(57)【要約】【課題】酸化触媒における排気ガス再循環ガスの温度上昇を抑制しつつ排気ガス再循環ガス中のＨＣを良好に除去する。【解決手段】機関吸気通路と機関排気通路とをＥＧＲ通路により互いに接続すると共に、ＥＧＲ通路内に酸化触媒を配置する。酸化触媒のＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が許容上限値ＵＬを上回らないように、かつＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）が許容下限値ＬＬを下回らないように、酸化触媒の白金担持量Ｑ（Ｐｔ）を設定する。許容上限値ＵＬはほぼ１０パーセントが好ましく、許容下限値ＬＬはほぼ４０パーセントが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置した内燃機関の排気ガス再循環装置において、酸化触媒の一酸化炭素浄化率が予め定められた許容上限値を上回らないように酸化触媒の酸化能力を設定した内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項２】
機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置した内燃機関の排気ガス再循環装置において、酸化触媒の一酸化炭素浄化率が予め定められた許容上限値を上回らないようにかつ酸化触媒の炭化水素浄化率が予め定められた許容下限値を下回らないように酸化触媒の酸化能力を設定した内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項３】
前記許容上限値がほぼ１０パーセントである請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項４】
前記許容下限値がほぼ４０パーセントである請求項２に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項５】
機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置した内燃機関の排気ガス再循環装置において、酸化触媒の一酸化炭素浄化率が酸化触媒の炭化水素浄化率よりも低く維持されるように酸化触媒の酸化能力を設定した内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項６】
膨張行程又は排気行程に追加の燃料が噴射されるようになっている請求項１、２、５のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項７】
排気ガス再循環ガスを冷却するための冷却装置が排気ガス再循環通路内に配置されており、該冷却装置上流の排気ガス再循環通路内に前記酸化触媒を配置した請求項１、２、５のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気ガス再循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により互いに接続し、排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置した内燃機関の排気ガス再循環装置が公知である（特許文献１，２，３参照）。機関から排出された排気ガス中には未燃炭化水素（ＨＣ）が含まれており、この未燃ＨＣが排気ガス再循環ガスと共に供給されると、吸気通路又は燃焼室内に炭素からなるいわゆるデポジットが形成される恐れがある。そこでこの内燃機関では、排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置して未燃ＨＣを酸化除去するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−４５８８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４９００３号公報
【特許文献３】
特開平６−６６２０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、排気ガスの温度を上昇させたり排気ガス中に含まれる還元剤即ちＨＣ及び一酸化炭素（ＣＯ）の量を増大させるために、膨張行程又は排気行程に追加の燃料を噴射するようにした内燃機関が知られている。
【０００５】
しかしながら、この内燃機関に上述の排気ガス再循環装置を適用すると酸化触媒で多量のＨＣ，ＣＯが酸化されて大きな酸化熱が発生し、この大きな酸化熱によってＥＧＲガスの温度が大幅に上昇される恐れがある。排気ガス再循環ガスの温度が高くなると新気充填効率が低下するという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、酸化触媒における排気ガス再循環ガスの温度上昇を抑制しつつ排気ガス再循環ガス中のＨＣを良好に除去することができる内燃機関の排気ガス再循環装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置した内燃機関の排気ガス再循環装置において、酸化触媒の一酸化炭素浄化率が予め定められた許容上限値を上回らないように酸化触媒の酸化能力を設定している。
【０００８】
また、前記課題を解決するために２番目の発明によれば、機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置した内燃機関の排気ガス再循環装置において、酸化触媒の一酸化炭素浄化率が予め定められた許容上限値を上回らないようにかつ酸化触媒の炭化水素浄化率が予め定められた許容下限値を下回らないように酸化触媒の酸化能力を設定している。
【０００９】
また、３番目の発明によれば１番目又は２番目の発明において、前記許容上限値がほぼ１０パーセントである。
【００１０】
また、４番目の発明によれば２番目の発明において、前記許容下限値がほぼ４０パーセントである。
【００１１】
また、前記課題を解決するために５番目の発明によれば、機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内に酸化触媒を配置した内燃機関の排気ガス再循環装置において、酸化触媒の一酸化炭素浄化率が酸化触媒の炭化水素浄化率よりも低く維持されるように酸化触媒の酸化能力を設定している。
【００１２】
また、６番目の発明によれば１番目、２番目、５番目の発明うちのいずれか一つにおいて、膨張行程又は排気行程に追加の燃料が噴射されるようになっている。
【００１３】
また、７番目の発明によれば１番目、２番目、５番目の発明うちのいずれか一つにおいて、排気ガス再循環ガスを冷却するための冷却装置が排気ガス再循環通路内に配置されており、該冷却装置上流の排気ガス再循環通路内に前記酸化触媒を配置している。
【００１４】
なお、本明細書における酸化触媒の一酸化炭素浄化率及び炭化水素浄化率は酸化触媒が活性化した後の値である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１６】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５の出口に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更にスロットル弁１７上流の吸気ダクト１３内には吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための吸気冷却装置１８が配置される。
【００１７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１の入口に連結され、排気タービン２１の出口は排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ２３が収容されたケーシング２３に連結される。このパティキュレートフィルタ２３の隔壁上には酸化触媒が担持されている。
【００１８】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５と、ＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置２６とが配置される。このようにＥＧＲガスを冷却することによって、ＥＧＲガスによる充填効率の低下が抑制され、燃焼温度の上昇が抑制される。
【００１９】
また、ＥＧＲ冷却装置２６上流のＥＧＲ通路２４内には酸化触媒２７が配置される。この酸化触媒２７は例えばアルミナを担体とし、担体上に白金ＰｔやパラジウムＰｄといった貴金属が担持されている。ＥＧＲガス中に含まれるＨＣはこの酸化触媒２７によって酸化除去され、従って吸気通路及び燃焼室５内にいわゆるデポジットが形成されるのが阻止される。更に、酸化触媒２７をＥＧＲ冷却装置２６上流に配置しているので、ＥＧＲガス中に含まれるＨＣによってＥＧＲ冷却装置２６が目詰まりするのも阻止される。
【００２０】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２８に連結される。このコモンレール２８内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９から燃料が供給され、コモンレール２８内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。図１に示される内燃機関ではコモンレール２８内の燃料圧が検出され、検出されたコモンレール２８内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２９の吐出量が制御される。
【００２１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。コモンレール２８にはコモンレール２８内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３９が取付けられ、燃料圧センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。ＣＰＵ４４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、及び燃料ポンプ２９にそれぞれ接続される。
【００２２】
排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ２３上に捕集される。図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われているので、パティキュレートフィルタ２３の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ２３上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００２３】
ところが、パティキュレートフィルタ２３の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ２３上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ２３の圧損が増大する。
【００２４】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ２３上の堆積微粒子量が微粒子許容量を越えたときには、パティキュレートフィルタ２３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ２３の温度を例えば６００℃以上まで上昇し維持する微粒子酸化作用を行うようにしている。この微粒子酸化作用が行われると、パティキュレートフィルタ２３上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。
【００２５】
パティキュレートフィルタ２３の温度を上昇させるために本発明による実施例では、圧縮上死点周りに行われる主燃料に加えて膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料を噴射し、それにより内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるようにしている。
【００２６】
ところが、このように追加の燃料を噴射すると排気ガス従ってＥＧＲガス中に多量のＨＣ，ＣＯが含まれるようになり、この多量のＨＣ，ＣＯが酸化触媒２７で酸化されるとＥＧＲガスの温度が大幅に上昇されることになる。このＥＧＲガスの温度上昇を抑制するためにはＥＧＲ冷却装置２６の冷却能力をかなり高めなければならない。
【００２７】
排気通路内に配置された触媒に還元剤としてのＨＣ及びＣＯを供給するために追加の燃料を噴射する場合や、燃焼室内で理論空燃比又はリッチ混合気を燃焼させるようにした場合も同様なことが生じうる。
【００２８】
本願発明者らによれば、追加の燃料を噴射した場合のＥＧＲガス中にはＨＣよりも高濃度のＣＯが含まれており、この高濃度のＣＯが酸化されることによってＥＧＲガスの温度が大幅に上昇されることが判明している。従って、酸化触媒２７におけるＣＯの酸化を抑制すればＥＧＲガスの温度上昇を抑制できることになる。ＣＯが酸化されることなく酸化触媒２７から排出されたとしても、デポジット形成のような悪影響は生じない。
【００２９】
更に、酸化触媒の酸化能力を決める因子の一つに酸化触媒の貴金属担持量があることからこの貴金属担持量に着目したところ、ＨＣの良好な酸化を維持しながらＣＯの酸化を抑制できる貴金属担持量範囲が存在することが見出されたのである。このことを図２を参照しながら詳しく説明する。
【００３０】
図２は、酸化触媒２７に担持される貴金属を白金Ｐｔから構成した場合の酸化触媒２７の白金担持量Ｑ（Ｐｔ）に対する、酸化触媒２７のＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）及びＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）並びに酸化触媒２７におけるＥＧＲガスの温度上昇ΔＴの変化を示す実験結果である。ここで、浄化率は酸化触媒２７内に流入する排気ガス中の注目成分の量に対する酸化触媒２７から流出した排気ガス中の注目成分の量である。
【００３１】
図２からわかるように、白金担持量Ｑ（Ｐｔ）がかなり少ないときにはＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）及びＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）は共に低くなる。白金担持量Ｑ（Ｐｔ）を増大させるとＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が低く維持されながらＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）が急激に上昇し、白金担持量Ｑ（Ｐｔ）を更に増大させるとようやくＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が上昇し始める。また、ＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が上昇すると温度上昇ΔＴも増大する。
【００３２】
このようにＨＣを選択的に酸化しＣＯを酸化しない白金担持量Ｑ（Ｐｔ）の範囲が存在し、この範囲では温度上昇ΔＴがかなり小さいことが判明したのである。
【００３３】
更に図２を参照すると、白金担持量Ｑ（Ｐｔ）が上限量ＱＵを上回るとＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が許容上限値ＵＬを越えて急激に増大し、白金担持量Ｑ（Ｐｔ）が下限量ＱＬを下回るとＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）が許容下限値ＬＬを越えて急激に低下する。
【００３４】
そこで本発明による実施例では、ＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が許容上限値ＵＬを上回らないように白金担持量Ｑ（Ｐｔ）を上限量ＱＵ以下に設定している。このようにすると、ＥＧＲガスの温度上昇ΔＴをかなり低く抑えることができる。
【００３５】
その上で、ＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）が許容下限値ＬＬを下回らないように白金担持量Ｑ（Ｐｔ）を下限量ＱＬ以上に設定している。即ち、白金担持量Ｑ（Ｐｔ）が下限量ＱＬから上限量ＱＵまでの設定範囲内に設定される。このようにすると、ＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）を高く維持しながらＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）を低く維持することができる。
【００３６】
言い換えると、ＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が許容上限値ＵＬを上回らないように酸化触媒２７の貴金属担持量又は酸化能力を設定し、ＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）が許容下限値ＬＬを下回らないように酸化触媒２７の貴金属担持量又は酸化能力を設定しているということになる。
【００３７】
或いは、ＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）がＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）よりも低く維持されるように酸化触媒２７の貴金属担持量又は酸化能力を設定しているという見方もできる。
【００３８】
ここで、許容上限値ＵＬはほぼ１０パーセントが好ましく、許容下限値ＬＬはほぼ４０パーセントが好ましい。
【００３９】
一方、上限量ＱＵ及び下限量ＱＬは機関の型式や酸化触媒の種類によって変動し、必ずしも正確に言うことはできない。しかしながら、或る特定の内燃機関においてＱ（Ｐｔ）＝０．０５ｇ／ｄｍ３（ｇ／リットル）であるとＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が許容上限値ＵＬよりも低くかつＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）が許容下限値ＬＬよりも低くなり、Ｑ（Ｐｔ）＝０．３ｇ／ｄｍ３（ｇ／リットル）であるとＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）が許容上限値ＵＬよりも高くかつＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）が許容下限値ＬＬよりも高くなることが確認されている。従って、この特定の内燃機関における白金担持量Ｑ（Ｐｔ）の設定範囲０．０５ｇ／ｄｍ３（ｇ／リットル）から０．３ｇ／ｄｍ３（ｇ／リットル）の範囲内にあるということになる。
【００４０】
【発明の効果】
酸化触媒における排気ガス再循環ガスの温度上昇を抑制しつつＥＧＲガス中のＨＣを良好に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】酸化触媒の白金担持量Ｑ（Ｐｔ）に対する、酸化触媒のＣＯ浄化率ＰＲ（ＣＯ）及びＨＣ浄化率ＰＲ（ＨＣ）並びに酸化触媒におけるＥＧＲガスの温度上昇ΔＴの変化の実験結果を示す線図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２４…ＥＧＲ通路
２６…ＥＧＲ冷却装置
２７…酸化触媒
【図１】
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【図２】
2004257319.tif 000004