JP2008121584A

JP2008121584A - 内燃機関の排気制御装置

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Publication number: JP2008121584A
Application number: JP2006307031A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yahagi; 秀夫矢作
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: JP4706619B2

Abstract

【課題】燃料改質時に気化した燃料ガスが排気主管路へと逆流するのを抑制することにより、エミッション悪化を抑制し改質能力を向上すること。
【解決手段】ＥＧＲ通路１４に設けた改質器２０によって改質した燃料を改質ガスとして吸気マニホルド１７に供給可能とした内燃機関の排気制御装置において、ＥＧＲ通路１４中であって燃料噴射インジェクタ１８によって燃料を添加する部位よりも上流側には、改質触媒２１に導入される排気ガスの圧力損失を所定量増加させ、燃料を添加されたＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２ａ側へと逆流するのを抑制する改質触媒２２を備えた。主流の排気ガスは、改質触媒２１，２２に設けられた浄化用触媒によって浄化され、更に下流の触媒３０によって浄化されて主流排気通路１２ｃから大気へ排出される。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の排気ガス熱を燃料の改質に利用する内燃機関の排気制御装置に関し、更に詳しくは、燃料改質時に気化した燃料ガスが排気主管路へと逆流するのを抑制することにより、エミッション悪化を抑制し改質能力を向上することができる内燃機関の排気制御装置に関する。

近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションを向上させることが要求されている。すなわち、内燃機関から排気ガスを大気中に放出する前に、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等のガス成分を浄化もしくは除去することを要求されている。

このため、内燃機関の排気通路中に上記ガス成分を浄化もしくは除去する主触媒を設ける技術のほか、炭化水素系燃料と空気等の混合気を改質器の触媒に供給し、この触媒上での改質反応により得られた改質ガスを内燃機関の吸気系に供給する技術が知られている。

この改質反応で生成される水素や一酸化炭素は燃焼性に優れているため、たとえば、内燃機関の冷間始動時に水素や一酸化炭素を含む改質ガスを内燃機関の吸気系に供給することで、始動性を向上させることができ、また、排気エミッションを向上させることができる。

また、内燃機関では、上記排気エミッションとともに、燃費を向上させることも要求されているため、内燃機関の排気ガス熱を燃料の改質に利用する技術も提供されている。たとえば、燃料を改質反応させ改質ガスとして機関吸気系に供給するための改質用触媒を設け、浄化用触媒の排気ガスの通路と改質用触媒の改質ガスの通路とを交互に隣接させて一体的に形成した改質器を備え、その改質用触媒が浄化用触媒の反応熱を直接的に受熱するようにした技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

すなわち、上記従来技術は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを結ぶ排気再循環通路を構成要素とするとともに、この排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路と記す）を介して排気ガス（ＥＧＲガス）を上記排気通路から上記吸気通路に再循環する排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と略称する。）を備え、このＥＧＲ通路に上記改質器を配設し、改質用触媒の上流側で燃料を噴射するように構成されている。これにより、排気ガスの浄化と燃料の改質とを同時に行い、かつ排気ガス熱を燃料の改質に利用するようにしている。

なお、関連する技術として、エンジンから排出されて失われる排熱等のエネルギーの損失を減少させることにより消費燃料エネルギーに占める走行エネルギーの比率を上げ、かつ二酸化炭素の排出を減少させるために、エンジンの燃焼排気ガス中から二酸化炭素を分離し、エンジンの排熱を利用して当該二酸化炭素によりメタンを改質して水素及び一酸化炭素を生成させ、この生成した水素及び一酸化炭素を燃料に添加してエンジンを燃焼させる技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平６−２６４７３２号公報特開平６−２６１５号公報

しかしながら、排気通路（主流排気通路）を分岐して形成されたＥＧＲ通路を通じて改質用触媒にＥＧＲガスを導き、その改質用触媒の上流側で燃料を噴射する従来技術にあっては、この噴射による燃料気化によりガスが膨張する。ＥＧＲガス流れの燃料噴射部前後の圧力損失は、改質用触媒側が高く、ＥＧＲ通路の上流側（ＥＧＲ通路のＥＧＲガス導入側）が低い。

このため、改質用触媒の上流側で噴射され気化した燃料ガスは、一旦、ＥＧＲ通路の導入側（上流側）へと拡散し、排気ガス（ＥＧＲガス）の流れに沿って再度、改質用触媒へと流れる。

この結果、上記膨張した燃料ガスの一部は、主流排気通路へと逆流してしまい、主流排気通路下流側に設けられた主触媒で浄化しきれないまま大気中に排出され、エミッションが悪化する虞があった。

また、上記逆流によって改質燃料の一部が内燃機関の吸気通路に導入できなくなるため、燃料の改質効果が低減してしまう虞があり、更にこれは燃費の悪化にもつながる虞があった。

また、上記特許文献１には、排気ガス中に燃料を噴射した際に、当該燃料の気化膨張による主流排気通路への逆流をチェックバルブにて防止する旨の記載があるものの、その具体的な制御内容については言及されておらず、また制御内容次第ではＥＧＲ通路の圧力損失が増加し燃料改質が十分に行えなくなる虞があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料改質時に気化した燃料ガスが主流排気通路へと逆流するのを抑制することにより、エミッション悪化を抑制し改質能力を向上することができる内燃機関の排気制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る内燃機関の排気制御装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを結ぶ排気再循環通路を構成要素とするとともにこの排気再循環通路を介して排気ガスを前記排気通路から前記吸気通路に再循環する排気再循環装置と、前記排気再循環通路に設けられ、前記内燃機関から排出された排気ガスの一部に燃料噴射手段によって燃料を添加し当該燃料を改質する改質器と、を備え、前記改質器によって改質した前記燃料を改質ガスとして前記吸気通路に供給可能とした内燃機関の排気制御装置において、前記排気再循環通路中であって前記燃料噴射手段によって前記燃料を添加する部位よりも上流側には、前記改質器へ導入される前記排気ガスの圧力損失を所定量増加させ、前記燃料を添加された前記排気ガスが前記排気再循環通路から前記排気通路側へと逆流するのを抑制する圧損増加手段を備えたことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係る内燃機関の排気制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記圧損増加手段は触媒を備えたことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に係る内燃機関の排気制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記排気再循環通路中であって前記圧損増加手段の上流側には、前記改質器へ導入する前記排気ガスの流量を調整するとともに、前記逆流を抑制する流量調整弁を備えたことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項４に係る内燃機関の排気制御装置は、請求項３に記載の発明において、前記流量調整弁は、前記排気ガス中への前記燃料の噴射が終了する前に閉弁され、または絞られることを特徴とするものである。

また、この発明の請求項５に係る内燃機関の排気制御装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記圧損増加手段による圧力損失は、前記改質器による圧力損失と同等以下に設定されることを特徴とするものである。

この発明に係る内燃機関の排気制御装置（請求項１）によれば、燃料改質時に気化した燃料ガスが排気通路へと逆流するのを圧損増加手段によって抑制することにより、エミッション悪化を抑制し改質能力を向上することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気制御装置（請求項２）によれば、燃料噴射後の気化膨張によって触媒に進入してきたガスを改質することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気制御装置（請求項３）によれば、流量調整弁の開度を制御することにより改質器へ導入する排気ガスの流量を調整することができるとともに、流量調整弁を閉弁することにより前記逆流を確実に抑制することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気制御装置（請求項４）によれば、燃料噴射時に流量調整弁を閉弁状態とすることで前記逆流を確実に抑制することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気制御装置（請求項５）によれば、圧損増加手段よりも下流に配置された改質器に導入される排気ガスの流れをできるだけ妨げないようにすることで、圧損増加手段により上記逆流を抑制しつつ、改質器の触媒への接触時間を確保し、改質能力を向上させることができる。

以下に、この発明に係る内燃機関の排気制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の実施例１に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと記す。）１０は、公知の構成であり、いわゆるデュアル排気システムが採用され、２系統の排気マニホルド（排気通路）１１ａ，１１ｂを備えている。

これらの排気マニホルド１１ａ，１１ｂは、それぞれ排気ガスの主流が流れる主流排気通路（排気通路）１２ａ，１２ｂに接続されている。また、この主流排気通路１２ａ，１２ｂは、下流端で合流して主流排気通路（排気通路）１２ｃとしてある。

主流排気通路１２ｃには、主流排気ガスを浄化する触媒３０が設けられている。なお、この触媒３０としては、たとえば、排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下するとともに還元雰囲気で吸蔵したＮＯｘを放出し還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いることができる。

また、主流排気通路１２ａは、分岐部１３にて分岐されたＥＧＲ通路（排気再循環通路）によって吸気マニホルド（吸気通路）１７と接続されている。すなわち、このＥＧＲ通路１４は、排気マニホルド１１ａからの排気ガスを吸気マニホルド１７に再循環するＥＧＲ装置（排気再循環装置）の一部を構成している。

また、ＥＧＲ通路１４には、排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ（排気再循環装置）１５と、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲバルブ（排気再循環装置）１６とが設けられている。

また、ＥＧＲ通路１４の途中には、エンジン１０から排出された排気ガスの一部（ＥＧＲガス）に燃料噴射インジェクタ（燃料噴射手段）１８によって所定量の燃料を所定タイミングで噴射添加し、当該燃料を改質するための改質器２０が設けられている。

このＥＧＲ通路１４は、主流排気ガスの熱を燃料の改質に利用するために主流排気通路１２ａ，１２ｂと交差させて設けられている。すなわち、主流排気通路１２ａ，１２ｂを流れる主流排気ガスと、ＥＧＲ通路１４を流れるＥＧＲガスとがそれぞれ干渉せずに別方向（たとえば、本実施例１では直角方向）に流れ、かつ熱交換可能なように独立した流路を内部に備えた改質触媒２１，２２が設けられている。

この改質器２０の改質触媒２１，２２は、主流排気通路１２ａ，１２ｂを流れる主流排気ガスを浄化するための浄化用触媒と、ＥＧＲ通路１４を流れるＥＧＲガスを改質する改質用触媒とが一体化され、かつ上記各流路を確保した公知のハニカム構造体である。たとえば、浄化用触媒として白金、ロジウム等を用い、改質用触媒としてロジウム等を用いることができる。

また、改質触媒２１，２２の担体は、浄化用触媒と改質用触媒との間の熱交換が効率良く行われるように熱伝達率が良い金属箔にて形成することができ、図示しない複数のセルからなるハニカム構造を有したものを用いることができる。

また、ＥＧＲ通路１４における改質触媒２１，２２の上流近傍および下流近傍には、それぞれ適宜の容積空間が確保されている。また、ＥＧＲ通路１４は保温材にて断熱されている。この保温材は、たとえば、アルミナマットやロックウール等と保温カバーとにより構成されている。

なお、本実施例１では、ＥＧＲガスの改質側の挙動について着目しているので、説明の便宜上、符号２１，２２で示される触媒を改質触媒と称しているが、主流排気ガスを流す流路には浄化用触媒を備えているので（図示せず）、主流排気ガスの挙動について着目すれば、符号２１，２２で示される触媒を浄化用触媒と称することもできる。

また、改質触媒２２は、改質触媒２１へ導入されるＥＧＲガスの圧力損失を所定量増加させ、燃料噴射インジェクタ１８によって燃料を添加されたＥＧＲガスが、気化膨張および排気圧変動に基づく管内脈動によってＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２ａ側へと逆流するのを抑制するために、圧損増加手段として機能するものである。

すなわち、改質触媒２２は、上記逆流を抑制できる程度の圧力抵抗体として機能するものであり、燃料噴射後の気化膨張によって改質触媒２２に進入してきたガスを補助的に改質できるように構成されたものである。

また、下流の改質触媒２１に導入されるＥＧＲガスから、この改質触媒２２によって予め硫黄分を除去したり、ＥＧＲガス低温時における水分除去、あるいはＥＧＲガス高温時における水分排出等の機能を担わせることにより、改質触媒２１を劣化から保護することもできる。

また、エンジン１０の始動時にＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスを流すことにより、改質触媒２２，２１によって炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等のガス成分を浄化することができ、始動エミッションを向上することができる。

また、改質触媒２２による圧力損失は、改質触媒２１による圧力損失と同等以下に設定されている。すなわち、改質触媒２２よりも下流に配置された改質触媒２１に導入されるＥＧＲガスの流れをできるだけ妨げないようにすることで、改質触媒２２により上記逆流を抑制しつつ、改質触媒２１への接触時間を確保し、改質能力を向上させることができる。

また、改質触媒２１，２２の上記ハニカム構造体は、上記所定の圧力損失を生ずるように、たとえば、流路径の大きさ、長さ、セル数等を最適値に設定されている。なお、改質触媒２１の下流近傍には、ＥＧＲガスの温度を検出する温度センサが設けられており、更に必要に応じてＥＧＲガスの圧力を検出する圧力センサを設けることもできる。

以上のように構成したことで、主流排気通路１２ａ，１２ｂを流れる主流排気ガスは、改質触媒２１，２２に設けられた浄化用触媒（図示せず）によって浄化されるとともに、更に下流の触媒３０によって浄化され、主流排気通路１２ｃを経て大気に排出される。

また、ＥＧＲ通路１４を流れるＥＧＲガスは、改質触媒２２を通過する際に主流排気通路１２ａを流れる主流排気ガスから受熱し、燃料噴射インジェクタ１８によって燃料を噴射添加され、改質触媒２１に導入される。この受熱により排気ガス熱を有効利用でき、燃費向上に寄与することができる。

燃料を添加されたＥＧＲガスは、燃料噴射インジェクタ１８の上流側へと気化膨張するが、改質触媒２２が圧力抵抗体として機能するので、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２ａ側へと逆流するのを抑制することができる。また、この気化膨張によって改質触媒２２に進入してきたガスを、この改質触媒２２に設けられた改質用触媒（図示せず）によって補助的に改質することもできる。

また、燃料を噴射添加され改質触媒２１に導入されＥＧＲガスは、この改質触媒２１に設けられた改質用触媒（図示せず）によって改質され、ＥＧＲクーラ１５にて冷却されてから吸気マニホルド１７に導入される。この改質の際には、主流排気通路１２ｂを流れる主流排気ガスから受熱するので、この受熱により排気ガス熱を有効利用でき、燃費向上に寄与することができる。

なお、ＥＧＲガスの流量は、エンジン１０の運転条件（たとえば、エンジン１０の回転数、吸気量、ＥＧＲガス温度等）に応じてＥＧＲバルブ１６によって調整される。また、燃料噴射インジェクタ１８による燃料の噴射量、噴射間隔、噴射回数もエンジン１０の運転状況に応じて調整される。

以上のように、この実施例１に係る内燃機関の排気制御装置によれば、燃料改質時に気化した燃料ガスが主流排気通路１２ａへと逆流するのを抑制することにより、エミッション悪化を抑制し改質能力を向上することができる。

なお、上記実施例１においては、改質触媒２２は、ＥＧＲ通路１４を流れるＥＧＲガスを改質する改質用触媒を備えるものとして説明したが、上記逆流を抑制できる程度の圧力抵抗体として機能するものであれば、この改質用触媒を備えずに、主流排気通路１２ａを流れる主流排気ガスを浄化するための浄化用触媒のみを備えるように構成してもよい。

すなわち、主流排気ガスの浄化用触媒と、ＥＧＲガスを流す流路のみを備えた、いわゆる担体（圧損増加手段）のみにて形成してもよい。この場合、ＥＧＲガスの上記補助的な改質ができなくなるものの、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２ａ側へと逆流するのを抑制することができるので、上記実施例１の場合と同様にエミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

図２は、この発明の実施例２に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。

上記実施例１では、デュアル排気システムの各主流排気通路１２ａ，１２ｂに改質触媒２１，２２を設けた例を示したが（図１参照）、本実施例２では、図２に示すように、シングル排気システムの主流排気通路（排気通路）１２の部分周囲を外筒としてのＥＧＲ通路１４ａで覆い、このＥＧＲ通路１４ａ内に改質触媒２１，２２を直列に設けたものである。

ＥＧＲ通路１４の上流側端部は排気マニホルド（排気通路）１１の一部に接続され、下流側端部はＥＧＲクーラ１５に接続されている。改質触媒２１，２２の構成と、システムの基本構成および制御方法は、上記実施例１の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

以上のように、この実施例２に係る内燃機関の排気制御装置によれば、燃料噴射インジェクタ１８によって燃料を添加されたＥＧＲガスは、燃料噴射インジェクタ１８の上流側へと気化膨張するが、改質触媒２２が圧力抵抗体として機能するので、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から排気マニホルド１１側へと逆流するのを抑制することができる。これにより、エミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

図３は、この発明の実施例３に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。上記実施例２では、ＥＧＲ通路１４の上流側端部が排気マニホルド１１の一部に接続されている例を示した（図２参照）。これに対して本実施例３では、図３に示すように、主流排気通路１２に導入穴２６を設け、主流排気通路１２の部分周囲を外管２５で覆って形成したＥＧＲ通路１４内に、噴射前触媒（圧損増加手段）２３と改質触媒２１とを設けたものである。

この噴射前触媒２３は、改質用触媒を備え、かつ上記圧損増加手段として機能する圧力抵抗体として構成されたものである。すなわち、燃料噴射インジェクタ１８によって燃料を添加されたＥＧＲガスは、燃料噴射インジェクタ１８の上流側へと気化膨張するが、噴射前触媒２３が圧力抵抗体として機能するので、ＥＧＲガスが噴射前触媒２３を超えて導入穴２６から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制することができる。

また、噴射前触媒２３による圧力損失は、改質触媒２１による圧力損失と同等以下に設定されている。すなわち、噴射前触媒２３よりも下流に配置された改質触媒２１に導入されるＥＧＲガスの流れをできるだけ妨げないようにすることで、噴射前触媒２３により上記逆流を抑制しつつ、改質触媒２１への接触時間を確保し、改質能力を向上させることができる。

なお、改質触媒２１の構成と、システムの基本構成および制御方法は、上記実施例１の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

以上のように、この実施例３に係る内燃機関の排気制御装置によれば、エミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

なお、上記実施例３においては、噴射前触媒２３は、ＥＧＲガスを改質する改質用触媒を備えるものとして説明したが、上記逆流を抑制できる程度の圧力抵抗体として機能するものであれば、この改質用触媒を備えずに、ＥＧＲガスを流す流路のみを備えた、いわゆる担体（圧損増加手段）のみにて形成してもよい。

この場合、ＥＧＲガスの上記補助的な改質ができなくなるものの、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制することができるので、上記実施例１の場合と同様にエミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

図４は、この発明の実施例４に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。上記実施例１では、デュアル排気システムの各主流排気通路１２ａ，１２ｂに改質触媒２１，２２を設けた例を示したが（図１参照）、本実施例４では、図４に示すように、シングル排気システムの主流排気通路１２を分岐部１３にて分岐してＥＧＲ通路１４を設け、このＥＧＲ通路１４に改質触媒２１，２２を直列に設けたものである。

この改質触媒２２は、ＥＧＲガスを改質する改質用触媒のみを備えている。改質触媒２１，２２の基本構成と、システムの基本構成および制御方法は、上記実施例１の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

以上のように、この実施例４に係る内燃機関の排気制御装置によれば、燃料噴射インジェクタ１８によって燃料を添加されたＥＧＲガスは、燃料噴射インジェクタ１８の上流側へと気化膨張するが、改質触媒２２が圧力抵抗体として機能するので、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制することができる。これにより、エミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

図５は、この発明の実施例５に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。上記実施例４では、改質触媒２２が改質用触媒のみを備えている例について説明した。これに対し、本実施例５は、改質用触媒を備えずに、上記逆流を抑制できる程度の圧力抵抗体として機能し、ＥＧＲガスを流す流路のみを備えた、担体（圧損増加手段）２２ａを設けたものである。

以上のように、この実施例５に係る内燃機関の排気制御装置によれば、担体２２ａによってＥＧＲガスの上記補助的な改質ができなくなるものの、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制することができるので、上記実施例１の場合と同様にエミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

図６は、この発明の実施例６に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。上記実施例５では、担体２２ａを燃料噴射インジェクタ１８の上流側近傍に設けた例について説明した。これに対し、本実施例６は、担体２２ａをＥＧＲ通路１４の分岐部１３の近傍に設けたものである。その他の基本構成および制御方法は、上記実施例５の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

以上のように、この実施例６に係る内燃機関の排気制御装置によれば、担体２２ａによってＥＧＲガスの上記補助的な改質ができなくなるものの、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制することができるので、上記実施例１の場合と同様にエミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

図７は、この発明の実施例７に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。上記実施例６では、担体２２ａをＥＧＲ通路１４の分岐部１３の近傍に設けることによりＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制するようにした。これに対して本実施例７では、上記担体２２ａの代わりに絞り手段（圧損増加手段）３２を設けたものである。

すなわち、流路断面積を小さくした絞り手段３２を設けたことにより、上記担体２２ａと同様の圧力抵抗体として機能するようにしたものである。その他の基本構成および制御方法は、上記実施例６の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

以上のように、この実施例７に係る内燃機関の排気制御装置によれば、絞り手段３２によってＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制することができるので、上記実施例１の場合と同様にエミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

図８は、この発明の実施例８に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。上記実施例７では、絞り手段３２をＥＧＲ通路１４の分岐部１３の近傍に設けることによりＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制するようにした。

これに対して本実施例８では、上記絞り手段３２の代わりに、ＥＧＲ通路１４、すなわち改質器２０へ導入するＥＧＲガスの流量を調整する流量調整用バルブ（流量調整弁）３４を設け、かつ、実施例４と同様の位置に改質触媒２２を設けたものである。

すなわち、この流量調整用バルブ３４を必要時に閉弁することにより、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制するようにしたものである。その他の構成および基本制御方法は、上記実施例１の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

この流量調整用バルブ３４は、たとえば、図示しない制御装置（ＥＣＵ）によって図９に示すように制御することができる。ここで、図９は制御方法を示すフローチャートである。

図９に示すように、エンジン１０の所定の運転条件時に、上記ＥＣＵによって改質開始フラグが出力されたら（ステップＳ１０）、それらの運転条件（たとえば、エンジン１０の回転数、吸気量、ＥＧＲガス温度等）を読み込む（ステップＳ１１）。

上記読み込んだ運転条件に基づいて、燃料の改質に必要な燃料噴射インジェクタ１８による燃料の噴射量、噴射間隔、噴射回数等を決定する（ステップＳ１２）。これらのデータは、予め実験等により得られたマップとして上記ＥＣＵに記憶されている。

そして、上記ステップＳ１２で決定された制御量に基づいて燃料噴射インジェクタ１８が制御され、噴射が開始される（ステップＳ１３）。続いて、流量調整用バルブ３４の開閉時間が決定され（ステップＳ１４）、開閉が開始される（ステップＳ１５）。

この流量調整用バルブ３４の開閉は、たとえば、図１０のタイムチャートに示すように、ＥＧＲガスへの燃料噴射が終了する前（たとえば、時間ｔ前）に閉弁され、噴射ガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを抑制できるように、ステップＳ１１で読み込まれた各運転条件に応じて決定される。この開閉タイミングも予め実験等により得られたマップとして上記ＥＣＵに記憶されている。ここで、図１０は、流量調整用バルブの制御例を示すタイムチャートである。

つぎに、所定の改質制御が完了したと判断され、改質停止フラグが出力（ステップＳ１６）されたら、燃料噴射インジェクタ１８による燃料の噴射が停止されるとともに、ＥＧＲガスの逆流を抑制する必要がなくなったため流量調整用バルブ３４を開弁し（ステップＳ１７）、制御を終了する。

以上のように、この実施例８に係る内燃機関の排気制御装置によれば、燃料噴射インジェクタ１８によって燃料を添加されたＥＧＲガスは、燃料噴射インジェクタ１８の上流側へと気化膨張するが、流量調整用バルブ３４が閉弁されているので、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１４から主流排気通路１２側へと逆流するのを確実に抑制することができる。これにより、エミッション悪化を抑制し、改質能力を向上することができる。

また、流量調整用バルブ３４を閉弁することにより、改質制御の必要のない運転時にＥＧＲ通路１４を塞ぐことができる。したがって、エンジン１０のリーン運転時等に改質触媒２１，２２が劣化するのを抑制することができる。また、燃料性状が変化し、改質触媒２１，２２が硫黄被毒等により劣化するのを抑制することができる。

なお、上記実施例８においては、燃料改質の所定時に流量調整用バルブ３４を閉弁（全閉）するものとして説明したが、これに限定されず、たとえば、燃料噴射量やＥＧＲガス量に応じて、流量調整用バルブ３４を全閉させずに所定量絞ることによって圧力抵抗体として機能させ、上記逆流を抑制することもできる。

以上のように、この発明に係る内燃機関の排気制御装置は、燃料の改質器を備えた内燃機関に有用であり、特に、燃料改質時に気化した燃料ガスが排気主管路へと逆流するのを抑制することにより、エミッション悪化を抑制し改質能力を向上することを目指す内燃機関に適している。

この発明の実施例１に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。この発明の実施例２に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。この発明の実施例３に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。この発明の実施例４に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。この発明の実施例５に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。この発明の実施例６に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。この発明の実施例７に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。この発明の実施例８に係る内燃機関の排気制御装置を示す概略構成図である。制御方法を示すフローチャートである。流量調整用バルブの制御例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０エンジン（内燃機関）
１１排気マニホルド（排気通路）
１１ａ、１１ｂ排気マニホルド（排気通路）
１２主流排気通路（排気通路）
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ主流排気通路（排気通路）
１３分岐部
１４、１４ａＥＧＲ通路（排気再循環通路）
１５ＥＧＲクーラ（排気再循環装置）
１６ＥＧＲバルブ（排気再循環装置）
１７吸気マニホルド（吸気通路）
１８燃料噴射インジェクタ（燃料噴射手段）
２０改質器
２１改質触媒（改質器）
２２改質触媒（圧損増加手段）
２２ａ担体（圧損増加手段）
２３噴射前触媒（圧損増加手段）
２５外管
２６導入穴
３０触媒
３２絞り手段（圧損増加手段）
３４流量調整用バルブ（流量調整弁）

Claims

内燃機関の排気通路と吸気通路とを結ぶ排気再循環通路を構成要素とするとともにこの排気再循環通路を介して排気ガスを前記排気通路から前記吸気通路に再循環する排気再循環装置と、
前記排気再循環通路に設けられ、前記内燃機関から排出された排気ガスの一部に燃料噴射手段によって燃料を添加し当該燃料を改質する改質器と、
を備え、前記改質器によって改質した前記燃料を改質ガスとして前記吸気通路に供給可能とした内燃機関の排気制御装置において、
前記排気再循環通路中であって前記燃料噴射手段によって前記燃料を添加する部位よりも上流側には、前記改質器へ導入される前記排気ガスの圧力損失を所定量増加させ、前記燃料を添加された前記排気ガスが前記排気再循環通路から前記排気通路側へと逆流するのを抑制する圧損増加手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
前記圧損増加手段は触媒を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
前記排気再循環通路中であって前記圧損増加手段の上流側には、前記改質器へ導入する前記排気ガスの流量を調整するとともに、前記逆流を抑制する流量調整弁を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気制御装置。
前記流量調整弁は、前記排気ガス中への前記燃料の噴射が終了する前に閉弁され、または絞られることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気制御装置。
前記圧損増加手段による圧力損失は、前記改質器による圧力損失と同等以下に設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の排気制御装置。