(57)【要約】  本発明に係る内燃機関は、排気通路に設けられた排気処理装置と、排気処理装置の上流側に設けられたバーナー装置とを備える。バーナー装置は、排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁と、燃料添加弁から添加された燃料を加熱する加熱装置とを含む。バーナー装置またはその付近の所定位置における排気流速の変動に同期して燃料添加弁から燃料が添加されるよう、バーナー装置が制御される。添加燃料を着火および燃焼させるときの安定性を向上することができる。
2012137266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気処理装置と、
前記排気処理装置の上流側に設けられたバーナー装置と、
前記バーナー装置を制御するバーナー制御手段と、
を備え、
前記バーナー装置は、少なくとも、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料を加熱する加熱手段とを含み、
前記バーナー制御手段は、前記バーナー装置またはその付近の所定位置における排気流速の変動に同期して前記燃料添加弁から燃料を添加させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値がゼロとなった時に添加燃料が着火するよう、前記燃料添加弁から燃料を添加させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値が正または負の所定値となった時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値が正の所定値となった時であって、且つ添加燃料が前記排気処理装置の近傍で燃焼するような時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値が負の所定値となった時であって、且つ添加燃料が前記加熱手段よりも上流側で燃焼するような時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記バーナー制御手段は、１回の添加当たりに、比較的少量の燃料を添加するパイロット添加と、該パイロット添加後にパイロット添加量よりも多い燃料を添加するメイン添加とを前記燃料添加弁に実行させ、且つ、
前記所定位置における排気流速の値が正から負に変化する際にゼロとなった時に前記パイロット添加を前記燃料添加弁に実行させ、その後、前記所定位置における排気流速の値が負から正に変化して正の所定値となった時に前記メイン添加を前記燃料添加弁に実行させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記加熱手段がグロープラグからなると共に、前記グロープラグへの供給電力を制御するグロー制御手段をさらに備え、
前記グロー制御手段は、前記所定位置における排気流速の変動に同期して前記グロープラグへの供給電力を変化させる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記所定位置における排気流速の値またはその相関値を取得する取得手段をさらに備え、
前記バーナー制御手段は、前記取得手段により取得された排気流速の値またはその相関値に基づき、前記燃料添加弁の添加時期を制御する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記バーナー装置は、前記加熱手段の下流側の前記排気通路内に設けられた小型酸化触媒をさらに含む
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に係り、特に、排気通路における排気処理装置の上流側にバーナー装置を設けた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路において、排気処理装置（触媒等）の上流側にバーナー装置を設け、バーナー装置で生成された加熱ガスを利用して排気温度を昇温し、排気処理装置を加熱し、排気処理装置の暖機を促進する場合がある。バーナー装置は、典型的に、排気通路内に添加された燃料を着火して燃焼させることにより、火炎を含む加熱ガスを生成するものである。排気通路内に小型酸化触媒を設け、この小型酸化触媒で添加燃料を改質または燃焼させる場合もある。【０００３】
例えば特許文献１に記載された装置では、排気通路内の小型酸化触媒に直接かつ間欠的に燃料を供給することにより、小型酸化触媒の下流側に間欠的に火炎を生成させている。【０００４】
ところで、添加燃料を着火および燃焼させるには、添加燃料と排気ガスからなる混合気の状態が着火および燃焼に適した状態となっている必要がある。しかしながら排気通路内には、主に排気脈動に起因した排気流速の変動があり、且つこの変動を従来考慮していなかったため、着火および燃焼が不安定になるという問題があった。【０００５】
そこで本発明の一の目的は、上記課題を解決し、添加燃料を着火および燃焼させるときの安定性を向上することが可能な内燃機関を提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５９８８６号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた排気処理装置と、
前記排気処理装置の上流側に設けられたバーナー装置と、
前記バーナー装置を制御するバーナー制御手段と、
を備え、
前記バーナー装置は、少なくとも、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料を加熱する加熱手段とを含み、
前記バーナー制御手段は、前記バーナー装置またはその付近の所定位置における排気流速の変動に同期して前記燃料添加弁から燃料を添加させる
ことを特徴とする内燃機関が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値がゼロとなった時に添加燃料が着火するよう、前記燃料添加弁から燃料を添加させる。
【０００９】
好ましくは、前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値が正または負の所定値となった時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させる。
【００１０】
好ましくは、前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値が正の所定値となった時であって、且つ添加燃料が前記排気処理装置の近傍で燃焼するような時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させる。
【００１１】
好ましくは、前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値が負の所定値となった時であって、且つ添加燃料が前記加熱手段よりも上流側で燃焼するような時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させる。
【００１２】
好ましくは、前記バーナー制御手段は、１回の添加当たりに、比較的少量の燃料を添加するパイロット添加と、該パイロット添加後にパイロット添加量よりも多い燃料を添加するメイン添加とを前記燃料添加弁に実行させ、且つ、
前記所定位置における排気流速の値が正から負に変化する際にゼロとなった時に前記パイロット添加を前記燃料添加弁に実行させ、その後、前記所定位置における排気流速の値が負から正に変化して正の所定値となった時に前記メイン添加を前記燃料添加弁に実行させる。
【００１３】
好ましくは、前記加熱手段がグロープラグからなると共に、前記内燃機関が、前記グロープラグへの供給電力を制御するグロー制御手段をさらに備え、
前記グロー制御手段は、前記所定位置における排気流速の変動に同期して前記グロープラグへの供給電力を変化させる。
【００１４】
好ましくは、前記内燃機関が、前記所定位置における排気流速の値またはその相関値を取得する取得手段をさらに備え、
前記バーナー制御手段は、前記取得手段により取得された排気流速の値またはその相関値に基づき、前記燃料添加弁の添加時期を制御する。
【００１５】
好ましくは、前記バーナー装置は、前記加熱手段の下流側の前記排気通路内に設けられた小型酸化触媒をさらに含む。
【００１６】
本発明によれば、添加燃料を着火および燃焼させるときの安定性を向上することができるという、優れた作用効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】図２は排気弁のバルブタイミングを示す図である。
【図３】図３はクランク角とこれに対応する各気筒の各行程を示す図である。
【図４】図４は複数の添加時期に対する最大排気ガス温度を示す図である。
【図５】図５は排気流速変動に同期した燃料添加の様子を示す図である。
【図６】図６は各気筒の排気弁の開弁状態と平均的な排気流速とを概略的に示す図である。
【図７】図７は同期添加制御の第３〜５例を示す図である。
【図８】図８は同期添加制御の第６，７例を示す図である。
【図９】図９は同期添加制御の第８例を示す図である。
【図１０】図１０は第９例の比較例を示す図である。
【図１１】図１１は第９例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。ただし、本発明の実施態様は下記の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含むことに注意しなければならない。実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
以下の説明において、上流側を「前」、下流側を「後」ともいう。
【００２０】
図１は本実施形態における内燃機関（エンジン）の概略構成を示す。エンジンは車載の４サイクル・ディーゼルエンジンである。エンジン本体１には、吸気通路をなす吸気管２と排気通路をなす排気管３とが接続されている。吸気管２の途中には、吸気管２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、エンジン本体１に単位時間当たりに流入する吸入空気量（すなわち吸気流量）が検出される。エンジン本体１は複数の気筒を有し、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁すなわち筒内噴射弁５が設けられている。なお図１には単一の筒内噴射弁５のみを示す。
【００２１】
排気管３の途中にはターボチャージャ２１が設けられている。ターボチャージャ２１は、排気ガスによって駆動されるタービン２１Ｔと、タービン２１Ｔによって駆動されて吸気を過給するコンプレッサ２１Ｃとを有する。タービン２１Ｔには、その入口流量を可変にするための複数の可変ベーン（不図示）と、これら可変ベーンを同時に開閉するためのベーンアクチュエータ２１Ａとが設けられている。コンプレッサ５Ｃの下流側にはスロットルバルブ２２が設けられている。
【００２２】
エンジン１にはＥＧＲ装置３０が設けられる。ＥＧＲ装置３０は、排気管３内の排気ガスを吸気管２に環流させるＥＧＲ（外部ＥＧＲ）を実行するためのものである。ＥＧＲ装置３０は、排気管３と吸気管２を結ぶＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１に上流側から順に設けられたＥＧＲクーラ３３およびＥＧＲ弁３２とを備える。ＥＧＲクーラ３３は、排気管３から取り出した排気ガスすなわちＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁３２は、開閉作動してＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの流量を調節する。
【００２３】
図示しない排気管３の出口部は消音器を介して大気に開放されている。また図示するように排気管３の途中には、酸化触媒６及びＮＯｘ触媒７が上流側からこの順番で直列に配置されている。
【００２４】
酸化触媒６は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ２と反応させてＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等とする。触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ２、Ｍｎ／ＣｅＯ２、Ｆｅ／ＣｅＯ２、Ｎｉ／ＣｅＯ２、Ｃｕ／ＣｅＯ２等を用いることができる。
【００２５】
ＮＯｘ触媒７は、好ましくは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）からなる。ＮＯｘ触媒７は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元成分（例えば、燃料等）が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒７は、アルミナＡｌ２Ｏ３等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、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から成る。なお、ＮＯｘ触媒７は選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。
【００２６】
これら酸化触媒６およびＮＯｘ触媒７に加えて、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設けられてもよい。好ましくはＤＰＦは、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼する連続再生式のものである。好ましくはＤＰＦは、少なくとも酸化触媒６の下流側であって、且つＮＯｘ触媒７の上流側若しくは下流側に配置される。なおエンジンは火花点火式内燃機関であってもよく、この場合、排気通路に三元触媒が設けられるのが好ましい。これら酸化触媒６、ＮＯｘ触媒７、ＤＰＦおよび三元触媒が、本発明の排気処理装置に該当する。
【００２７】
排気管３において、タービン２１Ｔの下流側且つ酸化触媒６の上流側にはバーナー装置８が設置されている。バーナー装置８は、排気ガスを昇温させるためのもので、少なくとも燃料添加弁９と、加熱装置あるいは加熱手段としてのヒータあるいはグロープラグ１０とを含む。また本実施形態のバーナー装置８は小型酸化触媒１１をも含む。
【００２８】
燃料添加弁９は、排気管３内に液体の燃料Ｆを噴射、供給あるいは添加する。この燃料Ｆとしては、エンジン用の燃料である軽油がそのまま共用されるが、別種の燃料を使用しても良い。燃料添加弁９は、排気管３における周方向所定位置の外周部から中心部に向けて、且つ下流側に向けて斜め方向に燃料Ｆを噴射する。図示例では、燃料添加弁９は、排気管３の上部から中心部に向けて、且つ下流側に向けて斜め下向きに燃料Ｆを噴射する。
【００２９】
グロープラグ１０は、燃料添加弁９から添加された燃料Ｆ、より具体的には燃料Ｆと排気ガスの混合気を加熱するためのものである。グロープラグ１０は、燃料添加弁９よりも下流側の位置に配置され、その軸心線が燃料添加弁９の軸心線と垂直になるよう、排気管３の側部から挿入して設置されている。そしてグロープラグ１０の先端の発熱部が、噴射燃料Ｆにほぼ対向するように配置されている。すなわち燃料添加弁９は、グロープラグ１０の発熱部に向けて燃料Ｆを噴射する。グロープラグ１０は、図示しない昇圧回路を介して車載バッテリに接続されており、通電された際に発熱部が発熱する。なおグロープラグ１０は任意の姿勢で配置することができる。
【００３０】
好ましくはグロープラグ１０は、燃料添加弁９から噴射された液滴としての燃料Ｆが到達し得ないほど、燃料添加弁９から離れた位置に設置される。但し、燃料Ｆが到達し得る比較的近い位置に設置することも可能である。
【００３１】
小型酸化触媒１１は、グロープラグ１０よりも下流側の位置の排気管３内に設置されている。小型酸化触媒１１の外径は排気管３の内径よりも小さく、小型酸化触媒１１の軸心方向は排気管３の軸心方向と平行である。小型酸化触媒１１は排気管３とほぼ同軸に配置されている。小型酸化触媒１１は、その断面積が排気管３の断面積の一部を占めるような大きさとされている。小型酸化触媒１１は、図示しない複数のステーにより、排気管３内に宙吊り状態で設置されている。
【００３２】
小型酸化触媒１１は、個々のセルが上流から下流へと連通した所謂ストレートフロー型であり、下流側の酸化触媒６と同じ構成としても異なる構成としても良い。例えば小型酸化触媒１１は、ゼオライト製の担体にロジウム等を担持させて構成することができる。小型酸化触媒１１の内部のガス通路を触媒内通路１１Ａという。
【００３３】
他方、小型酸化触媒１１の径方向外側、すなわち小型酸化触媒１１と排気管６の間には、排気ガスを流通させるための外周通路１２が画成される。特に、燃料添加弁９が設置される周方向所定位置、図示例では上部側の位置にも、外周通路１２の一部である添加弁側外周通路すなわち上部外周通路１２Ａが画成されている。
【００３４】
小型酸化触媒１１の前端面１１Ｂには、その外周端縁部の全周を前方に延長するように案内管１３が設けられている。案内管１３の前端から所定長さ後方にかけて、案内管１３の上半分が切除され、これにより樋状ないし半円管状の案内板１３Ａが形成されている。案内管１３の前端もグロープラグ１０より下流側に位置される。案内管１３は、後に詳しく述べるが、燃料添加によって生成された混合気や火炎の小型酸化触媒１１への導入を案内するためのものである。
【００３５】
案内管１３の中には、案内板１３Ａを横断するように衝突板１４が設置されている。衝突板１４は、平板からなり、その一方の面すなわち上面が概ね燃料添加弁９およびグロープラグ１０の方を向くよう傾斜されている。衝突板１４は、後に詳しく述べるが、燃料添加によって生成された混合気や火炎を衝突させて小型酸化触媒１１に導入し易くするためのものである。
【００３６】
これら小型酸化触媒１１、案内管１３および衝突板１４は一体的に形成され、小型酸化触媒ユニットを構成する。
【００３７】
エンジンには、これを総括的に制御するための制御手段たる電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成される。
【００３８】
ＥＣＵ１００には、上述したエアフローメータ４の他、エンジンのクランク角を検出するためのクランク角センサ１５と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ１６とが接続されている。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１５の出力値に基づいてエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサ１６の出力値に基づいてエンジンに対する要求負荷を算出する。
【００３９】
また、排気管３における酸化触媒６の前後の位置に、上流側排気温センサ１８と下流側排気温センサ１９とが設けられ、これら上流側排気温センサ１８と下流側排気温センサ１９とがＥＣＵ１００に接続されている。これらセンサは排気ガスの温度を検出するためのものである。ＥＣＵ１００は、これらセンサの検出値に基づいて酸化触媒６の温度を推定する。
【００４０】
排気管３におけるバーナー装置８の上流側であって、且つタービン２１Ｔの下流側には酸素濃度センサ２０が設けられている。酸素濃度センサ２０は排気ガスの酸素濃度を検出するためのものであり、例えばリニアＡ／ＦセンサやＯ２センサ等から構成することができる。
【００４１】
ＥＣＵ１００には、筒内噴射弁５、スロットルバルブ２２、ＥＧＲ弁３２、ベーンアクチュエータ２１Ａ、燃料添加弁９およびグロープラグ１０が接続され、これらがＥＣＵ１００によって制御される。
【００４２】
さて、かかるバーナー装置８は、主にエンジンの冷間始動後の暖機中に、メインの排気処理装置である酸化触媒６およびＮＯｘ触媒７（特に上流側の酸化触媒６）をできるだけ早く活性化させるために使用ないし作動される。なお暖機中でなくても、酸化触媒６およびＮＯｘ触媒７の温度が低下し、これらが未活性になったときに、バーナー装置８が使用ないし作動される。
【００４３】
バーナー装置８の作動時、燃料添加弁９とグロープラグ１０がオンされ、燃料添加弁９から排気通路内に噴射ないし添加された燃料が、排気ガス（特にこれに含まれる酸素）と混合して混合気をなす。この混合気が、グロープラグ１０による加熱効果と相俟って着火、燃焼し、これにより火炎を含む加熱ガスが生成される。この加熱ガスは、周囲の排気ガスと混合しつつ、酸化触媒６とＮＯｘ触媒７を順次加熱し、昇温する。
【００４４】
一旦酸化触媒６が活性化してしまえば、後は排気ガス中のＣＯ，ＨＣを酸化触媒６で酸化、燃焼させ、その酸化熱で酸化触媒６の高温を維持すると共に、酸化触媒６から高温なガスを排出させることができる。そしてこの高温ガスをＮＯｘ触媒７に送ってＮＯｘ触媒７を活性化させることができる。少なくとも酸化触媒６が活性化してしまえば、バーナー装置８を停止することが可能である。
【００４５】
バーナー装置８の作動時、小型酸化触媒１１は始めのうちは低温かつ未活性である。しかし、周囲の排気ガスや、火炎を含む加熱ガスにより徐々に加熱され、昇温し、活性に近づいていく。小型酸化触媒１１の容量は小さく、小型酸化触媒１１の周囲を流れるガスに比べ触媒内通路１１Ａを流れるガスの流速は遅い。よって小型酸化触媒１１は、比較的早期に、特に酸化触媒６よりも早く活性化することができる。
【００４６】
一旦小型酸化触媒１１が活性化してしまえば、後は酸化触媒６と同様、排気ガス中のＣＯ，ＨＣを小型酸化触媒１１で酸化、燃焼するのと同時に、導入した添加燃料Ｆと酸素の混合気をも小型酸化触媒１１で酸化、燃焼することができる。特に後者の酸化熱により、小型酸化触媒１１は急速にしかも著しい高温まで温度上昇する。小型酸化触媒１１により混合気を燃焼させて火炎を生成することもできる。こうしてできた小型酸化触媒１１からの高温な加熱ガスを利用して酸化触媒６の暖機、活性化を一層促進することができる。
【００４７】
また、小型酸化触媒１１は、導入した混合気の燃料成分を改質する機能も有する。具体的には、燃料成分中の炭素数の多い炭化水素が分解して、炭素数が少なく反応性の高い炭化水素が生成され、これによって燃料成分が反応性の高いものに改質される。この改質された燃料成分は、未改質のものに比べ、下流側の酸化触媒６においてより容易に酸化可能であるので、酸化触媒６の早期活性化を大いに助ける。
【００４８】
このように、例えばエンジン始動後の暖機中であって、小型酸化触媒１１も酸化触媒６も未活性であるときには、下流側の酸化触媒６よりも先にあるいは優先して上流側の小型酸化触媒１１を活性化させるのが好ましい。具体的には、酸化触媒６よりも小型酸化触媒１１に加熱ガスをより積極的に供給し、この加熱ガスで小型酸化触媒１１をより積極的に加熱するのが好ましい。
【００４９】
他方、小型酸化触媒１１が活性化した後には、小型酸化触媒１１よりも酸化触媒６に加熱ガスをより積極的に供給し、この加熱ガスで酸化触媒６をより積極的に加熱し、酸化触媒６の暖機を促進するのが好ましい。
【００５０】
ところで一般的に、添加燃料を着火および燃焼させるには、添加燃料と排気ガスの混合気の状態が着火および燃焼に適した状態となっている必要がある。しかしながら排気管３内には、主に排気脈動に起因した排気流速の変動があり、且つこの変動を従来考慮していなかったため、着火および燃焼が不安定になるという問題がある。
【００５１】
そこで本実施形態では、添加燃料を着火および燃焼させるときの安定性を向上すべく、バーナー装置８またはその付近の所定位置における排気流速の変動に同期して燃料添加弁９から燃料を添加させることとしている。以下、この点について詳しく述べる。
【００５２】
まず、図２に、各気筒の排気弁のバルブタイミングを示す。図中、ＢＤＣは排気下死点、ＴＤＣは排気上死点、θ１は排気弁の開弁時期、θ２は排気弁の閉弁時期を示す。本実施形態において、開弁時期θ１は排気下死点前５１°ＣＡとされ、閉弁時期θ２は排気上死点後２°ＣＡとされている。
【００５３】
図３には、クランク角とこれに対応する各気筒の各行程を示す。クランク角は＃４気筒の圧縮上死点（＃４ＴＤＣ）を基準即ち０°ＣＡとする。燃焼順序は＃１，＃３，＃４，＃２の各気筒順である。図中、「吸」、「圧」、「膨」、「排」はそれぞれ吸気行程、圧縮行程、膨張（燃焼）行程、排気行程を意味する。
【００５４】
図中、各気筒の排気弁の開弁時期θ１と閉弁時期θ２を示す。これから明らかなように、２つの気筒の排気弁が同時に開弁する期間、すなわち排気オーバーラップ期間Δθが、１エンジンサイクル（−１８０〜５４０°ＣＡ）中に４つ存在する。
【００５５】
図４において、（Ａ）には＃１気筒と＃３気筒の排気弁の開閉状態を示す。ここで便宜上、＃１気筒の閉弁時期θ２は０°ＣＡとしてある。また（Ｂ）には、燃料添加弁９の添加時期（横軸）と、各添加時期に対応した最大排気ガス温度（縦軸）との関係を調べた試験結果を示す。
【００５６】
（Ｂ）に関しては、運転状態が一定という条件下で、燃料添加弁９の添加時期を所定クランク角に固定して燃料添加を繰り返し実行する。そしてこのときに酸化触媒６に流入する排気ガスの最大温度を測定し、これを最大排気ガス温度として表示してある。ａは１回目の測定データ、ｂは２回目の測定データである。最大排気ガス温度が高いほど、バーナー装置の着火性および燃焼性は良好と言える。
【００５７】
例えば、＃４ＴＤＣ＝０°ＣＡのデータの場合、燃料添加弁９から、＃４ＴＤＣが到来する度に燃料添加が実行される。そしてこれを所定時間継続した場合に、酸化触媒６に流入する排気ガスの最大温度が測定される。図示例によれば、最大排気ガス温度は１回目、２回目ともに約２５０°Ｃである。
【００５８】
このような実測を、添加時期を１０°ＣＡずつ変えて−７０〜７０°ＣＡの範囲に亘って行う。この結果を（Ｂ）に示している。
【００５９】
図示の結果によれば、添加時期に応じて最大排気ガス温度が変化し、着火性および燃焼性が良好となる最適添加時期が存在することが分かる。最大排気ガス温度の最小値と最大値との差ｃは１００℃以上にも及ぶ。
【００６０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、排気管３内に主に排気脈動に起因する排気流速の変動があること、および、この排気流速の変動が添加燃料の着火性および燃焼性に大きく影響を及ぼすことを見出した。そこでこの特性を利用し、本実施形態では、バーナー装置８またはその付近の所定位置における排気流速の変動に同期して燃料添加弁９から燃料を添加させるようにしている。
【００６１】
ここで、バーナー装置８またはその付近の所定位置は、本実施形態の場合、グロープラグ１０の発熱部の位置としている。この発熱部の位置で着火が最も起こり易いからである。しかしながら当該所定位置は任意に定めることができ、例えば、グロープラグ１０から所定距離上流側または下流側の位置としてもよいし、燃料添加弁９の噴孔軸心に沿った所定位置としてもよい。以下、この所定位置を基準位置という。
【００６２】
図５には、排気流速変動に同期した燃料添加の様子を示す。なお便宜上小型酸化触媒ユニットは略示する。図中（Ｄ）には、基準位置における排気流速の変動を示す。排気流速がゼロの場合、基準位置における排気ガスの流れはない。排気流速が正の場合、基準位置における排気ガスは下流側に向かって順流方向に流れており、排気流速が負の場合、基準位置における排気ガスは上流側に向かって逆流方向に流れている。基準位置における排気流速は周期的に変動し、概ね正の値を持つが、ゼロまたは負の値となることもある。これは即ち、基準位置における排気ガスが、概ね順流方向に流れるが、停滞したり逆流したりする場合があることを意味する。もっとも排気ガスは総じて順流方向に流れるので、排気流速の平均値は常に正である。
【００６３】
図５（Ａ）には、排気流速が正の値の時に燃料添加を行った場合（順流時添加という）、特に排気流速が極大ピークの時に燃料添加を行った場合を示す。この場合、排気ガスが下流側に向かって比較的強く流れているので、添加燃料Ｆは添加直後に排気ガスによって即座に下流側に流され、拡散し、グロープラグ１０よりも下流側の位置に、比較的リーンな混合気Ｍを形成する傾向にある。この混合気Ｍは比較的広範囲に亘り、これに伴い混合気Ｍの単位体積当たりの燃料濃度も少ない傾向にある。
【００６４】
図５（Ｂ）には、排気流速の値がゼロの時に燃料添加を行った場合（ゼロ時添加という）を示す。この場合、排気ガスが停滞しているので、添加燃料Ｆはグロープラグ１０の周囲に比較的リッチな混合気Ｍを形成する。混合気Ｍの範囲は狭く、混合気Ｍの単位体積当たりの燃料濃度は多い傾向にある。
【００６５】
図５（Ｃ）には、排気流速が負の値の時に燃料添加を行った場合（逆流時添加という）、特に排気流速が極小ピークの時に燃料添加を行った場合を示す。この場合、排気ガスが上流側に向かって流れている（つまり逆流している）ので、添加燃料Ｆは添加直後に排気ガスによって上流側に流され、拡散し、グロープラグ１０よりも上流側の位置に、比較的リーンな混合気Ｍを形成する傾向にある。混合気Ｍは比較的広範囲に亘り、これに伴い混合気Ｍの単位体積当たりの燃料濃度も少ない傾向にある。
【００６６】
ここで、「排気流速の値がゼロ」とは、排気流速の値が実質的にゼロという意味であり、排気流速の値がゼロを含む微小な所定範囲内にあることを意味する。他方、「排気流速の値が正」とは、排気流速の値が前記所定範囲より大きい正の値であることを意味する。同様に、「排気流速の値が負」とは、排気流速の値が前記所定範囲より小さい負の値であることを意味する。
【００６７】
上記各場合のうち、着火性および燃焼性が最も良いのは、図５（Ｂ）に示したようなゼロ時添加の場合である。グロープラグ１０の周囲に形成された比較的リッチな混合気Ｍが、グロープラグ１０から直接受熱して即座に着火するからである。よって添加燃料Ｆを安定して確実に着火させるには、ゼロ時添加を行うのが好ましい。
【００６８】
但し、厳密には、燃料Ｆが添加されてから着火に至るまでの間に着火遅れが存在する。よって排気流速の値がゼロとなる時から、着火遅れ分だけ早い時期が最適な添加時期ということになる。言い換えれば、基準位置における排気流速の値がゼロとなった時に添加燃料が着火するような添加時期が、最適な添加時期である。
【００６９】
これに対し、図５（Ａ）の順流時添加および図５（Ｃ）の逆流時添加の場合は、着火性および燃焼性向上の観点からは必ずしも最適とは言えない。着火性および燃焼性が悪化すると、必要な燃料添加量が増え、燃費の悪化をもたらす。しかしながら、状況によっては、グロープラグ１０よりも上流側または下流側の位置で、混合気Ｍを着火させるのが好ましい場合もある。そこで本実施形態では、基準位置における排気流速の値が正または負の所定値となった時に、燃料添加弁９から燃料を添加させる場合がある。これについては後述する。
【００７０】
順流時添加と逆流時添加を比較すると、着火性および燃焼性向上の観点からは、逆流時添加の方がより好ましい。順流時添加だと添加燃料が単に下流側に流されてしまうが、逆流時添加だと添加燃料が一旦逆流した後、順流方向に流れ、この間に排気ガスの熱によって改質または軽質化され、さらにグロープラグ１０の熱を受けて着火する可能性が高いからである。従って逆流時添加は、ゼロ時添加の次に好ましい態様と言える。
【００７１】
以下、排気流速変動に同期した燃料添加制御（同期添加制御という）についてより具体的に説明する。
【００７２】
本実施形態では、基準位置における排気流速の値またはその相関値が取得される。そしてこの取得された排気流速の値またはその相関値に基づき、燃料添加弁９の添加時期が制御される。言い換えれば、取得された排気流速の値またはその相関値が所定値になった時に燃料添加弁９から燃料が添加される。ここでいう「取得」には「検出」と「推定」の両方が含まれる。
【００７３】
排気流速とは排気ガスの速度のことである。また排気流速の相関値とは、排気ガスの速度に相関した値であり、例えば排気ガスの圧力または温度である。ベルヌーイの定理により、排気ガスの速度が大きいほど排気ガスの圧力は減少するので、排気ガスの圧力は排気ガスの速度に相関した値と言える。またＰＶ／Ｔ＝一定の関係により、定圧下においては、排気ガスの速度が大きいほど排気ガスの温度は高くなると考えられるので、排気ガスの温度も排気ガスの速度に相関した値と考えられる。このほかにも、排気ガスの空燃比を相関値として用いることが考えられる。
【００７４】
ここで排気流速の値そのものを用いる場合を主に説明する。第１の態様として、基準位置における排気流速の値が、エアフローメータなどの流速センサを用いて検出される。この場合、流速センサは、グロープラグ１０に一体化して設けたり、グロープラグ１０に近接して別体で設けたりすることができる。そして流速センサによって検出された排気流速が所定値となった時に、あるいは所定値となる度に、燃料添加弁９から燃料が添加される。
【００７５】
なお、排気流速の相関値を用いる場合には、例えば流速センサの代わりに圧力センサまたは温度センサを設け、これらセンサによって検出された排気圧力または排気温度が所定値となった時に、あるいは所定値となる度に、燃料添加弁９から燃料を添加する。上記のセンサの出力をフーリエ解析し、その周波数成分の分布によって排気流速の値を定めてもよい。
【００７６】
次に、第２の態様として、基準位置における排気流速の値が推定される。この場合、エンジン運転状態を表すパラメータであるエンジンパラメータ（例えば回転数と要求負荷）と、クランク角の値に基づき、基準位置における排気流速の値を推定することができる。
【００７７】
図６に、各気筒の排気弁の開閉状態と、各気筒の排気ポート内の所定位置における全気筒平均の排気流速とを概略的に示す。図示するように、排気流速はクランク角の変化に応じて周期的に変化する。そして排気オーバーラップ期間Δθにおいて、二つの気筒から同時に排気ガスが排出されるので、これら排気ガスに起因して排気流速の極大ピークが生じるものと考えられる。排気オーバーラップ期間Δθが１エンジンサイクル中に４回現れるので、排気流速の極大ピーク、さらには極小ピークも、１エンジンサイクル中に４回現れると考えられる。
【００７８】
このような排気流速の線図は、輸送遅れ時間分だけ遅れてそのまま基準位置に現れると考えられる。そこでこの原理を利用して基準位置における排気流速の値が推定される。
【００７９】
具体的には、図示の如き排気流速線図が、各エンジンパラメータ毎に、予め実験的に求められ、マップの形でＥＣＵ１００に記憶される。そしてＥＣＵ１００は、排気ガス流量の代用値としてエアフローメータ４により検出された吸入空気量と、予め記憶した各気筒排気ポート内所定位置から基準位置までの間の排気通路の物理的容積とから、輸送遅れ時間を算出する。次いでＥＣＵ１００は、マップから読み出した排気流速線図と、検出したクランク角と、算出した輸送遅れ時間とに基づいて常時、基準位置における排気流速を推定する。この推定された基準位置の排気流速が所定値となった時に、あるいは所定値となる度に、ＥＣＵ１００は燃料添加弁９から燃料を添加させる。
【００８０】
なお、基準となるエンジンパラメータに対する排気流速線図を予め記憶し、検出された実際のエンジンパラメータに応じて排気流速線図を補正してもよい。排気流速の代わりにその相関値を用いる場合にも、同様の方法で基準位置の排気流速を推定できることが理解されるであろう。第１の態様で実際に検出された基準位置の排気流速に基づき、第２の態様で使用されるマップを補正することも可能である。これにより第２の態様における推定誤差を低減することが可能である。ターボチャージャ２１の可変ベーンの開度およびＥＧＲ弁３２の開度の少なくとも一方に基づき推定排気流速を補正してもよい。排気流速の推定については、上記方法に限らず、公知方法を含め、他の様々な方法を採用することが可能である。
【００８１】
次に、同期添加制御の様々な例を説明する。
【００８２】
［第１例］
【００８３】
まず図５を参照する。図５（Ｂ）に示すように、基準位置における排気流速の値がゼロとなった時に添加燃料が着火するように、燃料添加弁９から燃料を添加させるのが、着火性および燃焼性の向上という点で最良であることは、既に述べたとおりである。この場合、基準位置における排気流速の値がゼロとなる時点から、所定の着火遅れ分だけ早い時期に、燃料添加が実行される。このとき当然に、グロープラグ１０は十分高温で且つ添加燃料を着火可能な温度になっている。着火および燃焼がグロープラグ１０の周囲で直接的且つ瞬間的に起こり、これにより大量の熱エネルギが発生する。この例は、暖機初期で小型酸化触媒１１も酸化触媒６も未活性であるときに、小型酸化触媒１１を優先して活性化させる際に適用するのが好ましい。
【００８４】
［第２例］
【００８５】
図５（Ａ）に示すように、基準位置における排気流速の値が正の所定値、例えば極大ピークになった時に、燃料添加弁９から燃料を添加させることもできる。この場合、添加燃料が添加直後に下流側に吹き飛ばされて分散してしまい、着火可能な高温になっているグロープラグ１０によっても直接的な着火ができない。しかし、敢えてグロープラグ１０による直接的な着火を回避したい場合には、この例は好適である。例えば、暖機途中で小型酸化触媒１１が活性化したが、酸化触媒６が未だ未活性であるようなとき、未着火の混合気Ｍを下流側の酸化触媒６に供給し、酸化触媒６によって比較的緩慢に燃焼させることができる。逆にグロープラグ１０により直接的な着火を行ってしまうと、酸化触媒６に供給する熱エネルギが過大となり、酸化触媒６が過昇温する虞がある。グロープラグ１０をオフした直後でも、グロープラグ１０はまだ十分高温であるので、直接的な着火が起こる可能性がある。このほか、グロープラグ１０の高温時に直接着火させずに添加燃料だけ下流側に送りたいような場合、例えばＮＯｘ触媒７の硫黄被毒再生時やＤＰＦの再生時にも、この例は好適である。
【００８６】
代替的に、図５（Ｃ）に示すように、基準位置における排気流速の値が負の所定値、例えば極小ピークになった時に、燃料添加弁９から燃料を添加させることもできる。この場合、添加燃料が添加直後に上流側に移動されるが、再度順流方向に移動され、着火可能な高温になっているグロープラグ１０によって直接着火されることができる。もっとも、燃料添加量等の各種条件を制御することにより、グロープラグ１０によって直接着火させずにグロープラグ１０を素通りさせ、そのまま下流側に送ることもできる。こうすることにより順流時添加と同様の作用効果を得ることができる。
【００８７】
［第３例］
【００８８】
次に、図７を参照する。図７（Ｇ）には基準位置における排気流速の変動を示す。図７（Ａ）に示すように、基準位置における排気流速の値が、極大ピークｂより若干小さい正の所定値ａとなった時に燃料添加弁９から燃料を添加させる。すると、添加直後には図７（Ａ）に示すように比較的リッチな混合気Ｍがグロープラグ１０の周辺に形成される。この後、所定の着火遅れ時間ｔｄが経過した時点、図示例では基準位置の排気流速の値が極大ピークｂに達した時点において、図７（Ｂ）に示すように、混合気Ｍが拡散しながら下流側に移動し、且つ、グロープラグ１０付近で火種Ｘが生成され（すなわち着火し）、この火種Ｘにより混合気Ｍのメイン燃焼Ｙが発生する（すなわち火炎が生成される）。このメイン燃焼Ｙの発生箇所は酸化触媒６の近傍すなわち直前である。
【００８９】
酸化触媒６を積極的に加熱および昇温したい場合、酸化触媒６から離れた上流位置でメイン燃焼が発生すると、これによって生成された火炎が酸化触媒６に到達するまでの間に、放熱により温度低下する。よって十分な昇温性能を期待できない。しかし、この例のように、酸化触媒６の直前でメイン燃焼Ｙを発生させることによって、かかる放熱を最小限に抑制し、十分な昇温性能を発揮することができる。
【００９０】
［第４例］
【００９１】
図７（Ｃ）、（Ｄ）には、変形例として、バーナー装置８の上流側且つタービン２１Ｔの下流側に、アフターターボ触媒（ＡＴＣ）としての上流酸化触媒４０を設けた例を示す。この上流酸化触媒４０は、酸化触媒６および小型酸化触媒１１と同様に構成することができる。
【００９２】
本発明に係る同期添加制御は、上流酸化触媒４０を積極的に加熱および昇温したい場合にも有効である。図７（Ｃ）に示すように、基準位置における排気流速の値が、極小ピークｄの手前でこれより若干大きい負の所定値ｃとなった時に燃料添加弁９から燃料を添加させる。すると、添加直後には図７（Ｃ）に示すように比較的リッチな混合気Ｍがグロープラグ１０の周辺に形成される。この後、所定の着火遅れ時間ｔｄが経過した時点、図示例では基準位置の排気流速の値が極小ピークｄに達した時点において、図７（Ｄ）に示すように、混合気Ｍが拡散しながら上流側に移動し、且つ、グロープラグ１０付近で火種Ｘが生成され（すなわち着火し）、この火種Ｘにより混合気Ｍのメイン燃焼Ｙが発生する（すなわち火炎が生成される）。このメイン燃焼Ｙの発生箇所はグロープラグ１０の上流側で、且つ上流酸化触媒４０の近傍すなわち直後である。
【００９３】
上流酸化触媒４０を積極的に加熱および昇温したい場合、上流酸化触媒４０から離れた下流位置でメイン燃焼が発生すると、これによって生成された火炎が上流酸化触媒４０に到達するまでの間に、放熱により温度低下する。また、そもそも排気ガスの流れ方向が概ね上流側から下流側に向かう方向なので、上流酸化触媒４０から離れた下流位置で発生したメイン燃焼Ｙによる火炎は、上流酸化触媒４０に到達し難い。よって十分な昇温性能を期待できない。しかし、この例のように、排気流速が負の所定値となったタイミング、すなわち排気ガスが逆流しているタイミングで、燃料添加を行うことにより、上流酸化触媒４０の直後でメイン燃焼Ｙを発生させることができる。よって上流酸化触媒４０に対する十分な昇温性能を発揮することができる。
【００９４】
［第５例］
【００９５】
図７（Ｅ）、（Ｆ）には、第３例ほどではないが酸化触媒６を積極的に加熱および昇温したい場合の例を示す。図７（Ｅ）に示すように、基準位置における排気流速の値が、ゼロより若干大きい正の所定値ｅとなった時に燃料添加弁９から燃料を添加させる。すると、添加直後には図７（Ｅ）に示すように比較的リッチな混合気Ｍがグロープラグ１０の周辺に形成される。この後、所定の着火遅れ時間ｔｄが経過した時点、図示例では基準位置の排気流速の値がゼロに近い値ｆに達した時点において、図７（Ｆ）に示すように、混合気Ｍが拡散しながら下流側に移動し、且つ、グロープラグ１０付近で火種Ｘが生成され（すなわち着火し）、この火種Ｘにより混合気Ｍのメイン燃焼Ｙが発生する（すなわち火炎が生成される）。第３例と比較して、排気流速の値が小さい時に燃料添加を行うので、メイン燃焼Ｙの発生箇所も酸化触媒６からより離れた上流側であり、酸化触媒６に対する昇温性能は低下する。しかしながら第１例よりはメイン燃焼Ｙの発生箇所が酸化触媒６に近づくので有利である。
【００９６】
排気流速が小さい正の値である時、特にゼロ直前の時に燃料添加を行うので、混合気Ｍはそれ程移動および拡散せず、グロープラグ１０付近に滞留する傾向にある。よって第３例と比較して、酸化触媒６に対する昇温性能は劣るものの、着火の安定性および信頼性という点では有利である。
【００９７】
第３例〜第５例のいずれにおいても、昇温目標物（第３例および第５例では酸化触媒６、第４例では上流酸化触媒４０）に向かって排気ガスが流れている時に燃料添加を行い、昇温目標物に対する昇温性能を向上させている。これに対し、次に述べる第６例および第７例は、昇温目標物に対し逆流方向に排気ガスが流れている時に燃料添加を行い、昇温目標物の過昇温を抑制ないし防止するようにしている。
【００９８】
［第６例］
【００９９】
図８を参照して、図８（Ｅ）には基準位置における排気流速の変動を示し、図８（Ａ）および（Ｂ）には第６例における制御の様子を示す。図８（Ａ）に示すように、基準位置における排気流速の値が、極小ピークｂより若干大きい負の所定値ａとなった時に燃料添加弁９から燃料を添加させる。すると、添加直後には図８（Ａ）に示すように比較的リッチな混合気Ｍがグロープラグ１０の周辺に形成される。この後、所定の着火遅れ時間ｔｄが経過した時点、図示例では基準位置の排気流速の値が極小ピークｂに達した時点において、図８（Ｂ）に示すように、混合気Ｍが拡散しながら上流側に移動し、且つ、グロープラグ１０付近で火種Ｘが生成され（すなわち着火し）、この火種Ｘにより混合気Ｍのメイン燃焼Ｙが発生する（すなわち火炎が生成される）。このメイン燃焼Ｙの発生箇所は、グロープラグ１０よりも上流側であり、且つ酸化触媒６から比較的遠方に離れた上流側である。
【０１００】
酸化触媒６から離れた上流位置でメイン燃焼Ｙを発生させると、これによって生成された火炎が酸化触媒６に到達するまでの間に、放熱により温度低下する。よって酸化触媒６に対する昇温性能を低下させ、酸化触媒６の過昇温を抑制することができる。
【０１０１】
［第７例］
【０１０２】
図８（Ｃ）、（Ｄ）には、第４例と同様の上流酸化触媒４０を設け、且つこの上流酸化触媒４０の過昇温を抑制する制御の例を示す。図８（Ｃ）に示すように、基準位置における排気流速の値が、極大ピークｄより若干小さい正の所定値ｃとなった時に燃料添加弁９から燃料を添加させる。すると、添加直後には図８（Ｃ）に示すように比較的リッチな混合気Ｍがグロープラグ１０の周辺に形成される。この後、所定の着火遅れ時間ｔｄが経過した時点、図示例では基準位置の排気流速の値が極大ピークｄに達した時点において、図８（Ｄ）に示すように、混合気Ｍが拡散しながら下流側に移動し、且つ、グロープラグ１０付近で火種Ｘが生成され（すなわち着火し）、この火種Ｘにより混合気Ｍのメイン燃焼Ｙが発生する（すなわち火炎が生成される）。このメイン燃焼Ｙの発生箇所は、グロープラグ１０よりも下流側であり、且つ上流酸化触媒４０から比較的遠方に離れた下流側である。
【０１０３】
排気ガスが下流側に（すなわち順流方向に）流れている時に、上流酸化触媒４０から離れた下流位置でメイン燃焼Ｙを発生させると、これによって生成された火炎は上流酸化触媒４０に到達しづらいかまたは到達しない。よって上流酸化触媒４０に対する昇温性能を低下させ、上流酸化触媒４０の過昇温を抑制することができる。
【０１０４】
［第８例］
【０１０５】
次に、第８例を図９を参照して説明する。図９（Ａ）には基準位置における排気流速の変動を示し、図９（Ｂ）〜（Ｄ）には第８例における制御の様子を示す。
【０１０６】
この例では、１回の燃料添加当たりに、比較的少量の燃料を添加するパイロット添加と、パイロット添加後にパイロット添加量よりも多い燃料を添加するメイン添加とを、燃料添加弁９に実行させる。以下にその詳細を述べる。
【０１０７】
図９（Ｂ）に示すように、基準位置における排気流速の値が、正から負に変化する際にゼロａとなった時に、燃料添加弁９から比較的少量のパイロット燃料Ｆ１を添加させる。すると、このパイロット燃料Ｆ１はグロープラグ１０の周辺に比較的リッチな混合気（パイロット混合気）Ｍ１を形成すると共に、グロープラグ１０の熱により、着火容易な状態に改質あるいは軽質化される。
【０１０８】
次に、図９（Ｃ）に示すように、軽質化されたパイロット燃料Ｆ１を含む混合気Ｍ１は、基準位置の排気流速の値が負になること、すなわち排気ガスの流れ方向が逆流方向になることにより、一旦上流側に移動される。図９（Ｃ）には基準位置の排気流速の値が極大ピークｂになっているときの様子を示している。
【０１０９】
次いで、図９（Ｄ）に示すように、基準位置の排気流速の値が負から正に変化すること、すなわち排気ガスの流れ方向が逆流方向から順流方向に変化することにより、パイロット混合気Ｍ１は下流側に移動させられる。パイロット混合気Ｍ１は、一旦逆流方向に移動した後順流方向に移動することになり、この過程で、グロープラグ１０と排気ガスの熱により、さらに軽質化される。そして排気ガスの流れ方向変化後、基準位置の排気流速の値が正の所定値ｃとなった時点において、燃料添加弁９から比較的多量のメイン燃料Ｆ２が添加される。
【０１１０】
すると、メイン燃料Ｆ２によって形成された混合気（メイン混合気）Ｍ２は、排気ガスの流れによって下流側に移動させられる。他方、パイロット混合気Ｍ１は、既に軽質化され着火しやすい状態となっているので、グロープラグ１０付近の位置で着火し、これにより火種Ｘが生成される。この火種Ｘにより、メイン混合気Ｍ２が燃焼され、メイン燃焼Ｙが発生する（すなわち火炎が生成される）。このメイン燃焼Ｙの発生箇所は、グロープラグ１０よりも下流側であり、且つ酸化触媒６よりも上流側である。パイロット混合気Ｍ１の着火時点において、パイロット混合気Ｍ１はメイン混合気Ｍ２に十分接近しており、あるいは合流している。よってパイロット混合気Ｍ１の着火からメイン混合気Ｍ２の燃焼までのイベントが連続的に且つ確実に起こる。
【０１１１】
このように、パイロット混合気Ｍ１を軽質化させ且つ一旦逆流させて再度順流方向に戻し、着火させ、メイン混合気Ｍ２を燃焼させるための火種として用いることができる。これにより、メイン混合気Ｍ２を確実に且つ安定して着火、燃焼させることができ、添加燃料全体の着火性および燃焼性を著しく向上することができる。
【０１１２】
なお、この例ではパイロット添加を１回だけ行ったが、これを複数回行うようにしてもよい。グロープラグ１０の発熱部の温度は、通常、一定の所定値（例えば９００℃）に制御されているが、この例を実施する際には、パイロット燃料Ｆ１が添加直後にグロープラグ１０によって直接着火されぬよう、グロープラグ１０の発熱部の温度をより低温側の所定値（例えば６００℃）に制御するのが好ましい。
【０１１３】
［第９例］
【０１１４】
次に、第９例を説明する。この第９例は、グロープラグ１０の発熱部の温度を安定化させるための制御に関する。
【０１１５】
図１０には本発明を適用していない比較例を示す。図１０（Ａ）は基準位置における排気流速の変動を示す。
【０１１６】
図１０（Ｂ）はグロープラグ１０の発熱部からの放熱量を示す。図１０（Ｃ）はグロープラグ１０に供給される印加電圧を示す。図１０（Ｄ）はグロープラグ１０の発熱部の温度（グロー温度）を示す。
【０１１７】
ＥＣＵ１００はグロープラグ１０への供給電力を制御し、グロー温度を制御する。ここではグロープラグ１０に供給される印加電圧を制御するが、印加電流を制御するようにしてもよい。特にＥＣＵ１００は、グロー温度ができるだけ一定の所定値（例えば９００℃）になるよう、グロープラグ１０への印加電圧を制御する。
【０１１８】
図１０（Ｃ）に示すように、比較例においては、グロープラグ１０に供給される印加電圧は常に一定である。
【０１１９】
しかしながら、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、排気流速が変動するため、グロープラグ１０の発熱部からの放熱量もこれに応じて変動する。放熱量は、排気流速の絶対値が大きいほど大きく、排気流速がゼロのとき最小となる。
【０１２０】
このように放熱量が変化することから、図１０（Ｄ）に示すように、放熱量の増減に合わせてグロー温度も変化する。放熱量の増大時にはグロー温度が低下し、放熱量の減少時にはグロー温度が上昇する。結果的に、グロー温度は一定とならない。
【０１２１】
これに対し、図１１には本発明を適用した例を示す。図１１（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ１００は、排気流速の変動に同期して印加電圧を変化させる。具体的には、排気流速の絶対値が増大するほど印加電圧を増大させ、排気流速の絶対値が減少するほど印加電圧を減少させる。排気流速の値がゼロの時、印加電圧は最小となる。
【０１２２】
すると、放熱量が増大するほど印加電圧を増大させ、放熱量が減少するほど印加電圧を減少させることができ、放熱量に応じた印加電圧の制御が実行可能となる。結果的に図１１（Ｄ）に示すように、グロー温度を一定とすることができ、着火性および燃焼性をより安定させることが可能となる。
【０１２３】
この第９例の制御は上記第１〜８例のいずれにも適用することが可能である。
【０１２４】
本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば小型酸化触媒の下流側に配置される排気処理装置の数、種類、配列順序等は任意である。
【０１２５】
以上、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、クレームされた発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。本発明の実施態様は上述の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含む。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【図１】
2012137266.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月30日(2013.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気処理装置と、
前記排気処理装置の上流側に設けられたバーナー装置と、
前記バーナー装置を制御するバーナー制御手段と、
を備え、
前記バーナー装置は、少なくとも、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料を加熱する加熱手段とを含み、
前記バーナー制御手段は、前記バーナー装置またはその付近の所定位置における排気流速の変動に同期して前記燃料添加弁から燃料を添加させ、
前記バーナー制御手段は、前記所定位置における排気流速の値が正の所定値となった時であって、且つ添加燃料が前記排気処理装置の近傍で燃焼するような時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させ、または
前記所定位置における排気流速の値が負の所定値となった時であって、且つ添加燃料が前記加熱手段よりも上流側で燃焼するような時に、前記燃料添加弁から燃料を添加させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記加熱手段がグロープラグからなると共に、前記グロープラグへの供給電力を制御するグロー制御手段をさらに備え、
前記グロー制御手段は、前記所定位置における排気流速の変動に同期して前記グロープラグへの供給電力を変化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記所定位置における排気流速の値またはその相関値を取得する取得手段をさらに備え、
前記バーナー制御手段は、前記取得手段により取得された排気流速の値またはその相関値に基づき、前記燃料添加弁の添加時期を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記バーナー装置は、前記加熱手段の下流側の前記排気通路内に設けられた小型酸化触媒をさらに含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2012137266.tif 000014
【国際調査報告】
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