(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排気浄化触媒と、
上記排気浄化触媒上流側から上記内燃機関の吸気通路に排気を還流可能な排気還流通路と、
上記排気還流通路に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、
上記排気還流通路に設けられ、上記改質用燃料から水素を生成する改質触媒と、
上記内燃機関の運転状態に応じて上記吸気通路に還流する排気還流ガス量を調整する排気還流弁と、を有する内燃機関の排気還流装置において、
上記排気浄化触媒上流側の排気の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段を有し、
上記内燃機関の負荷が低い場合、上記排気浄化触媒上流側の排気を上記吸気通路に還流し、
上記内燃機関の負荷が高く、かつ上記酸素濃度検知手段で検知された酸素濃度が低い場合、上記排気浄化触媒上流側の排気を上記吸気通路に還流することを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
上記内燃機関の負荷が高く、かつ上記酸素濃度検知手段で検知された酸素濃度が高い場合、上記排気浄化触媒上流側から上記吸気通路への排気の還流を中止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
上記排気通路に接続される上記排気還流通路の一端側は、上記排気浄化触媒上流側で上記排気通路に接続される上流側排気導入部と、上記排気浄化触媒下流側で上記排気通路に接続される下流側排気導入部とに分岐するよう形成され、
上記内燃機関の負荷が低い場合、上記上流側排気導入部から排気を導入することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
上記内燃機関の負荷が高く、かつ上記酸素濃度検知手段で検知された酸素濃度が低い場合、上記上流側排気導入部から排気を導入することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
上記内燃機関の負荷が高く、かつ上記酸素濃度検知手段で検知された酸素濃度が高い場合、上記下流側排気導入部から排気を導入することを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
上記内燃機関の吸気通路に排気を還流する排気還流通路と、
上記排気還流通路に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、
上記排気還流通路に設けられ、上記改質用燃料により水素を含有するガスを生成する改質触媒と、
上記内燃機関の運転状態に応じて上記吸気通路に還流する排気還流ガス量を調整する排気還流弁と、
上記排気浄化触媒上流側の排気の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段と、
を有する内燃機関の排気還流装置において、
上記排気還流通路は、上記排気浄化触媒上流側の排気を導入する上流側排気導入部と、上記排気浄化触媒下流側の排気を導入する下流側排気導入部とを有し、
上記酸素濃度検知手段で検知された酸素濃度が低い場合、上記上流側排気導入部から上記排気還流通路への排気の導入を許可し、上記酸素濃度検知手段で検知された酸素濃度が高い場合、上記下流側排気導入部から上記排気還流通路への排気の導入を許可することを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の一部を吸気通路に還流する内燃機関の排気還流装置に関し、特に吸気通路の還流する排気還流ガスに燃料改質により生成した水素を添加させた内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気の一部を取り出し、吸気系統に還流させ、吸気に混合させ燃焼時の最高温度を下げ、排気中のＮｏｘを低減するＥＧＲシステムが従来から広く知られている。
【０００３】
また、特許文献１には、このようなＥＧＲシステムに基づき、還流する排気に燃料を供給し、排気の熱を利用して、改質触媒上で改質反応（吸熱反応）を行い、水素と一酸化炭素を含む排気を吸気系に還流することにより、排気熱の回収、燃費向上を図った内燃機関のＥＧＲ改質システムや、上記改質触媒の劣化を検出することにより、燃費悪化やトルク変動を防止する内燃機関のＥＧＲ改質システムが開示されている。
【０００４】
改質反応としては、排気中の水蒸気を利用した水蒸気改質反応、および二酸化炭素を利用したドライリフォーミングが想定されるが、いずれも十分な反応を行わせるためには、比較的高い温度（一般的には、例えば６００℃以上の温度）が必要である。一方で、排気温度は、近年のエンジン開発の中で低温化が進んでおり、排気温度が６００℃を超えるような負荷の高い運転領域は、概ね全体の２割程度である。排気温度が４００〜６００℃となるような相対的に負荷の低い運転領域でも改質反応により水素を得ることができれば、吸気通路に水素を導入できる運転領域を拡大でき、内燃機関における燃費をさらに向上することができる。つまり、排気温度が６００℃以下でも改質により水素を得ることができれば、さらに燃費を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０１３７０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されるようなＥＧＲ改質システムでは、排気温度が高い場合に改質触媒で水素を生成するものであり、排気温度が高くなる限られた運転領域でしか、吸気に水素を添加することによる燃費の向上効果を得ることができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明の内燃機関の排気還流装置は、排気通路に設けられた排気浄化触媒上流側から吸気通路に排気を還流可能な排気還流通路と、この排気還流通路に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、上記排気還流通路に設けられ、改質用燃料から水素を生成する改質触媒と、内燃機関の運転状態に応じて上記吸気通路に還流する排気還流ガス量を調整する排気還流弁と、を有し、上記内燃機関の負荷が低い場合、上記排気浄化触媒上流側の排気を上記吸気通路に還流し、上記内燃機関の負荷が高く、かつ上記排気浄化触媒上流側の排気の酸素濃度が低い場合、上記排気浄化触媒上流側の排気を上記吸気通路に還流することを特徴としている。内燃機関の負荷が低くなるほど、内燃機関から排出される排気の温度は相対的に低くなる。また、内燃機関から排出された排気には酸素が含まれているため、排気浄化触媒上流側の排気を排気還流通路に導入することにより、改質触媒には酸素を含む排気が流入することになる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気温度が低くても、排気中に含まれる酸素の酸化を利用した改質反応により、改質触媒で水素を生成することができるため、排気温度が比較的高いときにのみ改質触媒で水素を生成する場合に比べ、吸気通路に水素の導入が可能となる運転領域を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例における内燃機関の排気還流装置の全体構成を模式的に示した説明図。
【図２】第１実施例におけるＥＧＲ制御弁の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】本発明の第２実施例における内燃機関の排気還流装置の全体構成を模式的に示した説明図。
【図４】第２実施例における上流側制御弁及び下流側制御弁の制御の流れを示すフローチャート。
【図５】本発明の第３実施例における内燃機関の排気還流装置の全体構成を模式的に示した説明図。
【図６】第３実施例における上流側制御弁及び下流側制御弁の制御の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１実施例における内燃機関の排気還流装置の全体構成を模式的に示した説明図である。
【００１２】
内燃機関１は、例えば自動車等の車両に駆動源として搭載されるものである。この内燃機関１の燃焼室２には、吸気弁３を介して吸気通路４が接続されていると共に、排気弁５を介して排気通路６が接続されている。燃焼室２の中央頂部には、燃焼室２内の混合気を火花点火する点火プラグ７が設けられている。
【００１３】
吸気通路４には、吸入空気量を制御するスロットル弁８、このスロットル弁８の下流側に位置して燃料を当該吸気通路４内に噴射する燃料噴射弁９が、配置されている。
【００１４】
排気通路６には、排気浄化触媒１０が設けられている。この排気浄化触媒１０は、排気通路６の上流側に位置し、内燃機関１が搭載される車両のエンジンルーム内に配置されるものであって、内燃機関１の排気マニホールドの直下流に配置されるいわゆるマニホールド触媒である。排気浄化触媒１０は、排気中の酸素を使って排気の浄化を行うものであって、例えば排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化する三元触媒である。
【００１５】
排気通路６と吸気通路４との間には、排気の一部を吸気通路４に還流する排気還流通路としてのＥＧＲ通路１１が設けられている。ＥＧＲ通路１１は、その一端が排気浄化触媒１０の上流側で排気通路６に接続され、その他端がスロットル弁８と燃料噴射弁９との間に位置する吸気通路４のコレクタ部４ａに接続されている。そして、このＥＧＲ通路１１には、排気通路６側から順に、改質用燃料噴射手段としての改質用燃料噴射弁１２、改質触媒１３、ＥＧＲクーラ１４、排気還流弁としてのＥＧＲ制御弁１５が配置されている。
【００１６】
改質用燃料噴射弁１２は、燃料噴射弁９で噴射する燃料と同じ燃料を改質用燃料としてＥＧＲ通路１１内に噴射するものである。上記改質用燃料は、ＥＧＲ通路１１に導入された排気とともに改質触媒１３に供給される。
【００１７】
改質触媒１３は、例えばコージェライトからなるハニカム担体に、ロジウムを担持させたものであって、ＥＧＲ通路１１に導入された排気と上記改質用燃料とを用いて水素を生成する。ここで、改質触媒１３における改質反応は、排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応と、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応に大別される。排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応は、温度が比較的高くないと進行しにくい反応であり、例えば６００℃以上の温度雰囲気下で進行して水素を生成する。一方、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応は、温度が比較的低くても進行する反応であり、例えば３００℃〜３５０℃程度の温度雰囲気下から進行して水素を生成する。改質触媒１３で生成された水素は、吸気通路４を経て燃焼室２内で燃焼することにより、内燃機関１の燃費向上に寄与することになる。
【００１８】
ＥＧＲクーラ１４は、吸気通路４に還流するＥＧＲガス（排気還流ガス）を冷却するものである。
【００１９】
ＥＧＲ制御弁１５は、内燃機関１の運転状態に応じて吸気通路４に還流するＥＧＲガス量（排気還流ガス量）を調整するものである。このＥＧＲ制御弁１５は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１６によってその弁開度が制御されている。
【００２０】
ＥＣＵ１６には、排気浄化触媒１０上流側に配置されて燃焼室２から排出された排気の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段としての酸素センサ１７、運転者により操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ１８等の各種センサ類からの信号が入力されている。また、このＥＣＵ１６は、上述したＥＧＲ制御弁１５のほかに、運転状態に応じた燃料噴射弁９からの燃料噴射量、改質用燃料噴射弁１２からの燃料噴射量等の内燃機関１の各種制御を行っている。
【００２１】
ここで、この第１実施例では、基本的には、燃焼室２内でストイキ燃焼（理論空燃比での燃焼）したときに排出された排気の一部を排気浄化触媒１０の上流側でＥＧＲ通路１１に導入し、上記改質用燃料を加えて改質触媒１３で水素を生成し、この水素を含んだ排気をＥＧＲガス（排気還流ガス）として吸気通路４に還流している。燃焼室２内でストイキ燃焼（理論空燃比での燃焼）したときの排気には、実際には、未燃の炭化水素や一酸化炭素が含まれており、またこれらのエミッションを排気浄化触媒１０で浄化するために約１％程度の酸素も含まれている。
【００２２】
また、第１実施例では、基本的には、酸素濃度が１％程度の排気を利用して、改質触媒１３で水素を生成するそのため、改質触媒１３において、排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応が進行すると共に、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応が進行する。
【００２３】
ここで、内燃機関１の負荷と燃焼室２から排出される排気の温度との間には、相関があり、内燃機関１の負荷が低い場合には、燃焼室２から排出される排気の温度も相対的に低くなる。そのため、内燃機関１の負荷が低いと、改質触媒１３にて排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応が進行しない場合がある。内燃機関１の負荷が低くても、燃焼室２から排出される排気の酸素濃度がある程度高ければ（酸素濃度が１％程度）、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応が進行するため、改質触媒１３で水素を生成可能である。
【００２４】
また、内燃機関１の負荷が高いと、燃焼室２から排出される排気の温度も相対的に高くなる。このとき、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度が高ければ、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応による発熱と、改質触媒１３に導入される高温の排気と、により改質触媒１３が過度に高温となってしまい、改質触媒１３が熱劣化してしまう虞がある。
【００２５】
そこで、この第１実施例においては、内燃機関１の負荷と、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度（排気浄化触媒１０上流側の酸素濃度）と、に応じてＥＧＲ制御弁１５の開閉制御を以下のように実施する。
【００２６】
内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷よりも低い場合には、ＥＧＲ制御弁１５を開き、ＥＧＲ通路１１に排気浄化触媒１０上流側の排気を導入する。このとき改質用燃料噴射弁１２から改質用燃料を噴射すれば、改質触媒１３において主として酸素の酸化を利用した改質反応から水素が生成される。
【００２７】
これにより、燃焼室２から排出される排気の温度が低くても、排気中に含まれる酸素の酸化を利用した改質反応により、改質触媒１３で水素を生成することができる。そのため、比較的排気温度が高いときにのみ改質触媒１３で水素を生成する場合に比べ、吸気通路４に水素の導入が可能となる運転領域を拡大することができる。
【００２８】
また、排気中には、燃料や潤滑油（エンジンオイル）に由来する成分が含まれており、これらが改質触媒１３に付着すると触媒毒となり、改質反応が抑制される可能性がある。しかしながら、排気中に含まれる酸素を利用して改質触媒１３に付着した触媒毒を燃焼除去できるので、触媒毒による改質触媒１３の改質反応の悪化を防止することができる。換言すれば、排気中に含まれる酸素を利用して、改質触媒１３で水素を生成すると同時に、改質触媒１３上の触媒毒を除去する再生処理を実施できる。
【００２９】
そして、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷より高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が予め設定された所定値より低い場合には、ＥＧＲ制御弁１５を開き、ＥＧＲ通路１１に排気浄化触媒１０上流側の排気を導入する。このとき改質用燃料噴射弁１２から改質用燃料を噴射すれば、改質触媒１３において主として排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応から水素が生成される。
【００３０】
改質触媒１３に流入する排気の酸素濃度が低ければ、排気に含まれる酸素の酸化を利用した改質触媒１３での改質反応は進行せず、この改質反応による発熱により改質触媒１３の温度が大きく上昇することはない。つまり、改質触媒１３がＥＧＲ通路１１に導入された排気の温度よりも高温とはならない。
【００３１】
これによって、燃焼室２から排出される排気の温度が高くても、改質触媒１３の温度が過度に高温となることはないので、改質触媒１３の熱劣化を防止することができる。
【００３２】
また、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が予め設定された所定値より高いときには、ＥＧＲ制御弁１５を閉じ、ＥＧＲ通路１１への排気を導入を中止する。
【００３３】
改質触媒１３に流入する排気の酸素濃度が高ければ、排気に含まれる酸素の酸化を利用した改質触媒１３での改質反応が進行するため、この改質反応による発熱により改質触媒１３の温度が大きく上昇する可能性がある。つまり、排気中の酸素の酸化を利用した改質触媒１３での改質反応による発熱と、ＥＧＲ通路１１に導入される排気の元々の温度と、により改質触媒１３が過度に高温となってしまう可能性がある。
【００３４】
そこで、内燃機関１の負荷が高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が高い場合には、ＥＧＲ通路１１への排気を導入を中止することで、燃焼室２から排出される高温の排気よりも、改質触媒１３が更に高温となってしまうことを防止することができ、改質触媒１３の熱劣化を確実に防止することができる。
【００３５】
従って、このような第１実施例においては、内燃機関１の負荷と、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度（排気浄化触媒１０上流側の酸素濃度）と、に応じてＥＧＲ制御弁１５の開閉制御を行うことで、改質触媒１３の熱劣化を防止しつつ、改質触媒１３で生成された水素が吸気通路４に導入される運転領域を拡大して、内燃機関１の燃費を大幅に向上させることができる。
【００３６】
また、排気中に含まれる酸素を利用して改質触媒１３の触媒毒成分を除去する再生処理を実施できるので、触媒毒による改質触媒１３の改質反応の悪化を防止することができる。
【００３７】
図２は、第１実施例におけるＥＧＲ制御弁１５の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１では、内燃機関１の負荷が高い状態であるか否かを判定し、高い場合にはＳ１２へ進み、そうでない場合には１３へ進む。Ｓ１２では、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が高いか否かを判定し、高い場合にはＳ１４へ進み、そうでない場合はＳ１５へ進む。Ｓ１３では、ＥＧＲ制御弁１５を所定の開弁状態に制御する。Ｓ１４では、ＥＧＲ制御弁１５を閉弁状態に制御する。Ｓ１５では、ＥＧＲ制御弁１５を所定の開弁状態に制御する。
【００３８】
なお、上述した第１実施例おいては、内燃機関１の負荷が高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が低い場合に排気還流を実施しているが、内燃機関１の負荷から推定される排気温度が非常に高く、改質触媒１３に流入する直前の排気温度が改質触媒１３の耐熱温度を越えるように予測される場合には、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が低い場合でも、ＥＧＲ制御弁１５を閉弁状態に制御して、改質触媒１３の熱劣化を確実に防止するようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した第１実施例においては、内燃機関１の負荷と排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度に応じてＥＧＲ制御弁１５の開閉制御を実施しているが、内燃機関１の負荷のみに応じてＥＧＲ制御弁１５の開閉制御を実施することも可能である。
【００４０】
この場合には、内燃機関１の負荷が高い状態であれば、ＥＧＲ制御弁１５を閉弁状態に制御し、内燃機関１の負荷が高い状態でなければ、ＥＧＲ制御弁１５を所定の開弁状態に制御する。
【００４１】
排気温度が高い排気をＥＧＲ通路１１に導入した場合、この排気の酸素濃度が高ければ、排気中の酸素の酸化を利用した改質触媒１３での改質反応による発熱と、ＥＧＲ通路１１に導入される排気の元々の温度と、により改質触媒１３が過度に高温となってしまう可能性がある。そこで、内燃機関１の負荷のみに応じてＥＧＲ制御弁１５の開閉制御を行う場合には、内燃機関１の負荷が高い状態であれば、ＥＧＲ制御弁１５を閉弁状態に制御することで、改質触媒１３の熱劣化を確実に防止することができる。
【００４２】
以下、本発明の他の実施例について説明するが、上述した第１実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４３】
図３は本発明の第２実施例における内燃機関の排気還流装置の全体構成を模式的に示した説明図である。この第２実施例は、上述した第１実施例と略同一構成となっているが、ＥＧＲ通路２１の一端側は、排気浄化触媒１０上流側で排気通路６に接続される上流側排気導入部２２と、排気浄化触媒１０下流側で排気通路６に接続される下流側排気導入部２３とに分岐する構成となっている。
【００４４】
そして、上流側排気導入部２２には、上流側排気導入部２２に導入される排気量を調整可能な上流側制御弁２４が配置されている。下流側排気導入部２３には、下流側排気導入部２３に導入される排気量を調整可能な下流側制御弁２５が配置されている。上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５は、ＥＣＵ１６によってその弁開度が制御されている。
【００４５】
ここで、下流側排気導入部２５から導入される排気は、排気浄化触媒１０を通過する際に酸素が殆ど消費され、酸素を殆ど含まない状態となっている。
【００４６】
そこで、この第２実施例においては、内燃機関１の負荷と、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度（排気浄化触媒１０上流側の酸素濃度）と、に応じて上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５の開閉制御を以下のように実施する。
【００４７】
内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷よりも低い場合には、ＥＧＲ制御弁１５及び上流側制御弁２４を開き、かつ下流側制御弁２５を閉じることでＥＧＲ通路２１に排気浄化触媒１０上流側の排気のみを導入する。このとき改質用燃料噴射弁１２から改質用燃料を噴射すれば、改質触媒１３において主として酸素の酸化を利用した改質反応から水素が生成される。
【００４８】
これにより、燃焼室２から排出される排気の温度が低くても、排気中に含まれる酸素の酸化を利用した改質反応により、改質触媒１３で水素を生成することができる。そのため、比較的排気温度が高いときにのみ改質触媒１３で水素を生成する場合に比べ、吸気通路４に水素の導入が可能となる運転領域を拡大することができる。なお、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷よりも低い場合に、排気浄化触媒１０下流側からＥＧＲ通路１１に排気を導入すれば、排気浄化触媒１０を通過することで排気の温度がさらに低下したときに、改質触媒１３に流入する排気の温度が過度に低くなって排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応が進行せず、改質触媒１３で水素が生成されない虞がある。
【００４９】
また、改質触媒１３に付着した触媒毒を排気中に含まれる酸素を利用して燃焼除去できるので、触媒毒による改質触媒１３の改質反応の悪化を防止することができる。つまり、排気中に含まれる酸素を利用して、改質触媒１３で水素を生成すると同時に、改質触媒１３上の触媒毒成分を除去する再生処理を実施できる。
【００５０】
そして、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷より高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が予め設定された所定値より低い場合には、ＥＧＲ制御弁１５及び上流側制御弁２４を開き、かつ下流側制御弁２５を閉じることでＥＧＲ通路２１に排気浄化触媒１０上流側の排気のみを導入する。このとき改質用燃料噴射弁１２から改質用燃料を噴射すれば、改質触媒１３において主として排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応から水素が生成される。
【００５１】
これによって、燃焼室２から排出される排気の温度が高くても、排気に含まれる酸素濃度は低いので、排気浄化触媒１０上流側からＥＧＲ通路１１に排気を導入しても、改質触媒１３の温度が過度に高温となることはないので、改質触媒１３の熱劣化を防止することができる。なお、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷より高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が予め設定された所定値より低い場合に、排気浄化触媒１０下流側からＥＧＲ通路１１に排気を導入すれば、排気浄化触媒１０を通過することで排気の温度が低下したときに、改質触媒１３に流入する排気の温度が過度に低くなって排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応が進行せず、改質触媒１３で水素が生成されない虞がある。
【００５２】
また、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷より高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が予め設定された所定値より高い場合には、ＥＧＲ制御弁１５及び下流側制御弁２５を開き、かつ上流側制御弁２４を閉じることでＥＧＲ通路２１に排気浄化触媒１０下流側の排気のみを導入する。このとき改質用燃料噴射弁１２から改質用燃料を噴射すれば、改質触媒１３において主として排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応から水素が生成される。
【００５３】
排気浄化触媒１０下流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入することにより、改質触媒１３には、酸素を殆ど含んでいない排気が流入することになり、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応は進行しないため、改質触媒１３が過度に高温となることを防止することができ、改質触媒の熱劣化を防止することができる。なお、排気浄化触媒１０下流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入する場合、排気浄化触媒１０上流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入する場合に比べて、改質触媒１３に排気が到達するまでの経路長が長くなり、その分放熱量も大きくなる。そこで、燃焼室２から排出される排気の温度が高く、酸素濃度が高い場合には、排気浄化触媒１０下流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入する方が、改質触媒１３の熱劣化を防止する上で有効である。
【００５４】
従って、このような第２実施例においても、上述した第１実施例と同様に、改質触媒１３の熱劣化を防止しつつ、吸気通路４に水素の導入が可能となる運転領域を拡大して内燃機関１の燃費を大幅に向上させることができる。
【００５５】
図４は、第２実施例における上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ２１では、内燃機関１の負荷が高い状態であるか否かを判定し、高い場合にはＳ２２へ進み、そうでない場合には２３へ進む。Ｓ２２では、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が高いか否かを判定し、高い場合にはＳ２４へ進み、そうでない場合はＳ２５へ進む。Ｓ２３では、ＥＧＲ制御弁１５及び上流側制御弁２４を所定の開弁状態に制御し、下流側制御弁２５を閉弁状態に制御する。Ｓ１４では、ＥＧＲ制御弁１５及び下流側制御弁２５を所定の開弁状態に制御し、上流側制御弁２４を閉弁状態に制御する。Ｓ１５では、ＥＧＲ制御弁１５及び上流側制御弁２４を所定の開弁状態に制御し、下流側制御弁２５を閉弁状態に制御する。
【００５６】
なお、上述した第２実施例おいては、内燃機関１の負荷が高く、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が高い場合に、排気浄化触媒１０下流側の排気をＥＧＲ通路１１に導入しているが、内燃機関１の負荷から推定される排気温度が非常に高く、改質触媒１３に流入する直前の排気温度が改質触媒１３の耐熱温度を越えるように予測される場合には、ＥＧＲ制御弁１５、上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５を全て閉弁状態に制御して、改質触媒１３の熱劣化を確実に防止するようにしてもよい。
【００５７】
また、上述した第２実施例においては、内燃機関１の負荷と排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度に応じて上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５の開閉制御を実施しているが、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度のみに応じて上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５の開閉制御を実施することも可能である。
【００５８】
この場合には、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が低ければ、ＥＧＲ制御弁１５及び上流側制御弁２４を開き、かつ下流側制御弁２５を閉じることでＥＧＲ通路２１に排気浄化触媒１０上流側の排気のみを導入する。また排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が高ければ、ＥＧＲ制御弁１５及び下流側制御弁２５を開き、かつ上流側制御弁２４を閉じることでＥＧＲ通路２１に排気浄化触媒１０下流側の排気のみを導入する。
【００５９】
酸素濃度が高い排気をＥＧＲ通路２１に導入した場合、この排気の温度が高ければ、排気中に含まれる酸素の酸化を利用した改質反応による発熱と、ＥＧＲ通路２１に導入される排気の元々の温度と、により改質触媒１３が過度に高温となってしまう可能性がある。また、排気浄化触媒１０下流側の排気は、上述したように酸素を殆ど含んでいないので、ＥＧＲ通路２１に導入しても酸素の酸化を利用した改質反応が改質触媒１３で進行せず、ＥＧＲ通路２１に導入される排気の元々の温度以上に改質触媒１３が高温となることはない。
【００６０】
そこで、排気浄化触媒１３上流側の排気の酸素濃度が低い場合には、排気浄化触媒１０上流側から排気を導入することで、仮に排気温度が高かったとしても、排気中に含まれる酸素の酸化を利用した改質反応による発熱の影響で改質触媒１３の温度が過度に上昇してしまうことはなく、改質触媒１３の熱劣化を防止することができる。
【００６１】
また、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度が高い場合には、排気浄化触媒１０下流側から排気を導入することで、排気中に含まれる酸素の酸化を利用した改質反応による発熱の影響で改質触媒１３の温度が過度に上昇してしまうことを防止し、改質触媒１３の熱劣化を防止することができる。
【００６２】
また、上述した第２実施例では、上流側制御弁２４と下流側制御弁２５のうちの一方を開くと他方を閉じるように制御しているが、内燃機関１から排出される排気温度（排気浄化触媒１０上流側の排気温度）に応じて、上流側排気導入部２２から導入される排気量と下流側排気導入部２３から導入される排気量との比率を調整して、改質触媒１３に導入される排気の温度及び酸素濃度がそれぞれ所望の値となるように制御することも可能である。
【００６３】
例えば、内燃機関１が低負荷で、排気浄化触媒１０上流側の排気温度が所定温度以下（例えば６００℃以下）となるような場合には、改質触媒１３において酸素の酸化を利用した改質反応を進行させて水素を生成するべく、上流側排気導入部２２から導入される排気量を下流側排気導入部２３から導入される排気量よりも多くする。また、内燃機関１が高負荷で、排気浄化触媒１０上流側の排気温度が所定温度（例えば６５０℃）よりも高くなるような場合には、酸素の酸化を利用した改質反応により改質触媒１３の温度が過度に高温にならないように、下流側排気導入部２３から導入される排気量を上流側排気導入部２２から導入される排気量よりも多くする。なお、排気浄化触媒１０上流側の排気温度は、例えば内燃機関の負荷と排気温度とを関連付けたマップを用いて算出してもよいし、温度センサで検知するようにしてもよい。
【００６４】
図５は本発明の第３実施例における内燃機関の排気還流装置の全体構成を模式的に示した説明図である。この第３実施例は、上述した第２実施例と略同一構成となっているが、この第３実施例においては、排気浄化触媒１０上流側の排気の酸素濃度を検知する酸素センサが省略された構成となっている。
【００６５】
このような第３実施例においては、内燃機関１の負荷に応じて、上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５の開閉制御を以下のように実施する。
【００６６】
内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷よりも低い場合には、ＥＧＲ制御弁１５及び上流側制御弁２４を開き、かつ下流側制御弁２５を閉じることでＥＧＲ通路２１に排気浄化触媒１０上流側の排気のみを導入する。このとき改質用燃料噴射弁１２から改質用燃料を噴射すれば、改質触媒１３において主として酸素の酸化を利用した改質反応から水素が生成される。
【００６７】
これにより、燃焼室２から排出される排気の温度が低くても、排気中に含まれる酸素の酸化を利用した改質反応により、改質触媒１３で水素を生成することができる。そのため、比較的排気温度が高いときにのみ改質触媒１３で水素を生成する場合に比べ、吸気通路４に水素の導入が可能となる運転領域を拡大することができる。なお、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷よりも低い場合に、排気浄化触媒１０下流側からＥＧＲ通路１１に排気を導入すれば、排気浄化触媒１０を通過することで排気の温度がさらに低下したときに、改質触媒１３に流入する排気の温度が過度に低くなって排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応が進行せず、改質触媒１３で水素が生成されない虞がある。
【００６８】
また、改質触媒１３に付着した触媒毒を排気中に含まれる酸素を利用して燃焼除去できるので、触媒毒による改質触媒１３の改質反応の悪化を防止することができる。つまり、排気中に含まれる酸素を利用して、改質触媒１３で水素を生成すると同時に、改質触媒１３上の触媒毒成分を除去する再生処理を実施できる。
【００６９】
また、内燃機関１の負荷が予め設定された所定の負荷より高い場合には、ＥＧＲ制御弁１５及び下流側制御弁２５を開き、かつ上流側制御弁２４を閉じることでＥＧＲ通路２１に排気浄化触媒１０下流側の排気のみを導入する。このとき改質用燃料噴射弁１２から改質用燃料を噴射すれば、改質触媒１３において主として排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応から水素が生成される。
【００７０】
排気浄化触媒１０下流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入することにより、改質触媒１３には、酸素を殆ど含んでいない排気が流入することになり、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応は進行しないため、改質触媒１３が過度に高温となることを防止することができ、改質触媒の熱劣化を防止することができる。なお、排気浄化触媒１０下流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入する場合、排気浄化触媒１０上流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入する場合に比べて、改質触媒１３に排気が到達するまでの経路長が長くなり、その分放熱量も大きくなる。そこで、燃焼室２から排出される排気の温度が高く、酸素濃度が高い場合には、排気浄化触媒１０下流側から排気をＥＧＲ通路１１に導入する方が、改質触媒１３の熱劣化を防止する上で有効である。
【００７１】
このような第３実施例においても、上述した第１実施例と同様に、改質触媒１３の熱劣化を防止しつつ、吸気通路４に水素の導入が可能となる運転領域を拡大して内燃機関１の燃費を大幅に向上させることができる。
【００７２】
図６は、第３実施例における上流側制御弁２４及び下流側制御弁２５の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ３１では、内燃機関１の負荷が高い状態であるか否かを判定し、高い場合にはＳ３２へ進み、そうでない場合には３３へ進む。Ｓ３２では、ＥＧＲ制御弁１５及び下流側制御弁２５を所定の開弁状態に制御し、上流側制御弁２４を閉弁状態に制御する。Ｓ３３では、ＥＧＲ制御弁１５及び上流側制御弁２４を所定の開弁状態に制御し、下流側制御弁２５を閉弁状態に制御する。
【符号の説明】
【００７３】
１…内燃機関
２…燃焼室
３…吸気弁
４…吸気通路
４ａ…コレクタ部
５…排気弁
６…排気通路
７…点火プラグ
８…スロットル弁
９…燃料噴射弁
１０…排気浄化触媒
１１…ＥＧＲ通路
１２…改質用燃料噴射弁
１３…改質触媒
１４…ＥＧＲクーラ
１５…ＥＧＲ制御弁
１６…ＥＣＵ
１７…酸素センサ
１８…アクセル開度センサ
２１…ＥＧＲ通路
２２…上流側排気導入部
２３…下流側排気導入部
２４…上流側制御弁
２５…下流側制御弁
【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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