(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ該内燃機関の排気ガスを浄化するフィルタと、前記内燃機関の排気系の前記フィルタの上流に設けられた第１の酸化触媒と、前記内燃機関の機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記内燃機関の吸気系に導入する燃焼ガス排出路と、前記燃焼式ヒータのＮＯを含む燃焼ガスを前記内燃機関の気筒を迂回して該内燃機関の排気系の前記第１の酸化触媒の上流に導入する燃焼ガスバイパス通路と、前記フィルタを再生するときに前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記燃焼ガスバイパス通路に導入する導入手段と、を備えることを特徴とする燃焼式ヒータを有する内燃機関。
【請求項２】
前記第１の酸化触媒の入口温度が所定温度以下のときに、前記導入手段によって前記燃焼式ヒータの燃焼ガスが前記燃焼ガスバイパス通路に導入されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
【請求項３】
前記燃焼式ヒータの燃焼ガスが前記導入手段によって前記燃焼ガスバイパス通路に導入されているときに、燃焼式ヒータにおける燃焼によってＮＯxが生成されるように該燃焼式ヒータの燃焼を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
【請求項４】
前記第１の酸化触媒の上流であって前記内燃機関の排気系と燃焼ガスバイパス通路との接続点の下流にＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサが設けられ、このＮＯxセンサで検出したＮＯx濃度に基づいて前記燃焼式ヒータの空燃比を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼ガスバイパス通路に第２の酸化触媒が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式ヒータを有する内燃機関に関し、詳しくは内燃機関の機関関連要素の昇温を図るため内燃機関の吸気系に燃焼ガスを導入する燃焼式ヒータを有する内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
内燃機関、特にディーゼルエンジンでは、エンジンから排出される排気ガス中に煤やＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）などのＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）が多く含まれており、そのまま放出したのでは大気汚染を引き起こす。そこで、従来は、排気通路にＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）と称されるフィルタを設け、これでＰＭを捕集している。
【０００３】
このフィルタはＰＭを捕集することにより徐々に目詰まりを起こすため、排気抵抗が増大して、エンジン負荷を増大させることとなる。したがって、捕集されたＰＭを適宜のタイミングでフィルタから脱離させる必要がある（以下、フィルタからＰＭを脱離することを「フィルタを再生する」といい、ＰＭ脱離処理のことを「フィルタの再生処理」という）。
【０００４】
フィルタを再生するには、ＰＭを燃焼させればよく、そうすれば煤やＳＯＦはＣＯ２やＨ２Ｏに変化するので、フィルタを再生させることができるだけでなく、ＰＭを無害化して大気に放出することができる。
【０００５】
しかしながら、煤を燃焼させるには６００゜Ｃ以上の温度が必要であり、フィルタに流れる排気ガスの熱によって煤の燃焼温度を得ようとすると、エンジンの高負荷運転時には排気ガス温度が高いためそれが可能であるが、低負荷あるいは中負荷運転時には排気ガス温度が低いので不可能であった。一般に、エンジンは、高負荷で運転されるよりも低・中負荷で運転される割合（時間）の方が多く、その結果、フィルタの再生が不十分な状態が慢性的になりがちとなり、問題であった。
【０００６】
一方、車両においては、動力源としての内燃機関とは別に車室暖房用の燃焼式ヒータを備えたものがある。例えば、特開昭６０−７８８１９号公報には、燃焼式ヒータの燃焼室の周囲に、車室暖房用の空気が流通する空気通路を設け、燃焼式ヒータの燃焼ガスの熱で車室暖房用の空気を加熱し、加熱した車室暖房用の空気を空調装置を介して車室内に吹き出して車室内暖房用に供し、一方、燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスは内燃機関の排気系の触媒コンバータの上流に導入し、燃焼式ヒータの燃焼ガスも内燃機関の排気ガスとともに触媒コンバータによって浄化し、大気に放出するようにした技術が開示されている。
【０００７】
この公報に開示の技術では、燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関の排気系に導入しているが、これはあくまで、燃焼ガスを触媒コンバータで浄化するためだけのものである。また、この公報にはフィルタ（ＤＰＦ）に関しては何ら記載されていないし、燃焼ガスを触媒コンバータの上流に導入する条件についても何ら記載されていない。
【０００８】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、排気ガス温度がフィルタ再生に必要な温度に満たないときに燃焼式ヒータの燃焼ガスを排気系に導入することにより温度を上昇させ、また、ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化触媒により二酸化窒素（ＮＯ２）に変化させて、比較的に低温で炭素に対して酸化剤として機能するＮＯ２を増大させ、フィルタの再生を促進することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関は、内燃機関の排気系に設けられ該内燃機関の排気ガスを浄化するフィルタと、前記内燃機関の排気系の前記フィルタの上流に設けられた第１の酸化触媒と、前記内燃機関の機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記内燃機関の吸気系に導入する燃焼ガス排出路と、前記燃焼式ヒータのＮＯを含む燃焼ガスを前記内燃機関の気筒を迂回して該内燃機関の排気系の前記第１の酸化触媒の上流に導入する燃焼ガスバイパス通路と、前記フィルタを再生するときに前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記燃焼ガスバイパス通路に導入する導入手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記フィルタに内燃機関の排気ガスを流していると、排気ガス中のＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）や煤などのＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）がこのフィルタに捕集されるため、フィルタが徐々に目詰まりする。そこで、適宜のタイミングでフィルタに捕集されたＰＭを燃焼して除去する、いわゆるフィルタの再生を行う必要があるが、ＰＭを燃焼させるには相当な高温（約６００゜Ｃ以上）が必要であり、この温度を内燃機関の排気ガスで得るには内燃機関を相当大きな出力で運転しなければならない。特に、車両駆動用の内燃機関の場合にあっては、通常の運転状態では高負荷運転時にしかフィルタの再生に必要な排気ガス温度を得ることができず、運転頻度の多い低・中負荷運転時には排気ガス温度が足りずフィルタを再生することができない。
【００１１】
しかしながら、本発明の内燃機関においては、フィルタ再生時に燃焼式ヒータの燃焼ガスが、導入手段によって燃焼ガスバイパス通路に導入され、この燃焼ガスバイパス通路を通ってフィルタ上流の排気系に導入され、排気ガスと燃焼ガスが混合ガスとなってフィルタに流入する。燃焼式ヒータの燃焼ガスの温度は相当に高温であり、混合ガスの温度は排気ガス温度よりも高くなり、フィルタの再生に必要な温度を得ることができる。また、フィルタの上流に第１の酸化触媒を設けているので、前記混合ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）はこの第１の酸化触媒で酸化されて二酸化窒素（ＮＯ２）に変化する。ＮＯ２は約２５０゜Ｃ以上の温度下においてに対し酸化剤として機能するので、フィルタの再生を促進する。
【００１２】
本発明において、内燃機関は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示でき、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。また、本発明において、排気ガスを浄化するフィルタは、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を例示することができるが、これに限るものではない。
【００１３】
本発明において、燃焼式ヒータにより昇温される内燃機関の機関関連要素とは、機関冷却水や、あるいは内燃機関そのものである。この燃焼式ヒータは、内燃機関本体の気筒内での燃焼に何ら影響されることなく独自に燃料を燃焼して燃焼ガスを排出するものである。
【００１４】
本発明において、導入手段は、燃焼式ヒータの燃焼ガスを燃焼ガスバイパス通路に導入したり、あるいはその導入を阻止したりするものであり、弁装置により構成することが可能である。この導入手段は、ＥＣＵ（エンジン制御用コントロールユニット）のＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）によりその作動が制御される。
【００１５】
フィルタの再生時期については、内燃機関を作動している全期間においてフィルタを再生するようにしてもよいし、あるいは、フィルタの目詰まりが所定の程度になったときをフィルタの再生時期としてもよい。ここで、フィルタの目詰まりが所定の程度になったか否かの判定は、内燃機関の積算運転時間が所定時間に達したか否かで判定してもよいし、車両駆動用の内燃機関であれば積算走行距離が所定値に達したか否かで判定してもよいし、あるいは、フィルタの圧力損失が所定値に達したか否かで判定してもよい。
【００１６】
また、本発明においては、前記第１の酸化触媒の入口温度が所定温度以下のときに、前記導入手段によって前記燃焼式ヒータの燃焼ガスが前記燃焼ガスバイパス通路に導入されるようにすることができる。このようにすると、第１の酸化触媒の入口温度が所定温度を越えているときには、第１の酸化触媒に高温の燃焼ガスが流れ込まなくなるので、第１の酸化触媒の耐久性が向上する。
【００１７】
また、「前記第１の酸化触媒の入口温度が所定温度以下のとき」における「所定温度」は、炭素が酸素過剰雰囲気下で燃焼するときの温度としてもよいし、あるいは、炭素がＮＯ２の存在下で燃焼するときの温度としてもよい。
【００１８】
本発明においては、前記燃焼式ヒータの燃焼ガスが前記導入手段によって前記燃焼ガスバイパス通路に導入されているときに、燃焼式ヒータにおける燃焼によってＮＯｘが生成されるように該燃焼式ヒータの燃焼を制御するのが好ましい。このようにすると、燃焼式ヒータで生成したＮＯｘもフィルタの再生に利用することができ、フィルタの再生を促進する。ここで、燃焼式ヒータの燃焼の制御は、燃焼式ヒータの空燃比を制御することにより行う。燃焼式ヒータの空燃比制御は、燃焼式ヒータの燃焼用燃料の供給量を制御したり、燃焼式ヒータの燃焼用空気の供給量を制御したり、あるいはその両方を制御することにより実行することができる。この空燃比制御は、ＥＣＵのＣＰＵにより実行される。
【００１９】
本発明においては、前記第１の酸化触媒の上流であって前記内燃機関の排気系と燃焼ガスバイパス通路との接続点の下流にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度に基づいて前記燃焼式ヒータの空燃比を制御することができる。燃焼式ヒータの空燃比と燃焼式ヒータの燃焼温度の間には相関があり、燃焼式ヒータの燃焼温度によって燃焼式ヒータで生成されるＮＯｘの濃度が決まる。したがって、前記ＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度に基づいて前記燃焼式ヒータの空燃比を制御すると、第１の酸化触媒に流入する混合ガスのＮＯｘ濃度を、フィルタの再生に最適な濃度に制御することができる。
【００２０】
本発明においては、前記燃焼ガスバイパス通路に第２の酸化触媒を設けることが可能である。これは、前記第１の酸化触媒の入口温度が所定温度以下のときに前記導入手段によって前記燃焼式ヒータの燃焼ガスが前記燃焼ガスバイパス通路に導入するように構成したときに特に効果が大である。このようにすると、第１の酸化触媒の入口温度が所定温度以上のときには、第２の酸化触媒には燃焼式ヒータから出る高温の燃焼ガスが流れなくなり、第２の酸化触媒の高温劣化が抑制される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の実施の形態を図１から図７の図面に基いて説明する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
まず、第１の実施の形態における燃焼式ヒータを有する内燃機関の構成について図１を参照して説明する。内燃機関としての車両駆動用のエンジン１は水冷式のディーゼルエンジンであって、機関冷却水を含むウォータジャケットを有するエンジン本体３と、エンジン本体３の図示しない複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置５と、混合気が燃焼した後の排気ガスを大気中に放出する排気装置７と、エンジン１を搭載する車両の室内を暖める車室用ヒータ９とを有する。
【００２３】
吸気装置５は、気筒内に新鮮な空気を取り入れるエアクリーナ１３を始端とし、エンジン本体３の図示しない吸気ポートを終端する。そして、その間に、過給機であるターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａ，インタークーラ１９，およびインタークーラ１９を経由して来た空気を前記各気筒に振り分けるインテークマニホールド２１を備えている。
【００２４】
そして、吸気装置５の構成部材同士の間は、吸気管２３に属する次に述べる複数の連結管で連結してある。
複数の連結管からなる吸気管２３は、コンプレッサ１５ａを境に、エアクリーナ１３から吸気装置５に入って来る吸気が強制的に押し込まれることで加圧状態になる下流側連結管２７とそうでない上流側連結管２５とに大別できる。
【００２５】
上流側連結管２５は、エアクリーナ１３とコンプレッサ１５ａとを結ぶ図１において左右方向に直線的に延びる本流管２９と、本流管２９に対してバイパス状に接続してある支流管としてのヒータ用枝管３１とからなる。
【００２６】
下流側連結管２７は、コンプレッサ１５ａとインテークマニホールド２１とを結ぶ図１において上下方向に延びるＬ字形をした連結管である。
ヒータ用枝管３１は、その途中に燃焼式ヒータ１７を含み、この燃焼式ヒータ１７の上流側端と本流管２９とを結びかつ燃焼式ヒータ１７に空気を供給する空気供給路３３と、燃焼式ヒータ１７の下流側端と本流管２９とを結びかつ燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを本流管２９に排出する燃焼ガス排出路３５とからなる。また、空気供給路３３及び燃焼ガス排出路３５と本流管２９との各接続箇所Ｃ１，Ｃ２は、接続箇所Ｃ１の方が接続箇所Ｃ２よりも本流管２９の上流側に位置する。
【００２７】
燃焼式ヒータ１７の上流側端と本流管２９とを結ぶ空気供給路３３には、燃焼式ヒータ１７寄りに弁装置４４を設けてある。弁装置４４は、図４に示すように、空気供給路３３を開閉する弁体４４ａと、この弁体４４ａを開閉駆動する駆動モータ４４ｂと、駆動モータ４４ｂと弁体４４ａとの間に設置した開閉機構部４４ｃとからなり、駆動モータ４４ｂは、エンジン制御用コントロールユニット（ＥＣＵ）４６（図１参照）の図示しないＣＰＵによってその作動を制御する。また、弁装置４４は、エンジン１の駆動を積極的に停止するために、後述の吸気絞り弁７０により本流管２９を絞る場合にも作動して弁体４４ａを閉じるようになっている。
【００２８】
燃焼ガス排出路３５の途中には、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを冷却する燃焼ガスクーラ８４を設けてある。
燃焼ガス排出路３５のうち燃焼式ヒータ１７の下流側端と燃焼ガスクーラ８４とを接続する部分と、下流側連結管２７とは、分岐管９５によって接続されている。燃焼ガス排出路３５と分岐管９５とを接続する部位には、３つのポートを備えた三方弁９７を設けてある。三方弁９７は図２に示すような構成になっている。
【００２９】
三方弁９７は、３つのポートのうちの１つである第１ポート９７ａを燃焼式ヒータ１７の下流側端（後述する排気出口１７ｄ２）と接続し、残る２つのポートのうちの１つである第２ポート９７ｂを燃焼ガス排出路３５の燃焼ガスクーラ８４側と接続し、残る１つのポートであるの第３ポート９７ｃを分岐管９５と接続する。三方弁９７のケース体９７ｄの中にはケース体９７ｄの長手方向に図示しないダイアフラムの作動によって移動する弁体９８を設けてある。この弁体９８は、弁体９８のケース体９７ｄ内における移動場所に応じて、前記３つのポートのうちの２つのポートを、すなわち第１ポート９７ａと第２ポート９７ｂとを、または第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃとを連通する。そして、その場合、第１ポート９７ａと第２ポート９７ｂとが連通しているときは、第３ポート９７ｃは閉じ、第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃとが連通しているときは、第２ポート９７ｂが閉じる。この三方弁９７の前記ダイヤフラムは、ＥＣＵ４６のＣＰＵによってその作動を制御し、すなわち、三方弁９７の各ポートの接続状態はＥＣＵ４６によって制御される。
【００３０】
本流管２９を通る吸気は、接続箇所Ｃ１で空気供給路３３に分岐する吸気と、分岐せずに本流管２９をそのまま下流に向かう吸気とに分かれる。そして、三方弁９７が第１ポート９７ａと第２ポート９７ｂとを連通するように制御されている時には、空気供給路３３に分岐して入る吸気は、空気供給路３３→燃焼式ヒータ１７→燃焼ガス排出路３５を経由して、接続箇所Ｃ２で本流管２９に戻り、分岐しなかった吸気と合流する。この結果、エンジン本体３に入る吸気の温度を高める。また、三方弁９７が第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃとを連通するように制御されている時には、空気供給路３３に分岐して入る吸気は、空気供給路３３→燃焼式ヒータ１７→分岐管９５と流れ、本流管２９には戻らない。
【００３１】
一方、下流側連結管２７の途中には、分岐管９５との接続点よりも上流側に、インタークーラ１９と吸気絞り弁７０を設けてある。インタークーラ１９は吸気絞り弁７０よりも上流側に位置する。
【００３２】
インタークーラ１９は、エンジン１の暖機促進や始動性向上用に吸気を暖める燃焼式ヒータ１７やコンプレッサ１５ａによって受熱した、コンプレッサ１５ａの設置個所よりも下流側の空気を冷却する。
【００３３】
吸気絞り弁７０は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ４６のＣＰＵによってその作動が制御される。また、エンジン１を積極的に停止するときに、吸気絞り弁７０を全閉制御することも行われる。
【００３４】
排気装置７は、エンジン本体３の図示しない排気ポートを始端として、そこから終端の排気浄化装置５０までの間に、エキゾーストマニホールド３７，ターボチャージャ１５のタービン１５ｂを排気管４２上に備えている。排気浄化装置５０は、そのケーシング５１内の上流部分に酸化触媒（第１の酸化触媒）５２を収容し、ケーシング５１内の下流部分にフィルタとしてのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）５３を収容している。
【００３５】
ＤＰＦ５３は、多孔質の薄肉壁によって仕切られた細長い多数のセルを有し、上流側を開口させ下流側を閉塞させたセルと下流側を開口させ上流側を閉塞させたセルとを互いに隣接させて配置してなり、排気ガスは薄肉壁を通って、上流側を開口させたセルから下流側を開口させたセルに流れ、その際に排気ガス中の煤やＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）などのＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）が薄肉壁に捕集される構造になっている。
【００３６】
排気管４２には、排気浄化装置５０の入口近傍に、入ガス温度センサ４０とＮＯｘセンサ４１を備える。入ガス温度センサ４０は排気浄化装置５０に流入するガス温度に比例した電気信号をＥＣＵ４６に出力し、ＮＯｘセンサ４１は排気浄化装置５０に流入するガス中に含まれるＮＯｘ濃度に比例した電気信号をＥＣＵ４６に出力する。
【００３７】
エンジン本体３には、排気ガスの一部を吸気系に戻す排気再循環装置としてのＥＧＲ装置８８を設けてある。ＥＧＲ装置８８は、排気管４２のエキゾーストマニホールド３７と吸気管２３のインテークマニホールド２１とをエンジン本体３の図示しない気筒をバイパスして接続するＥＧＲ通路９０を備えている。
【００３８】
ＥＧＲ通路９０には、ここを通るＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ弁９２を備えている。ＥＧＲ弁９２は、ＥＣＵ４６のＣＰＵと電気的に接続してあり、ＥＧＲ装置８８が本来の排気再循環装置としての機能を発揮する、エンジン１の暖機が十分になったときに基本的に開く可変制御可能な弁である。また、ＥＧＲ弁９２は、これを負圧制御する例えばデューティＶＳＶ等の図示しない圧力制御弁と連結してある。この圧力制御弁は、ＥＧＲ弁９２の全開時間と全閉時間の比率、換言すればＥＧＲ弁９２の開き率に相当するデューティ比を有する駆動パルス信号が前記ＣＰＵから入力されると、そのパルス信号に従ってＥＧＲ弁９２を駆動する。
【００３９】
また、前述した吸気装置５における分岐管９５と、排気管４２における排気浄化装置５０のすぐ上流部分とは、エンジン本体３を迂回する燃焼ガスバイパス管（燃焼ガスバイパス通路、以下、単にバイパス管という）４８によって接続されている。なお、排気管４２とバイパス管４８との接続箇所Ｃ３は、入ガス温度センサ４０およびＮＯｘセンサ４１よりも排気管４２の上流側に位置している。
【００４０】
分岐管９５とバイパス管４８とを接続する部位には、３つのポートを備えた三方弁９７′を設けてある。三方弁９７′の構成は前記した三方弁９７の構成と同じであり、異なるのは３つのポートの接続先だけである。よって、三方弁９７′の構成の説明は省略し、３つのポートの接続先と、弁体９８の位置によるポートの連通状態についてだけ、図３を参照して以下に説明する。
【００４１】
三方弁９７′は、３つのポートのうちの１つである第１ポート９７ａを分岐管９５の三方弁９７側と接続し、残る２つのポートのうちの１つである第２ポート９７ｂを分岐管９５の下流側連結管２７側と接続し、残る１つのポートであるの第３ポート９７ｃをバイパス管４８と接続する。三方弁９７′の弁体９８が第１ポート９７ａと第２ポート９７ｂを連通し第３ポート９７ｃを閉じたとき、三方弁９７を通って分岐管９５に導入された燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスは下流側連結管２７を通ってインテークマニホールド２１へ流れ、バイパス管４８には流れない。一方、三方弁９７′の弁体９８が第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃを連通し第２ポート９７ｂを閉じたとき、三方弁９７を通って分岐管９５に導入された燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスはバイパス管４８へ流れ、下流側連結管２７には流れない。この三方弁９７′の作動もＥＣＵ４６のＣＰＵによって制御される。
【００４２】
燃焼式ヒータ１７は、エンジン本体３とは別体に設けられてエンジン１に付属する燃焼装置であって、エンジン本体３の図示しない気筒内での燃焼に何ら影響されることなく独自に燃焼して燃焼ガスを出す。
【００４３】
燃焼式ヒータ１７は、エンジン１が所定の運転状態にあるときにおいて作動するようにＣＰＵによって作動制御される。「エンジン１が所定の運転状態にあるとき」とは、−１０℃〜１５℃位の温度である寒冷時や−１０℃以下の温度である極寒冷時における、エンジン１の運転中あるいはエンジン１を始動させた後やエンジン１自身の発熱量が少ないとき（例えば燃料消費が少ないとき）およびエンジン１自身の発熱量が少ないことにより冷却水の受熱量が少ないとき、さらには１５℃よりも高い常温の始動直後で冷却水温度が低いときであり、このような条件下にエンジン１があるときが「燃焼式ヒータ１７を作動する必要のあるとき」である。燃焼式ヒータ１７を作動する必要のあるときと判断するのはＥＣＵ４６のＣＰＵであり、燃焼式ヒータ１７を作動する必要のあるときとＣＰＵが判断した場合には、燃焼式ヒータ１７が作動してそこから高熱の燃焼ガスが出て、その燃焼ガスが機関暖機に供される。
【００４４】
また、燃焼式ヒータ１７は、元々は車室内暖房や機関暖機を図るべく機関冷却水などの機関関連要素の温度を上げる装置であるが、本発明では排気浄化装置５０におけるＤＰＦ５３の再生処理時にもその再生を促進する装置としても機能する。そのため、ＥＣＵ４６のＣＰＵがＤＰＦ５３を再生するために燃焼式ヒータ１７を作動する必要があると判断したときにも燃焼式ヒータ１７が作動するように、燃焼式ヒータ１７はＥＣＵ４６のＣＰＵによって作動制御される。これについては後で詳述する。
【００４５】
次に燃焼式ヒータ１７の構造を図４を参照して説明する。燃焼式ヒータ１７は、機関冷却水が入っている前記ウォータジャケットとつながっている。それ故、燃焼式ヒータ１７は、その内部に機関冷却水が通る冷却水通路１７ａを備えている。この冷却水通路１７ａは、熱源である燃焼室１７ｄを流通する燃焼ガスによって暖められる。
【００４６】
燃焼室１７ｄは、そこに燃焼筒１７ｂが配置され、また燃焼筒１７ｂを円筒状をした隔壁１７ｃで覆ってなる。隔壁１７ｃで燃焼筒１７ｂを覆うことで、燃焼室１７ｄを燃焼室本体４３のケース体４３ｄ内に画するとともに、ケース体４３ｄの内面と隔壁１７ｃの外面との間に前記冷却水通路１７ａを形成する。
【００４７】
燃焼室１７ｄはヒータ内空気通路としても機能しており、このため燃焼室１７ｄは、燃焼式ヒータ１７の空気供給路３３および燃焼ガス排出路３５とそれぞれ空気供給口１７ｄ１および排気排出口１７ｄ２でつながっている。そして、既述のように吸気が本流管２９から分岐して空気供給路３３を通ると、図４に実線矢印で示すように、空気供給路３３→燃焼室１７ｄ→燃焼ガス排出路３５を経由して、燃焼ガスを含んだ状態の吸気が本流管２９に戻る。そして、この吸気は燃焼ガスの燃焼熱によって暖められているので、この暖められた吸気が前記実線矢印で示す経路を経て燃焼室本体４３から排出されるまでの間に、前記暖められた吸気を熱媒体として前記冷却水通路１７ａを流れる冷却水を暖める。よって、燃焼室１７ｄは熱交換通路ともいえる。
【００４８】
燃焼筒１７ｂには、燃料供給路としての燃料供給管１７ｅを介して、燃料ポンプ４７を連結してあり、燃料ポンプ４７のポンプ圧によって燃焼用燃料を燃焼筒１７ｂに供給するようになっている。燃料ポンプ４７はＥＣＵ４６のＣＰＵによって作動制御されてポンプ圧を可変し、燃焼用燃料の供給量を制御する。燃焼室１７ｄに燃焼用燃料を供給すると、この燃料は燃焼筒１７ｂ内で気化する。そして、この気化燃料に図示しない点火装置で点火し、気化燃料が燃焼する。
【００４９】
また、燃焼室本体４３には、空気供給路３３から入って来る吸気を燃焼筒１７ｂ内に送り込むための送風ファン４５を設けてあり、燃焼筒１７ｂに空気を供給することによって火炎Ｆができる。この送風ファン４５は、ＥＣＵ４６のＣＰＵによって作動制御されて出力を可変し、この出力調整によって、燃焼室１７ｄ内を流れる空気量が変わる。よって、送風ファン４５の出力調整によって燃焼室１７ｄ内を流れる空気量を制御できることとなる。
【００５０】
そして、燃焼式ヒータ１７は、ＥＣＵ４６のＣＰＵが燃料ポンプ４７と送風ファン４５を制御して燃焼用燃料の供給量と空気量を制御することにより、空燃比（Ａ／Ｆ）を制御して燃焼状態を制御し、また燃焼式ヒータ１７の出力を制御するようになっている。したがって、この実施の形態においては、送風ファン４５と燃料ポンプ４７とＥＣＵ４６は、燃焼式ヒータ空燃比制御手段を構成する。
【００５１】
一方、冷却水通路１７ａは、冷却水導入口１７ａ１と冷却水排出口１７ａ２とを有し、冷却水導入口１７ａ１は、図１に示すように、水管路Ｗ１を介してエンジン本体３の図示しないウォータジャケットの冷却水排出口と連結している。
【００５２】
また、冷却水排出口１７ａ２は、車室用ヒータ９と水管路Ｗ２を介して連結している。そして、車室用ヒータ９は、水管路Ｗ３を介してエンジン本体３の前記ウォータジャケットの冷却水導入口と連結している。
【００５３】
したがって、ウォータジャケットの冷却水は、水管路Ｗ１を介して燃焼式ヒータ１７に至るとそこで暖められ、その後、燃焼式ヒータ１７から水管路Ｗ２を介して車室用ヒータ９に至り、車室用ヒータ９の熱媒体として熱交換されて車室内に温風を出す。熱交換によって温度が下がった冷却水は水管路Ｗ３を介してウォータジャケットに戻る。このように、水管路Ｗ１〜水管路Ｗ３を介して冷却水がエンジン本体３と、燃焼式ヒータ１７と、車室用ヒータ９との間を循環する。
【００５４】
また、前記空気供給路３３および燃焼ガス排出路３５は、吸気管２３に属する本流管２９の支流管であるが、燃焼式ヒータ１７にのみ適用されるものであることから考えて、これらの管を燃焼式ヒータ１７の構成要素としてとらえることもできる。
【００５５】
次に、この実施の形態における作用について説明する。ディーゼルエンジン１の各気筒から排出される排気ガス中のＰＭ（煤やＳＯＦなど）は、排気浄化装置５０のＤＰＦ５３によって捕集される。初めに、そのときの空気の流れについて説明する。
【００５６】
空気の流れは、機関暖機が必要なときと必要でないときで若干異なる。前述した「エンジン１が所定の運転状態にあるとき」は機関暖機が必要なときであり、このときに、ＥＣＵ４６は、燃焼式ヒータ１７を作動し、該燃焼式ヒータ１７を所定のリーン空燃比で運転し、吸気絞り弁７０を全開、ＥＧＲ弁９２を全閉、弁装置４４の弁体４４ａを全開、三方弁９７の第１ポート９７ａと第２ポート９７ｂとを連通し第３ポート９７ｃを閉じ、三方弁９７′の第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃとを連通し第２ポート９７ｂを閉じる。各弁類の開閉状態がこのようになっていると、次の経路をたどってエアクリーナ１３から吸気装置５に入った空気が排気装置７に至る。
【００５７】
▲１▼エアクリーナ１３から吸気管２３の本流管２９に入った空気は、ヒータ用枝管３１の空気供給路３３に流れる空気と、本流管２９をそのまま下流へと流れる空気に分岐する。
【００５８】
▲２▼空気供給路３３に入った空気は、弁装置４４を経由して、その後、燃焼式ヒータ１７の燃焼室本体４３に送り込まれる。
▲３▼燃焼室本体４３に入った空気は、燃焼室本体４３の燃焼室１７ｄにおいて燃料供給管１７ｅから送られる燃焼用燃料の燃焼用空気として供され、燃焼後、燃焼ガスとなって燃焼ガス排出路３５に出る。
【００５９】
▲４▼燃焼ガス排出路３５に出た高温の燃焼ガスは、三方弁９７、排気ガスクーラ８４を経由して本流管２９の接続箇所Ｃ２から本流管２９に入り、分岐せずに本流管２９を流れる空気と合流して、吸気の温度を高める。
【００６０】
▲５▼温度を高めた吸気は、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａおよびインタークーラ１９を経由し、吸気絞り弁７０を通過してインテークマニホールド２１に入り、エンジン本体３の各気筒に入って気筒内での燃焼用空気として供される。
【００６１】
▲６▼各気筒内での燃料の燃焼後、排気ガスとなってエキゾーストマニホールド３７に至り、さらに排気管４２、ターボチャージャ１５のタービン１５ｂ、排気浄化装置５０を通って排気される。
【００６２】
このように、燃焼式ヒータ１７の高熱な燃焼ガスがエンジン本体３の気筒内に入るため、エンジン１の暖機が進む。
なお、三方弁９７の第３ポート９７ｃが閉じているので、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスが三方弁９７から分岐管９５へ流れ出ることはなく、また、もう一つの三方弁９７′の第２ポート９７ｂが閉じているので、下流側連結管２７を流れる空気がバイパス管４８に流れ出ることもない。これにより、燃焼式ヒータ１７から出る燃焼ガスを機関暖機に有効利用することができる。
【００６３】
そして、エンジン１の暖機が十分になった場合は、ＥＧＲ弁９２を開き、弁装置４４の弁体４４ａを閉じる。これはエンジン１の暖機が十分であるからＥＧＲ装置８８の排気再循環を実行するためと、エンジン１の暖機が十分であるのにも拘わらず弁体４４ａを開いて燃焼式ヒータ１７の出す高熱な燃焼ガスをエンジン本体３に送る必要がないからである。
【００６４】
尚、本流管２９における空気供給路３３との接続箇所Ｃ１および燃焼ガス排出路３５との接続箇所Ｃ２の間の部分にコンプレッサ１５ａがなく、当該部分でコンプレッサ１５ａが作動することがないので、接続箇所Ｃ２側が接続箇所Ｃ１よりも圧力が高くなることはなく、しかも燃焼式ヒータ１７の送風ファン４５により空気供給路３３を介して空気を吸引するようにしているので、空気供給路３３と燃焼ガス排出路３５とを介して本流管２９とつながっている燃焼式ヒータ１７の燃焼室１７ｄ内に逆流を生じない。よって、燃焼式ヒータ１７の火炎の向きが空気供給路３３側を向く逆火現象を生じることもない。
【００６５】
このように、エンジン１に暖機が必要なときと必要でないときでは吸気の経路が若干異なるが、いずれの場合も、エンジン本体３の各気筒から排出される排気ガスは排気浄化装置５０を通り、その際に、排気ガス中のＰＭはＤＰＦ５３に捕集され、ＰＭを除去されたクリーンな排気ガスが排気されることになる。
【００６６】
また、このエンジン１では、ＤＰＦ５３によってＰＭを捕集するのと並行して、ＤＰＦ５３からＰＭを除去する再生処理を行い、ＤＰＦ５３の目詰まりの防止を図っている。ＤＰＦ５３の再生処理について以下に説明する。
【００６７】
ＤＰＦ５３の再生のメカニズムは、エンジン本体３の各気筒から出る排気ガスの温度によって若干異なり、以下の３つの排気ガス温度領域に場合分けして説明する。図５は、エンジン１に対し暖機を必要としない環境下（常温）であって、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを吸気管２３に導入していないときの、エンジン１の運転状態（エンジン回転速度と負荷）と排気ガス温度との関係を示す温度分布図の一例を示すものである。図中の破線は、車両走行状態における路上走行抵抗（ロードロード）の一例を示し、この例では、車速が４０ｋｍ／Ｈｒのときに排気ガス温度が２５０゜Ｃになり、車速が１４０ｋｍ／Ｈｒのときに排気ガス温度が６００゜Ｃになる。
【００６８】
＜高温域Ｈ＞
図５において、高温域Ｈは、排気ガス温度が６００゜Ｃ以上になる領域である。煤は酸素過剰の雰囲気において約６００゜Ｃ以上あれば燃やすことができ、高温域Ｈでは排気ガス温度が６００゜Ｃ以上あるので、この排気ガスがＤＰＦ５３に流れると、ＤＰＦ５３に付着している煤を燃やすことができる。なお、ＳＯＦは煤よりも燃焼温度が低いので、高温域Ｈでは、ＤＰＦ５３に付着しているＳＯＦも同時に燃やすことができる。したがって、高温域Ｈでは、何ら特別な措置を講じなくても、ＤＰＦ５３に捕集されているＰＭを除去し、ＤＰＦ５３を再生することができる。そこで、この高温域Ｈは「自然ＤＰＦ再生域」ということができる。しかも、ＳＯＦや煤は燃焼してＣＯ２やＨ２Ｏとなるので、ＤＰＦ５３から除去したＰＭを無害化して排出することができる。
【００６９】
ただし、この高温域Ｈは、エンジン１の高負荷運転時に対応するため、エンジン１における運転頻度としては他の温度域の運転頻度に比較して少ない。
【００７０】
＜中温域Ｍ＞
図５において、中温域Ｍは、排気ガス温度が２５０〜６００゜Ｃである領域である。この中温域Ｍの排気ガスを直接にＤＰＦ５３に通した場合、ＳＯＦの燃焼に必要な温度は２００゜Ｃ以上であるのでそれ以上の排気ガス温度であればＳＯＦを燃やすことはできるが、前述したように煤の燃焼には約６００゜Ｃ以上の排気ガス温度が必要であるので煤を燃やすことはできない。しかしながら、この排気浄化装置５０の場合には、ＤＰＦ５３よりも上流側に酸化触媒５２を設けてあるため、中温域Ｍの排気ガスを排気浄化装置５０に通すことによって、ＳＯＦは勿論のこと、ＤＰＦ５３に捕集されている煤をも燃やすことができ、ＤＰＦ５３の再生を行うことができる。これは次の理由による。
【００７１】
二酸化窒素（ＮＯ２）は、約２５０゜Ｃ以上の温度下において炭素（Ｃ）に対する酸化剤として機能することがわかっている（次式参照）。
２ＮＯ２  ＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ２
すなわち、ＮＯ２存在下においては２５０゜Ｃ以上の温度で炭素を燃焼させることができる。
【００７２】
ところで、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス中にはＮＯｘが含まれており、この排気ガス中のＮＯｘのうち一酸化窒素（ＮＯ）は排気浄化装置５０の酸化触媒５２を通過するときに酸化されてＮＯ２となり（次式参照）、排気ガス中のＮＯｘ成分として元々含まれているＮＯ２とともに、ＤＰＦ５３へと流れていく。
ＮＯ＋（１／２）Ｏ２  →ＮＯ２
【００７３】
したがって、このエンジン１においては、排気ガス温度が２５０゜Ｃ以上ある中温域Ｍであれば、ＮＯ２を含む排気ガスがＤＰＦ５３に流れ込むことによって、ＤＰＦ５３に捕集されているＳＯＦや煤のＰＭを燃焼することができ、ＤＰＦ５３を再生することができる。そこで、この中温域Ｍは「ＮＯ２によるＤＰＦ連続再生域」ということができる。
【００７４】
ただし、排気ガス中のＮＯｘ濃度及び排気ガス量は、エンジン１の運転状態に応じて決まるものであり、ＤＰＦ５３に捕集されているＰＭの全てを燃焼させるのに必要なＮＯｘ濃度及び排気ガス量になるとは限らない。したがって、この中温域Ｍでのエンジン１の運転だけでＤＰＦ５３を完全に再生することは難しい。そこで、このエンジン１では、さらに、排気ガス温度が２５０゜Ｃに満たない低温域ＬにおいてもＤＰＦ５３の再生処理を実行できる手段を講じている。以下、低温域ＬでのＤＰＦ５３の再生処理について説明する。
【００７５】
＜低温域Ｌ＞
排気ガス温度が２５０゜Ｃ以下の場合には、まず、ＥＧＲガス量を増大させるようにＥＧＲ制御（ＥＧＲ弁９２の駆動デューティ比増大制御）を行い、これによって排気ガス温度を高める。
【００７６】
このＥＧＲ制御によっても排気ガス温度を２５０゜Ｃ以上にできなかった場合には、燃焼式ヒータ１７を作動させてその燃焼ガスを排気浄化装置５０の上流に導入し、排気ガスと混合してガス温度を高める。その際、燃焼式ヒータ１７の燃焼室１７ｄ内での燃焼を制御（燃焼式ヒータ１７の空燃比制御）することによって、燃焼室１７ｄで積極的に一酸化窒素（ＮＯ）を生成し燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を高める。そうすると、燃焼ガスに含まれるＮＯｘも排気ガス中のＮＯｘとともに排気浄化装置５０に導入され、ＤＰＦ５３の再生に供されるので、中温域Ｍのときと同様な再生メカニズムによるＤＰＦ５３の再生をより促進することができる。
【００７７】
次に、図６を参照して、低温域ＬにおけるＤＰＦ再生処理実行ルーチンについて説明する。このルーチンを構成する複数のステップからなるフローチャートはＥＣＵ４６のＲＯＭに記憶してあり、各ステップにおける処理はすべてＥＣＵ４６のＣＰＵにより実行される。
【００７８】
まず、ＥＣＵ４６は、ステップ１０１において、入ガス温度センサ４０で検出した入ガス温度をＤＰＦ入口温度Ｔｆとして読み込み、このＤＰＦ入口温度Ｔｆが２５０゜Ｃよりも低いか否かを判定する。
【００７９】
ステップ１０１で否定判定した場合には、排気ガス温度が中温域Ｍあるいは高温域Ｈにあり、排気ガス温度を高めなくてもＤＰＦ５３の再生処理が可能であるので、リターンする。
【００８０】
ステップ１０１で肯定判定した場合には、排気ガス温度が低温域Ｌにあり排気ガス温度を高めなければＤＰＦ５３を再生することは不可能であるのでステップ１０２に進み、ステップ１０２以降の昇温処理を実行する。
【００８１】
ＥＣＵ４６は、ステップ１０２において、ＥＧＲ量を増大させるようにＥＧＲ制御を実行し（すなわち、ＥＧＲ弁９２の駆動デューティ比増大制御を実行し）、エンジン本体３の各気筒から排出される排気ガス温度を高める。なお、ＥＧＲ量を増大して燃焼温度を高めると、ＮＯの生成量も増大することになり、ＤＰＦ再生用のＮＯｘも増大する。
【００８２】
ただし、ＥＧＲ量を極端に増大させるとスモークの発生を招き、ＰＭの生成量を増大させることになってしまうので、あくまでも排気浄化装置５０の入口における排気ガス中のＰＭ量を増大させない範囲内で、ＥＧＲ量増大制御を実行する。
【００８３】
次に、ＥＣＵ４６は、ステップ１０２からステップ１０３に進んで、入ガス温度センサ４０で検出した入ガス温度をＤＰＦ入口温度Ｔｆとして読み込み、ＤＰＦ入口温度Ｔｆが２５０゜Ｃよりも低いか否かを判定する。
【００８４】
ステップ１０３で否定判定した場合にはリターンする。この否定判定は、ＥＧＲ量増大制御によって排気ガス温度が２５０゜Ｃ以上になったことを意味し、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを導入する必要がないのでリターンするのである。ただし、ＥＧＲ量増大制御による排気ガス温度の昇温処理はＰＭの生成量を所定量以下に抑制しながら実行しているので、ＥＧＲ量増大制御実行前における排気ガス温度にもよるが、ＥＧＲ量増大制御だけでエンジン本体３の各気筒から排出される排気ガスの温度を２５０゜Ｃ以上に昇温することは難しい。
【００８５】
ステップ１０３で肯定判定した場合にはステップ１０４に進み、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを排気浄化装置５０の上流に導入する。すなわち、ＥＣＵ４６は、ステップ１０４において、空気供給路３３の弁装置４４を全開にし、三方弁９７の第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃを連通し第２ポート９７ｃを閉じ、三方弁９７′の第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃを連通し第２ポート９７ｂを閉じる。これと同時に、ＥＣＵ４６は、燃焼式ヒータ１７を作動（ＯＮ）する。これによって、エアクリーナ１３から上流側連結管２５の本流管２９に入った空気が、次の経路をたどって排気装置７に至る。
【００８６】
▲１▼エアクリーナ１３から本流管２９に入った空気は、ヒータ用枝管３１の空気供給路３３に流れる空気と、本流管２９をそのまま下流へと流れる空気に分岐する。
【００８７】
▲２▼本流管２９をそのまま下流へと流れる空気は、前述した空気の経路、すなわち、本流管２９→ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａ→下流側連結管２７→インタークーラ１９→吸気絞り弁７０→インテークマニホールド２１→エンジン本体３の各気筒→エキゾーストマニホールド３７→排気管４２→ターボチャージャ１５のタービン１５ｂを通って、排気浄化装置５０へと流れていく。なお、三方弁９７′の第２ポート９７ｂが閉じているので、下流側連結管２７を流れる吸気が三方弁９７′を通ってバイパス管４８に流れ出ることはない。
【００８８】
▲３▼一方、ヒータ用枝管３１の空気供給路３３に入った空気は、弁装置４４を経由して、その後、燃焼式ヒータ１７の燃焼室本体４３に送り込まれる。
▲４▼燃焼室本体４３に入った空気は、燃焼室本体４３の燃焼室１７ｄにおいて燃料供給管１７ｅから送られる燃焼用燃料の燃焼用空気として供され、燃焼後、燃焼ガスとなって燃焼ガス排出路３５に出る。
【００８９】
▲５▼燃焼ガス排出路３５に出た高温の燃焼ガスは、三方弁９７を経由して分岐管９５に入り、さらに分岐管９５から三方弁９７′を経由してバイパス管４８に出る。よって、この実施の形態では、二つの三方弁９７，９７′は、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスをバイパス管（燃焼ガスバイパス通路）４８に導入する導入手段といえる。
【００９０】
▲６▼バイパス管４８に入った高温の燃焼ガスは、接続箇所Ｃ３から排気管４２に入り、前記▲２▼の経路をたどるエンジン１の排気ガスと合流して、燃焼ガスと排気ガスとの混合ガスとなる。燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスは２５０゜Ｃよりも高温であり、接続箇所Ｃ３で合流した後の混合ガスの温度は、エンジン本体３の各気筒から排出される排気ガス温度よりも高くなる。
【００９１】
▲７▼接続箇所Ｃ３で合流後の高温の混合ガスは、排気浄化装置５０の酸化触媒５２、ＤＰＦ５３を順に通った後、排気される。
なお、三方弁９７の第２ポート９７ｂが閉じているので、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスが三方弁９７を通り燃焼ガスクーラ８４へ向かって流れることがなく、したがって、燃焼ガスが分岐管３５から本流管２９に流れ出ることはない。また、もう一つの三方弁９７′の第２ポート９７ｂが閉じているので、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスが下流側連結管２７に流れ出ることもない。これにより、燃焼式ヒータ１７から出る燃焼ガスの全量を、排気浄化装置５０のすぐ上流に導くことができ、燃焼ガスをＤＰＦ５３の再生のために有効に利用することができる。
【００９２】
次に、ＥＣＵ４６は、ステップ１０４からステップ１０５に進み、燃焼式ヒータ１７の燃焼室１７ｄにおける燃焼で所定濃度のＮＯが生成されるように、燃料ポンプ４７と送風ファン４５の運転制御を行うことにより、燃焼式ヒータ１７の空燃比（Ａ／Ｆ）制御を実行する。また、これと同時に、排気浄化装置５０に流入する混合ガスの温度が２５０゜Ｃ以上になるように、燃焼ガス流量を制御する。
【００９３】
なお、エンジン１の暖機や車室内暖房のために燃焼式ヒータ１７を作動する場合（すなわち、ＤＰＦ再生処理以外のために燃焼式ヒータ１７を作動する場合）には、燃焼式ヒータ１７をＮＯが生成されない空燃比（以下、このときの空燃比を暖機時空燃比という）で運転しており、この暖機時空燃比もリーン域であるが、ステップ１０５における燃焼式ヒータ１７の空燃比制御では、燃焼室１７ｄでＮＯを積極的に生成するための高温を得るために、暖機時空燃比よりもさらにリーン度を高めた空燃比に制御する。以下、ステップ１０５の空燃比制御における目標空燃比をＤＰＦ再生空燃比と称す。
【００９４】
なお、このＤＰＦ再生空燃比については、予め、排気浄化装置５０について実験を行い、その実験結果からＤＰＦ５３の再生に最適な混合ガスのＮＯｘ濃度を設定し、さらにそれから燃焼ガスの最適ＮＯｘ濃度を設定し、また、燃焼式ヒータ１７についても予め燃焼実験を行い、その実験結果から、燃焼ガスのＮＯｘ濃度が前記最適ＮＯｘ濃度となるときの燃焼式ヒータ１７の空燃比を求め、これをＤＰＦ再生空燃比とすることができる。この場合には、ＤＰＦ再生空燃比は一定値となる。
【００９５】
あるいは、排気浄化装置５０のすぐ上流に設けたＮＯｘセンサ４１により排気浄化装置５０に流入する混合ガスのＮＯｘ濃度を検出し、検出したＮＯｘ濃度と予め設定した混合ガスの最適ＮＯｘ濃度との偏差に基づき、混合ガスのＮＯｘ濃度が前記最適ＮＯｘ濃度となるように、燃焼式ヒータ１７の空燃比をフィードバック制御してもよい。この場合には、ＤＰＦ再生空燃比は可変となる。なお、本実施の形態では、燃焼式ヒータ１７の空燃比をフィードバック制御する方式を採用する。
【００９６】
このようにして、所定に空燃比制御された燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを、排気浄化装置５０のすぐ上流の排気管４２に導入して排気ガスと混合することにより、ＤＰＦ５３の再生に最適なＮＯｘ濃度を有し且つ２５０゜Ｃ以上の温度を有する混合ガスを排気浄化装置５０に流入させることができる。その結果、エンジン本体３の各気筒から排出される排気ガスの温度が低温域Ｌである場合にも、前記中温域Ｍのときと同じ再生メカニズムによってＤＰＦ５３を再生することができる。
【００９７】
また、エンジン本体３の各気筒から排出される排気ガスの温度が低温域Ｌにあるエンジン運転状態の時にも、排気浄化装置５０に流入する混合ガスの温度を２５０゜Ｃ以上に保持することができるので、ディーゼルエンジンの排気ガスに特有な刺激臭の原因物質であるアルデヒド等を酸化触媒５２において酸化して浄化することができ、最終的に大気に排気される排気ガスの刺激臭を低減することができる。
【００９８】
なお、車両駆動用のエンジン１において、この低温域Ｌは、アイドル運転状態から走行速度４０〜５０ｋｍ／Ｈｒ程度の市街地走行状態に対応し、エンジン１における運転頻度としては一番多いものであり、この運転域でＤＰＦ５３が再生処理可能であるので、ＰＭの捕集によるＤＰＦ５３の目詰まりを低減あるいは殆どなくすことができる。
【００９９】
この後、ＥＣＵ４６はステップ１０５からステップ１０６に進んで、入ガス温度センサ４０で検出した入ガス温度をＤＰＦ入口温度Ｔｆとして読み込み、ＤＰＦ入口温度Ｔｆが燃焼式ヒータ作動停止温度Ｔ０よりも低いか否かを判定する。ここで、燃焼式ヒータ作動停止温度Ｔ０は２５０゜Ｃよりも高い温度（例えば、２８０゜Ｃ）に設定する。
【０１００】
ステップ１０６で肯定判定した場合にはステップ１０５にリターンして燃焼式ヒータ１７の空燃比制御による混合ガスの昇温処理を続行する。
ステップ１０６で否定判定した場合にはステップ１０７に進み、ＥＣＵ４６は、燃焼式ヒータ１７の作動を停止（ＯＦＦ）し、燃焼ガスを排気浄化装置５０の上流に導入するのを停止する。すなわち、弁装置４４の弁体４４ａを全閉にし、三方弁９７の第１ポート９７ａと第２ポート９７ｂを連通し第３ポート９７ｃを閉じ、三方弁９７′の第１ポート９７ａと第３ポート９７ｃを連通し第２ポート９７ｂを閉じる。これによって、燃焼式ヒータ１７から燃焼ガスが出なくなり、燃焼ガスがバイパス通路４８を通って排気管４２の接続箇所Ｃ３に導入されることもなくなる。これで、ＥＣＵ４６は排気ガス温度が低温域ＬにあるときのＤＰＦ再生処理の実行を終了する。
【０１０１】
このように、この実施の形態においては、排気ガス温度が低温域ＬにあるときのＤＰＦ再生処理で、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスの全量をエンジン本体３を迂回して排気浄化装置５０に導入しているので、燃焼ガスの熱エネルギを有効にＤＰＦ５３の再生に利用することができる。
【０１０２】
また、この実施の形態においては、排気ガス温度が低温域ＬにあるときのＤＰＦ再生処理で、最初にＥＧＲ量増大制御を行って排気ガス温度の昇温を実行し、それでも排気ガス温度が所望温度（２５０゜Ｃ）に達しない場合に初めて、燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを排気浄化装置５０の上流に導入し補うようにしているので、燃焼式ヒータ１７の燃料消費量を極力少なくすることができ、経済的である。
【０１０３】
さらに、この実施の形態においては、排気ガス温度が２５０゜Ｃ以上の場合には高温の燃焼ガスが排気浄化装置５０に流れ込まないので、酸化触媒５２の高温劣化を抑制することができて耐久性が向上する。
【０１０４】
〔第２の実施の形態〕
図７は本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の第２の実施の形態における構成図である。
【０１０５】
この第２の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、第２の実施の形態では、バイパス管４８における接続箇所Ｃ３寄りに、酸化触媒（第２の酸化触媒）５５を収容した触媒コンバータ５４を設けてある点だけであり、その他の構成は第１の実施の形態と全く同じである。
【０１０６】
この触媒コンバータ５４は、排気ガス温度が低温域Ｌにあるときであって燃焼式ヒータ１７の燃焼ガスを排気浄化装置５０の上流に導入する際に、燃焼ガス中のＮＯを触媒コンバータ５４の酸化触媒５５によって酸化しＮＯ２にするために設けたものである。触媒コンバータ５４はバイパス管４８に設けられているので、排気ガス温度が中温域Ｍあるいは高温域Ｈにあるときには、その排気ガスが触媒コンバータ５４に流れることはない。したがって、触媒コンバータ５４の高温劣化を低減することができ、耐久性が向上する。
【０１０７】
この第２の実施の形態によっても、本発明は成立し、第１の実施の形態の場合と同じ作用・効果を得ることができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関によれば、内燃機関の排気系に設けられ該内燃機関の排気ガスを浄化するフィルタと、前記内燃機関の排気系の前記フィルタの上流に設けられた第１の酸化触媒と、前記内燃機関の機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記内燃機関の吸気系に導入する燃焼ガス排出路と、前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記内燃機関の気筒を迂回して該内燃機関の排気系の前記第１の酸化触媒の上流に導入する燃焼ガスバイパス通路と、前記フィルタを再生するときに前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記燃焼ガスバイパス通路に導入する導入手段と、を備えることにより、排気系に設けた排気ガス浄化用のフィルタがＰＭの捕集により目詰まりするのを抑制することができ、その結果、内燃機関の出力低下を抑制することができる、という優れた効果が奏される。
【０１０９】
また、前記第１の酸化触媒の入口温度が所定温度以下のときに、前記導入手段によって前記燃焼式ヒータの燃焼ガスが前記燃焼ガスバイパス通路に導入されるようにした場合には、燃焼式ヒータにおける燃料の浪費を防止することができ、経済的である。また、第１の酸化触媒の入口温度が所定温度を越えているときには、第１の酸化触媒に高温の燃焼ガスが流れなくなるので、第１の酸化触媒の高温劣化が抑制されて耐久性が向上する。
【０１１０】
前記燃焼式ヒータの燃焼ガスが前記導入手段によって前記燃焼ガスバイパス通路に導入されているときに、燃焼式ヒータにおける燃焼によってＮＯｘが生成されるように該燃焼式ヒータの燃焼を制御した場合には、燃焼式ヒータで生成したＮＯｘをフィルタの再生に利用することができ、フィルタの再生を促進することができる。
【０１１１】
前記第１の酸化触媒の上流であって前記内燃機関の排気系と燃焼ガスバイパス通路との接続点の下流にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度に基づいて前記燃焼式ヒータの空燃比を制御するようにした場合には、第１の酸化触媒に流入するＮＯｘ濃度を、フィルタの再生に最適な濃度に制御することができ、フィルタの再生を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】前記第１の実施の形態において導入手段の一部を構成する三方弁の概略断面図である。
【図３】前記第１の実施の形態において導入手段の一部を構成する他の三方弁の概略断面図である。
【図４】前記第１の実施の形態において燃焼装置としての燃焼式ヒータの概略断面図である。
【図５】エンジン１の運転状態（エンジン回転速度と負荷）と排気ガス温度との関係を示す温度分布図である。
【図６】前記第１の実施の形態において排気ガス温度が低温域にあるときのＤＰＦ再生処理実行ルーチンである。
【図７】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の第２の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）
３…エンジン本体
５…吸気装置
７…排気装置
９…車室用ヒータ
１３…エアクリーナ
１５…ターボチャージャ
１５ａ…ターボチャージャのコンプレッサ
１５ｂ…ターボチャージャのタービン
１７…燃焼式ヒータ
１７ａ…燃焼式ヒータの冷却水通路
１７ａ１…冷却水導入口
１７ａ２…冷却水排出口
１７ｂ…燃焼筒
１７ｃ…円筒状隔壁
１７ｄ…燃焼室
１７ｄ１…空気供給口
１７ｄ２…排気排出口
１７ｅ…燃料供給管
１９…インタークーラ
２１…インテークマニホールド
２３…吸気管（吸気系）
２５…上流側連結管
２７…下流側連結管
２９…本流管
３１…ヒータ用枝管
３３…空気供給路
３５…燃焼ガス排出路
３７…エキゾーストマニホールド
３９…メイン触媒コンバータ
４０…入ガス温度センサ
４１…ＮＯｘセンサ
４２…排気管（排気系）
４３…燃焼室本体
４３ａ…ケース体
４４…弁装置
４４ａ…弁体
４４ｂ…駆動モータ
４４ｃ…開閉機構部
４５…送風ファン
４６…ＥＣＵ
４７…燃料ポンプ
４８…バイパス通路（燃焼ガスバイパス通路）
５０…排気浄化装置
５１…ケーシング
５２…第１の酸化触媒
５３…ＤＰＦ（フィルタ）
５４…触媒コンバータ
５５…第２の酸化触媒
７０…吸気絞り弁
８４…燃焼ガスクーラ
８８…ＥＧＲ装置
８９…ＥＧＲクーラ
９０…ＥＧＲ通路
９１…温度センサ
９２…ＥＧＲ弁
９５…分岐管
９７…三方弁（導入手段）
９７′…三方弁（導入手段）
Ｃ１…空気供給路３３と本流管２９との接続箇所
Ｃ２…燃焼ガス排出路３５と本流管２９との接続箇所
Ｃ３…排気管４２とバイパス管４８との接続箇所
Ｗ１…水管路
Ｗ２…〃
Ｗ３…〃
【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】
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