JP2004019624A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の排気浄化装置において、触媒の数を減少させることができる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】排気通路に設けられた排気浄化触媒２２と、排気の通路抵抗となる排気抵抗発生手段１４、１５、２３と、排気の一部を吸気系８へ還流させる排気再循環通路１８と、排気再循環通路１８内を流れる排気の流量を調整する排気再循環弁１９と、機関運転状態に応じて排気再循環弁１９の開閉制御を行う排気再循環制御手段２１と、を備え、排気再循環通路１８の排気導入部を排気抵抗発生手段１４、１５、２３の上流の排気通路１２に接続し、排気再循環通路１８の排気導入部上流の排気通路１２に酸化機能を有する触媒１７を設けた。
【選択図】図１
【解決手段】排気通路に設けられた排気浄化触媒２２と、排気の通路抵抗となる排気抵抗発生手段１４、１５、２３と、排気の一部を吸気系８へ還流させる排気再循環通路１８と、排気再循環通路１８内を流れる排気の流量を調整する排気再循環弁１９と、機関運転状態に応じて排気再循環弁１９の開閉制御を行う排気再循環制御手段２１と、を備え、排気再循環通路１８の排気導入部を排気抵抗発生手段１４、１５、２３の上流の排気通路１２に接続し、排気再循環通路１８の排気導入部上流の排気通路１２に酸化機能を有する触媒１７を設けた。
【選択図】図１
Description
【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関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関からの排気を浄化する手段として、排気系に排気浄化触媒を備えることがある。この排気浄化触媒により排気中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が浄化される。この排気浄化触媒には、浄化率の高くなる温度領域（活性領域）があり、該排気浄化触媒を活性領域に保つことが重要となる。
【０００３】
また、希薄燃焼可能な内燃機関では、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲガスを大量に還流させたり、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）を行ったりすることがある。
【０００４】
例えば、特開２００１−１４０７０３号公報では、前記低温燃焼時にＥＧＲガス量を制御する第１ＥＧＲ弁と、前記低温燃焼を行っていない通常燃焼時にＥＧＲガス量を制御する第２ＥＧＲ弁と、を備え、第２ＥＧＲ弁の全開時流量を第１ＥＧＲ弁の全開時流量よりも小さく設定している。
【０００５】
このようにすることにより、低温燃焼時には大量のＥＧＲガスを還流させることができ、通常燃焼時にはＥＧＲガスの還流量を微調整することができるので、精度の良い空燃比制御が可能となりＮＯｘを低減することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、低温燃焼時には、未燃炭化水素（ＨＣ）が発生するため、ＥＧＲ装置を備えている場合には、該未燃炭化水素（ＨＣ）がＥＧＲ通路へ流入してしまう。
【０００７】
また、排気系に備えられた排気浄化触媒の温度を活性領域まで上昇させるため又はフィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集されたパティキュレートマターを燃焼・酸化除去させるために排気浄化触媒又はフィルタの上流に酸化機能を有する触媒を備えていることがある。更に、排気浄化触媒では、その内部で温度が不均一となると触媒全体としての排気浄化効率が低下してしまう。このような温度の不均一を解消するためにも触媒上流に酸化機能を有する触媒を備えることがある。また、ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラに未燃炭化水素（ＨＣ）が付着して目詰まりを誘発することがある。これを抑制するために、ＥＧＲクーラ前に酸化機能を有する触媒を備え、これを酸化することが行われていた。
【０００８】
このように、内燃機関では、多くの触媒を備えることがあり、取り付けスペースの確保が困難となり、又、コスト高となっていた。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、触媒の数を減少させることができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気通路に設けられ排気系の有害物質を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気通路を流れる排気の通路抵抗となる排気抵抗発生手段と、
前記内燃機関からの排気の一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環通路と、
前記排気再循環通路内を流れる排気の流量を調整する排気再循環弁と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環制御手段と、
を備え、
前記排気再循環通路の排気導入部を前記排気抵抗発生手段の上流の排気通路に接続し、前記排気再循環通路の排気導入部上流の排気通路に酸化機能を有する触媒を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、酸化機能を有する触媒の下流の排気系に排気再循環通路の一端を接続させ、更にその下流に排気浄化触媒を備えることにより、吸気系及び排気再循環通路並びに排気浄化触媒に流入する排気を１つの酸化機能を有する触媒で酸化させ触媒の数を減少させることにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等を含んだ還元雰囲気の排気が酸化機能を有する触媒で酸化される。従って、酸化機能を有する触媒の下流から排気再循環通路に流入する排気には炭化水素（ＨＣ）がほとんど含まれなくなり、排気再循環通路及び吸気系の目詰まりを抑制することが可能となる。一方、排気浄化触媒に流入する排気の温度は、酸化機能を有する触媒での酸化反応熱により上昇しているため、該排気浄化触媒へ温度の高い排気を流通させることができる。これにより、排気浄化触媒の温度分布を均一化し、更には活性領域まで速やかに昇温することが可能となる。ここで、排気抵抗発生手段により該排気抵抗発生手段よりも上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記排気再循環弁上流の排気再循環通路に排気を冷却する排気冷却手段を設けても良い。
【００１４】
酸化機能を有する触媒の下流から排気再循環通路を介して排気冷却手段に流入する排気には炭化水素（ＨＣ）がほとんど含まれなくなり、排気冷却手段の目詰まりを抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記排気抵抗発生手段が過給機であっても良い。
【００１６】
排気系に備わる過給機が排気の抵抗となるため、該過給機上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００１７】
本発明においては、前記排気抵抗発生手段が排気通路を流れる排気ガスの流量を制御する排気絞り装置であっても良い。
【００１８】
排気系に備わる吸気絞り装置が排気の抵抗となるため、該吸気絞り装置上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記排気抵抗発生手段がパティキュレートフィルタであっても良い。
【００２０】
排気系に備わるパティキュレートフィルタが排気の抵抗となるため、該パティキュレートフィルタ上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２４】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２５】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２６】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２７】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２８】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２９】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３０】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３１】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３２】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３３】
一方、エンジン１には、排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３４】
前記排気枝管１２は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂの入口側と接続されている。前記タービンハウジング１５ｂの出口側は、排気管１３と接続されている。
【００３５】
前記ターボチャージャ１５の下流の排気管１３の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１４が設けられている。このフィルタ１４の上流には、流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１６が取り付けられている。
【００３６】
本実施の形態によるフィルタ１４は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能力のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を担持させている。
【００３７】
このＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。このときに放出される活性酸素によりフィルタ１４に捕集されたパティキュレートマターを酸化させ、フィルタ１４の目詰まりを防止することができる。還元剤の供給量は、空燃比センサ１６の出力信号に基づいてフィードバック制御される。
【００３８】
一方、フィルタ１４の下流には、三元触媒２２が備えられている。
【００３９】
また、タービンハウジング１５ｂの上流の排気枝管１２の途中には、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化させる機能を有する酸化触媒１７が設けられている。
【００４０】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１２へ排出され、次いで排気枝管１２から酸化触媒１７へ流入する。この酸化触媒１７では、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等の一部が酸化され排気の温度が上昇する。酸化触媒１７を通過した排気はターボチャージャ１５を通過してフィルタ１４へ流入し、該フィルタ１４で排気中のＰＭが捕集され、またＮＯｘが吸蔵された後、フィルタ１４から流出する。フィルタ１４から流出した排気は排気管１３を介して三元触媒２２に流入する。三元触媒２２では、フィルタ１４で浄化しきれない炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が酸化され、一方、ＮＯｘが還元される。
【００４１】
排気枝管１２と吸気枝管８とは、排気枝管１２内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させるＥＧＲ通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）１８を介して連通されている。ここで、ＥＧＲ通路１８の排気枝管１２側は、酸化触媒１７の下流で且つターボチャージャ１５の上流に接続されている。このＥＧＲ通路１８の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１８内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）１９が設けられている。また、前記ＥＧＲ通路１８の途中でＥＧＲ弁１９より上流には、該ＥＧＲ通路１８内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２０が設けられている。
【００４２】
このように構成されたＥＧＲ機構では、ＥＧＲ弁１９が開弁されると、ＥＧＲ通路１８が導通状態となり、排気枝管１２内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路１８へ流入し、ＥＧＲクーラ２０を経て吸気枝管８へ導かれる。吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４３】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。
【００４４】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２１が併設されている。このＥＣＵ２１は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００４５】
ＥＣＵ２１には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２１に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２１には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１１、ＥＧＲ弁１９等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２１は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００４６】
尚、本実施の形態では、ＮＯｘの低減、ＰＭの低減、及び前記フィルタ１４への還元剤の供給を低温燃焼により行っている。
【００４７】
ここで、低温燃焼について説明する。
【００４８】
前記したように従来、ＮＯｘの発生を抑制するためにＥＧＲが用いられてきた。ＥＧＲガスは、比較的比熱比が高く、温度を上げるのに必要な熱量が多いので、吸気中におけるＥＧＲガス割合が高くなるほど気筒２内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯｘの発生量も低下するので、ＥＧＲガス割合が高くなればなるほどＮＯｘの排出量を低下させることができる。
【００４９】
しかし、燃料噴射時期を一定に保った状態でＥＧＲガス割合を高くしていくとある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のＥＧＲ制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いＥＧＲガス割合のところで行われている。
【００５０】
ところが、更にＥＧＲガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にＥＧＲガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【００５１】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素（ＨＣ）の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素（ＨＣ）は一気に煤まで成長してしまうためである。
【００５２】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちＥＧＲガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
低温燃焼を行うときのＥＧＲガス割合は、予め実験等により求めておきマップ化したものをＥＣＵ２１に記憶させておく。このマップに基づいてＥＧＲガス量のフィードバック制御を行う。
【００５４】
一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）は、フィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒により酸化させることができる。従って、低温燃焼で発生した炭化水素（ＨＣ）は、還元剤として働く。
【００５５】
このように、低温燃焼では、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等により浄化することを基本としている。従って吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等が活性化していないときには、炭化水素（ＨＣ）は浄化されずに大気中へ放出しされてしまうために低温燃焼を用いることは困難である。
【００５６】
また、気筒２内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷が低いときである。
【００５７】
従って、本実施の形態においては、エンジン１が中回転中負荷以下の領域で運転されているときで且つフィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が活性領域に達したときに低温燃焼制御が行われる。
【００５８】
ここで、例えばフィルタ１４の出口側の排気の温度を検出し、この温度をフィルタ１４の温度として扱うことにより活性領域内であるか否か判定を行うことができる。
【００５９】
このようにして、低温燃焼では、煤に代表されるＰＭの排出を抑制しつつ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給でき、ＮＯｘを還元浄化することができる。また、炭化水素（ＨＣ）の酸化反応により熱が発生するため、昇温されたフィルタ１４の温度を維持することが可能となる。
【００６０】
このような低温燃焼により還元剤の供給を行う場合には、ＥＣＵ２１は、まず目標空燃比を求める。目標空燃比は、エンジン１の運転状態に基づいたマップを予め定めておくことにより求めることができる。次いで、ＥＣＵ２１は目標空燃比に応じた吸気絞り弁１０の目標開度を算出し、該吸気絞り弁１０を目標開度となるように制御する。次いで、ＥＣＵ２１は目標空燃比に応じたＥＧＲ弁１９の目標開度を算出し、該ＥＧＲ弁１９を目標開度となるように制御する。また、ＥＣＵ２１は、燃料噴射量及び燃料噴射開始時期を算出する。ここで、吸気絞り弁１０及びＥＧＲ弁１９の目標開度、燃料噴射量、燃料噴射開始時期は予め求められたマップに基づいて算出される。
【００６１】
このように低温燃焼を行うことによって、フィルタ１４に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、フィルタ１４に吸収されたＮＯｘを還元させ、また、捕集されたＰＭを酸化させることが可能となる。
【００６２】
ところで、低温燃焼等によりフィルタ１４に還元剤が供給されると、該フィルタ１４の上流側で還元剤が反応し排気の温度が上昇するが、この排気は下流へと流されてフィルタ１４の下流側を昇温させるため、フィルタ１４の上流側ほど温度の上昇率が低くなる。このように、フィルタ１４の内部では、上流側の温度が低く下流側ほど温度が高くなる温度分布が生じてしまう。フィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には、ＮＯｘの浄化率が高くなる温度領域が存在するため、この温度領域にフィルタ１４の床温を保つことが重要となるが、前記したようにフィルタ１４内に温度分布が生じると、該フィルタ１４内で浄化率が異なる部分が生じる。このような状態では、フィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を十分に活用することができなくなる。
【００６３】
このような問題に対し、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの上流に酸化機能を有する例えば酸化触媒を備え、該酸化触媒により還元剤の一部を酸化させていた。これにより、酸化触媒で熱が発生するとともに排気の温度が上昇される。そして、下流のフィルタには最初から温度の高い排気が流入するため、フィルタ上流側の温度が上昇される。
【００６４】
一方、低温燃焼時にはＥＧＲガスを多量に還流させるが、このＥＧＲガスには多量の炭化水素（ＨＣ）が含まれている。この炭化水素（ＨＣ）の一部がＥＧＲクーラに付着すると該ＥＧＲクーラの目詰まりを誘発させることがある。同様にして、ＥＧＲ弁１９に炭化水素（ＨＣ）が付着すると該ＥＧＲ弁１９の作動が制限されることがある。更に、炭化水素（ＨＣ）が吸気枝管８に流入すると、吸気枝管においても詰まりが発生することがある。また、炭化水素（ＨＣ）がフィルタ１４若しくは三元触媒２２に付着して目詰まりを生じさせることがあった。
【００６５】
従来の内燃機関の排気浄化装置では、ＥＧＲクーラの入口近傍に酸化機能を有する例えば酸化触媒を備えていた。この酸化触媒により、炭化水素（ＨＣ）を水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化させて、ＥＧＲクーラ等への付着を抑制していた。また、前記したフィルタ１４上流の酸化触媒にて炭化水素（ＨＣ）を酸化させてフィルタ１４等の目詰まりを抑制していた。
【００６６】
以上のように、フィルタ上流及びＥＧＲクーラの入口近傍に酸化機能を有する触媒を備えることがあったが、複数の触媒を備えると取り付けスペースを確保する必要があり、また、コスト高となっていた。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、排気枝管１２の途中で且つＥＧＲ通路１８の一端よりも上流に酸化機能を有する酸化触媒１７を１つ備えた。
【００６８】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、エンジン１からの排気がまず酸化触媒１７に流入する。酸化触媒１７では、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化される。同時に、酸化反応により熱が発生して排気の温度が上昇する。
【００６９】
このようにして温度が上昇した排気が下流のフィルタ１４に流入すると、排気の温度によりフィルタ１４の上流側の温度を上昇させることが可能となる。これにより、フィルタ１４及び三元触媒２２の温度分布を均一化し、更には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性領域まで速やかに昇温することが可能となる。また、フィルタ１４及び三元触媒２２の目詰まりを抑制することが可能となる。
【００７０】
一方、排気の一部はＥＧＲ通路１８に流入する。ＥＧＲ通路１８に流入する排気中の炭化水素（ＨＣ）は酸化触媒１７により酸化され減少されているため、ＥＧＲクーラ２０や、ＥＧＲ弁１９、吸気枝管８の目詰まりを抑制することが可能となる。
【００７１】
このようにして、フィルタ１４、三元触媒２２の温度分布の均一化とＥＧＲクーラ２０、ＥＧＲ弁１９、吸気枝管８の目詰まりの抑制とを１つの酸化触媒１７で行うことが可能となる。
【００７２】
尚、本実施の形態では、ターボチャージャ１５が排気の抵抗となり、該ターボチャージャ１５上流の排気枝管１２内の排気の圧力が上昇する。これにより、吸気枝管８内の吸気との圧力差が大きくなりＥＧＲガスの還流量を増加させることが可能となる。更に、フィルタ１４が排気の抵抗となるため、該フィルタ１４上流の排気枝管１２及び排気管１３内の排気の圧力が上昇する。これにより、吸気枝管８内の吸気との圧力差を更に大きくすることが可能となり、ＥＧＲガスの還流量を更に増加させることが可能となる。
【００７３】
また、本実施の形態では、前記した三元触媒２２より下流の排気管１３に、該排気管１３内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２３を設けていても良い。この排気絞り弁２３には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁２３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２４が取り付けられている。ＥＣＵ２１が排気絞り用アクチュエータ２４を制御して排気絞り弁２３を閉じ側へ回動させることにより該排気絞り弁２３上流の排気の圧力を上昇させることができる。従って、ＥＧＲガスの還流量を増加させることが可能となる。
【００７４】
更に、本実施の形態では、酸化触媒１７に代えて酸化機能を有する他の触媒、例えば三元触媒を備えていても良い。
【００７５】
また、本実施の形態では、三元触媒２２に代えて酸化機能を有する他の触媒、例えば酸化触媒を備えていても良い。
【００７６】
本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタを例にして説明したが、これに代えて内部に温度分布が生じ得る触媒、例えばＮＯｘ、ＨＣ、尿素等の各種選択還元型触媒であっても良く、また、酸化触媒、三元触媒であっても良い。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＥＧＲ通路１８の一端側の上流の排気系に設けられた酸化触媒１７によりＥＧＲクーラ２０、ＥＧＲ弁１９、吸気枝管８、フィルタ１４、三元触媒２２の目詰まりの抑制を行うことができる。また、フィルタ１４及び三元触媒２２内部の温度の均一化を行うことができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の排気浄化装置では、ＥＧＲクーラ入口近傍の酸化機能を有する触媒と排気浄化触媒上流の酸化機能を有する触媒を統合し触媒の数を減少させることができる。また、常に排気に曝されているため、触媒の詰まりや触媒の活性低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
１ｂ・・・排気ポート
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・吸気絞り弁
１１・・・吸気絞り用アクチュエータ
１２・・・排気枝管
１３・・・排気管
１４・・・パティキュレートフィルタ
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・空燃比センサ
１７・・・酸化触媒
１８・・・ＥＧＲ通路
１９・・・ＥＧＲ弁
２０・・・ＥＧＲクーラ
２１・・・ＥＣＵ
２２・・・三元触媒
２３・・・排気絞り弁
２４・・・排気絞り用アクチュエータ
【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関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関からの排気を浄化する手段として、排気系に排気浄化触媒を備えることがある。この排気浄化触媒により排気中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が浄化される。この排気浄化触媒には、浄化率の高くなる温度領域（活性領域）があり、該排気浄化触媒を活性領域に保つことが重要となる。
【０００３】
また、希薄燃焼可能な内燃機関では、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲガスを大量に還流させたり、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）を行ったりすることがある。
【０００４】
例えば、特開２００１−１４０７０３号公報では、前記低温燃焼時にＥＧＲガス量を制御する第１ＥＧＲ弁と、前記低温燃焼を行っていない通常燃焼時にＥＧＲガス量を制御する第２ＥＧＲ弁と、を備え、第２ＥＧＲ弁の全開時流量を第１ＥＧＲ弁の全開時流量よりも小さく設定している。
【０００５】
このようにすることにより、低温燃焼時には大量のＥＧＲガスを還流させることができ、通常燃焼時にはＥＧＲガスの還流量を微調整することができるので、精度の良い空燃比制御が可能となりＮＯｘを低減することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、低温燃焼時には、未燃炭化水素（ＨＣ）が発生するため、ＥＧＲ装置を備えている場合には、該未燃炭化水素（ＨＣ）がＥＧＲ通路へ流入してしまう。
【０００７】
また、排気系に備えられた排気浄化触媒の温度を活性領域まで上昇させるため又はフィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集されたパティキュレートマターを燃焼・酸化除去させるために排気浄化触媒又はフィルタの上流に酸化機能を有する触媒を備えていることがある。更に、排気浄化触媒では、その内部で温度が不均一となると触媒全体としての排気浄化効率が低下してしまう。このような温度の不均一を解消するためにも触媒上流に酸化機能を有する触媒を備えることがある。また、ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラに未燃炭化水素（ＨＣ）が付着して目詰まりを誘発することがある。これを抑制するために、ＥＧＲクーラ前に酸化機能を有する触媒を備え、これを酸化することが行われていた。
【０００８】
このように、内燃機関では、多くの触媒を備えることがあり、取り付けスペースの確保が困難となり、又、コスト高となっていた。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、触媒の数を減少させることができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気通路に設けられ排気系の有害物質を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気通路を流れる排気の通路抵抗となる排気抵抗発生手段と、
前記内燃機関からの排気の一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環通路と、
前記排気再循環通路内を流れる排気の流量を調整する排気再循環弁と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環制御手段と、
を備え、
前記排気再循環通路の排気導入部を前記排気抵抗発生手段の上流の排気通路に接続し、前記排気再循環通路の排気導入部上流の排気通路に酸化機能を有する触媒を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、酸化機能を有する触媒の下流の排気系に排気再循環通路の一端を接続させ、更にその下流に排気浄化触媒を備えることにより、吸気系及び排気再循環通路並びに排気浄化触媒に流入する排気を１つの酸化機能を有する触媒で酸化させ触媒の数を減少させることにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等を含んだ還元雰囲気の排気が酸化機能を有する触媒で酸化される。従って、酸化機能を有する触媒の下流から排気再循環通路に流入する排気には炭化水素（ＨＣ）がほとんど含まれなくなり、排気再循環通路及び吸気系の目詰まりを抑制することが可能となる。一方、排気浄化触媒に流入する排気の温度は、酸化機能を有する触媒での酸化反応熱により上昇しているため、該排気浄化触媒へ温度の高い排気を流通させることができる。これにより、排気浄化触媒の温度分布を均一化し、更には活性領域まで速やかに昇温することが可能となる。ここで、排気抵抗発生手段により該排気抵抗発生手段よりも上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記排気再循環弁上流の排気再循環通路に排気を冷却する排気冷却手段を設けても良い。
【００１４】
酸化機能を有する触媒の下流から排気再循環通路を介して排気冷却手段に流入する排気には炭化水素（ＨＣ）がほとんど含まれなくなり、排気冷却手段の目詰まりを抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記排気抵抗発生手段が過給機であっても良い。
【００１６】
排気系に備わる過給機が排気の抵抗となるため、該過給機上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００１７】
本発明においては、前記排気抵抗発生手段が排気通路を流れる排気ガスの流量を制御する排気絞り装置であっても良い。
【００１８】
排気系に備わる吸気絞り装置が排気の抵抗となるため、該吸気絞り装置上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記排気抵抗発生手段がパティキュレートフィルタであっても良い。
【００２０】
排気系に備わるパティキュレートフィルタが排気の抵抗となるため、該パティキュレートフィルタ上流の排気の圧力が上昇し吸気系へ排気再循環ガスを還流し易くすることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２４】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２５】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２６】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２７】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２８】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２９】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３０】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３１】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３２】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３３】
一方、エンジン１には、排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３４】
前記排気枝管１２は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂの入口側と接続されている。前記タービンハウジング１５ｂの出口側は、排気管１３と接続されている。
【００３５】
前記ターボチャージャ１５の下流の排気管１３の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１４が設けられている。このフィルタ１４の上流には、流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１６が取り付けられている。
【００３６】
本実施の形態によるフィルタ１４は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能力のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を担持させている。
【００３７】
このＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。このときに放出される活性酸素によりフィルタ１４に捕集されたパティキュレートマターを酸化させ、フィルタ１４の目詰まりを防止することができる。還元剤の供給量は、空燃比センサ１６の出力信号に基づいてフィードバック制御される。
【００３８】
一方、フィルタ１４の下流には、三元触媒２２が備えられている。
【００３９】
また、タービンハウジング１５ｂの上流の排気枝管１２の途中には、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化させる機能を有する酸化触媒１７が設けられている。
【００４０】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１２へ排出され、次いで排気枝管１２から酸化触媒１７へ流入する。この酸化触媒１７では、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等の一部が酸化され排気の温度が上昇する。酸化触媒１７を通過した排気はターボチャージャ１５を通過してフィルタ１４へ流入し、該フィルタ１４で排気中のＰＭが捕集され、またＮＯｘが吸蔵された後、フィルタ１４から流出する。フィルタ１４から流出した排気は排気管１３を介して三元触媒２２に流入する。三元触媒２２では、フィルタ１４で浄化しきれない炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が酸化され、一方、ＮＯｘが還元される。
【００４１】
排気枝管１２と吸気枝管８とは、排気枝管１２内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させるＥＧＲ通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）１８を介して連通されている。ここで、ＥＧＲ通路１８の排気枝管１２側は、酸化触媒１７の下流で且つターボチャージャ１５の上流に接続されている。このＥＧＲ通路１８の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１８内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）１９が設けられている。また、前記ＥＧＲ通路１８の途中でＥＧＲ弁１９より上流には、該ＥＧＲ通路１８内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２０が設けられている。
【００４２】
このように構成されたＥＧＲ機構では、ＥＧＲ弁１９が開弁されると、ＥＧＲ通路１８が導通状態となり、排気枝管１２内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路１８へ流入し、ＥＧＲクーラ２０を経て吸気枝管８へ導かれる。吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４３】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。
【００４４】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２１が併設されている。このＥＣＵ２１は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００４５】
ＥＣＵ２１には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２１に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２１には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１１、ＥＧＲ弁１９等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２１は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００４６】
尚、本実施の形態では、ＮＯｘの低減、ＰＭの低減、及び前記フィルタ１４への還元剤の供給を低温燃焼により行っている。
【００４７】
ここで、低温燃焼について説明する。
【００４８】
前記したように従来、ＮＯｘの発生を抑制するためにＥＧＲが用いられてきた。ＥＧＲガスは、比較的比熱比が高く、温度を上げるのに必要な熱量が多いので、吸気中におけるＥＧＲガス割合が高くなるほど気筒２内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯｘの発生量も低下するので、ＥＧＲガス割合が高くなればなるほどＮＯｘの排出量を低下させることができる。
【００４９】
しかし、燃料噴射時期を一定に保った状態でＥＧＲガス割合を高くしていくとある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のＥＧＲ制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いＥＧＲガス割合のところで行われている。
【００５０】
ところが、更にＥＧＲガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にＥＧＲガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【００５１】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素（ＨＣ）の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素（ＨＣ）は一気に煤まで成長してしまうためである。
【００５２】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちＥＧＲガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
低温燃焼を行うときのＥＧＲガス割合は、予め実験等により求めておきマップ化したものをＥＣＵ２１に記憶させておく。このマップに基づいてＥＧＲガス量のフィードバック制御を行う。
【００５４】
一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）は、フィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒により酸化させることができる。従って、低温燃焼で発生した炭化水素（ＨＣ）は、還元剤として働く。
【００５５】
このように、低温燃焼では、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等により浄化することを基本としている。従って吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等が活性化していないときには、炭化水素（ＨＣ）は浄化されずに大気中へ放出しされてしまうために低温燃焼を用いることは困難である。
【００５６】
また、気筒２内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷が低いときである。
【００５７】
従って、本実施の形態においては、エンジン１が中回転中負荷以下の領域で運転されているときで且つフィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が活性領域に達したときに低温燃焼制御が行われる。
【００５８】
ここで、例えばフィルタ１４の出口側の排気の温度を検出し、この温度をフィルタ１４の温度として扱うことにより活性領域内であるか否か判定を行うことができる。
【００５９】
このようにして、低温燃焼では、煤に代表されるＰＭの排出を抑制しつつ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給でき、ＮＯｘを還元浄化することができる。また、炭化水素（ＨＣ）の酸化反応により熱が発生するため、昇温されたフィルタ１４の温度を維持することが可能となる。
【００６０】
このような低温燃焼により還元剤の供給を行う場合には、ＥＣＵ２１は、まず目標空燃比を求める。目標空燃比は、エンジン１の運転状態に基づいたマップを予め定めておくことにより求めることができる。次いで、ＥＣＵ２１は目標空燃比に応じた吸気絞り弁１０の目標開度を算出し、該吸気絞り弁１０を目標開度となるように制御する。次いで、ＥＣＵ２１は目標空燃比に応じたＥＧＲ弁１９の目標開度を算出し、該ＥＧＲ弁１９を目標開度となるように制御する。また、ＥＣＵ２１は、燃料噴射量及び燃料噴射開始時期を算出する。ここで、吸気絞り弁１０及びＥＧＲ弁１９の目標開度、燃料噴射量、燃料噴射開始時期は予め求められたマップに基づいて算出される。
【００６１】
このように低温燃焼を行うことによって、フィルタ１４に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、フィルタ１４に吸収されたＮＯｘを還元させ、また、捕集されたＰＭを酸化させることが可能となる。
【００６２】
ところで、低温燃焼等によりフィルタ１４に還元剤が供給されると、該フィルタ１４の上流側で還元剤が反応し排気の温度が上昇するが、この排気は下流へと流されてフィルタ１４の下流側を昇温させるため、フィルタ１４の上流側ほど温度の上昇率が低くなる。このように、フィルタ１４の内部では、上流側の温度が低く下流側ほど温度が高くなる温度分布が生じてしまう。フィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には、ＮＯｘの浄化率が高くなる温度領域が存在するため、この温度領域にフィルタ１４の床温を保つことが重要となるが、前記したようにフィルタ１４内に温度分布が生じると、該フィルタ１４内で浄化率が異なる部分が生じる。このような状態では、フィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を十分に活用することができなくなる。
【００６３】
このような問題に対し、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの上流に酸化機能を有する例えば酸化触媒を備え、該酸化触媒により還元剤の一部を酸化させていた。これにより、酸化触媒で熱が発生するとともに排気の温度が上昇される。そして、下流のフィルタには最初から温度の高い排気が流入するため、フィルタ上流側の温度が上昇される。
【００６４】
一方、低温燃焼時にはＥＧＲガスを多量に還流させるが、このＥＧＲガスには多量の炭化水素（ＨＣ）が含まれている。この炭化水素（ＨＣ）の一部がＥＧＲクーラに付着すると該ＥＧＲクーラの目詰まりを誘発させることがある。同様にして、ＥＧＲ弁１９に炭化水素（ＨＣ）が付着すると該ＥＧＲ弁１９の作動が制限されることがある。更に、炭化水素（ＨＣ）が吸気枝管８に流入すると、吸気枝管においても詰まりが発生することがある。また、炭化水素（ＨＣ）がフィルタ１４若しくは三元触媒２２に付着して目詰まりを生じさせることがあった。
【００６５】
従来の内燃機関の排気浄化装置では、ＥＧＲクーラの入口近傍に酸化機能を有する例えば酸化触媒を備えていた。この酸化触媒により、炭化水素（ＨＣ）を水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化させて、ＥＧＲクーラ等への付着を抑制していた。また、前記したフィルタ１４上流の酸化触媒にて炭化水素（ＨＣ）を酸化させてフィルタ１４等の目詰まりを抑制していた。
【００６６】
以上のように、フィルタ上流及びＥＧＲクーラの入口近傍に酸化機能を有する触媒を備えることがあったが、複数の触媒を備えると取り付けスペースを確保する必要があり、また、コスト高となっていた。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、排気枝管１２の途中で且つＥＧＲ通路１８の一端よりも上流に酸化機能を有する酸化触媒１７を１つ備えた。
【００６８】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、エンジン１からの排気がまず酸化触媒１７に流入する。酸化触媒１７では、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化される。同時に、酸化反応により熱が発生して排気の温度が上昇する。
【００６９】
このようにして温度が上昇した排気が下流のフィルタ１４に流入すると、排気の温度によりフィルタ１４の上流側の温度を上昇させることが可能となる。これにより、フィルタ１４及び三元触媒２２の温度分布を均一化し、更には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性領域まで速やかに昇温することが可能となる。また、フィルタ１４及び三元触媒２２の目詰まりを抑制することが可能となる。
【００７０】
一方、排気の一部はＥＧＲ通路１８に流入する。ＥＧＲ通路１８に流入する排気中の炭化水素（ＨＣ）は酸化触媒１７により酸化され減少されているため、ＥＧＲクーラ２０や、ＥＧＲ弁１９、吸気枝管８の目詰まりを抑制することが可能となる。
【００７１】
このようにして、フィルタ１４、三元触媒２２の温度分布の均一化とＥＧＲクーラ２０、ＥＧＲ弁１９、吸気枝管８の目詰まりの抑制とを１つの酸化触媒１７で行うことが可能となる。
【００７２】
尚、本実施の形態では、ターボチャージャ１５が排気の抵抗となり、該ターボチャージャ１５上流の排気枝管１２内の排気の圧力が上昇する。これにより、吸気枝管８内の吸気との圧力差が大きくなりＥＧＲガスの還流量を増加させることが可能となる。更に、フィルタ１４が排気の抵抗となるため、該フィルタ１４上流の排気枝管１２及び排気管１３内の排気の圧力が上昇する。これにより、吸気枝管８内の吸気との圧力差を更に大きくすることが可能となり、ＥＧＲガスの還流量を更に増加させることが可能となる。
【００７３】
また、本実施の形態では、前記した三元触媒２２より下流の排気管１３に、該排気管１３内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２３を設けていても良い。この排気絞り弁２３には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁２３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２４が取り付けられている。ＥＣＵ２１が排気絞り用アクチュエータ２４を制御して排気絞り弁２３を閉じ側へ回動させることにより該排気絞り弁２３上流の排気の圧力を上昇させることができる。従って、ＥＧＲガスの還流量を増加させることが可能となる。
【００７４】
更に、本実施の形態では、酸化触媒１７に代えて酸化機能を有する他の触媒、例えば三元触媒を備えていても良い。
【００７５】
また、本実施の形態では、三元触媒２２に代えて酸化機能を有する他の触媒、例えば酸化触媒を備えていても良い。
【００７６】
本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタを例にして説明したが、これに代えて内部に温度分布が生じ得る触媒、例えばＮＯｘ、ＨＣ、尿素等の各種選択還元型触媒であっても良く、また、酸化触媒、三元触媒であっても良い。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＥＧＲ通路１８の一端側の上流の排気系に設けられた酸化触媒１７によりＥＧＲクーラ２０、ＥＧＲ弁１９、吸気枝管８、フィルタ１４、三元触媒２２の目詰まりの抑制を行うことができる。また、フィルタ１４及び三元触媒２２内部の温度の均一化を行うことができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の排気浄化装置では、ＥＧＲクーラ入口近傍の酸化機能を有する触媒と排気浄化触媒上流の酸化機能を有する触媒を統合し触媒の数を減少させることができる。また、常に排気に曝されているため、触媒の詰まりや触媒の活性低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
１ｂ・・・排気ポート
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・吸気絞り弁
１１・・・吸気絞り用アクチュエータ
１２・・・排気枝管
１３・・・排気管
１４・・・パティキュレートフィルタ
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・空燃比センサ
１７・・・酸化触媒
１８・・・ＥＧＲ通路
１９・・・ＥＧＲ弁
２０・・・ＥＧＲクーラ
２１・・・ＥＣＵ
２２・・・三元触媒
２３・・・排気絞り弁
２４・・・排気絞り用アクチュエータ
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に設けられ排気系の有害物質を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気通路を流れる排気の通路抵抗となる排気抵抗発生手段と、
前記内燃機関からの排気の一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環通路と、
前記排気再循環通路内を流れる排気の流量を調整する排気再循環弁と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環制御手段と、
を備え、
前記排気再循環通路の排気導入部を前記排気抵抗発生手段の上流の排気通路に接続し、前記排気再循環通路の排気導入部上流の排気通路に酸化機能を有する触媒を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気再循環弁上流の排気再循環通路に排気を冷却する排気冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気抵抗発生手段が過給機であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気抵抗発生手段が排気通路を流れる排気ガスの流量を制御する排気絞り装置であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気抵抗発生手段がパティキュレートフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| WO2008102793A1 (ja) * | 2007-02-21 | 2008-08-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の排気浄化装置 |
| WO2008108141A1 (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-12 | Honda Motor Co., Ltd. | 内燃機関及び内燃機関の制御装置 |
| CN101868607A (zh) * | 2007-11-21 | 2010-10-20 | 丰田自动车株式会社 | 用于内燃机的控制装置 |
| DE102009038841A1 (de) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | Volkswagen Ag | Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem zwischen einem Abgaskrümmer und einem Gehäuse einer Turbolader-Turbine angeordneten Abgaskatalysator |
| KR101188802B1 (ko) * | 2008-12-02 | 2012-10-11 | 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 | 내연기관 |
-
2002
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008102793A1 (ja) * | 2007-02-21 | 2008-08-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2008202523A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP4710846B2 (ja) * | 2007-02-21 | 2011-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| US8240131B2 (en) | 2007-02-21 | 2012-08-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purifying apparatus for internal combustion engine |
| DE112008000369B4 (de) * | 2007-02-21 | 2014-09-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotor |
| WO2008108141A1 (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-12 | Honda Motor Co., Ltd. | 内燃機関及び内燃機関の制御装置 |
| US8205449B2 (en) | 2007-03-02 | 2012-06-26 | Honda Motor Co., Ltd. | Internal combustion engine and control system for internal combustion engine |
| CN101868607A (zh) * | 2007-11-21 | 2010-10-20 | 丰田自动车株式会社 | 用于内燃机的控制装置 |
| KR101188802B1 (ko) * | 2008-12-02 | 2012-10-11 | 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 | 내연기관 |
| DE102009038841A1 (de) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | Volkswagen Ag | Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem zwischen einem Abgaskrümmer und einem Gehäuse einer Turbolader-Turbine angeordneten Abgaskatalysator |
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