(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
内燃機関から排出される排気ガスの一部を還流ガスとして前記ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路から内燃機関の吸気通路に戻す排気還流通路と、
内燃機関の所定の気筒の吸気行程または膨張行程または排気行程で当該気筒内に燃料を副噴射して前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する副噴射手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気還流通路に設けられ、還流ガス中の還元剤を浄化する還流ガス浄化触媒と、
当該還流ガス浄化触媒を迂回して還流ガスを吸気通路に流通せしめるバイパス通路と、
前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路を通る還流ガスの流れを制御する還流ガス流通制御手段と、を備え、
前記還流ガス流通制御手段は、排気ガス温度の大きさに応じて、前記還流ガスを前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路のいずれか一方に流通させるべく還流ガスの流れを切り換えるものであり、
前記還流ガス浄化触媒とは活性温度を異にする第２の還流ガス浄化触媒が、前記バイパス通路に設けられている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設けられたＮＯｘ触媒と、
内燃機関から排出される排気ガスの一部を還流ガスとして前記ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路から内燃機関の吸気通路に戻す排気還流通路と、
内燃機関の所定の気筒の吸気行程または膨張行程または排気行程で当該気筒内に燃料を副噴射して前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する副噴射手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気還流通路に設けられ、還流ガス中の還元剤を浄化する還流ガス浄化触媒と、
当該還流ガス浄化触媒を迂回して還流ガスを吸気通路に流通せしめるバイパス通路と、
前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路を通る還流ガスの流れを制御する還流ガス流通制御手段と、を備え、
前記還流ガス流通制御手段は、気筒内に燃料が副噴射されたときには還流ガスを前記還流ガス浄化触媒に流通させるとともに前記バイパス通路には流通させないようにし、気筒内に燃料が副噴射されないときには還流ガスを前記バイパス通路に流通させるとともに前記還流ガス浄化触媒には流通させないように、還流ガスの流れを切り換えることを特徴と
する内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化可能な内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させる対策としては、ＮＯｘの生成そのものを抑制する方法と、生成されたＮＯｘを浄化する方法とがある。
【０００３】
前者のＮＯｘの生成を抑制する方法の一つとして、排気ガスの一部を吸気系に戻す、いわゆる排気還流（以下、ＥＧＲと略す）がある。ＥＧＲは、燃焼室に不活性ガス（排気ガス）を導入することにより、燃焼温度を下げてＮＯｘの生成量を減少させるものである。
【０００４】
一方、後者の排気ガス中のＮＯｘを浄化する方法の一つとして、触媒を用いる方法がある。ＮＯｘを浄化できる触媒にも種々あるが、酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯｘを還元または分解するＮＯｘ触媒、いわゆる選択還元型ＮＯｘ触媒は、空燃比リーンの状態で燃焼させる内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンから排出される排気ガスのＮＯｘ浄化に多用されている。この選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを浄化するためには触媒周囲に適量のＨＣ成分が必要とされる。ところが、前記内燃機関の通常運転時の排気ガス中のＨＣ成分の量は極めて少なく、そのため、通常運転時にＮＯｘを浄化するためには、選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣ成分を供給する必要がある。
【０００５】
このＨＣ成分を供給する手法の一つとして、燃料の副噴射がある（特開平８−２６１０５２号公報等）。これは、内燃機関の所定の気筒の吸気行程または膨張行程または排気行程で当該気筒内に燃料噴射弁から燃料を噴射（副噴射）することにより、排気ガスの空燃比をリッチにして、選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣ成分を供給する手法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＥＧＲによるＮＯｘ生成の抑制と、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化を組み合わせると、ＮＯｘ排出量を大幅に低減することができるはずであるが、この場合に選択還元型ＮＯｘ触媒へのＨＣ供給を副噴射で行うと次のような問題が生じる。
【０００７】
副噴射によって排気ガス中のＨＣ，ＣＯや、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）等のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）が一時的に高濃度になるが、この排気ガスの一部が還流ガス（以下、ＥＧＲガスという）として排気還流通路を介して気筒内に導入されると、燃焼ガスに悪影響を与える虞れがある。
【０００８】
また、前述の如く高濃度のＨＣやＰＭが気筒内に導入されると、機関摺動部に油膜切れが生じてボアの摩耗を促進させたり、オイル性状の劣化を早めたりする虞れがある。
【０００９】
また、排気還流通路には、ＥＧＲガスの還流量を制御する排気還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と略す）や、ＥＧＲガスを冷却するための還流ガスクーラ（以下、ＥＧＲクーラと略す）等の機器が設置されているが、前述の如く高濃度のＨＣ，ＰＭが排気還流通路に流れ込むと、ＰＭ等が前記機器に付着、堆積して、これら機器の機能を損なわせたり、作動不良を生じさせたりする虞れがある。例えば、ＥＧＲ弁を閉塞させて排気還流を不可能にしたり、ＥＧＲ弁を固着して還流量を制御不能にしたり、ＥＧＲクーラの一部を閉塞させたり、ＥＧＲクーラの熱交換性能を低下させたりする虞れがある。
【００１０】
さらに、内燃機関の吸気中にＰＭやＰＭの核となるものが含まれていると、スモークが発生し易くなるため、スモーク発生を抑制するためにＥＧＲ率を低下させなければならない場合も生じる。
【００１１】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＥＧＲガス中の還元剤を浄化してからＥＧＲガスを吸気系に戻すことにより、燃焼への悪影響をなくし、各機器が正常に作動するようにし、ボア摩耗やオイル性状劣化の抑制を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、内燃機関から排出される排気ガスの一部を還流ガスとして前記ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路から内燃機関の吸気通路に戻す排気還流通路と、内燃機関の所定の気筒の吸気行程または膨張行程または排気行程で当該気筒内に燃料を副噴射して前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する副噴射手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気還流通路に、還流ガス中の還元剤を浄化する還流ガス浄化触媒が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
気筒内に燃料が副噴射されると、高濃度のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦ等のＰＭを含む排気ガスが還流ガスとして排気還流通路に流れるようになる。しかしながら、還流ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦ等は、還流ガス浄化触媒を通る際に浄化され、浄化された還流ガスが吸気通路に戻されようになる。したがって、副噴射に起因するＥＧＲへの種々の悪影響を未然に防止することができる。
【００１４】
本発明における内燃機関としては、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等を例示することができる。
【００１５】
排気通路に設けられたＮＯｘ触媒としては、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。選択還元型ＮＯｘ触媒には、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されて構成された触媒であり、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出する。
【００１６】
還流ガス浄化触媒としては、酸化触媒、あるいは選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒などを例示することができる。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記排気還流通路に、還流ガスを冷却する還流ガスクーラを設置し、前記還流ガス浄化触媒を、前記還流ガスクーラよりも上流に設けることが可能である。このようにすると、還流ガス中のＳＯＦ等が還流ガスクーラに付着するのを防止することができ、還流ガスクーラの閉塞や熱交換性能の低下を防止することができる。
【００１８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記還流ガス浄化触媒を迂回して還流ガスを流通せしめるバイパス通路と、前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路を通る還流ガスの流れを制御する還流ガス流通制御手段と、を備えてもよい。
【００１９】
そして、その場合、前記還流ガス流通制御手段は、排気ガス温度の大きさに応じて、前記還流ガスを前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路のいずれか一方に流通させるべく還流ガスの流れを切り換えるものとすることができる。このようにすると、還流ガス浄化触媒の耐久性が向上する。
【００２０】
さらに、前記還流ガス浄化触媒とは活性温度を異にする第２の還流ガス浄化触媒を、前記バイパス通路に設けることも可能である。このようにすると、広い温度範囲に亙って還流ガスを浄化することができる。
【００２１】
また、前記還流ガス流量制御手段は、気筒内に燃料が副噴射されたときには還流ガスを前記還流ガス浄化触媒に流通させるとともに前記バイパス通路には流通させないようにし、気筒内に燃料が副噴射されないときには還流ガスを前記バイパス通路に流通させるとともに前記還流ガス浄化触媒には流通させないように、還流ガスの流れを切り換えるものとすることができる。このようにすると、還流ガス浄化触媒の耐久性が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図７の図面に基いて説明する。尚、以下に記載する実施の形態は、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としての車両用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１は内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態における全体構成を示す図である。エンジン１は６気筒ディーゼルエンジンであり、１番気筒（＃１）から６番気筒（＃６）の各気筒１１，１２，１３，１４，１５，１６の燃焼室には、吸気管（吸気通路）２、吸気マニホールド（吸気通路）３、及び吸気マニホールド３から分岐された吸気枝管２１，２２，，２３，２４，２５，２６を介して新気が導入される。吸気管２の途中には、ターボチャージャ４のコンプレッサ５と、インタークーラ６と、吸気絞り弁７が設けられている。吸気絞り弁７は、エンジン１の運転状態に応じてエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００２４】
また、エンジン１には、各気筒１１〜１６に燃料を噴射する燃料噴射弁３１，３２，３３，３４，３５，３６が設けられている。燃料噴射弁３１〜３６は、圧縮上死点近傍において対応する気筒に燃料を主噴射し、所定の気筒の吸気行程あるいは膨張行程あるいは排気行程において対応する気筒の前記燃料噴射弁から燃料を副噴射するように、ＥＣＵ１００によって制御されている。副噴射された燃料のＨＣ成分は、後述する選択還元型ＮＯｘ触媒１０ａに供給される。この実施の形態において、燃料噴射弁３１〜３６とＥＣＵ１００は副噴射手段を構成する。
【００２５】
主噴射あるいは副噴射における燃料噴射弁３１〜３６の開弁時期及び開弁時間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００により制御され、１番気筒１１から６番気筒１６のうちのいずれの気筒に対して副噴射を実行するかはエンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００が決定する。
【００２６】
各気筒１１〜１６の燃焼室で生じた排気ガスは、各気筒１１〜１６に対応して設けられた排気枝管４１，４２，４３，４４，４５，４６を介して排気マニホールド（排気通路）４０に排出される。
【００２７】
排気マニホールド４０に流入した排気ガスは、集合排気管（排気通路）８を介して大気に排出される。集合排気管８の途中には、ターボチャージャ４のタービン９と、触媒コンバータ１０が設けられている。排気ガスはタービン９を駆動し、タービン９に連結されたコンプレッサ５を駆動して、吸気を過給する。
【００２８】
触媒コンバータ１０には選択還元型ＮＯｘ触媒１０ａが収容されている。選択還元型ＮＯｘ触媒１０ａは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒であり、選択還元型ＮＯｘ触媒には、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００２９】
集合排気管８において触媒コンバータ１０の入口近傍と出口近傍には、触媒コンバータ１０に流入する排気ガスの温度あるいは触媒コンバータ１０から流出する排気ガスの温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５２が取り付けられている。これら入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５２の出力信号に基づいて、ＥＣＵ１００は触媒コンバータ１０の触媒床温（触媒温度）を演算する。
【００３０】
また、排気マニホールド４０に流入した排気ガスの一部はＥＧＲガス（還流ガス）として、ＥＧＲ管（排気還流通路）４７を介して吸気マニホールド３に再循環可能になっている。ＥＧＲ管４７の途中には、その上流側から順に、酸化触媒（還流ガス浄化触媒）５０、ＥＧＲクーラ（還流ガスクーラ）４８、ＥＧＲ弁４９が設置されている。尚、酸化触媒５０は、ＥＧＲ管４７の最上流部（即ち、排気マニホールド４０との接続口のすぐ下流側）に配置されている。
【００３１】
ＥＧＲクーラ４８は、図２に示すようにシェルアンドチューブ構造の熱交換器であり、冷却水が流通可能な冷却室４８ａに、多数の熱交換チューブ４８ｂを貫通設置して構成されており、ＥＧＲガスは熱交換チューブ４８ｂを通過する際に冷却水と熱交換して冷却される。ＥＧＲ弁４９は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって開度制御され、ＥＧＲガスの還流量を制御する。
【００３２】
ＥＣＵ１００はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、触媒コンバータ１０にＨＣを供給するための副噴射制御を行っている。
【００３３】
これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力ポートには、アクセル開度センサ７１からの入力信号と、クランク角センサ７２からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ７１はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はアクセル開度センサ７１の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クランク角センサ７２はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はこの出力パルスに基づいてエンジン回転速度を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によってエンジン運転状態が判別される。
【００３４】
次に、この実施の形態における排気浄化装置の作用について説明する。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じて、各燃料噴射弁３１〜３６を所定の開弁時期に所定時間開弁して各気筒１１〜１６内に所定量の燃料を主噴射する。各気筒１１〜１６内に主噴射された燃料は、爆発・燃焼した後、排気ガスとして、各排気枝管４１〜４６、排気マニホールド４０、集合排気管８、触媒コンバータ１０を通って大気に排気される。
【００３６】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じて、前記主噴射された燃料の爆発・燃焼により生じた排気ガス中のＮＯｘを触媒コンバータ１０で浄化するのに必要な還元剤量に相当する燃料の副噴射量を演算し、この副噴射量の燃料を副噴射するべく、所定の気筒の燃料噴射弁を、当該気筒の膨張行程あるいは排気行程における所定の開弁時期に所定時間開弁する。副噴射された燃料のＨＣ成分は、爆発行程の熱により軽質なＨＣに改質されて、排気ガスと共に前記排気経路を通って触媒コンバータ１０に供給される。その結果、排気ガス中のＮＯｘは触媒コンバータ１０の選択還元型ＮＯｘ触媒１０ａにおいて還元され、Ｎ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２となって大気に放出される。
【００３７】
また、エンジン１の各気筒１１〜１６から排出される排気ガスの一部はＥＧＲガスとして、排気マニホールド４０からＥＧＲ管４７を通り、ＥＧＲクーラ４８、ＥＧＲ弁４９を通って吸気マニホールド３に還流し、吸気管２から吸気された新気と混合されて、各吸気枝管２１〜２６を介して各気筒１１〜１６内に吸気される。
【００３８】
ところで、ＥＧＲ管４７にも副噴射された燃料が排気ガスと共に流入する可能性があり、そのため、高濃度のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦ等のＰＭがＥＧＲ管４７に流入する可能性がある。しかしながら、この排気浄化装置においては、ＥＧＲ管４７の最上流部（即ち、排気マニホールド４０との接続口のすぐ下流側）に酸化触媒５０が設置されているので、ＥＧＲ管４７に流入した排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦ等のＰＭは酸化触媒５０により酸化されて、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等になる。したがって、この排気浄化装置では、高濃度のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦ等のＰＭを浄化された排気ガスが、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ管４７、ＥＧＲクーラ４８、ＥＧＲ弁４９を流れ、吸気マニホールド３に還流することとなる。
【００３９】
その結果、ＥＧＲガスが、主噴射された燃料の燃焼に悪影響を及ぼすことがない。また、この時に気筒１１〜１６内に導入されたＥＧＲガスが、潤滑油の油膜切れを促進することがなく、したがって、機関摺動部の摩耗を促進することもない。さらに、このＥＧＲガスがオイル性状に悪影響を及ぼすこともない。
また、燃料の副噴射を実行し且つＥＧＲを行ったときのＥＧＲ効果と、燃料の副噴射を実行せずＥＧＲを行ったときのＥＧＲ効果とを比較すると、ほぼ同等のＥＧＲ効果を得ることができ、同じＥＧＲ率（等ＥＧＲ率）で同等のスモーク発生の抑制を図ることができる。
【００４０】
また、ＥＧＲ管４７の内壁面にＳＯＦや煤が付着することがなく、ＥＧＲクーラ４８の熱交換チューブ４８ｂの内壁面にＳＯＦや煤が付着することがなく、ＥＧＲ弁４９の弁体作動部にＳＯＦや煤が付着することがないので、ＥＧＲガスの流路が閉塞してＥＧＲガスが流れなくなるということがない。また、ＥＧＲクーラ４８の熱交換性能を低下させることもなく、ＥＧＲ弁４９を固着させて作動不良を生じせしめＥＧＲガスの還流量制御を不良あるいは不能にすることもない。
【００４１】
尚、図３に示すように、ＥＧＲクーラ４８の熱交換チューブ４８ｂの内壁面４８ｃにも酸化触媒５３をコーティングしておくと、酸化触媒５０において浄化しきれなかったＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦがＥＧＲガス中に存在しているときに、これらを、熱交換チューブ４８ｂを通過する際に酸化触媒５３によって酸化し、浄化することができるので、より効果的である。この熱交換チューブ４８ｂの内面に設けた酸化触媒５３は、ＥＧＲクーラ４８の冷却室４８ａを流れる冷却水によって冷却されているため、触媒表面温度が所定温度（例えば、３００゜Ｃ）以上になることがない。したがって、酸化触媒５３は熱劣化する虞れがないので、非常に低温活性な酸化触媒を採用することができる。
【００４２】
〔第２の実施の形態〕
図４は本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態における全体構成を示す図である。この第２の実施の形態の排気浄化装置は、前述した第１の実施の形態の排気浄化装置に、次の構成が付加されたものである。
【００４３】
ＥＧＲ管４７においてＥＧＲクーラ４８の下流側であってＥＧＲ弁４９の上流側と、排気マニホールド３とは、バイパス管（バイパス通路）５４によって接続されている。ＥＧＲ管４７において酸化触媒５０とＥＧＲクーラ４８との間には第１制御弁５５が設けられ、バイパス管５４には第２制御弁５６が設けられている。第１制御弁５５と第２制御弁５６は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００により制御され、第１制御弁５５と第２制御弁５６はＥＣＵ１００とともに、ＥＧＲガスの流れを制御する還流ガス流通制御手段を構成する。
【００４４】
ＥＧＲ管４７においてＥＧＲクーラ４８の出口近傍には、ＥＧＲクーラ４８から流出するＥＧＲガスの温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力するＥＧＲクーラ出ガス温センサ５７が取り付けられている。また、吸気マニホールド３には、吸気マニホールド３内の吸気温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する吸気温センサ５８が取り付けられ、排気マニホールド４０には、排気マニホールド４０内の排気ガス温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力するエキマニ温センサ５９が取り付けられている。
【００４５】
このように構成された第２の実施の形態の排気浄化装置では、第１制御弁５５と第２制御弁５６を次のように制御することができる。
【００４６】
＜第１の制御例＞
エンジン１から排出される排気ガスの温度は、エンジン１の運転状態によって変化するので、ＥＧＲガスも高温になる場合がある。したがって、酸化触媒５０としては高温にも耐え得る触媒を採用する必要があり、低温活性を犠牲にせざるを得ない。そのため、低温のＥＧＲガスが酸化触媒５０を通過するときには触媒効果が殆どなく、酸化触媒５０に通す意味が殆どないだけでなく、却って酸化触媒５０の劣化を促進させてしまう。
【００４７】
そこで、この第１の制御例では、ＥＣＵ１００は、エキマニ温センサ５９の出力信号に基づき、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が所定の設定温度Ｔ１以下と判定したときには、第１制御弁５５を全閉にし、第２制御弁５６を全開にするように制御し、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が前記設定温度Ｔ１を越えていると判定したときには、第１制御弁５５を全開にし、第２制御弁５６を全閉にするように制御する。
【００４８】
このように制御すると、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が設定温度Ｔ１以下のときには、ＥＧＲガスは、酸化触媒５０及びＥＧＲクーラ４８を通らず、バイパス管５４及びＥＧＲ弁４９を通って吸気マニホールド３に戻ることになる。その結果、低温の排気ガスが酸化触媒５０を通らないことにより、酸化触媒５０の劣化を抑制することができる。また、この場合には、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ４８を迂回して流れるので、ＥＧＲガス内に存在するＰＭ等がＥＧＲクーラ４８に付着するのを防止することができる。
【００４９】
そして、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が設定温度Ｔ１を越えたときには、ＥＧＲガスは、酸化触媒５０、ＥＧＲクーラ４８、ＥＧＲ弁４９を通って、吸気マニホールド３に戻ることになり、バイパス管５４にはＥＧＲガスは流れない。この場合のＥＧＲガスの流れは第１の実施の形態の排気浄化装置と同じであり、作用・効果も第１の実施の形態と同じであるので説明は省略する。
【００５０】
＜第２の制御例＞
エンジン１に対する燃料の副噴射は、常時実行するわけではなく、エンジン１の運転状態に応じて副噴射を実行すべき運転領域と、副噴射を実行すべきでない運転領域がある。副噴射を実行すべき運転領域においてエンジン１から排出される排気ガスには高濃度のＨＣ，ＣＯ，ＰＭが含まれるので、この排気ガスをＥＧＲガスとして吸気に戻すと問題が生じるが、副噴射を実行すべきでない運転領域においてエンジン１から排出される排気ガスはＨＣ，ＣＯ，ＰＭの濃度が低いので、この排気ガスをＥＧＲガスとして吸気に戻しても特に問題は生じない。
【００５１】
そこで、この第２の制御例では、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態が副噴射を実行すべき運転領域にあるか否かを判定し、副噴射を実行すべき運転領域にあるときには、第１制御弁５５を全開にし、且つ第２制御弁５６を全閉にするように制御し、副噴射を実行すべきでない運転領域にあるときには、第１制御弁５５を全閉にし、且つ第２制御弁５６を全開にするように制御する。
【００５２】
このように制御すると、エンジン１が副噴射を実行すべき運転領域にあるときには、排気ガスを酸化触媒５０に通し浄化してからＥＧＲガスとすることができ、エンジン１が副噴射すべきでない運転領域にあるときには、排気ガスをバイパス管５４に通すことにより、酸化触媒５０を通さずにＥＧＲガスとすることができる。これにより、酸化触媒５０の劣化を抑制して耐久性を高め、寿命を長くすることができる。
【００５３】
また、上述した第２の制御例の変形例として、次のように制御することも可能である。エンジン１の気筒に対する燃料の副噴射は、全ての気筒に対して行うとは限らず、一部の気筒（例えば、６気筒あるうちの４番気筒１４と５番気筒１５と６番気筒１６）についてだけ副噴射を行うことが多い。
【００５４】
この場合、副噴射を行わない気筒から排出される排気ガスのＨＣ，ＣＯ，ＰＭの濃度は、酸化触媒による浄化を行わずにＥＧＲガスとして吸気に戻しても何ら問題が生じない程度である。この浄化せずとも問題が生じないＥＧＲガスを酸化触媒５０に流通させると酸化触媒５０の劣化を促進して寿命を短くしてしまう。
【００５５】
そこで、この第２の制御例の変形例では、ＥＣＵ１００は、副噴射された気筒から排気ガスが排出されるタイミングでは、第１制御弁５５を全開にし、且つ第２制御弁５６を全閉にするように制御し、副噴射されない気筒から排気ガスが排出されるタイミングでは、第１制御弁５５を全閉にし、且つ第２制御弁５６を全開にするように制御する。
【００５６】
このように制御すると、副噴射により高濃度のＨＣ，ＣＯ，ＰＭを含む排気ガスがＥＧＲガスとなる虞れがあるときにだけ、この排気ガスを酸化触媒５０に通し浄化してからＥＧＲガスとすることができ、ＨＣ，ＣＯ，ＰＭの濃度が低い排気ガスがＥＧＲガスとなるときには、バイパス管５４を通すことにより、酸化触媒５０を通さずにＥＧＲガスとすることができる。これにより、酸化触媒５０の劣化を抑制して耐久性を高め、寿命を長くすることができる。
【００５７】
＜第３の制御例＞
第１の実施の形態では、ＥＧＲ管４７の途中にＥＧＲクーラ４８が設けられていて、ＥＧＲガスは常にＥＧＲクーラ４８によって冷却されるようになっている。しかしながら、エンジン１が軽負荷運転のときにＥＧＲガスを冷やし過ぎると、各気筒１１〜１６内での燃焼が悪化し、白煙を発生する虞れがあるので、このような場合にはＥＧＲガスの冷却を弱めたいという要求がある。
【００５８】
そこで、この第３の制御例では、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲクーラ出ガス温センサ５７と吸気温センサ５８とエキマニ温センサ５９の出力信号に基づいて、第１制御弁５５と第２制御弁５６の開度制御を行い、ＥＧＲクーラ４８を通り冷却されるＥＧＲガスとバイパス管５４を通るため冷却されないＥＧＲガスとの流量比を制御して、ＥＧＲガスの温度がエンジン１の運転状態に応じた最適温度となるように制御する。尚、ＥＧＲクーラ４８を通るＥＧＲガスは、その上流の酸化触媒５０を通る際に、ＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦ等が浄化される。
【００５９】
図５は第２の実施の形態の排気浄化装置の変形例の要部構成を示す図である。この変形例では、バイパス管５４は、ＥＧＲ管４７において酸化触媒５０の下流側であってＥＧＲクーラ４８の上流側と、排気マニホールド４０とを接続するように配置されている。その他の構成については何ら変わるところはない。
この変形例においては、前記第１の制御例及び第２の制御例を採用することができ、酸化触媒５０の劣化を抑制することができる。ただし、この変形例においては、ＥＧＲガスはその全量がＥＧＲクーラ４８を通過するようになるので、前記第３の制御例を採用することはできない。
【００６０】
〔第３の実施の形態〕
図６は本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態における全体構成を示す図である。この第３の実施の形態の排気浄化装置は、前述した第２の実施の形態の排気浄化装置のバイパス管５４に別の酸化触媒（第２の還流ガス浄化触媒）６０を設けたものである。そして、酸化触媒５０には高温活性の酸化触媒が用いられ、酸化触媒６０には低温活性の酸化触媒が用いられている。
【００６１】
このように構成された第３の実施の形態の排気浄化装置では、第１制御弁５５と第２制御弁５６を次のように制御することができる。ＥＣＵ１００は、エキマニ温センサ５９の出力信号に基づき、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が所定の設定温度Ｔ２以上と判定したときには、第１制御弁５５を全開にし、且つ第２制御弁５６を全閉にするように制御し、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が前記設定温度Ｔ２未満であると判定したときには、第１制御弁５５を全閉にし、且つ第２制御弁５６を全開にするように制御する。
【００６２】
このように制御すると、ＥＧＲガス温度に応じて活性温度の異なる酸化触媒５０，６０を使い分けることができるので、広い温度範囲に亙って触媒性能を高く維持することができ、ＥＧＲガスを浄化するにはより効果的である。
【００６３】
詳述すると、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が設定温度Ｔ２以上の高温域では、ＥＧＲガスは高温活性型の酸化触媒５０だけに流れ、低温活性型の酸化触媒６０には流れなくなる。その結果、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦは高温活性型の酸化触媒５０によって浄化された後、ＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラ４８、ＥＧＲ弁４９を通って、吸気マニホールド３に戻ることとなる。そして、酸化触媒６０には高温の排気ガスが流れないので、酸化触媒６０の劣化が抑制されて耐久性が向上し、寿命を長くすることができる。
【００６４】
また、排気マニホールド４０内の排気ガス温度が設定温度Ｔ２未満の低温域では、ＥＧＲガスは低温活性型の酸化触媒６０にだけ流れ、高温活性型の酸化触媒５０には流れなくなる。その結果、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦは低温活性型の酸化触媒６０によって浄化された後、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ弁４９を通って、吸気マニホールド３に戻ることとなる。そして、酸化触媒５０には低温の排気ガスが流れないので、酸化触媒５０の劣化が抑制されて耐久性が向上し、寿命を長くすることができる。
【００６５】
尚、この第３の実施の形態の排気浄化装置においても、第２の実施の形態における第３の制御例のように、第１制御弁５５と第２制御弁５６の開度制御を行ってＥＧＲガスの温度制御を行うことが可能である。
【００６６】
図７は第３の実施の形態の排気浄化装置の変形例の要部構成を示す図である。この変形例では、バイパス管５４は、ＥＧＲ管４７において酸化触媒５０の下流側であってＥＧＲクーラ４８の上流側と、排気マニホールド４０とを接続するように配置されている。その他の構成については何ら変わるところはない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、内燃機関から排出される排気ガスの一部を還流ガスとして前記ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路から内燃機関の吸気通路に戻す排気還流通路と、内燃機関の所定の気筒の吸気行程または膨張行程または排気行程で当該気筒内に燃料を副噴射して前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する副噴射手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気還流通路に、還流ガス中の還元剤を浄化する還流ガス浄化触媒が設けられていることにより、排気ガス中の高濃度のＨＣ，ＣＯ，ＳＯＦ等のＰＭを浄化してから還流ガスとして吸気通路に戻すことができ、その結果、燃料を副噴射したときの排気ガスを排気還流するときに生じる諸問題（例えば、気筒内の燃焼悪化、排気還流通路の閉塞、還流ガスクーラの熱交換性能低下、排気還流制御弁の制御不良、機関摺動部の摩耗促進、オイル性能の劣化促進等）を未然に防止することができるという優れた効果が奏される。
【００６８】
また、前記還流ガス浄化触媒を迂回して還流ガスを流通せしめるバイパス通路と、前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路を通る還流ガスの流れを制御する還流ガス流通制御手段と、を備え、前記還流ガス流通制御手段は、排気ガス温度の大きさに応じて、前記還流ガスを前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路のいずれか一方に流通させるべく還流ガスの流れを切り換えるものとした場合には、還流ガス浄化触媒の耐久性を向上させることができる。
【００６９】
さらに、前記還流ガス浄化触媒とは活性温度を異にする第２の還流ガス浄化触媒を、前記バイパス通路に設けた場合には、広い温度範囲に亙って還流ガスを浄化することができる。
【００７０】
また、前記還流ガス浄化触媒を迂回して還流ガスを流通せしめるバイパス通路と、前記還流ガス浄化触媒と前記バイパス通路を通る還流ガスの流れを制御する還流ガス流通制御手段と、を備え、前記還流ガス流量制御手段は、気筒内に燃料が副噴射されたときには還流ガスを前記還流ガス浄化触媒に流通させるとともに前記バイパス通路には流通させないようにし、気筒内に燃料が副噴射されないときには還流ガスを前記バイパス通路に流通させるとともに前記還流ガス浄化触媒には流通させないように、還流ガスの流れを切り換えるものとした場合には、還流ガス浄化触媒の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態における概略構成を示すシステム図である。
【図２】前記第１の実施の形態の排気浄化装置に使用される還流ガスクーラの概略断面図である。
【図３】前記還流ガスクーラの熱交換チューブの拡大断面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態における概略構成を示すシステム図である。
【図５】前記第２の実施の形態の排気浄化装置の変形例における要部構成を示す図である。
【図６】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態における概略構成を示すシステム図である。
【図７】前記第３の実施の形態の排気浄化装置の変形例における要部構成を示す図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  吸気管（吸気通路）
３  吸気マニホールド（吸気通路）
８  集合排気管（排気通路）
１０  触媒コンバータ
１０ａ  選択還元型ＮＯｘ触媒
３１〜３６  燃料噴射弁（副噴射手段）
４０  排気マニホールド（排気通路）
４７  ＥＧＲ管（排気還流通路）
４８  ＥＧＲクーラ（還流ガスクーラ）
５０  酸化触媒（還流ガス浄化触媒）
５４  バイパス管（バイパス通路）
５５  第１制御弁（還流ガス流通制御手段）
５６  第２制御弁（還流ガス流通制御手段）
６０  酸化触媒（第２の還流ガス浄化触媒）
１００  ＥＣＵ（副噴射手段、還流ガス流通制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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