(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁と、
前記内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関から排出される未燃燃料成分を低減すべきときに、前記排気絞り弁をほぼ全閉に制御する弁制御手段と、
前記排気絞り弁がほぼ全閉に制御されたときに、前記燃料噴射弁から噴射される主たる燃料量を増加させる主燃料噴射制御手段と、
前記主燃料噴射制御手段による主燃料の噴射後に、前記燃料噴射弁から副次的に燃料を噴射させる副燃料噴射制御手段と、
前記排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気に含まれる粒子状物質を除去するＰＭ除去手段と、を備え、
前記副燃料噴射制御手段は、前記内燃機関から排出される未燃燃料成分の量が最も少なくなる時期に副燃料の噴射を実行するとともに、前記ＰＭ除去手段によって粒子状物質を除去することを特徴とする内燃機関の排気昇温装置。
【請求項２】
前記ＰＭ除去手段は、排気中に含まれる粒子状物質を物理的に吸着するＰＭトラップであり、前記ＰＭトラップを再生する場合は、前記弁制御手段が前記排気絞り弁をほぼ全閉に制御し、前記主燃料噴射制御手段が主燃料の噴射量を増加すべく前記燃料噴射弁を制御し、前記副燃料噴射制御手段が副燃料の噴射を実行すべく前記燃料噴射弁を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排気昇温装置。
【請求項３】
前記ＰＭ除去手段は、前記排気絞り弁より上流の排気通路に設けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関から排出される排気の温度を昇温させる技術に関し、特に排気のエミッションを悪化させることなく排気温度を昇温させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関では、該内燃機関から排出される排気に含まれる有害ガス成分を浄化した上で大気中に放出することが要求されている。このような要求に対し、従来では、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を配置し、排気中に含まれる有害ガス成分を排気浄化触媒にて浄化する技術が提案されている。
【０００３】
ところで、排気浄化触媒は、一般に所定温度以上のときに活性して排気中の有害ガス成分を浄化することが可能となるため、内燃機関が冷間始動されたときのように排気浄化触媒の温度が所定温度未満であるときは排気中の有害ガス成分を十分に浄化することが不可能となる。
【０００４】
このような問題点に対し、従来では、特開平１０−２１２９９５号公報に記載されたような排気昇温装置が提案されている。この公報に記載された排気昇温装置は、内燃機関が冷間始動後の暖機運転状態にある場合等に、内燃機関の燃焼に供される通常の燃料噴射（主燃料噴射）に加え、各気筒の膨張行程時に副次的な燃料噴射（副燃料噴射）を行うことにより、副噴射された燃料を燃焼させて、排気弁開弁時における筒内ガス温度、言い換えれば排気温度を高め、以て排気浄化触媒の早期活性化を図ろうとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関が冷間始動後の暖機運転状態にある場合等は、筒内の温度が低く主燃料が完全燃焼し難いため、既燃ガス中に比較的多量の未燃燃料成分が残存することになる。このように未燃燃料成分の残存量が多い状況下で副燃料噴射が実行されると、副燃料を着火源として未燃燃料成分が燃焼するが、筒内の雰囲気温度が低いために副燃料と未燃燃料成分とが完全に燃焼しきれず、煤や未燃燃料成分に代表される粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）が多量に発生する場合がある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、排気エミッションを悪化させることなく、排気の温度を効率的に上昇させる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気昇温装置は、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁と、前記内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関から排出される未燃燃料成分を低減すべきときに前記排気絞り弁をほぼ全閉に制御する弁制御手段と、前記排気絞り弁がほぼ全閉に制御されたときに前記燃料噴射弁から噴射される主たる燃料量を増加させる主燃料噴射制御手段と、前記主燃料噴射制御手段による主燃料の噴射後に前記燃料噴射弁から副次的に燃料を噴射させる副燃料噴射制御手段と、前記排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる粒子状物質を除去するＰＭ除去手段と、を備え、前記副燃料噴射制御手段は、前記内燃機関から排出される未燃燃料成分の量が最も少なくなる時期に副燃料の噴射を実行するとともに、前記ＰＭ除去手段によって粒子状物質を除去することを特徴とする。
【０００８】
このように構成された排気昇温装置では、弁制御手段は、内燃機関から排出される未燃燃料成分量を低減すべき時期に、排気絞り弁の開度をほぼ全閉状態とする。これに応じて、主燃料噴射制御手段が主燃料の噴射量を増加させるべく燃料噴射弁を制御するとともに、副燃料噴射制御手段が主燃料の噴射後に副燃料を噴射させるべく燃料噴射弁を制御する。
【０００９】
この場合、ほぼ全閉状態となった排気絞り弁と主燃料の噴射量増加との相乗効果により、排気絞り弁上流の排気通路から内燃機関の気筒内にかけて排気の圧力及び温度が上昇するとともに排気の流速が低下するため、主燃料の燃え残りである未燃燃料成分と副燃料が高温下で長期にわたって燃焼し、未燃燃料成分の残存量が減少する。更に、排気中に含まれる煤などの粒子状物質は、排気通路に配置されたＰＭ除去手段によって排気中から除去され、大気中に放出されることがない。
【００１０】
ここで、内燃機関から排出される未燃燃料成分量を低減すべき時期としては、内燃機関が冷間始動後の暖機運転状態にあるとき、外気温度が低い状況下で内燃機関が低負荷運転状態にあるとき、等を例示することができる。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の排気昇温装置では、副燃料噴射制御手段は、内燃機関から排出される未燃燃料成分の量が最も少なくなる時期に副燃料の噴射を実行するようにすることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の排気昇温装置では、ＰＭ除去手段として、排気中に含まれる粒子状物質を物理的に吸着するＰＭトラップを例示することが出来る。
この場合、ＰＭトラップの吸着能力が飽和する前にＰＭトラップを再生する必要が生じるが、そのような場合は、弁制御手段が排気絞り弁をほぼ全閉に制御し、主燃料噴射制御手段が主燃料の噴射量を増加すべく燃料噴射弁を制御し、副燃料噴射制御手段が副燃料の噴射を実行すべく燃料噴射弁を制御することにより、ＰＭトラップを通過する排気の温度を高めるようにすればよい。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の排気昇温装置では、ＰＭ除去手段は、排気絞り弁より上流の排気通路に配置されることが好ましい。
これは、排気絞り弁がほぼ全閉状態となったときに、排気絞り弁上流の排気通路では排気絞り弁下流の排気通路に比して排気の流速が低く、高温状態の排気が滞留するため、ＰＭ除去手段が高温の排気に長期間曝されて粒子状物質の再生効率が向上するからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気昇温装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る排気昇温装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２１を備えるとともに、各気筒２１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３２を具備した４サイクルの筒内噴射式内燃機関である。
【００１６】
前記内燃機関１は、複数の気筒２１及び冷却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００１７】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸であるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２と連結されている。
【００１８】
前記ピストン２２の上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００１９】
前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が燃焼室２４に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００２０】
前記吸気ポート２６の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された吸気弁２８によって開閉されるようになっており、これら吸気弁２８は、シリンダヘッド１ａに回転自在に支持されたインテーク側カムシャフト３０によって進退駆動されるようになっている。
【００２１】
前記排気ポート２７の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された排気弁２９により開閉されるようになっており、これら排気弁２９は、シリンダヘッド１ａに回転自在に支持されたエキゾースト側カムシャフト３１により進退駆動されるようになっている。
【００２２】
前記インテーク側カムシャフト３０及び前記エキゾースト側カムシャフト３１は、図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト２３と連結され、クランクシャフト２３の回転トルクがタイミングベルトを介してインテーク側カムシャフト３０及びエキゾースト側カムシャフト３１へ伝達されるようになっている。
【００２３】
各気筒２１に連通する２つの吸気ポート２６のうちの一方の吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａ外壁に形成された開口端から燃焼室２４に臨む開口端へ向かって直線状に形成された流路を有するストレートポートで構成され、他方の吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａ外壁の開口端から燃焼室２４の開口端へ向かって、気筒２１の軸方向と垂直な面において旋回するよう形成された流路を有するヘリカルポートで構成されている。
【００２４】
前記各吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａに取り付けられた吸気枝管３３の各枝管と連通している。各気筒２１に対応した２つの吸気ポート２６のうちのストレートポートと連通する枝管には、その枝管内の流量を調節するスワールコントロールバルブ３７が設けられている。前記スワールコントロールバルブ３７には、ステッパモータ等からなり、印加電流の大きさに応じてスワールコントロールバルブ３７を開閉駆動するアクチュエータ３７ａと、スワールコントロールバルブ３７の開度に対応した電気信号を出力するＳＣＶポジションセンサ３７ｂとが取り付けられている。
【００２５】
前記吸気枝管３３は、サージタンク３４に接続され、このサージタンク３４は、吸気管３５を介してエアクリーナボックス３６と接続されている。前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる新気の流量を調節するスロットル弁３９が設けられている。
【００２６】
前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり、印加電流の大きさに応じて該スロットル弁３９を開閉駆動するアクチュエータ４０と、該スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付けられている。
【００２７】
さらに、前記スロットル弁３９には、アクセルペダル４２に連動して回転するアクセルレバー（図示せず）が併設され、このアクセルレバーには、アクセルレバーの回転位置（アクセルペダル４２の踏み込み量）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３が取り付けられている。
【００２８】
前記スロットル弁３９より上流の吸気管３５には、吸気管３５内を流れる新気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられる。
【００２９】
一方、前記内燃機関１の各排気ポート２７は、前記シリンダヘッド１ａに取り付けられた排気枝管４５の各枝管と連通している。前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６を介して排気管４７に接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００３０】
前記排気浄化触媒４６は、本発明に係るＰＭ除去手段を実現するものであり、例えば、図２、図３に示すように、上流側の端部が開放され且つ下流側の端部が閉塞された第１流路４６ａと上流側の端部が閉塞され且つ下流側の端部が開放された第２流路４６ｂとをハニカム状をなすよう配置してなる多孔質の担体と、前記担体の表面に形成された触媒層とからなるウォールスロー型の排気浄化触媒である。
【００３１】
前記した担体としては、多孔質のセラミックやゼオライト等を例示することができ、前記した触媒層としては、多孔質のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の表面に白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系あるいはパラジウム−ロジウム（Ｐｄ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質が担持されたもの、または、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）やカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）やイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属類とからなるもの等を例示することができる。
【００３２】
このように構成された排気浄化触媒４６では、該排気浄化触媒４６に流入した排気は、先ず第１流路４６ａに導かれ、次いで担体の壁面の細孔を通って第２流路４６ｂへ流れ、第２流路４６ｂから下流の排気管４７へ排出される。排気が担体の壁面を通過する際に、排気中に含まれる煤や未燃燃料成分などの粒子状物質が捕集されるとともに、排気中に含まれる有害ガス成分が触媒層にて浄化される。従って、排気浄化触媒４６は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの機能と、排気中の有害ガス成分を浄化する触媒機能とを兼ね備えていることになる。
【００３３】
ここで図１に戻り、前記排気枝管４５には、該排気枝管４５内を流れる排気に含まれる酸素の濃度に対応した電気信号を出力する酸素センサ（Ｏ２センサ）４８が取り付けられている。
【００３４】
前記排気管４７の途中には、該排気管４７内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁４９が設けられている。前記排気絞り弁４９には、ステッパモータ等からなり、印加電流の大きさに応じて該排気絞り弁４９を開閉駆動するアクチュエータ５０が取り付けられている。
【００３５】
また、内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００３６】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ、以下ＥＣＵと称する）２０が併設されている。
【００３７】
前記ＥＣＵ２０には、ＳＣＶポジションセンサ３７ｂ、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、酸素センサ４８、クランクポジションセンサ５１、及び水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号が前記ＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００３８】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、アクチュエータ３７ａ、アクチュエータ４０、アクチュエータ５０等が電気配線を介して接続され、前記ＥＣＵ２０は、前記した各種センサの出力信号値をパラメータとして、イグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、アクチュエータ３７ａ、アクチュエータ４０、アクチュエータ５０を制御することが可能になっている。
【００３９】
例えば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ５１、アクセルポジションセンサ４３、あるいはエアフローメータ４４等の出力信号値をパラメータとして内燃機関１の運転状態を判別する。前記内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にあると判定された場合は、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の成層燃焼を実現すべく、アクチュエータ３７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ３７の開度を小さくし、アクチュエータ４０へ制御信号を送信してスロットル弁３９を実質的に全開状態とし、さらに各気筒２１の圧縮行程時に燃料噴射弁３２に駆動電流を印加して圧縮行程噴射を行う。
【００４０】
この場合、各気筒２１の燃焼室２４には、吸気行程時に主としてスワールポート７ｂからの新気が導入され、強い旋回流（スワール流）が発生する。続く圧縮行程では、燃料噴射弁３２から噴射された燃料がスワール流に従って燃焼室２４内を旋回し、所定の時期に点火栓２５近傍へ移動する。このとき、燃焼室２４内は、点火栓２５の近傍が可燃混合気層となり、且つその他の領域が空気層となる、いわゆる成層状態となる。そして、ＥＣＵ２０は、上記した所定の時期に、イグナイタ２５ａを駆動して点火栓２５を点火する。この結果、燃焼室２４内の混合気（可燃混合気層と空気層とを含む）は、点火栓２５近傍の可燃混合気層を着火源として燃焼する。
【００４１】
尚、成層燃焼運転時における燃料噴射量は、アクセル開度と機関回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ２０は、アクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）と機関回転数と燃料噴射量との関係を示す成層燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定する。
【００４２】
また、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態が中負荷運転領域にあると判定した場合は、リーン混合気による均質リーン燃焼を実現すべく、アクチュエータ３７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ３７の開度を小さくし、さらに各気筒２１の吸気行程時に燃料噴射弁３２に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒２１の燃焼室２４内の略全域にわたって、新気と燃料とが均質に混じり合ったリーン混合気が形成され、均質リーン燃焼が実現される。
【００４３】
また、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態が高負荷運転領域にあると判定した場合は、理論空燃比近傍の混合気による均質燃焼を実現すべく、アクチュエータ３７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ３７を全開状態とし、スロットル弁３９がアクセルペダル４２の踏み込み量（アクセルポジションセンサ４３の出力信号値）に対応した開度となるようアクチュエータ４０へ制御信号を送信し、さらに各気筒２１の吸気行程時に燃料噴射弁３２に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒２１の燃焼室２４内の略全域にわたって、新気と燃料とが均質に混じり合った理論空燃比の混合気が形成され、均質燃焼が実現される。
【００４４】
尚、ＥＣＵ２０は、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ移行する際、あるいは均質燃焼制御から成層燃焼制御へ移行する際に、内燃機関１のトルク変動を防止すべく各気筒２１の圧縮行程時と吸気行程時との二回に分けて燃料噴射弁３２に駆動電流を印加する。この場合、各気筒２１の燃焼室２４内には、点火栓２５の近傍に可燃混合気層が形成されるとともに、その他の領域にリーン混合気層が形成され、いわゆる弱成層燃焼が実現される。
【００４５】
また、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態がアイドル運転領域にあると判定した場合は、実際の機関回転数を目標アイドル回転数に収束させるために必要な吸入空気量を確保すべくスロットル弁３９の開度を制御する、いわゆるアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）のフィードバック制御を行う。
【００４６】
次に、ＥＣＵ２０は、未燃燃料成分（未燃ＨＣ）の大気中への排出量を低減すべきときに、排気昇温制御を実行する。
排気昇温制御では、ＥＣＵ２０は、図４に示すような排気昇温制御ルーチンを実行する。この排気昇温制御ルーチンは、ＥＣＵ２０に内蔵されたＲＯＭなどに予め記憶されているルーチンであり、所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する毎）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００４７】
排気昇温制御ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ず、Ｓ４０１において、内燃機関１から排出される未燃燃料成分（未燃ＨＣ）を低減すべき時期であるか否かを判別する。
【００４８】
内燃機関１から排出される未燃ＨＣを低減すべき時期としては、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、内燃機関１が低負荷運転状態にある場合のように、内燃機関１の燃焼室２４の温度が低く、排気浄化触媒４６が未活性状態にある場合である。
【００４９】
これは、内燃機関１の燃焼室２４内の温度が低いときは、燃焼室２４内において混合気の燃焼状態が不安定となり易く混合気が完全燃焼し難いため、燃焼室２４から多量の未燃ＨＣが排出されることになり、その際に排気浄化触媒４６が未活性状態にあると排気中に含まれる未燃ＨＣが排気浄化触媒４６にて十分に浄化されずに大気中に放出されることになるからである。
【００５０】
前記Ｓ４０１において、内燃機関１から排出される未燃ＨＣを低減すべき時期ではないと判定した場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、前記Ｓ４０１において、内燃機関１から排出される未燃ＨＣを低減すべき時期であると判定した場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０２へ進み、排気昇温処理の実行を開始する。
【００５１】
排気昇温処理では、ＥＣＵ２０は、排気絞り弁４９をほぼ全閉状態とすべくアクチュエータ５０を制御する。この場合、排気ポート２７内、排気枝管４５内、及び排気絞り弁４９より上流の排気管４７内において、排気の圧力が高くなる。このように排気圧力が高くなると、燃焼室２４から排気ポート２７へ排出された排気の圧力が低下せず、それに応じて排気の温度低下が抑制されることになる。更に、排気絞り弁４９がほぼ全閉状態にされると、排気ポート２７から排気絞り弁４９に至る排気通路内における排気の流速が低下することになる。
【００５２】
この結果、燃焼室２４から排出された排気は、排気絞り弁４９より上流の排気通路内において高温の状態で長期間滞留することになり、その間に、排気中に残存していた未燃ＨＣが酸化されることになる。
【００５３】
ところで、排気絞り弁４９がほぼ全閉状態とされても、燃焼室２４から排気ポート２７へ排出された時点における排気の温度が過剰に低い場合や、燃焼室２４から排出される排気に含まれる未燃ＨＣ量が過剰に多い場合は、未燃ＨＣの酸化反応が十分に行われなくなる虞がある。
【００５４】
そこで、本実施の形態に係る排気昇温処理では、ＥＣＵ２０は、排気絞り弁４９をほぼ全閉状態に制御するとともに、機関出力に寄与する主たる燃料の噴射に加えて主燃料噴射後の所定の時期に副次的に燃料を噴射する副噴射を行うべく燃料噴射弁３２を制御するようにした。
【００５５】
この場合、燃焼室２４内では、主燃料の燃え残りである未燃ＨＣが副燃料を着火源として燃焼せしめられることになる。その際、副燃料の噴射は、主燃料が燃焼した直後の高温下で行われるため、副燃料がほぼ完全燃焼することとなり、副燃料の噴射に起因した未燃ＨＣの発生量は極わずかとなる。
【００５６】
更に、上記したように副燃料が燃焼室２４内で燃焼せしめられると、主燃料の燃焼熱に加えて、副燃料の燃焼熱と未燃ＨＣの燃焼熱とが発生することになり、燃焼室２４内の既燃ガスの温度が一層高くなる。
【００５７】
この結果、燃焼室２４から排気ポート２７へ排出される排気の温度が十分に高くなるとともに、排気中に残存する未燃ＨＣ量が低減されることになり、排気絞り弁４９より上流の排気通路において排気中に残存する未燃ＨＣのほぼすべてが酸化されるようになる。更に、本実施の形態では、排気浄化触媒４６が排気絞り弁４９より上流の排気通路に配置されるため、上記したように排気温度が高められると、排気浄化触媒４６が高温の排気に長期間曝され、排気浄化触媒４６の活性化が促進される。
【００５８】
尚、副燃料の噴射時期については、燃焼室２４から排気ポート２７へ排出された排気の温度が十分に高く、且つ排気中に残存する未燃ＨＣが最も少なくなる時期を予め実験的に求めておくことが好ましい。
【００５９】
例えば、本実施の形態で例示した内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合は、図５に示すように、クランクシャフト２３が各気筒２１の膨張行程における上死点後６０°近傍にあるときに副燃料の噴射が実行されると、燃焼室２４から排気ポート２７へ排出される未燃ＨＣ量が最も少なくなり、且つ、燃焼室２４から排気ポート２７へ排出される排気の温度が十分に高くなるため、ＥＣＵ２０は、クランクシャフト２３が各気筒２１の膨張行程における上死点後６０°付近で副燃料の噴射制御を実行すればよい。
【００６０】
また、排気絞り弁４９がほぼ全閉状態とされて排気圧力が上昇すると、その排気圧力が背圧として内燃機関１に作用するため、内燃機関１の出力が低下してしまう。これに対し、本実施の形態では、ＥＣＵ２０は、排気絞り弁４９をほぼ全閉状態に制御する際に、内燃機関１の出力を、排気絞り弁４９が全開状態にあるときの出力と一致させるべく主燃料噴射量を増量するようにした。
【００６１】
また、図５に示した例では、燃焼室２４から排出される未燃ＨＣ量が最も少なくなる時期に副燃料の噴射が実行されると、煤などの粒子状物質が多量に発生することになるが、本実施の形態に係る排気昇温装置では、内燃機関１の排気通路にウォールスルー型の排気浄化触媒４６が設けられているため、排気中に含まれる粒子状物質は、排気浄化触媒４６にて除去されることとなり、大気中に放出されることがない。
【００６２】
ここで、図４の排気昇温制御ルーチンに戻り、ＥＣＵ２０は、上記したようなＳ４０２の処理を実行した後、Ｓ４０３へ進み、排気浄化触媒４６が活性したか否かを判別する。
【００６３】
排気浄化触媒４６が活性したか否かを判別する方法としては、排気昇温処理の実行時間から推定するようにしてもよく、あるいは排気浄化触媒４６に温度センサを取り付け、その温度センサの出力信号値に基づいて判定するようにしてもよい。
【００６４】
前記Ｓ４０２において排気浄化触媒４６が未だ活性していないと判定した場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０２へ戻り、排気昇温処理の実行を継続する。一方、前記Ｓ４０２において排気浄化触媒４６が活性したと判定した場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０４へ進み、排気昇温処理の実行を終了して、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６５】
このように、ＥＣＵ２０が排気昇温制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る弁制御手段、主燃料噴射制御手段、副燃料噴射制御手段が実現される。従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気昇温装置によれば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、内燃機関１が低負荷運転状態にある場合のように、内燃機関１から排出される未燃ＨＣ量を低減すべき必要があるときに、大気中に放出される未燃ＨＣ及び粒子状物質の量を低減することが可能になるとともに、排気浄化触媒４６の早期活性化を図ることが可能となる。
【００６６】
尚、本実施の形態では、排気昇温制御において比較的多量に発生する粒子状物質を排気浄化触媒４６によって除去しているため、排気浄化触媒４６の粒子状物質吸着能力が飽和する前に、排気浄化触媒４６を再生する必要がある。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、ＥＣＵ２０は、図６に示すような排気浄化触媒再生制御ルーチンに従って排気浄化触媒４６の吸着能力を再生するようにした。排気浄化触媒再生制御ルーチンは、ＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶されたルーチンであり、ＥＣＵ２０によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する毎）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００６８】
排気浄化触媒再生制御ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ６０１において、排気浄化触媒４６の吸着能力を再生すべき時期であるか否かを判定する。この判定方法としては、例えば、内燃機関１の運転履歴をパラメータとして排気浄化触媒４６に吸着された粒子状物質量を推定し、その推定値と排気浄化触媒４６が吸着可能な粒子状物質量の最大値（最大吸着量）とを比較して、推定値が最大吸着量以上であるときは排気浄化触媒４６の吸着能力を再生すべき時期であると判定する方法を例示することができる。
【００６９】
前記Ｓ６０１において排気浄化触媒４６の吸着能力を再生すべき時期ではないと判定した場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ６０１において排気浄化触媒４６の吸着能力を再生すべき時期であると判定した場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ６０２へ進み、排気浄化触媒再生処理を実行する。
【００７０】
ここで、排気浄化触媒４６に吸着された粒子状物質を除去するには、排気浄化触媒４６内の雰囲気温度をおよそ５００℃以上まで上昇させるとともに、酸素過剰雰囲気にすることにより、粒子状物質を酸化（燃焼）させればよい。
【００７１】
従って、ＥＣＵ２０は、排気浄化触媒再生処理において、前述した排気昇温制御における排気昇温処理と同様の処理を所定時間実行することにより、排気浄化触媒４６に流入する排気の温度を上昇させ、排気浄化触媒４６に吸着されている粒子状物質を酸化させる。
【００７２】
前記Ｓ６０２の処理を実行し終えると、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
このようにＥＣＵ２０が排気浄化触媒再生制御ルーチンを実行することにより、
内燃機関１から排出される排気の温度を高めることが可能となる。その際、排気浄化触媒４６が排気絞り弁４９より上流の排気通路に配置されているため、排気浄化触媒４６に吸着された粒子状物質は、排気絞り弁４９より上流の排気通路に滞留する高温の排気に長期間曝され、効率的に酸化されることになる。
【００７３】
尚、内燃機関１がディーゼルエンジンや希薄燃焼式内燃機関である場合のように、排気浄化触媒が主にリーン雰囲気下で使用される場合は、排気浄化触媒が酸素によって被毒されて活性能力が低下する傾向があるため、このような場合には、排気浄化触媒を再生する際に、排気浄化触媒を一旦理論空燃比もしくはリッチ雰囲気の排気に曝して酸素被毒を解消させた後に上記したような排気昇温処理を行うようにすることが好ましい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気昇温装置では、内燃機関から排出される未燃燃料成分を低減すべき時期に、排気絞り弁の開度がほぼ全閉状態にされるとともに、主燃料の噴射後に副燃料の噴射が行われるため、排気絞り弁上流の排気通路から内燃機関の気筒内にかけて排気の圧力及び温度が上昇するとともに排気の流速が低下する。この結果、主燃料の燃え残りである未燃燃料成分と副燃料とが高温下で長期にわたって燃焼し、排気中に残存する未燃燃料成分量が低減されることになる。その際、排気中に含まれる煤などの粒子状物質は、排気通路に設けられたＰＭ除去手段によって除去されるため、大気中に放出されることがない。
【００７５】
従って、本発明に係る内燃機関の排気昇温装置によれば、内燃機関から排出される未燃燃料成分を低減すべき時期に、未燃燃料成分を確実に低減させるとともに、粒子状物質の大気中への放出も防止することが可能となる。
【００７６】
また、本発明に係る内燃機関の排気昇温装置では、ＰＭ除去手段としてＰＭトラップを用いた場合は、ＰＭトラップの吸着能力を再生する際に、排気絞り弁の開度がほぼ全閉状態にされるとともに、主燃料の噴射後に副燃料の噴射が行われるため、ＰＭトラップに流入する排気の温度が高くなり、その結果、ＰＭトラップに吸着されている粒子状物質が燃焼及び除去される。
【００７７】
その際、ＰＭトラップを排気絞り弁より上流の排気通路に配置すれば、ＰＭトラップは、排気絞り弁より上流の排気通路に滞留する高温の排気に長期間曝されることになるため、ＰＭトラップの再生効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気昇温装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】排気浄化触媒の内部構成を示す図（１）
【図３】排気浄化触媒の内部構成を示す図（２）
【図４】排気昇温制御ルーチンを示すフローチャート図
【図５】副燃料噴射の時期と粒子状物質及び未燃ＨＣの排出量との関係を示す図
【図６】排気浄化触媒再生制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２１・・・気筒
２４・・・燃焼室
２７・・・排気ポート
２９・・・排気弁
３２・・・燃料噴射弁
４５・・・排気枝管
４６・・・排気浄化触媒
４７・・・排気管
４９・・・排気絞り弁
５０・・・アクチュエータ
【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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