(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置において、排気ガスの状態を適正に維持して高精度な制御を可能とする。【解決手段】エンジンの排気マニホールド２８に燃料添加弁３２と渦発生装置５１を設け、ＥＣＵ４１は、排気温度センサ４７，４８が計測した排気ガスの温度と、排気流量と相対関係にあるエアフローセンサ４２が計測した吸気流量とに基づいて、渦発生装置５１による乱流発生度合を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路を流れる排気ガスに対して乱れを付与する乱流発生手段と、
排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、
排気ガスの流量を検出する排気流量検出手段と、
排気温度と排気流量に基づいて前記乱流発生手段による乱流発生度合を制御する乱流制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記乱流制御手段は、排気温度が低いほど前記乱流発生手段による乱流発生度合を大きく制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記乱流制御手段は、排気流量が少ないほど前記乱流発生手段による乱流発生度合を大きく制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記排気通路を流れる排気ガスに対して燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記乱流発生手段は、前記排気通路における前記燃料添加手段よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気通路を流れる排気ガスを浄化処理する触媒が設けられ、前記燃料添加手段から噴射された燃料を前記触媒に対する酸化剤または還元剤として使用することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
燃料性状を検出する燃料性状検出手段が設けられ、前記乱流制御手段は、燃料性状に基づいて前記乱流発生手段による乱流発生度合を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスに乱れを生じさせることで燃料などとの混合を促進可能とする内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内燃機関の排気浄化装置として、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に排気浄化ユニットを設けると共に、この排気浄化ユニットの上流側に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁を設け、この燃料により排気浄化ユニットの浄化機能を再生するようにしている。また、この内燃機関の排気浄化装置では、燃料添加弁より上流側に、排気流れに乱れを生じさせる複数のフィン（乱流生成手段）を設け、このフィンにより排気流れに乱れを生じさせることで、この乱流により排気に添加された燃料の霧化を促進させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の内燃機関の排気浄化装置にあっては、燃料添加弁の上流側に複数のフィンを設け、このフィンにより発生した排気流れに乱れにより排気に添加された燃料の霧化を促進している。ところで、排気通路を流れる排気の状態は、内燃機関の運転状態に応じて変動する。例えば、排気が低温度であるときは、排気に添加された燃料の霧化が不十分となり、上述した複数のフィンが必要となる。一方、排気が高温度であるときは、排気に添加された燃料の霧化が十分となり、複数のフィンが排気抵抗となり、内燃機関の出力を十分に発揮することが困難となる。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、排気ガスの状態を適正に維持して高精度な制御を可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスに対して乱れを付与する乱流発生手段と、排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、排気ガスの流量を検出する排気流量検出手段と、排気温度と排気流量に基づいて前記乱流発生手段による乱流発生度合を制御する乱流制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記乱流制御手段は、排気温度が低いほど前記乱流発生手段による乱流発生度合を大きく制御することを特徴としている。
【０００８】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記乱流制御手段は、排気流量が少ないほど前記乱流発生手段による乱流発生度合を大きく制御することを特徴としている。
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記排気通路を流れる排気ガスに対して燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記乱流発生手段は、前記排気通路における前記燃料添加手段よりも上流側に設けられることを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記排気通路を流れる排気ガスを浄化処理する触媒が設けられ、前記燃料添加手段から噴射された燃料を前記触媒に対する酸化剤または還元剤として使用することを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置では、燃料性状を検出する燃料性状検出手段が設けられ、前記乱流制御手段は、燃料性状に基づいて前記乱流発生手段による乱流発生度合を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスに対して乱れを付与する乱流発生手段を設け、乱流制御手段が排気温度と排気流量に基づいて乱流発生手段による乱流発生度合を制御するので、排気ガスの状態を排気温度と排気流量に応じて適正に維持することで、高精度な内燃機関の制御を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の内燃機関を表す概略平面図である。
【図３】図３は、実施例１の内燃機関の制御装置による燃料添加制御を表すフローチャートである。
【図４】図４は、実施例１の内燃機関の制御装置による燃料添加判定を実行する判定マップである。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。
【図６】図６は、実施例２の内燃機関の制御装置による燃料添加制御を表すフローチャートである。
【図７−１】図７−１は、実施例２の内燃機関の制御装置による重質燃料使用時の燃料添加判定を実行する判定マップである。
【図７−２】図７−２は、実施例２の内燃機関の制御装置による軽質燃料使用時の燃料添加判定を実行する判定マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関を表す概略平面図、図３は、実施例１の内燃機関の制御装置による燃料添加制御を表すフローチャート、図４は、実施例１の内燃機関の制御装置による燃料添加判定を実行する判定マップである。
【００１６】
実施例１の内燃機関の制御装置では、内燃機関をディーゼルエンジンに適用して説明する。実施例１の内燃機関の制御装置において、図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１上にはシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に直列に配置するように形成された４つのシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。シリンダブロック１１の下部には、図示しないクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持され、各ピストン１４は、それぞれコネクティングロッド１５を介してこのクランクシャフトに連結されている。
【００１７】
４つの燃焼室１６は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面に形成された凹部１４ａにより区画されて構成されている。そして、この燃焼室１６に連通するように、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１７及び排気ポート１８が対向して形成されており、この吸気ポート１７及び排気ポート１８に対して吸気弁１９及び排気弁２０の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁１９及び排気弁２０は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１７及び排気ポート１８を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムが吸気弁１９及び排気弁２０の上端部に接触している。
【００１８】
なお、本実施例では、各吸気ポート１７は、先端部が２つに分岐し、それぞれに吸気弁１９が配置されると共に、排気ポート１８は、基端部が２つに分岐し、それぞれに排気弁２０の下端部が配置されている。また、図示しないが、クランクシャフトに固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフトと吸気カムシャフト２１と排気カムシャフト２２が連動可能となっている。
【００１９】
従って、クランクシャフトに同期して吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転すると、吸気カム及び排気カムが吸気弁１９及び排気弁２０を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１７及び排気ポート１８を開閉し、吸気ポート１７と燃焼室１６、燃焼室１６と排気ポート１８とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２は、クランクシャフトが２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、ディーゼルエンジンは、クランクシャフトが２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が１回転することとなる。
【００２０】
吸気ポート１７には、吸気マニホールド２３を介して吸気管２４が連結されており、この吸気管２４の空気取入口にエアクリーナ２５が取付けられている。そして、このエアクリーナ２５の下流側にスロットルバルブ２６が設けられている。
【００２１】
また、シリンダヘッド１２には、各燃焼室１６に燃料としての軽油を高圧で噴射可能なインジェクタ２７がそれぞれ装着されている。各インジェクタ２７には、図示しないコモンレールシステムから高圧燃料が供給される。
【００２２】
一方、排気ポート１８には、排気マニホールド２８を介して排気管２９が連結されている。この排気管２９には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する第１触媒３０と第２触媒３１が直列に設けられている。この第１触媒３０は、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction System）であって、多孔質セラミック製ハニカム基材の表面にＮＯｘ吸蔵還元型触媒がコートされることで、排気ガス中の微粒子（ＰＭ：パティキュレート）、特に、黒煙を捕集すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した燃料（還元剤）により還元するものである。また、第１触媒３１は、酸化触媒であって、排気ガス中の酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を酸化して浄化すると共に、微粒子を捕集するものである。
【００２３】
また、第１触媒３０は、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、この放出したＮＯｘを燃料により還元するものであることから、排気マニホールド２８（排気ポート１８、または、排気管２９）に燃料を噴射する燃料添加弁３２が設けられている。この燃料添加弁３２は、図示しない燃料供給管を介してコモンレールシステムに連結されている。この場合、燃料添加弁３２は、排気マニホールド２８における集合部に設けられている。
【００２４】
吸気管２４及び排気管２９には、ターボ過給機３３が設けられている。このターボ過給機３３は、吸気管２４に設けられたコンプレッサ３３ａと排気管２９に設けられたタービン３３ｂとが駆動軸３３ｃにより一体に連結されてなる。そして、このターボ過給機３３におけるコンプレッサ３３ａの下流側の吸気管２４には、このコンプレッサ３３ａにより過給されて温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ３４が設けられている。
【００２５】
排気ガスを吸気系に戻す排気再循環(ＥＧＲ)装置３５が設けられている。このＥＧＲ装置３５は、排気管２９と吸気管２４とを連結して排気ガスの一部を吸気系へ再循環させるＥＧＲ通路３６と、このＥＧＲ通路３６に設けられたＥＧＲ弁３７と、ＥＧＲ通路３６に設けられて排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３８とから構成されている。
【００２６】
ところで、車両には、内燃機関を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１が搭載されている。このＥＣＵ４１は、インジェクタ２７による燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどを制御可能となっており、検出した吸入空気量、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいてスロットル開度、燃料噴射量、噴射時期などを決定している。
【００２７】
即ち、吸気管２４の上流側にはエアフローセンサ４２が装着され、計測した吸入空気量をＥＣＵ４１に出力している。アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ４３が設けられており、現在のアクセル開度をＥＣＵ４１に出力している。また、クランクシャフトにはクランク角センサ４４が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ４１に出力し、ＥＣＵ４１はクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ４５が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ４１に出力している。
【００２８】
また、排気管２９における第１触媒３０より下流側で、且つ、第２触媒３１より上流側に空燃比（Ａ／Ｆ）センサ４６が設けられている。このＡ／Ｆセンサ４６は、燃焼室１６から排気ポート１８及び排気マニホールド２８を通して排気管２９に排気された排気ガスの排気空燃比（酸素量）を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ４１に出力している。ＥＣＵ４１は、Ａ／Ｆセンサ４６が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。
【００２９】
また、ＥＣＵ４１は、エンジン運転状態に応じてＥＧＲ装置３５を駆動制御している。即ち、所定の運転状態で、ＥＧＲ弁３７を開閉することで、排気ガスをＥＧＲ通路３６を通して吸気系（吸気管２４）にＥＧＲガスとして循環し、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制する。
【００３０】
更に、ＥＣＵ４１は、所定時期に第１触媒３０を再生するようにしている。即ち、エンジンがリーン空燃比で運転されているときに、第１触媒３０は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、この第１触媒３０のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、ＥＣＵ４１は燃料添加弁３２を制御し、排気系（排気ポート１８、排気マニホールド２８、排気管２９）に所定量の燃料を酸化剤及び還元剤として噴射する。すると、排気管２９を通して第１触媒３０に燃料が供給されると、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化されることで、第１触媒３０が再生される。この場合、第１触媒３０より上流側と下流側に半期ガスの温度を計測する排気温度センサ４７，４８が設けられており、ＥＣＵ４１は、この排気温度センサ４７，４８が検出した排気ガス温度に応じて燃料添加弁３２による燃料の添加時期、添加量を制御する。
【００３１】
また、エンジンがリーン空燃比で運転されているときに、第１触媒３０は排気ガス中のＰＭを捕集する。そして、この第１触媒３０のＰＭ捕集量が所定値に達したとき、ＥＣＵ４１は燃料添加弁３２を制御し、所定量の燃料を酸化剤として噴射する。すると、排気管２９を通して第１触媒３０に燃料が供給されると、酸化反応により触媒温度が上昇し、捕集されているＰＭが燃焼することで、第１触媒３０が再生される。
【００３２】
ところで、燃料添加弁３２により排気系に燃料を添加して第１触媒３０を再生する場合、この燃料を排気ガスと適正に混合して霧化する必要がある。そのため、エンジンの排気系、本実施例では、排気マニホールド２８における燃料添加弁３２の近傍に、エンジンの排気系を流れる排気ガスに対して乱れを付与する乱流発生手段として、渦発生装置５１が設けられている。即ち、この渦発生装置５１にて、排気マニホールド２８における燃料添加弁３２よりも上流側に位置して、突出部材５２が回動自在に支持されている。そして、この突出部材５２は、エアシリンダ５３により、排気マニホールド２８の内部に突出する突出位置と、排気マニホールド２８の内面に対して平坦となる待機位置とに移動可能となっている。
【００３３】
従って、ＥＣＵ４１は、必要に応じてエアシリンダ５３を作動して突出部材５２を排気マニホールド２８の内部に突出する突出位置に移動し、この突出部材５２により排気ガスの流れに乱れを生じさせることで、この乱流により排気ガスに添加された燃料を分散して蒸発させ、霧化を促進させることができる。
【００３４】
ところが、排気系を流れる排気ガスの状態は、エンジンの運転状態に応じて変動することから、排気ガスに添加された燃料の霧化が不十分となったり、この突出部材５２が排気抵抗となり、エンジンの出力を十分に発揮することが困難となる。
【００３５】
そこで、実施例１では、排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段として排気温度センサ４７，４８を適用し、また、排気ガスの流量を検出する排気流量検出手段としてエアフローセンサ４２を適用する。この場合、吸気流量と排気流量はほとんど同じであることから、吸気流量を排気流量として取り扱う。そして、乱流制御手段としてのＥＣＵ４１は、排気温度センサ４７，４８が計測した排気温度（この場合、一方の排気温度センサ４７，４８の計測値、または、排気温度センサ４７，４８の平均計測値）と、エアフローセンサ４２が計測した吸気流量（排気流量）に基づいて渦発生装置５１による乱流発生度合を制御する。
【００３６】
具体的に、排気ガスの温度が低いと、この排気ガスの流れが整流に近くなることから、ＥＣＵ４１は、排気ガスの温度が低いほど、渦発生装置５１による乱流発生度合を大きく、つまり、エアシリンダ５３による突出部材５２の突出量が大きくなるように制御する。また、排気流量が少ないと、この排気ガスの流れが整流に近くなることから、ＥＣＵ４１は、排気ガスの流量が少ないほど、渦発生装置５１による乱流発生度合を大きく、つまり、エアシリンダ５３による突出部材５２の突出量が大きくなるように制御する。
【００３７】
即ち、排気ガスの乱れの指標であるレイノルズ数Ｒｅは、慣性力と粘性力との比で表される無次元数であり、流体の速度Ｕ、流路の長さＬ、流体の粘度（粘性係数）μ、流体の密度ρにより下記数式にて表される。なお、ｖは、流体の動粘度（動粘性係数）である。
Ｒｅ＝ＵＬ／μρ＝ＵＬ／ｖ
そのため、流体としての排気ガスの速度Ｕに対応する排気流量、排気ガスの粘性係数μ（動粘度ｖ）に対応する排気温度に応じて排気ガスの乱れが変化し、燃料の霧化度合いが変わる。従って、本実施例では、排気温度と吸気流量（排気流量）に基づいて乱流発生度合を制御し、エンジン運転状態に拘らず、排気ガス中に添加された燃料の霧化が適正となるようにしている。
【００３８】
ここで、実施例１の内燃機関の制御装置による燃料添加制御について、図３のフローチャート及び図４の燃料添加判定の判定マップを用いて詳細に説明する。
【００３９】
実施例１の内燃機関の制御装置による燃料添加制御において、図３に示すように、ＥＣＵ４１は、ステップＳ１１にて、現在のエンジン運転条件を読込み、ステップＳ１２にて、排気温度Ｔと排気流量（吸気流量）Ｇを検出する。ステップＳ１３では、排気系に対して燃料添加の必要があるかどうかを判定する。即ち、ＥＣＵ４１は、第１触媒３０のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したり、第１触媒３０のＰＭ捕集量が所定値に達したりして、燃料添加弁３２から燃料を添加して第１触媒３０を再生する必要があるかどうかを判定する。この場合、例えば、車両の走行距離やリーン運転時間などに基づいて判定すればよい。ここで、排気系に燃料添加の必要があると判定されたら、ステップＳ１４に移行する。
【００４０】
ステップＳ１４にて、ＥＣＵ４１は、渦発生装置５１を作動（ＯＮ）させる必要があるかどうかを判定する。ＥＣＵ４１は、図４に示すように、排気温度Ｔと排気流量Ｇに応じた燃料添加判定の判定マップを有しており、排気温度Ｔと排気流量Ｇと燃料添加判定マップを用いて、現在のエンジン運転状態が渦発生装置５１を作動させる必要がある運転状態かどうかを判定する。ここでは、ＥＣＵ４１が、排気温度Ｔが３００℃以下で、且つ、排気流量Ｇが２０ｇ／ｓｅｃ以下であるときに、現在のエンジン運転状態が渦発生装置５１を作動させる必要がある運転状態にあると判定し、ステップＳ１５に移行する。
【００４１】
すると、ステップＳ１５にて、ＥＣＵ４１は、渦発生装置５１を作動する。即ち、エアシリンダ５３を作動して突出部材５２を排気マニホールド２８の内部に突出する。すると、図１に示すように、燃焼室１６から排気ポート１８を介して排気マニホールド２８に排出された排気ガスは、突出部材５２により乱れが生じて乱流となり、この乱流に対して燃料添加弁３２から燃料が添加されることで、燃料が分散されて蒸発しやすくなり、霧化が促進する。
【００４２】
一方、図３に戻り、ステップＳ１３にて、排気系に対して燃料添加の必要がないと判定されたり、ステップＳ１４にて、渦発生装置５１を作動させる必要がないと判定された場合、つまり、図４に示すように、排気温度Ｔが３００℃より高かったり、排気流量Ｇが２０ｇ／ｓｅｃより高いときには、ステップＳ１８に移行し、渦発生装置５１を格納（ＯＦＦ）し、突出部材５２を排気マニホールド２８の外側に待機させる。
【００４３】
ステップＳ１６では、排気系に対して燃料添加弁３２から所定量の燃料を添加し、燃料添加が終了したかどうかを判定する。ここで、燃料添加弁３２による燃料添加が終了していないと判定されたら、ステップＳ１７にて、渦発生装置５１の作動状態を維持する一方、燃料添加弁３２からの燃料添加が終了したと判定されたら、ステップＳ１８にて、渦発生装置５１の作動を停止（ＯＦＦ）し、エアシリンダ５３を作動して突出部材５２を排気マニホールド２８からその外部に格納する。
【００４４】
このように実施例１の内燃機関の制御装置にあっては、エンジンの排気マニホールド２８に燃料添加弁３２と渦発生装置５１を設け、ＥＣＵ４１は、排気温度センサ４７，４８が計測した排気ガスの温度と、排気流量と相対関係にあるエアフローセンサ４２が計測した吸気流量とに基づいて、渦発生装置５１による乱流発生度合を制御している。
【００４５】
従って、排気ガスの流動状態を排気温度と排気流量に応じて適正に維持することで、高精度なエンジン制御を可能とすることができる。即ち、排気ガスの排気温度や排気流量に応じて渦発生装置５１を作動させることで、燃焼室１６から排気ポート１８を介して排気マニホールド２８に排出された排気ガスは、この渦発生装置５１により乱流となり、この乱流に対して燃料添加弁３２から燃料が添加されることで、燃料が分散されて蒸発しやすくなり、霧化を促進することができる。
【００４６】
また、実施例１の内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ４１は、排気温度が低いほど渦発生装置５１による乱流発生度合を大きく制御し、また、排気流量が少ないほど渦発生装置５１による乱流発生度合を大きく制御している。従って、排気温度が低いときや排気流量が少ないときには、排気ガスの流れが整流になりやすいことから、このときに、渦発生装置５１を作動させることで、燃料の霧化を効果的に行うことができる一方で、排気温度が高いときや排気流量が多いときには、排気ガスの流れが乱流になりやすいことから、このときに、渦発生装置５１を格納させることで、排気抵抗を抑制することができる。
【００４７】
また、実施例１の内燃機関の制御装置では、排気マニホールド２８にて、渦発生装置５１を燃料添加弁３２よりも上流側に設けている。従って、渦発生装置５１により乱流となった排気ガスに対して、燃料添加弁３２から燃料が添加されるため、この添加された燃料を効率よく分散して蒸発することができる。
【００４８】
また、実施例１の内燃機関の制御装置では、排気管２９に第１触媒３０として、ハニカム基材の表面にＮＯｘ吸蔵還元型触媒をコートすることで、排気ガス中の微粒子を捕集したり、ＮＯｘを吸蔵還元するＤＰＮＲ触媒を設け、排気マニホールド２８にこの第１触媒３０に対して酸化剤または還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁３２を設けている。従って、燃料添加弁３２から添加され、渦発生装置５１で発生した乱流により適正に霧化した燃料を第１触媒３０に供給することで、この第１触媒を短時間で効率良く再生することができる。
【実施例２】
【００４９】
図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図６は、実施例２の内燃機関の制御装置による燃料添加制御を表すフローチャート、図７−１は、実施例２の内燃機関の制御装置による重質燃料使用時の燃料添加判定を実行する判定マップ、図７−２は、実施例２の内燃機関の制御装置による軽質燃料使用時の燃料添加判定を実行する判定マップである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５０】
実施例２の内燃機関の制御装置では、図５に示すように、エンジンが使用する燃料の性状を検出する燃料性状検出手段としての燃料性状センサ６１がインジェクタ２７に燃料を供給する配管に設けられている。そして、ＥＣＵ４１は、燃料性状センサ６１が検出した燃料性状（燃料蒸留性状）に基づいて、渦発生装置５１による乱流発生度合を制御している。
【００５１】
ここで、実施例２の内燃機関の制御装置による燃料添加制御について、図６のフローチャート及び図７−１、図７−２の燃料添加判定の判定マップを用いて詳細に説明する。
【００５２】
実施例２の内燃機関の制御装置による燃料添加制御において、図６に示すように、ＥＣＵ４１は、ステップＳ２１にて、現在のエンジン運転条件を読込み、ステップＳ２２にて、排気温度Ｔと排気流量（吸気流量）Ｇを検出する。そして、ステップＳ２３にて、燃料性状センサ６１により燃料蒸留性状を検出し、ステップＳ２４にて、検出した燃料蒸留性状により使用する燃料が軽質燃料かどうかを判定する。ここで、燃料が軽質燃料であると判定されたら、ステップＳ２５にて、軽質燃料渦発生装置制御マップを選択し、燃料が軽質燃料でないと判定されたら、ステップＳ２６にて、重質燃料渦発生装置制御マップを選択する。
【００５３】
ステップＳ２７では、排気系に対して燃料添加の必要があるかどうかを判定する。即ち、ＥＣＵ４１は、第１触媒３０のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したり、第１触媒３０のＰＭ捕集量が所定値に達したりして、燃料添加弁３２から燃料を添加して第１触媒３０を再生する必要があるかどうかを判定する。ここで、排気系に燃料添加の必要があるかと判定されたら、ステップＳ２８に移行する。
【００５４】
ステップＳ２８にて、ＥＣＵ４１は、渦発生装置５１を作動（ＯＮ）させる必要があるかどうかを判定する。この場合、ＥＣＵ４１は、ステップＳ２５で軽質燃料渦発生装置制御マップを選択した場合には、図７−１に示すように、排気温度Ｔと排気流量Ｇと燃料添加判定マップを用いて、現在のエンジン運転状態が渦発生装置５１を作動させる必要がある運転状態かどうかを判定する。ここでは、ＥＣＵ４１が、排気温度Ｔが３００℃以下で、且つ、排気流量Ｇが２０ｇ／ｓｅｃ以下であるときに、現在のエンジン運転状態が渦発生装置５１を作動させる必要がある運転状態にあると判定し、ステップＳ２９に移行する。
【００５５】
一方、ＥＣＵ４１は、ステップＳ２６で重質燃料渦発生装置制御マップを選択した場合には、図７−２に示すように、排気温度Ｔと排気流量Ｇと燃料添加判定マップを用いて、現在のエンジン運転状態が渦発生装置５１を作動させる必要がある運転状態かどうかを判定する。ここでは、ＥＣＵ４１が、全ての領域で、現在のエンジン運転状態が渦発生装置５１を作動させる必要がある運転状態にあると判定し、ステップＳ２９に移行する。
【００５６】
すると、ステップＳ２９にて、ＥＣＵ４１は、渦発生装置５１を作動する。即ち、エアシリンダ５３を作動して突出部材５２を排気マニホールド２８の内部に突出する。すると、図５に示すように、燃焼室１６から排気ポート１８を介して排気マニホールド２８に排出された排気ガスは、突出部材５２により乱れが生じて乱流となり、この乱流に対して燃料添加弁３２から燃料が添加されることで、燃料が分散されて蒸発しやすくなり、霧化が促進する。
【００５７】
一方、図６に戻り、ステップＳ２７にて、排気系に対して燃料添加の必要がないと判定されたり、ステップＳ２８にて、渦発生装置５１を作動させる必要がないと判定されたときには、ステップＳ３２に移行し、渦発生装置５１を格納（ＯＦＦ）し、突出部材５２を排気マニホールド２８の外側に待機させる。
【００５８】
ステップＳ３０では、排気系に対して燃料添加弁３２から所定量の燃料を添加し、燃料添加が終了したかどうかを判定する。ここで、燃料添加弁３２による燃料添加が終了していないと判定されたら、ステップＳ３１にて、渦発生装置５１の作動状態を維持する一方、燃料添加弁３２からの燃料添加が終了したと判定されたら、ステップＳ３２にて、渦発生装置５１の作動を停止（ＯＦＦ）し、エアシリンダ５３を作動して突出部材５２を排気マニホールド２８からその外部に格納する。
【００５９】
このように実施例２の内燃機関の制御装置にあっては、エンジンの排気マニホールド２８に燃料添加弁３２と渦発生装置５１を設け、ＥＣＵ４１は、排気温度センサ４７，４８が計測した排気ガスの温度と、排気流量と相対関係にあるエアフローセンサ４２が計測した吸気流量と、燃料性状センサ６１が検出した燃料性状に基づいて、渦発生装置５１による乱流発生度合を制御している。
【００６０】
従って、排気ガスの排気温度や排気流量に加えて、燃料性状に応じて渦発生装置５１を作動させることで、燃焼室１６から排気ポート１８を介して排気マニホールド２８に排出された排気ガスは、この渦発生装置５１により乱流となり、この乱流に対して燃料添加弁３２から燃料が添加されることで、燃料が分散されて蒸発しやすくなり、霧化を促進することができる。また、燃料性状により燃料の蒸発度合が相違することから、燃料が蒸発しにくい重質燃料の場合、軽質燃料に比べて排気温度や排気流量の高い領域でも渦発生装置５１を作動することで、添加燃料による触媒再生効果と排気抵抗抑制効果とを両立させることが可能となる。
【００６１】
なお、上述した各実施例では、排気マニホールド２８に燃料添加弁３２を設け、渦発生装置５１をこの燃料添加弁３２よりも上流側に設けたが、下流側としたり、隣接して設けてもよい。また、第１触媒３０を再生する酸化剤または還元剤としての燃料を燃料添加弁３２により添加したが、この燃料添加弁３２を設けずに、インジェクタ２７からのポスト噴射により実行してもよい。更に、渦発生装置５１を突出部材５２とエアシリンダ５３により構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、排気通路の内面に凹部を形成したり、排気系に吸気や排気ガスを噴射する噴射装置を設けてもよい。
【００６２】
また、上述した各実施例では、排気温度と排気流量に基づいて渦発生装置５１により乱流発生度合を制御したが、上述したように、レイノルズ数Ｒｅが、流体の速度Ｕ、流路の長さＬ、動粘度により規定されるものであり、この流路の長さＬとは、通路直径または通路長さであることから、排気温度と排気流量に基づいて燃料添加弁３２から第１触媒３０までの長さを変更することで、乱流発生度合を制御してもよい。
【００６３】
また、上述した各実施例では、内燃機関をディーゼルエンジンとして説明したが、筒内噴射式のガソリンエンジンであってもよく、この場合、排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気温度と排気流量に基づいて排気の乱流発生度合を制御することで、排気ガスの状態を適正に維持して高精度な制御を可能とするものであり、どのような形式の内燃機関にも適用しても有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１８  排気ポート（排気通路）
２７  インジェクタ
２８  排気マニホールド（排気通路）
２９  排気管（排気通路）
３０  第１触媒（触媒）
３１  第２触媒
３２  燃料添加弁（燃料添加手段）
３３  ターボ過給機
３５  排気再循環装置、ＥＧＲ装置
４１  電子制御ユニット、ＥＣＵ（乱流制御手段）
４２  エアフローセンサ（排気流量検出手段）
４７，４８  排気温度センサ（排気温度検出手段）
５１  渦発生装置（乱流発生手段）
５２  突出部材
６１  燃料性状センサ（燃料性状検出手段）
【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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【図７−１】
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【図７−２】
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