(57)【要約】【課題】排気後処理装置を通過したＥＧＲガスに含まれる汚染成分と水分とを除去できる内燃機関の排出ガス浄化装置を提供する。【解決手段】ＥＧＲ通路の途中に排出ガス浄化装置１が設けられている。排出ガス浄化装置１は導入口４３と排出口４４が形成された外壁部４２の内部に、耐熱ガラスで形成された第１の円筒部４５と第２の円筒部５０を有している。第１の円筒部４５の内側に第１の通路部４６ａが形成されている。第１の円筒部４５と第２の円筒部５０との間に第２の通路部４６ｂが形成されている。第２の円筒部５０の外周側に第３の通路部４６ｃが形成されている。外壁部４２の内側に照射部５５が設けられている。照射部５５は光触媒５３に付着したＥＧＲガス中の汚染成分を分解する光を光触媒５３に照射する。第２，第３の通路部４６ｂ，４６ｃに光触媒５３が充填されている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気後処理装置によって浄化された排出ガスの一部を排気後処理装置の下流から吸気系へ戻すＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガス中の汚染成分を分解可能な光触媒と、
前記光触媒を活性化する光を該光触媒に照射する光照射手段と、
を具備したことを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲガスを導入可能な導入口と、該ＥＧＲガスを排出可能な排出口とを有するケーシングの内部に前記光触媒が収容され、該ケーシングの内部には、前記ＥＧＲガスの通路を延長するように形成するための壁部が設けられ、該壁部のうち、前記光照射手段と前記光触媒との間に位置する壁部が、前記光照射手段から照射される光を透過する部材で形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ通路の前記光触媒の下流にＥＧＲクーラが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
【請求項４】
前記吸気系にターボチャージャのコンプレッサと、該コンプレッサ下流にインタクーラとが設けられ、該コンプレッサの上流側に前記ＥＧＲ通路の戻り側開口部が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排出ガス還流装置（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ、以下ＥＧＲ）を備えた内燃機関の排出ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排出ガスの浄化手段として、ＥＧＲが知られている。例えばディーゼルエンジンにおいて、ＰＭ（固形微粒子）や黒鉛などの汚染成分を除去する排気後処理装置を通過した排出ガスを、ＥＧＲガスとして再び吸気系へ戻すことが行われている。また、ターボチャージャのタービンを通過した排出ガスの一部を、ＥＧＲガスとしてターボチャージャのコンプレッサの上流側に戻すＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲも知られている。
【０００３】
また従来、排気後処理装置として、排気通路に排出ガス中の有害成分を浄化する触媒と、その上流に排ガス中の水分を処理する水分処理手段を設けた排ガス浄化装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−７７８３１号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排気後処理装置では汚染成分は完全には除去しきれず、ＥＧＲガス内には汚染成分が含まれる。ＥＧＲガス中の汚染成分は、ＥＧＲ通路やＥＧＲ通路に設けられる内燃機関の構成要素と、吸気通路や吸気通路の各部の構成要素などに付着して汚損をまねく恐れがある。また、ＥＧＲクーラやインタクーラにおいて、冷却媒体の低温時では、ＥＧＲガス中の水分が結露し、腐食の原因となる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、排気後処理装置を通過したＥＧＲガスに含まれる汚染成分を除去し、同時に水分の結露を防ぐことができる内燃機関の排出ガス浄化装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置では、排気後処理装置によって浄化された排出ガスの一部を該排気後処理装置の下流から吸気系に戻すＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガス中の汚染成分を分解可能な光触媒と、前記光触媒を活性化する光を該光触媒に照射する光照射手段と、を具備している。この発明でいう光は、可視光だけでなく、紫外線などの可視光以外の電磁波を含む概念である。
【０００８】
このように構成される内燃機関の排出ガス浄化装置では、前記ＥＧＲガス内の汚染成分が光触媒によって分解され、その光触媒反応の際に水分が消費されることにより、下流側での水分の結露が防止される。
【０００９】
この発明の好ましい形態では、前記光触媒は前記ＥＧＲガスが導入されるケーシングに収容され、前記ＥＧＲガスの流路を延長するように形成する壁部のうち前記光照射手段と前記光触媒との間に位置する壁部が、前記光照射手段から照射される光を透過する部材で形成される。このように構成される前記内燃機関の排出ガス浄化装置では、前記光照射手段から照射される光が壁部によって遮られることなく効率良く前記光触媒に照射される。
【００１０】
さらに、この発明の好ましい形態では、前記ＥＧＲ通路の前記光触媒の下流にＥＧＲクーラが設けられていることにより、ＥＧＲガスの温度が調節され且つＥＧＲクーラの汚損及び結露を防止できる。
【００１１】
さらに、この発明の好ましい形態では、前記吸気系にターボチャージャのコンプレッサと、該コンプレッサ下流にインタクーラとを設けてもよい。この場合、前記コンプレッサの上流側に前記ＥＧＲ通路が接続されることによってＬＰＬ−ＥＧＲが構成され、大量ＥＧＲが可能となると共に比較的温度の低い排出ガスを還流することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図１と図２を参照して説明する。
この実施の形態で用いられる内燃機関は、例えば自動車に用いられるディーゼルエンジンである。
【００１３】
図１中、吸気通路１０の上流側には、吸入空気内の埃を除去するエアクリーナ１２が設けられている。エアクリーナ１２の下流側に吸気絞りバルブ１３が設けられている。吸気絞りバルブ１３は前記吸入空気の流量を制御する。吸気絞りバルブ１３の下流側には、排出ガスを吸気系へ戻すＥＧＲ通路１４の戻り側開口部１４ａが接続され、合流部１５を形成している。
【００１４】
合流部１５では、前記吸入空気とＥＧＲ通路１４から導入されるＥＧＲガスとが混合される。合流部１５の下流側にはターボチャージャ１６のコンプレッサ２０が設けられており、コンプレッサ２０に前記吸入空気とＥＧＲガスとの混合気が流入するようになっている。ターボチャージャ１６は前記混合気を圧縮するコンプレッサ２０と、排出ガスのエネルギを受けて動力を発生するタービン２１と、タービン２１で得られた動力をコンプレッサ２０へ伝える軸部２２とから構成される。
【００１５】
ターボチャージャ１６のコンプレッサ２０の下流側には、吸気通路１０に連通してインタクーラ２３が設けられている。インタクーラ２３は、例えば冷却媒体として冷却水を用いており、コンプレッサ２０で圧縮され高温になった前記混合気を冷却する。インタクーラ２３の下流側にエンジン２４の吸気マニホールド２５が設けられている。吸気マニホールド２５を経た前記混合気は、吸気枝管２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを介して、気筒２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄに導入される。エンジン２４の排気側に排気マニホールド３０が設けられており、気筒２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの内部の排出ガスが排気枝管３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄへ排出される。排気マニホールド３０の下流側は、ターボチャージャ１６のタービン２１を介して、排気通路３２が連通している。
【００１６】
タービン２１の下流側に排気絞りバルブ３３が設けられている。排気絞りバルブ３３は、後述する排気後処理装置４０に流入する排気流量の調節を行う。排気絞りバルブ３３の下流側に、例えば排出ガスに含まれるＰＭや黒鉛などの汚染成分を除去する排気後処理装置４０が設けられている。排気後処理装置４０の一例は、例えばヒータ３４とフィルタ３５より構成されるＤＰＦであり、汚染成分をフィルタ３５で捕らえ、ヒータ３４で焼却除去するようになっている。
【００１７】
排気後処理装置４０の下流側には、排気通路３２から分岐してＥＧＲ通路１４の排出ガス取り出し口１４ｂが接続されている。ＥＧＲ通路１４には上流側から排出ガス浄化装置１と下記ＥＧＲクーラ６１とが介装されている。
【００１８】
図２に拡大して示すように、排出ガス浄化装置１は、ケーシングとして機能する例えば円筒状の外壁部４２を有している。外壁部４２の一端側に、ＥＧＲガスを導入可能な導入口４３が形成されている。外壁部４２の他端側には、ＥＧＲ通路１４に接続される排出口４４が設けられている。導入口４３と排出口４４は、ＥＧＲ通路１４と連通している。
【００１９】
外壁部４２の内部には、外壁部４２と略同心に第１の円筒部４５が設けられている。第１の円筒部４５は両端が開口しており、上流側の開口部が導入口４３に接続されている。第１の円筒部４５の他端側の開口部４５ａと、後述する第２の円筒部５０の端壁５０ａとの間に、充分な隙間が形成されている。また、第１の円筒部４５の周面と第２の円筒部５０との間にも充分な隙間が形成されている。第１の円筒部４５の内部が第１の通路部４６ａとして使われる。
【００２０】
また、第１の円筒部４５を覆うように、外壁部４２と略同心に第２の円筒部５０が設けられている。第２の円筒部５０の一端側は開口し、他端側が閉塞されている。第２の円筒部５０は外壁部４２および第１の円筒部４５と接触しないように隙間をあけて配されており、例えば図示しない支持材によって所定位置に固定されている。ただし、この支持材はＥＧＲガスの流動を妨げないものとする。第１の円筒部４５と第２の円筒部５０との間の隙間は、第２の通路部４６ｂとして使用される。
【００２１】
外壁部４２の内部に、光触媒５３が収容されている。光触媒５３は、例えば吸着能に優れた球状のシリカゲルと、このシリカゲルにコーティングされた分解能に優れる二酸化チタンの透明薄膜によって構成される。二酸化チタンは紫外線が照射されたときに、正孔と電子を発生する。この正孔と電子は非常に強い還元力、酸化力を持っており、水分などとの反応により活性酸素を生じる。この活性酸素は付着した汚染成分を分解する作用を持つ。
【００２２】
図２に示すように、光触媒５３は第２の通路部４６ｂと、後述する第３の通路部４６ｃとに充填される。
また、外壁部４２の内部に光触媒５３に付着した、汚染成分の分解作用を活性化するための光を照射する照射部５５が収容されている。照射部５５は、例えば紫外線を照射するブラックライト蛍光灯と、紫外線の照射のオン、オフを切り替えるためのスイッチ部（図示せず）から構成されている。照射部５５は外壁部４２の内側の側面に複数設けられている。照射部５５と第２の円筒部５０との間の隙間が第３の通路部４６ｃとして使われる。
【００２３】
少なくとも第２の円筒部５０（壁部）は、照射部５５から照射される紫外線が、内部に充填されている光触媒５３にも照射されるように、紫外線を透過する材料によって形成されている。紫外線を透過する材料の一例は耐熱ガラスである。
【００２４】
尚、第１の円筒部４５は第２の円筒部５０と同様に紫外線を透過する材料によって形成することによって、照射部５５の数を減らすことができるメリットがある。
【００２５】
照射部５５は、例えばＥＣＵ６０（図１に示す）により制御される。ＥＣＵ６０は、例えば図示しないイグニションスイッチに接続されている。このイグニションスイッチがオンされ、エンジン２４が運転を開始した状態から、所定時間紫外線を照射するよう照射部５５を制御する。ＥＣＵ６０には、例えばインタクーラ２３の温度を測定する温度センサ６２ａと、後述するＥＧＲクーラ６１の温度を測定する温度センサ６２ｂが接続されている。温度センサ６２ａ，６２ｂは、それぞれインタクーラ２３の下流の吸入空気（或いは前記混合気）温度、冷却水温度を計測する。そして吸入空気（或いは前記混合気）温度が所定温度以下、又は冷却水低温時に前記紫外線を所定時間照射するよう照射部５５を制御する。
【００２６】
排出ガス浄化装置１の下流側にＥＧＲクーラ６１が設けられている。ＥＧＲクーラ６１は、例えば冷却媒体として冷却水を用いてＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲクーラ６１の下流側で合流部１５付近にＥＧＲバルブ６３が設けられている。ＥＧＲバルブ６３は、吸気通路１０に流入するＥＧＲガスの流量を調節する。
【００２７】
このように本実施の形態では、ターボチャージャ１６のタービン２１を通過した排出ガスを、ＥＧＲ通路１４を用いてターボチャージャ１６のコンプレッサ２０の上流側に戻す、ＬＰＬ−ＥＧＲを構成している。
【００２８】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
エンジン２４の運転時、エンジン２４から排出される排出ガスは、排気後処理装置（ＤＰＦ）４０にてほとんどの汚染成分が除去される。排気後処理装置４０の下流側において、排出ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１４へ流入し、排出ガス浄化装置１に流入する。
【００２９】
図２に矢印で示すように、内燃機関の排出ガス浄化装置１の内部では、ＥＧＲガスが第１の通路部４６ａを流動し、第２の通路部４６ｂを通って第３の通路部４６ｃに入り、第３の通路部４６ｃを流動したのち、外壁部４２の排出口４４から出てゆく。こうしてＥＧＲガスが第２の通路部４６ｂ、第３の通路部４６ｃを流動する間に、ＥＧＲガスは光触媒５３の間を流動する。そのため、ＥＧＲガスに含まれる汚染成分が光触媒５３に吸着される。
【００３０】
イグニションスイッチがオンされ、エンジン２４が運転を開始してから所定時間（或いは、低負荷時）は、ＥＣＵ６０の制御により、照射部５５は光触媒５３に紫外線を照射する。光触媒５３は汚染成分を吸着保持しており、紫外線を照射されると二酸化チタンの作用により、水分を消費しながら汚染成分を分解する。従ってこの汚染成分の分解に伴いＥＧＲガス中の水分が使用され、水分も除去される。
【００３１】
インタクーラ２３の下流の吸入空気（或いは前記混合気）温度が所定温度以下、又は冷却水が低温の時も、ＥＣＵ６０の制御により照射部５５から紫外線が照射され、光触媒５３に吸着された汚染成分の分解作用に伴い、ＥＧＲガス中の水分が除去される。尚、ＰＭを含む汚染成分の発生しやすい低排出ガス温度時、例えば低負荷、低吸気温度、及び低冷却水温度時に紫外線を照射することによって効果的に光触媒５３の汚染成分を分解することができる。
【００３２】
また、光触媒５３は熱触媒としての性質も持っており、エンジン２４の運転中に汚染成分の吸着と同時に、ＥＧＲガスの熱により汚染成分を分解することも行う。
【００３３】
このように、排出ガス浄化装置１に光触媒５３を用いるので、ＥＧＲガス内の汚染成分が光触媒５３に吸着され、エンジン２４の始動時やインタクーラ２３およびＥＧＲクーラ６１の冷却水低温時に紫外線が照射され、二酸化チタンの汚染成分分解作用に伴いＥＧＲガス中の水分が除去される。
【００３４】
このため、汚染成分の吸着能と分解能が高まり、ＥＧＲクーラ６１、ＥＧＲバルブ６３、吸気絞りバルブ１３、コンプレッサ２０、インタクーラ２３の汚損を防止することができる。汚染成分の付着が防止されるため、ＥＧＲバルブ６３や吸気絞りバルブ１３において、流路断面積が汚染成分によって変化することが回避され、流量制御の精度を維持することもできる。インタクーラ２３やＥＧＲクーラ６１においては、ＥＧＲガス内の水分の結露による腐食を防ぐことができる。
【００３５】
さらに、光触媒５３の熱触媒としての作用により、汚染成分を分解することもできる。さらに、外壁部４２の内部に第１，第２の円筒部４５，５０を設けることにより、ＥＧＲガスがこれら円筒部４５，５０によって形成される第２の通路部４６ｂと第３の通路部４６ｃを通るようにしたため、ＥＧＲガスの流路が長く形成される。このため、ＥＧＲガスが光触媒５３に接触する時間が長くなり、汚染成分の吸着能が高まる。
【００３６】
尚、ＥＧＲガスの流路を長く形成する手法としては、上述のものに限らず、種々変更可能である。例えば、図３に示すように、壁部５７を設けて通路部４７ａ，４７ｂを形成しても良い。又図４に示すように、壁部５８ａ，５８ｂを設けて、通路部４８ａ，４８ｂ，４８ｃを形成し、ＥＧＲ通路長を延長しても良い。尚この場合に、壁部５７，５８ａ，５８ｂは紫外線を透過する材料で形成される。
【００３７】
さらに、少なくとも第２の円筒部５０は耐熱ガラスで形成される。このため、照射部５５から照射される紫外線が、効率良く第２，３の通路部４６ｂ，４６ｃの内部に位置する光触媒５３にも照射されるとともに、高温のＥＧＲガスに対して充分な耐熱性を有している。
【００３８】
なお、本実施の形態では、光源にブラックライト蛍光灯を用いているが、紫外線発光ダイオードやプラズマ発生装置を用いてもよい。また、光触媒５３は、本実施の形態のようにシリカゲルの表面と細孔の内壁とに二酸化チタンの透明薄膜をコーティングしてもよいし、あるいは表面近傍の細孔内に二酸化チタンを高濃度に分布するようにしてもよい。
【００３９】
これらをはじめとして、本発明を実施するに当たって、本発明を構成する要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変換して実施できることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ＥＧＲガスに含まれる汚染成分が光触媒によって分解されるため、ＥＧＲガスによる汚損を防ぐことができるとともに、光触媒が汚染成分を分解する際に水分が消費されるため、ＥＧＲガスに含まれる水分を除去することができる。このため吸気系における結露が防止され、結露に伴う腐食を防ぐことができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、照射光がケーシング内部の壁部によって遮られることを防止でき、照射光が効率よく光触媒に照射される。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、ＥＧＲクーラの汚損を防止して効果的にＥＧＲガスを冷却することができるとともに、ＥＧＲクーラが結露による腐食等の不具合を生じることを防止することができる。
【００４３】
請求項４に記載の発明によれば、ＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲが構成され、比較的温度の低い排出ガスが還流されると共に、特にＥＧＲクーラやインタクーラで結露が生じ易い排出ガス温度が低いエンジン運転条件でもＥＧＲガス中の水分が前記光触媒の汚染成分の分解に伴って除去されているため、ＥＧＲクーラ及び更に下流のインタクーラが結露による腐食等の不具合を生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における内燃機関の排出ガス浄化装置を模式的に示す断面図
【図２】図１に示された排出ガス浄化装置を拡大して示す断面図
【図３】図１に示された排出ガス浄化装置の変形例を示す断面図
【図４】図１に示された排出ガス浄化装置の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
１…排出ガス浄化装置
１４…ＥＧＲ通路
１４ａ…戻り側開口部
１６…ターボチャージャ
２０…コンプレッサ
２３…インタクーラ
４２…外壁部（ケーシング）
４３…導入口
４４…排出口
４５…第１の円筒部（ＥＧＲガスの通路を形成する壁部）
５０…第２の円筒部（ＥＧＲガスの通路を形成する壁部）
５３…光触媒
５５…照射部（光照射手段）
５７…壁部（ＥＧＲガスの流路を形成する壁部）
５８ａ…壁部（ＥＧＲガスの流路を形成する壁部）
５８ｂ…壁部（ＥＧＲガスの流路を形成する壁部）
６１…ＥＧＲクーラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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