリース通路
３０が分岐して延びており、該リリース通路３０の先端
は、やはり排気通路２に接続されている。なお、リリー
ス通路３０の先端は大気開放されていてもよい。そし
て、空気導入通路１４のリリース通路３０との分岐部に
も、空気導入通路１４を流れる空気とリリース通路３０
を流れる空気の切換えを行うリリース制御弁（ＣＶ₄）
３２が設けられている。このＣＶ₄３２も、ＥＣＵ５０
に電気的に接続されており、該ＥＣＵ５０からの駆動信
号に応じて弁体が作動することで排ガスの流れる方向が
切換えられる。

【００２４】ＥＣＵ５０は、エンジンや上記各電磁弁等
を含む各種電装部品の制御を司る制御装置であり、中央
処理装置（ＣＰＵ）、メモり（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等から
構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述の触媒
温度センサ５、ＮＯxセンサ７、空気温センサ１８等が
接続されている。一方、その出力側には、上記各電磁
弁、即ちＣＶ₁１０、ＣＶ₂１６、ＣＶ₃２８及びＣＶ₄３
２や燃料噴射弁２２、ヒータユニット２４等が接続され
ており、これら駆動部材は、上記各種センサ類からの入
力信号に基づき作動する。

【００２５】以下、このように構成された内燃機関の排
気浄化装置の本発明に係る作用及び効果について説明す
る。本発明では、上述したように、排ガスと空気との熱
交換を適切に実施し、排ガスに混入させる燃料（軽油）
の部分酸化（改質）を効率よく促進させてＮＯxの浄化
効率の向上を図るとともにＥＧＲガスの冷却を効率よく
促進させてＮＯxの発生の抑制を図ることを目的として
いる。故に、その具体的手段として、ここでは、ＮＯx
触媒装置４が良好にＮＯx浄化機能を発揮するエンジン
の高負荷時には、排ガスに混入する燃料（軽油）を排ガ
スの熱で必要量適切に昇温させた空気と混合させて部分
酸化（改質）を促進させるようにし、さらに、ＮＯx触
媒装置４が十分にＮＯx浄化機能を発揮しないエンジン
の低負荷時には、排ガスの熱をやはり適切に空気と熱交
換させてＥＧＲガスの冷却を促進させるようにする。

【００２６】図２を参照すると、本発明に係る上記排ガ
スと空気との熱交換の制御手順、即ち排ガス熱交換制御
の制御ルーチンがフローチャートで示されており（制御
手段）、以下当該フローチャートに沿って本発明の作用
及び効果を説明する。先ず、ステップＳ１０では、エン
ジンが高負荷状態にあり排気温度が十分に高く、触媒温
度センサ５により検出された触媒温度Ｔ1が触媒活性温
度Ｔaよりも大（Ｔ1＞Ｔa）であるか否かを判別する。
判別結果が真（Ｙｅｓ）でＮＯx触媒装置４がＮＯxを浄
化可能なまでに十分活性化していると判定された場合に
は、次にステップＳ１２に進む。

【００２７】ステップＳ１２では、ＣＶ₂１６を所定開
度θmapだけ開弁して空気を図１中の実線矢印のように
流すとともに、ＣＶ₃２８及びＣＶ₄３２を閉弁状態（開
度０％、即ち、ＣＶ₃２８については排気通路２側に開
度１００％、ＣＶ₄３２については燃料改質部２０側に
開度１００％）に保持する。なお、当該制御の開始時点
では、ＣＶ₁１０は閉弁状態（開度０％）であり、故に
排ガスは図１中に実線白抜矢印で示すようにバイパス通
路８に流入することなく１００％排気通路２を流れてい
る。

【００２８】ＣＶ₂１６の所定開度θmapは、例えば、所
定の運転領域でＮＯx触媒装置４が活性温度状態になっ
たときに熱交換器１２側に排ガスを１００％流し、この
場合に排ガス流量、排ガス温度、熱交換器１２の容積等
を考慮して予め定めた開度である。実際には、排ガス流
量、排ガス温度、熱交換器１２の容積等と所定開度θma
pとの関係はマップ化されており、所定開度θmapは当該
マップより読み出される。

【００２９】ステップＳ１４では、今度は、空気温セン
サ１８により検出された空気導入通路１４内を通る空気
の空気温度Ｔ2が下限値Ｔb（例えば、３５０℃）と上限
値Ｔc（例えば、４００℃）間の所定温度範囲（Ｔb≦Ｔ
2≦Ｔc）、即ち上述した燃料（軽油）の部分酸化（改
質）に適正な温度範囲にあるか否かを判別する。ＣＶ₁
１０が閉弁状態（開度０％）とされ、排ガスがバイパス
通路８を流れていない場合には、空気導入通路１４内を
通る空気の空気温度Ｔ2は外気温であって下限値Ｔbより
も低く（Ｔ2＜Ｔb）、故に、この場合にはステップＳ１
４の判別結果は偽（Ｎｏ）とされ、次にステップＳ１６
に進む。

【００３０】ステップＳ１６では、空気温度Ｔ2が下限
値Ｔbよりも低い（Ｔ2＜Ｔb）か否かを判別する。上述
したように、この時点では空気温度Ｔ2は外気温であっ
て下限値Ｔbよりも低い（Ｔ2＜Ｔb）ため、判別結果は
真（Ｙｅｓ）となり、次にステップＳ１８に進む。ステ
ップＳ１８では、ＣＶ₁１０が全開状態（開度１００
％）であるか否かを判別する。この時点では、未だＣＶ
₁１０は閉弁状態（開度０％）であるため、判別結果は
偽（Ｎｏ）となり、次にステップＳ２０に進む。

【００３１】ステップＳ２０では、ＣＶ₁１０の開度を
所定量大側に制御する。即ち、ＣＶ₁１０を開弁して排
ガスを図１中に破線白抜矢印で示すようにバイパス通路
８側に流し、熱交換器１２において排ガスの熱を空気導
入通路１４を流れる空気に伝達してこれを昇温させる。
なお、この段階では、ヒータユニット２４はＯＦＦ状態
としたまま保持する。

【００３２】このようにＣＶ₁１０の開度を所定量大側
に制御し空気を昇温させたら、ステップＳ１４に戻り、
再び空気温度Ｔ2が所定温度範囲にあるか否かを判別す
る。そして、当該ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎ
ｏ）である限りはステップＳ２０においてＣＶ₁１０の
開度を所定量大側に制御し続ける。ＣＶ₁１０の開度を
全開（１００％）にまで制御したにも拘わらずステップ
Ｓ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）であって空気温度Ｔ2が
所定温度範囲にまで達していないような場合、即ちステ
ップＳ１８の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、排ガ
スの熱だけでは空気導入通路１４を流れる空気を十分に
昇温できないと判定でき、この場合には、ステップＳ２
２において、ヒータユニット２４をＯＮ状態とし、ヒー
タユニット２４によって空気を昇温させるようにする
（加熱制御手段）。

【００３３】なお、この場合、ヒータユニット２４の使
用はあくまでも補助的なものとされ必要最小限とされる
ので、従来のようにエネルギロスが大きく効率が悪いと
いうことはない。このようにして、空気温度Ｔ2が所定
温度範囲となり、ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）で空気導入通路１４内を通る空気温度Ｔ2が下限値
Ｔbと上限値Ｔc間の所定温度範囲となったら、ＣＶ₁１
０の開度調節やヒータユニット２４の使用を止めて次に
ステップＳ２４に進む。

【００３４】ステップＳ２４では、空気温度Ｔ2が部分
酸化（改質）に適正な温度範囲となったことを受けて、
還元剤、即ち燃料（軽油）の供給制御を開始し、これに
より燃料（軽油）の部分酸化（改質）を実施する。詳し
くは、当該還元剤供給制御では、燃料噴射弁２２から噴
射される燃料量がエンジンの運転状態情報（エンジン回
転速度Ｎe、エンジン負荷やＮＯxセンサ７からのＮＯx
濃度情報等）に応じて適正量にフィードバック制御さ
れ、当該適正量の燃料が燃料噴射弁２２から燃料改質部
２０内に噴射されて上記昇温した空気と混合される。こ
の際、燃料改質部２０の出口通路２１は、燃料改質部２
０上流の空気導入通路１４よりも通路面積が小さくされ
ており、故に、昇温した空気の燃料改質部２０内での流
速は比較的遅く、噴射された燃料は空気と十分に混合さ
れる。

【００３５】このように燃料が昇温した空気と混合され
ると、燃料は良好にＮＯxの還元性の強いアセトアルデ
ヒド、フォルムアルデヒド等のアルデヒド類或いはプロ
ピレン、エチレン等を多量に含む分解ガスに部分酸化、
即ち改質されることになる。そして、当該改質された分
解ガスが出口通路２１を経て排気通路２に混入されＮＯ
x触媒装置４に供給されることになり、これによりＮＯx
の浄化効率の向上が図られることとなる。

【００３６】ＣＶ₁１０の開弁（ステップＳ２０）或い
はヒータユニット２４による加熱（ステップＳ２２）に
より空気温度Ｔ2が上限値Ｔcを超えて所定温度範囲を外
れ（Ｔ2＞Ｔc）、ステップＳ１４の判別結果が再び偽
（Ｎｏ）となり、且つ、ステップＳ１６の判別結果が偽
（Ｎｏ）となった場合には、次にステップＳ２６に進
む。

【００３７】ステップＳ２６では、ヒータユニット２４
をＯＦＦ状態に保持するとともにＣＶ₁１０の開度を所
定量小側に制御し、バイパス通路８側に流れる排ガス量
を低減させ、空気の昇温量を低下させる。そして、この
制御は、空気温度Ｔ2が再び所定温度範囲になるまで継
続される。つまり、本発明では、ＮＯx触媒装置４が十
分にＮＯx浄化機能を発揮するときには、空気温度Ｔ2が
燃料（軽油）の部分酸化（改質）に適正な温度範囲とな
るようＣＶ₁１０の開度を調節することでフィードバッ
ク制御され、これにより、排ガスの熱エネルギが効率よ
く利用され、燃料（軽油）の部分酸化（改質）が部分酸
化可能な適正な温度範囲で無駄なく効率よく促進される
ことになる。

【００３８】一方、ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎ
ｏ）で触媒温度Ｔ1が触媒活性温度Ｔa以下（Ｔ1≦Ｔa）
と判定された場合、即ちＮＯx触媒装置４がＮＯxの浄化
可能な状態にまで活性化していないと判定された場合に
は、次にステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、
ＥＧＲ制御を行う。即ち、上述したように、ＮＯx触媒
装置４がＮＯxを浄化可能な状態にまで活性化していな
いような場合には、ＮＯx触媒装置４ではＮＯxを良好に
浄化できないため、ＥＧＲを行うのがよく、これにより
燃焼温度を下げてＮＯxの発生量自体を低減させるよう
にする。

【００３９】図３を参照すると、ＥＧＲ制御の制御ルー
チンがフローチャートで示されており（ＥＧＲ制御手
段）、以下、当該フローチャートに沿い説明する。先
ず、ステップＳ３２では、ＥＧＲ可能な状況であるか否
か、即ちＥＧＲ適用運転領域であるか否かを判別する。
判別結果が偽（Ｎｏ）で、ＥＧＲ適用運転領域になくＥ
ＧＲ可能な状況でない場合には、何もせず当該ルーチン
を抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、
次にステップＳ３４に進む。

【００４０】ステップＳ３４では、ＣＶ₃２８を全開
（開度１００％）とする。そして、さらにＣＶ₄３２を
も全開（開度１００％）とする。つまり、バイパス通路
８を流れる排ガスを図１中に一点鎖線白抜矢印で示すよ
うにＥＧＲ通路２６に流してＥＧＲを行うようにし、さ
らに、当該ＥＧＲを実施するときには上記燃料の部分酸
化（改質）は行わないので、空気導入通路１４内の空気
については図１中に破線矢印で示すように燃料改質部２
０に流入させることなくリリース通路３０に流すように
する。

【００４１】ステップＳ３６では、ＥＧＲ率（例えば、
吸入空気に対するＥＧＲガスの容積比）が所定値Ｘtで
あるか否かを判別する。ここに、所定値Ｘtはエンジン
の運転状態等に応じて予め実験等により設定された適正
値である。実際には、エンジンの運転状態等と所定値Ｘ
tとの関係はマップ化されており、所定値Ｘtは当該マッ
プより読み出される。

【００４２】ステップＳ３６の判別結果が偽（Ｎｏ）
で、ＥＧＲ率が所定値Ｘtではない場合には、次にステ
ップＳ３８に進み、ＥＧＲ率が所定値Ｘtよりも小さい
か否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＥＧＲ率
が所定値Ｘtよりも小さい場合には、次にステップＳ４
０に進む。ステップＳ４０では、ＣＶ₁１０の開度を所
定量大側に制御する。つまり、ＥＧＲ率が所定値Ｘtよ
りも小さいということはＥＧＲガス量が少ないことを意
味するため、ここではＣＶ₁１０の開度を大側に制御し
てバイパス通路８、ひいてはＥＧＲ通路２６を流れる排
ガス量、即ちＥＧＲガス量を増加させる。

【００４３】一方、ステップＳ３８の判別結果が偽（Ｎ
ｏ）でＥＧＲ率が所定値Ｘtよりも大きい場合には、次
にステップＳ４２に進み、ＣＶ₁１０の開度を所定量小
側に制御する。つまり、上記とは逆に、ＥＧＲ率が所定
値Ｘtよりも大きいということはＥＧＲガス量が多いこ
とを意味するため、ここではＣＶ₁１０の開度を小側に
制御してＥＧＲガス量を減少させる。

【００４４】当該ステップＳ４０乃至ステップＳ４２の
操作はＥＧＲ率が所定値Ｘtとなるまで実施され、ステ
ップＳ３６の判別結果が真（Ｙｅｓ）となったら、次に
ステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、クールド
ＥＧＲが可能か否かを判別する。即ち、上述したように
ＥＧＲガスを冷却すると体積効率が高まるのであるが、
このＥＧＲガスの冷却が可能な状況であるか否かを判別
する。低負荷運転時、始動時等の燃焼温度が低い運転状
態のときには、ＥＧＲクーラで冷却した排ガスが吸気系
に導入されると燃焼の不安定さが助長されてＨＣ（炭化
水素）やＣＯ（一酸化炭素）が排出されやすくなる。故
に、ここでは、例えば低負荷側での運転時にはクールド
ＥＧＲを不可とし、それ以外の高負荷側の運転領域にお
いてはクールドＥＧＲを可能と判断する。

【００４５】ステップＳ４６の判別結果が真（Ｙｅｓ）
でクールドＥＧＲが可能と判定された場合には、次にス
テップＳ４６に進み、ＣＶ₂１６を全開（開度１００
％）として空気導入通路１４に空気を流すようにする。
つまり、熱交換器１２をＥＧＲクーラとして利用し、バ
イパス通路８を経てＥＧＲ通路２６に流れるＥＧＲガス
を熱交換器１２において空気で冷却するようにする。

【００４６】この際、上述したように燃料改質部２０の
出口通路２１は燃料改質部２０上流の空気導入通路１４
よりも通路面積が小さい一方、リリース通路３０は燃料
改質部２０上流の空気導入通路１４と略同一の通路面積
を有しているため、ＣＶ₄３２を全開として空気をリリ
ース通路３０側に流すようにすると、空気は流量を稼ぎ
ながら滞りなく排気通路２に流れ、故にＥＧＲガスは熱
交換器１２において十分に空気と熱交換され冷却される
こととなる。

【００４７】これにより、吸気系に循環されるＥＧＲガ
スの体積効率が良好に向上することになり、ＮＯxのさ
らなる低減が図られる。一方、ステップＳ４６の判別結
果が偽（Ｎｏ）でクールドＥＧＲが不可と判定された場
合には、次にステップＳ４８に進み、ＣＶ₂１６を全閉
（開度０％）として空気導入通路１４には空気を流さな
いようにする。即ち、クールドＥＧＲを行わずにＥＧＲ
ガスを熱交換なくそのまま吸気系に循環させるようにす
る。

【００４８】このように、本発明では、上記燃料の改質
のみならず、ＮＯx触媒装置４が十分にＮＯx浄化機能を
発揮できないようなときには、ＮＯxの発生を抑制すべ
く、熱交換器１２を有効にＥＧＲクーラとして利用して
ＥＧＲガスの冷却を効率よく実施することも可能とされ
ている。

【００４９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒
の温度が高くＮＯx触媒が十分にＮＯx浄化機能を発揮す
るような状況にあっては、内燃機関の運転状態に基づい
て排ガスへの燃料供給量を適正に制御するとともに、燃
料混合部の出口側の雰囲気温度に応じて熱交換器を流れ
る排ガスの流量を適宜制御して空気の温度を燃料の改質
に適正な温度に好適に調節するようにでき、排ガスの熱
エネルギを効率よく利用して燃料の改質をエネルギのロ
スなく十分に実施でき、ＮＯxの浄化効率の向上を図る
ことができる。

【００５０】また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置
によれば、ＮＯx触媒の温度が低くＮＯx触媒が十分にＮ
Ｏx浄化機能を発揮できないような状況にあっては、内
燃機関の運転状態に基づいてＥＧＲが行われるが、この
際、熱交換器を良好にＥＧＲクーラとして機能させ、Ｅ
ＧＲガスの冷却を別途ＥＧＲクーラを設けることなく熱
交換器を利用して効率よく行うようにでき、ＮＯxの発
生を好適に抑制してＮＯxの低減効果の向上を図ること
ができる。

【００５１】また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置
によれば、ＮＯx触媒の温度が高くＮＯx触媒が十分にＮ
Ｏx浄化機能を発揮するような状況において、熱交換器
による熱交換だけでは空気を燃料の改質に適正な温度に
まで到達させられないような場合には、加熱手段によっ
て空気を十分に昇温させるようにできることになり、こ
の場合、熱交換器の熱交換で不足する分を加熱手段で補
うことになるので、加熱手段の使用を必要最小限に抑
え、排ガスの熱エネルギとともに加熱手段の熱エネルギ
を効率よく利用して燃料の改質をエネルギのロスなく実
施でき、ＮＯxの浄化効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気
浄化装置を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る、排ガスと空気との熱交換の制御
手順、即ち排ガス熱交換制御の制御ルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図３】排ガス熱交換制御のうちＥＧＲ制御の制御ルー
チンを示すフローチャートである。

【符号の説明】

２排気通路４ＮＯx触媒装置５触媒温度センサ（第１の温度センサ）７ＮＯxセンサ（運転状態検出手段）８バイパス通路１０制御弁、即ち第１の制御弁（ＣＶ₁）１２熱交換器１４空気導入通路１６流量制御弁（ＣＶ₂）１８空気温センサ（第２の温度センサ）２０燃料改質部（燃料混合部）２２燃料噴射弁（燃料供給手段）２４ヒータユニット（加熱手段）２６ＥＧＲ通路２８第２の制御弁（ＣＶ₃）３０リリース通路３２リリース制御弁（ＣＶ₄）５０電子コントロールユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｃ 3/36 3/36 ＤＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ (72)発明者河合健二東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者岩淵芳典東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者横川敏隆東京都大田区下丸子四丁目21番１号三菱自動車エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA03 BA04 BA07 CA06 DA01 DA02 EA10 EB15 ED08 FA08 GA06 GA09 GA17 3G091 AA11 AA18 AA28 AB05 BA14 BA32 BA36 CA05 CA08 CA13 CA18 CA22 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DB10 DC01 EA01 EA03 EA15 EA18 EA33 FA12 FA13 FA14 FB10 GA06 GB01W GB01X GB10W GB10X GB17X HA36 HA37 HA39 HB03 HB05 HB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に介装されたＮＯx
触媒と、前記ＮＯx触媒よりも上流の排気通路から分岐して該分
岐部と前記ＮＯx触媒との間の排気通路に再度合流接続
されたバイパス通路と、一端が空気供給源に接続され他端が前記バイパス通路の
分岐部よりも下流で且つ前記ＮＯx触媒よりも上流の排
気通路に接続された空気導入通路と、前記バイパス通路と前記空気導入通路とが各々接続さ
れ、該バイパス通路を流通する排ガスと該空気導入通路
を流通する空気との熱交換を可能とする熱交換器と、前記熱交換器よりも下流の空気導入通路に形成され、前
記熱交換器で受熱した空気に燃料供給手段により燃料を
混合させる燃料混合部と、前記空気導入通路の接続部よりも上流側の排気通路及び
前記熱交換器よりも上流のバイパス通路の少なくとも一
方の通路に設けられ、前記バイパス通路を流れる排ガス
の流量調整を行う制御弁と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記ＮＯx触媒の温度を検出する第１の温度センサと、前記燃料混合部の出口側の雰囲気温度を検出する第２の
温度センサと、前記運転状態検出手段の情報に基づき前記燃料供給手段
の燃料供給量を制御するとともに、前記第１及び第２の
温度センサからの情報に基づき前記制御弁の開度を制御
する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】内燃機関の排気通路に介装されたＮＯx
触媒と、前記ＮＯx触媒よりも上流の排気通路から分岐して該分
岐部と前記ＮＯx触媒との間の排気通路に再度合流接続
されたバイパス通路と、一端が空気供給源に接続され他端が前記バイパス通路の
分岐部よりも下流で且つ前記ＮＯx触媒よりも上流の排
気通路に接続された空気導入通路と、前記バイパス通路と前記空気導入通路とが各々接続さ
れ、該バイパス通路を流通する排ガスと該空気導入通路
を流通する空気との熱交換を可能とする熱交換器と、前記熱交換器よりも下流の空気導入通路に形成され、前
記熱交換器で受熱した空気に燃料供給手段により燃料を
混合させる燃料混合部と、前記空気導入通路の接続部よりも上流側の排気通路及び
前記熱交換器よりも上流のバイパス通路の少なくとも一
方の通路に設けられ、前記バイパス通路を流れる排ガス
の流量調整を行う第１の制御弁と、前記熱交換器よりも下流のバイパス通路から分岐して内
燃機関の吸気系に延びるＥＧＲ通路と、前記熱交換器よりも下流のバイパス通路及び前記ＥＧＲ
通路の少なくとも一方の通路に設けられ、前記バイパス
通路内の排ガスを前記ＥＧＲ通路側と前記ＮＯx触媒側
とに振り分ける第２の制御弁と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記ＮＯx触媒の温度を検出する第１の温度センサと、前記燃料混合部の出口側の雰囲気温度を検出する第２の
温度センサと、前記運転状態検出手段の情報に基づき前記燃料供給手段
の燃料供給量を制御するとともに、前記第１及び第２の
温度センサからの情報に基づき前記第１の制御弁の開度
を制御し、さらに、前記運転状態検出手段からの情報及
び前記第１の温度センサからの情報に基づきＥＧＲ運転
の可否判断を行い、ＥＧＲ運転可能と判断されると前記
第２の制御弁の開度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記燃料混合部は該燃料混合部を流れる
空気及び燃料を加熱する加熱手段を備え、前記制御手段は、前記第２の温度センサからの情報に基
づき前記加熱手段を作動制御する加熱制御手段を含んで
なることを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機
関の排気浄化装置。