(57)【要約】【課題】エンジン側での燃料添加を要因としてＥＧＲクーラの熱交換部に起こるコーキングを回避する。【解決手段】排気管１１途中に燃料添加を要する排気浄化用触媒として前段酸化触媒１４とパティキュレートフィルタ１３を備え且つ各気筒８への燃料噴射時にポスト噴射を追加して排気ガス９への燃料添加を実施するディーゼルエンジン１に関し、排気側から抜き出した排気ガス９の一部をＥＧＲクーラ１６を経由して吸気側へ戻すＥＧＲライン１５と、排気側から抜き出した排気ガス９の一部をＥＧＲクーラ１６を迂回させて吸気側へ戻すバイパスライン２１と、該バイパスライン２１に排気ガス９中の未燃燃料分を酸化処理し得るよう装備されたＥＧＲ酸化触媒２２と、ＥＧＲライン１５及びバイパスライン２１の何れかを選択して排気ガス９を適宜に振り分ける流路切替手段として切替バルブ２３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管途中に燃料添加を要する排気浄化用触媒を備え且つ各気筒への燃料噴射時にポスト噴射を追加して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実施するようにしたエンジンに採用するためのＥＧＲ装置であって、排気側から抜き出した排気ガスの一部をＥＧＲクーラを経由して吸気側へ戻すＥＧＲラインと、排気側から抜き出した排気ガスの一部をＥＧＲクーラを迂回させて吸気側へ戻すバイパスラインと、該バイパスラインに排気ガス中の未燃燃料分を酸化処理し得るよう装備されたＥＧＲ酸化触媒と、ＥＧＲライン及びバイパスラインの何れかを選択して排気ガスを適宜に振り分ける流路切替手段とを備えたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
排気管途中に排気浄化用触媒として前段酸化触媒と触媒再生型のパティキュレートフィルタとを直列に配置し、排気ガス中の未燃燃料分が前段酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により直後のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化システムと併用されていることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気側から吸気側へ排気ガスを再循環してＮＯxの低減化を図るためのＥＧＲ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの採用が検討されている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００７】
そこで、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。
【０００８】
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【０００９】
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排出ガス中に燃料を添加すれば良い。
【００１０】
尚、斯かるパティキュレートフィルタの強制再生に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】特開２００３−１９３８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、自動車のディーゼルエンジン等においては、排気側から抜き出した排気ガスの一部をＥＧＲクーラを経由させて吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯx（窒素酸化物）の発生を低減するようにしたＥＧＲ装置（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）を搭載したものがあり、先の特許文献にもパティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化システムとＥＧＲ装置を併用した例が記載されているが、パティキュレートフィルタの強制再生時に排気ガス中に添加された未燃燃料分がＥＧＲ装置により再循環された場合、その未燃燃料分がＥＧＲクーラで急冷されて結露し易くなるため、該ＥＧＲクーラの熱交換部にウェットな粘着面が形成されて排気ガス中の煤が付着し、ここに付着堆積した煤と未燃燃料分との混合物が不完全燃焼の末にコーキングを起こしてこびり付き、ＥＧＲクーラの熱交換部における排気ガスと冷却水との熱交換効率が低下してＥＧＲクーラの冷却性能が低下する虞れがあった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジン側での燃料添加を要因としてＥＧＲクーラの熱交換部に起こるコーキングを確実に回避し得るようにしたＥＧＲ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、排気管途中に燃料添加を要する排気浄化用触媒を備え且つ各気筒への燃料噴射時にポスト噴射を追加して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実施するようにしたエンジンに採用するためのＥＧＲ装置であって、排気側から抜き出した排気ガスの一部をＥＧＲクーラを経由して吸気側へ戻すＥＧＲラインと、排気側から抜き出した排気ガスの一部をＥＧＲクーラを迂回させて吸気側へ戻すバイパスラインと、該バイパスラインに排気ガス中の未燃燃料分を酸化処理し得るよう装備されたＥＧＲ酸化触媒と、ＥＧＲライン及びバイパスラインの何れかを選択して排気ガスを適宜に振り分ける流路切替手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
而して、通常時に流路切替手段によりＥＧＲラインを選択して排気ガスの一部を排気側から吸気側へ再循環させると、該排気ガスがＥＧＲラインの途中のＥＧＲクーラにより冷却され、これにより温度が低く且つ容積の小さい排気ガスとなって吸気側に再循環されることになり、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的にＮＯxの発生を低減させることが可能となる。
【００１５】
他方、エンジン側でポスト噴射により排気ガス中に未燃燃料分が添加された際に、流路切替手段によりバイパスラインを選択し、該バイパスラインを通して排気ガスの一部を排気側から吸気側へ再循環させると、排気ガスがＥＧＲクーラを迂回してＥＧＲ酸化触媒に導入され、該ＥＧＲ酸化触媒にて排気ガス中の未燃燃料分がＣＯ2とＨ2Ｏとに酸化処理されることになる。
【００１６】
この結果、ＥＧＲクーラの熱交換部には、エンジン側で添加された未燃燃料分が導かれなくなってウェットな粘着面が形成されなくなり、ここに付着堆積した煤と未燃燃料分との混合物がコーキングを起こすことが未然に回避されるので、排気ガスと冷却水との熱交換効率が低下してＥＧＲクーラの冷却性能が低下する虞れがなくなる。
【００１７】
しかも、ＥＧＲ酸化触媒にて排気ガス中の未燃燃料分が酸化処理される際に反応熱が生じ、この反応熱により排気ガスが昇温されて該排気ガスが混合される吸気温度も上昇することになるので、この吸気温度の上昇に伴い排気温度も大幅に上昇されて後段の排気浄化用触媒における触媒活性が高められることになる。
【００１８】
尚、寒冷時の始動の際にバイパスラインを選択して排気ガスを再循環させれば、排気ガスがＥＧＲクーラを迂回して温度が高いまま冷却されずに再循環されることになり、これにより吸気への十分な暖気効果が得られてエンジンでの着火性が向上し、その結果として白煙の発生が防止されるという副次的な効果も得られる。
【００１９】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、排気管途中に排気浄化用触媒として前段酸化触媒と触媒再生型のパティキュレートフィルタとを直列に配置し、排気ガス中の未燃燃料分が前段酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により直後のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化システムと併用させることが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明のＥＧＲ装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２１】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気浄化用触媒が必要とする燃料添加をエンジン側で実行した場合に、流路切替手段によりバイパスラインを選択してＥＧＲクーラの熱交換部に添加燃料が導かれないようにすることができるので、ここにウェットな粘着面が形成されて煤と未燃燃料分との混合物がコーキングを起こす虞れを未然に回避することができてＥＧＲクーラの冷却性能の低下を確実に防止することができ、しかも、ＥＧＲ酸化触媒で未燃燃料分を酸化処理することで得られた反応熱を利用して排気温度を上昇させることができるので、後段の排気浄化用触媒における触媒活性を高めて該排気浄化用触媒における反応促進を図ることもできる。
【００２２】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、寒冷時の始動の際に流路切替手段によりバイパスラインを選択して排気ガスを温度が高いまま冷却せずに再循環することができるので、吸気への十分な暖気効果を得てエンジンでの着火性を大幅に向上することができ、これにより寒冷時の始動の際における白煙の発生を防止することができる。
【００２３】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの強制再生時に排気ガスを昇温させて前段酸化触媒やパティキュレートフィルタにおける触媒活性を高めることができるので、パティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートの燃焼を良好に促進して従来より効果的な強制再生を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２５】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００２６】
更に、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２７】
そして、この排気管１１の途中には、フィルタケース１２が介装されており、該フィルタケース１２内における後段側には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒担持型のパティキュレートフィルタ１３（排気浄化用触媒）が収容されており、該パティキュレートフィルタ１３の前段には、フロースルー型の前段酸化触媒１４（排気浄化用触媒）が収容されている。
【００２８】
また、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５の一端部との間がＥＧＲライン１５により接続されており、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部が水冷式のＥＧＲクーラ１６及びＥＧＲバルブ１７を介して吸気管５に再循環されるようになっており、排気側から吸気側へ再循環された排気ガス９で各気筒８内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減し得るようにしてある。
【００２９】
ここで、図２に拡大して示す如く、前記ＥＧＲクーラ１６では、排気ガス９を複数本のチューブ１８（熱交換部）に分配して流しながら、該各チューブ１８を包囲しているシェル１９の内部に冷却水２０を給排し、該冷却水２０と排気ガス９とを熱交換させることにより該排気ガス９の温度を低下し得るようになっている。
【００３０】
しかも、前記ＥＧＲライン１５には、排気側から抜き出した排気ガス９の一部をＥＧＲクーラ１６を迂回させて吸気側へ戻すバイパスライン２１が付帯装備されていると共に、該バイパスライン２１の途中には、排気ガス９中の未燃燃料分を酸化処理し得るようフロースルー型のＥＧＲ酸化触媒２２が介装されており、ＥＧＲライン１５とバイパスライン２１の分岐箇所には、これらＥＧＲライン１５及びバイパスライン２１の何れかを選択して排気ガス９を適宜に振り分ける流路切替手段として切替バルブ２３が配設されている。
【００３１】
他方、図示しない運転席のアクセルには、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ２４が備えられていると共に、ディーゼルエンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ２５が装備されており、これらアクセルセンサ２４及び回転センサ２５からのアクセル開度信号２４ａ及び回転数信号２５ａは、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２６に対し入力されるようになっている。
【００３２】
そして、この制御装置２６においては、ディーゼルエンジン１の各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置２７に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号２７ａが出力されるようになっている。
【００３３】
ここで、前記燃料噴射装置２７は、各気筒８毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号２７ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
【００３４】
そして、前記制御装置２６では、アクセル開度信号２４ａ及び回転数信号２５ａに基づき通常モードの燃料噴射信号２７ａが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ１３の強制再生を行う必要が生じた際に通常モードから強制再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号２７ａが決定されるようになっている。
【００３５】
即ち、メイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス９中に未燃の燃料が添加されることになり、この未燃の燃料が熱分解により高濃度のＨＣガスとなって前段酸化触媒１４で酸化反応し、その反応熱により前段酸化触媒１４を通過する排気ガス９の温度が大幅に昇温され、この大幅に昇温された排気ガス９がパティキュレートフィルタ１３に導入されて該パティキュレートフィルタ１３の触媒床温度が上げられることにより捕集済みパティキュレートが燃やし尽くされるようにしてある。
【００３６】
尚、前述した制御装置２６の通常モードから強制再生モードへの切り替わりは、例えば、パティキュレートフィルタ１３の入側の圧力値を監視する一方、アクセル開度信号２４ａ及び回転数信号２５ａに基づく現在の運転状態での排気圧力の予測値を推定し、その予測値と実測の圧力値との偏差が正常範囲内にあるかどうかを制御装置２６内で判別するようにすれば良く、パティキュレートフィルタ１３に捕集されたパティキュレートの残留量（燃え残り）が多い場合には、パティキュレートフィルタ１３入側の実測の圧力値が正常範囲を超えて上昇するので、パティキュレートフィルタ１３の強制再生が必要な状態に陥っているものと判断することが可能となる。
【００３７】
また、前述したＥＧＲバルブ１７及び切替バルブ２３に対しては、前記制御装置２６から制御信号１７ａ，２３ａが出力されるようになっており、現在の運転状態に応じて前記ＥＧＲバルブ１７が必要なＥＧＲ率を実現し得るよう適切な開度に制御され、切替バルブ２３が通常モードでＥＧＲライン１５を選択し且つ強制再生モードではバイパスライン２１を選択する切り替え作動が実行されるようにしてある。
【００３８】
而して、制御装置２６にてパティキュレートフィルタ１３の強制再生が必要な状態に陥っているものと判断された際に、制御装置２６により燃料の噴射パターンが通常モードから強制再生モードに切り替えられ、メイン噴射に続き圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行う噴射パターンが採用されると、該ポスト噴射により排気ガス９中に未燃のまま添加された燃料が熱分解により高濃度のＨＣガスとなって前段酸化触媒１４で酸化反応することにより反応熱を生じ、この反応熱により前段酸化触媒１４を通過する排気ガス９が大幅に昇温され、この前段酸化触媒１４を経て昇温した排気ガス９がパティキュレートフィルタ１３に導入されることにより該パティキュレートフィルタ１３の触媒床温度が上げられ、これにより捕集済みパティキュレートが良好に燃焼除去されてパティキュレートフィルタ１３の再生が図られることになる。
【００３９】
この際、制御装置２６からの制御信号２３ａを受けた切替バルブ２３によりバイパスライン２１が選択され、該バイパスライン２１を通して排気ガス９の一部が排気側から吸気側へ再循環されるので、その排気ガス９がＥＧＲクーラ１６を迂回してＥＧＲ酸化触媒２２に導入され、該ＥＧＲ酸化触媒２２にて排気ガス９中の未燃燃料分（高濃度のＨＣガス）がＣＯ2とＨ2Ｏとに酸化処理されることになる。
【００４０】
この結果、ＥＧＲクーラ１６のチューブ１８には、ディーゼルエンジン１側で添加された未燃燃料分が導かれなくなってウェットな粘着面が形成されなくなり、ここに付着堆積した煤と未燃燃料分との混合物がコーキングを起こすことが未然に回避されるので、チューブ１８内における排気ガス９と冷却水２０との熱交換効率が低下してＥＧＲクーラ１６の冷却性能が低下する虞れがなくなる。
【００４１】
しかも、ＥＧＲ酸化触媒２２にて排気ガス９中の未燃燃料分が酸化処理される際に反応熱が生じ、この反応熱により排気ガス９が昇温されて該排気ガス９が混合される吸気温度も上昇することになるので、この吸気温度の上昇に伴い排気温度も大幅に上昇されて後段の前段酸化触媒１４やパティキュレートフィルタ１３における触媒活性が高められることになる。
【００４２】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ１３の強制再生時にＥＧＲクーラ１６のチューブ１８にディーゼルエンジン１側で添加された未燃燃料分が導かれないようにすることができるので、ここにウェットな粘着面が形成されて煤と未燃燃料分との混合物がコーキングを起こす虞れを未然に回避することができてＥＧＲクーラ１６の冷却性能の低下を確実に防止することができ、しかも、ＥＧＲ酸化触媒２２で未燃燃料分を酸化処理することで得られた反応熱を利用して排気温度を上昇させることができるので、前段酸化触媒１４やパティキュレートフィルタ１３における触媒活性を高めることもでき、パティキュレートフィルタ１３内の捕集済みパティキュレートの燃焼を良好に促進して従来より効果的な強制再生を実現することができる。
【００４３】
また、副次的な効果として、寒冷時の始動の際に切替バルブ２３によりバイパスライン２１が選択されるようにすれば、排気ガス９がＥＧＲクーラ１６を迂回して温度が高いまま冷却されずに再循環されることになり、これにより吸気への十分な暖気効果が得られてディーゼルエンジン１での着火性が向上するので、寒冷時の始動の際における白煙の発生を防止することもできる。
【００４４】
尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示では前段酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタをエンジン側の燃料添加により強制再生する排気浄化システムと併用する場合で例示しているが、ポスト噴射によるエンジン側での燃料添加は、ＮＯx選択還元型触媒やＮＯx吸蔵還元触媒等を排気浄化用触媒とした場合の還元剤の添加手段としても採用され得るので、これらＮＯx選択還元型触媒やＮＯx吸蔵還元触媒等を排気浄化用触媒としてエンジン側での燃料添加を実施する排気浄化システムにも同様に併用し得ること、更に、流路切替手段は図示の如き切替バルブに限定されないこと、また、ＥＧＲクーラの熱交換部は必ずしもチューブにより構成されていなくても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のＥＧＲラインとバイパスラインの詳細を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ディーゼルエンジン（エンジン）
４  吸気
５  吸気管
７  吸気マニホールド
８  気筒
９  排気ガス
１０  排気マニホールド
１１  排気管
１３  触媒再生型のパティキュレートフィルタ（排気浄化用触媒）
１４  前段酸化触媒（排気浄化用触媒）
１５  ＥＧＲライン
１６  ＥＧＲクーラ
１７  ＥＧＲバルブ
１８  チューブ（熱交換部）
２０  冷却水
２１  バイパスライン
２２  ＥＧＲ酸化触媒
２３  切替バルブ（流路切替手段）
２６  制御装置
２７  燃料噴射装置
【図１】
2006233947.tif 000003
【図２】
2006233947.tif 000004