(57)【要約】      （修正有）【課題】筒内を昇温することにより、排気行程中に筒内に供給された燃料を低級分子化する内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路への燃料供給の要求があるときに、筒内を昇温する昇温手段を作動させた状態で、排気行程中に筒内に設けられた燃料噴射手段により燃料を噴射する。昇温手段を作動させた状態で燃料を噴射すると、噴射した燃料が熱分解により低級分子化する。これにより、排気通路に十分に低級分子化した燃料を供給することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段により噴射された燃料を筒内において電気エネルギーを利用して昇温する昇温手段を備え、
前記昇温手段を作動させた状態で、排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射した場合に、前記昇温手段による燃料の昇温により燃料が着火するか否かを判断する着火判断手段を更に備え、
前記着火判断手段により、噴射した燃料が着火すると判断された場合に、前記燃料噴射手段により燃料を噴射する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
機関筒内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段を更に備え、
前記着火判断手段は、前記酸素濃度推定手段により推定される酸素濃度に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気行程において機関筒内から排気通路に流れる気体の流量を推定する流量推定手段を更に備え、
前記着火判断手段は、前記流量推定手段により推定される流量に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する請求項２乃至請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
内燃機関の吸気通路設けられたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を変化させるスロットルバルブ制御手段と、を更に備え、
前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断した場合には、前記スロットルバルブの開度を開弁側へ変化させる請求項２乃至請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
排気通路と吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御手段と、を更に備え、
前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断した場合には、前記ＥＧＲ弁の開度を閉弁側へ変化させる請求項２乃至請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
機関筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段により噴射された燃料を筒内において電気エネルギーを利用して昇温する昇温手段を備え、
排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射した後に、前記昇温手段を作動させて前記燃料を昇温する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射した場合に、前記昇温手段による燃料の昇温により燃料が着火するか否かを判断する着火判断手段を更に備え、
前記着火判断手段により、噴射した燃料が着火すると判断された場合に、前記燃料噴射手段により燃料を噴射する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
機関筒内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段を更に備え、
前記着火判断手段は、前記酸素濃度推定手段により推定される酸素濃度に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
排気行程において機関筒内から排気通路に流れる気体の流量を推定する流量推定手段を更に備え、
前記着火判断手段は、前記流量推定手段により推定される流量に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する請求項８乃至請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
内燃機関の吸気通路設けられたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を変化させるスロットルバルブ制御手段と、を更に備え、
前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断した場合には、前記スロットルバルブの開度を開弁側へ変化させる請求項８乃至請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
排気通路と吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御手段と、を更に備え、
前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断した場合には、前記ＥＧＲ弁の開度を閉弁側へ変化させる請求項８乃至請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において、排気通路に未燃燃料を供給する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、排気行程中に機関筒内に燃料を噴射することによって、ＮＯｘ触媒に未燃燃料を供給してＮＯｘを浄化する排気浄化装置が開示されている。
【０００３】
これによれば、筒内に噴射された燃料は、筒内の残留熱によって熱分解され、高級分子の鎖状結合が切れて、含有炭素数の少ない低級分子に変化する。低級分子の燃料の方が高級分子の燃料に比べ還元性が高いため、より好適に排ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒にて浄化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
実開平３−６８５１６（特許文献１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
筒内に噴射した燃料の低級分子化をより促進させるためには、排気行程中に噴射した燃料の温度を高くすることが好ましい。
【０００６】
これによれば、燃料の温度が高くなることで燃料の熱分解が促進されるため、燃料の低級分子化を促進させることができる。
【０００７】
しかし、筒内で燃焼した排ガスは、筒内から排ガス通路へ流出すると温度が大きく減少してしまう。よって、排気通路内で排ガスに含まれる未燃燃料の昇温を行ったとしても高温まで昇温することが困難であるため、十分に燃料の低級分子化を図ることが出来ない。
【０００８】
本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、排気行程中に筒内に噴射した燃料を高温雰囲気において昇温し、十分に低級分子化した燃料を排気通路に供給するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、機関筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、前記燃料噴射手段により噴射された燃料を筒内において電気エネルギーを利用して昇温する昇温手段を備え、前記昇温手段を作動させた状態で、排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１０】
また、第２の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射した場合に、前記昇温手段による燃料の昇温により燃料が着火するか否かを判断する着火判断手段を更に備え、前記着火判断手段により、噴射した燃料が着火すると判断された場合に、前記燃料噴射手段により燃料を噴射する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１１】
また、第３の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、機関筒内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段を更に備え、前記着火判断手段は、前記酸素濃度推定手段により推定される酸素濃度に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１２】
また、第４の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気行程において機関筒内から排気通路に流れる気体の流量を推定する流量推定手段を更に備え、前記着火判断手段は、前記流量推定手段により推定される流量に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１３】
また、第５の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の吸気通路設けられたスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開度を変化させるスロットルバルブ制御手段と、を更に備え、前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断した場合には、前記スロットルバルブの開度を開弁側へ変化させる内燃機関の排気浄化装置である。
【００１４】
また、第６の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気通路と吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御手段と、を更に備え、前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断した場合には、前記ＥＧＲ弁の開度を閉弁側へ変化させる内燃機関の排気浄化装置である。
【００１５】
また、第７の発明は、機関筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、前記燃料噴射手段により噴射された燃料を筒内において電気エネルギーを利用して昇温する昇温手段を備え、排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射した後に、前記昇温手段を作動させて前記燃料を昇温する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１６】
また、第８の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気行程中に前記燃料噴射手段により燃料を噴射した場合に、前記昇温手段による燃料の昇温により燃料が着火するか否かを判断する着火判断手段を更に備え、前記着火判断手段により、噴射した燃料が着火すると判断された場合に、前記燃料噴射手段により燃料を噴射する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１７】
また、第９の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、機関筒内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段を更に備え、前記着火判断手段は、前記酸素濃度推定手段により推定される酸素濃度に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１８】
また、第１０の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気行程において機関筒内から排気通路に流れる気体の流量を推定する流量推定手段を更に備え、前記着火判断手段は、前記流量推定手段により推定される流量に基づいて、燃料が着火するか否かを判断する内燃機関の排気浄化装置である。
【００１９】
また、第１１の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の吸気通路設けられたスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開度を変化させるスロットルバルブ制御手段と、を更に備え、前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断したとき場合には、前記スロットルバルブの開度を開弁側へ変化させる内燃機関の排気浄化装置である。
【００２０】
また、第１２の発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気通路と吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御手段と、を更に備え、前記着火判断手段により燃料が着火しないと判断した場合には、前記ＥＧＲ弁の開度を閉弁側へ変化させる内燃機関の排気浄化装置である。
【発明の効果】
【００２１】
第１の発明によれば、排気行程中に噴射した燃料が筒内において昇温される。高温雰囲気の筒内において燃料が昇温されるため燃料の熱分解が促進される。つまり、燃料の熱分解の促進により燃料の低級分子化されるため、排気通路に十分に低級分子化した燃料を供給することができる。
【００２２】
第２の発明によれば、排気行程中に噴射した燃料が着火すると判断された場合に、燃料噴射手段により排気行程中に燃料が噴射される。よって、噴射した燃料をより確実に低級分子化させることができる。
【００２３】
排気行程中の筒内の酸素濃度が低い場合、昇温手段を作動させた状態で排気行程中に燃料を噴射しても、酸素不足により噴射した燃料が着火しない場合がある。また、排気行程中に機関筒内から排気通路に流れる流量が多いと、噴射した燃料が着火しない場合、または、着火してもすぐ消えてしまう場合がある。
【００２４】
第３、４の発明によれば、排気行程中に噴射した燃料が着火するか否かの判断を、機関筒内の酸素濃度や排気行程において機関筒内から排気通路に流れる流量から判断する。
つまり、着火するか否かの要因となる酸素濃度や機関筒内の酸素濃度や排気行程において機関筒内から排気通路に流れる流量を考慮した上で着火判断を行うこととしている。これにより、より高い精度で燃料の着火の判断を行うことができる。
【００２５】
第５の発明によれば、着火判断手段により燃料が着火しないと判断した時には、スロットルバルブの開度が開弁側に変化する。スロットルバルブの開度が開弁側に変化すると、酸素濃度が高い新気の筒内への流入量が増加する。よって、筒内の酸素濃度を高めることができるため、筒内を着火可能な雰囲気に変化させることができる。
【００２６】
第６の発明によれば、着火判断手段により燃料が着火しないと判断した時には、ＥＧＲ弁の開度が閉弁側へ変化する。ＥＧＲ弁の開度が閉弁側へ変化すると、燃焼により酸素が消費された排ガスの筒内への流入量が減少する。そして、その代わりに吸気通路を流れる酸素濃度が高い新気の筒内への流入量が増加する。よって、筒内の酸素濃度を高めることができるため、筒内を着火可能な雰囲気に変化させることができる。
【００２７】
第７の発明によれば、第１の発明と同様に高温雰囲気の筒内において排気行程中に噴射した燃料の低級分子化を行うことができる。なお、第７の発明に用いられる昇温手段は、例えば筒内の一部領域を瞬時に昇温することができるスパークプラグなどが挙げられるものとする。
【００２８】
第８の発明によれば、排気行程中に噴射した燃料が着火すると判断された場合に、燃料噴射手段により排気行程中に燃料が噴射される。よって、噴射した燃料をより確実に低級分子化させることができる。
【００２９】
排気行程中の筒内の酸素濃度が低い場合、昇温手段を作動させた状態で排気行程中に燃料を噴射しても、酸素不足により噴射した燃料が着火しない場合がある。また、排気行程中に機関筒内から排気通路に流れる流量が多いと、噴射した燃料が着火しない場合、または、着火してもすぐ消えてしまう場合がある。
【００３０】
第９、１０の発明によれば、排気行程中に噴射した燃料が着火するか否かの判断を、機関筒内の酸素濃度や排気行程において機関筒内から排気通路に流れる流量から判断する。
つまり、着火するか否かの要因となる酸素濃度や機関筒内の酸素濃度や排気行程において機関筒内から排気通路に流れる流量を考慮した上で着火判断を行うこととしている。これにより、より高い精度で燃料の着火の判断を行うことができる。
【００３１】
第１１の発明によれば、着火判断手段により燃料が着火しないと判断した時には、スロットルバルブの開度が開弁側に変化する。スロットルバルブの開度が開弁側に変化すると、酸素濃度が高い新気の筒内への流入量が増加する。よって、筒内の酸素濃度を高めることができるため、筒内を着火可能な雰囲気に変化させることができる。
【００３２】
第１２の発明によれば、着火判断手段により燃料が着火しないと判断した時には、ＥＧＲ弁の開度が閉弁側へ変化する。ＥＧＲ弁の開度が閉弁側へ変化すると、燃焼により酸素が消費された排ガスの筒内への流入量が減少する。そして、その代わりに吸気通路を流れる酸素濃度が高い新気の筒内への流入量が増加する。よって、筒内の酸素濃度を高めることができるため、筒内を着火可能な雰囲気に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】内燃機関の全体を示す図である。
【図２】内燃機関本体の筒内周辺を示す図である。
【図３】筒内から排気通路に流れる流量Ｇａ及び筒内の酸素濃度Ｃに基づいて、排気行程中に筒内に噴射した燃料が着火するか否かを判断するためのマップである。
【図４】機関のエンジン回転数Ｎｅと、直前の筒内の燃焼に用いた燃料噴射量ｑから、着火判断を行うために利用するマップを選定するためのマップである。
【図５】排気行程中に筒内に噴射した燃料を着火させる着火制御を示したフローチャートである。
【図６】排気行程中に筒内に噴射した燃料が着火するか否かを判断する着火判断制御を示したフローチャートである。
【図７】排気行程中に筒内に噴射した燃料が着火するか否かを判断する着火判断制御を示したフローチャートである。
【図８】筒内に噴射した燃料を着火させる着火制御を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
《実施の形態１》
＜内燃機関の構成＞
図１は、圧縮自着火式内燃機関の全体について示した図である。機関本体１１には、吸気通路１２と排気通路１３が接続されている。
【００３５】
機関本体１１の各気筒１４には、燃料を筒内に直接噴射する電磁式燃料噴射弁１５が設けられている。電磁式燃料噴射弁１５の開閉制御を行うことで、燃料の噴射時期及び燃料の噴射量を制御することができる。電磁式燃料噴射弁１５はコモンレール１６と繋がっており、コモンレール１６に蓄えられた高圧燃料が電磁式燃料噴射弁１５に供給される。コモンレール１６に蓄えられた燃料は、図示しない燃料タンクから供給される。
【００３６】
上記機関本体１１の各気筒１４の詳細な様子を示したものが、図２である。
【００３７】
各気筒１４には、それぞれ吸気バルブ１７、排気バルブ１８、電磁式燃料噴射弁１５、グロープラグ１９が設けられている。
【００３８】
吸気通路１２を流れてきた空気は、吸気バルブ１７を介して筒内に流入する。筒内に流入してきた空気は、電磁式燃料噴射弁１５により噴射された燃料と混合され、その後燃焼する。燃焼により生じた排ガスは、気筒内から排気バルブ１８を介して排気通路１３に排出される。（なお、以下において、排気バルブ１８が開いており、排ガスが筒内から排気通路１３に排出される行程を、排気行程と称する。）
グロープラグ１９は、図示しないバッテリーに繋がっている。バッテリーはＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０により制御される。つまり、ＥＣＵ２０の出力値を制御することにより、グロープラグ１９の昇温制御を行うことができる。
【００３９】
例えば、グロープラグ１９を昇温する場合、ＥＣＵ２０の出力制御により、バッテリーからグロープラグ１９に電流を流す。グロープラグ１９に電流が流れると、発熱部が昇温し、７００〜８００℃程度にまで温度が上昇する。つまり、グロープラグ１９を昇温させることにより、グロープラグ１９の発熱部と共にグロープラグ１９周辺の機関筒内の温度も昇温させることができる。
【００４０】
グロープラグ１９の昇温が不要の場合、ＥＣＵ２０の出力制御により、バッテリーからグロープラグ１９に電流が流れないよう制御する。
【００４１】
なお、グロープラグ１９は、電磁式燃料噴射弁１５と排気通路１３入口との間に設けられている。
【００４２】
図１に示すように、吸気通路１２にはエアフローメータ２１が設けられている。これによれば、エアフローメータ２１の出力値により、吸気通路１２に流入してくる新気の流量を求めることができる。
また、吸気通路にはスロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の開閉制御により、吸気通路に流入する新気の流量を制御することができる。
【００４３】
また、排気通路１３には、空燃比センサ２３、パティキュレートフィルタ２４、ＮＯｘ触媒２５が設けられている。
【００４４】
また、内燃機関には吸気通路１２と排気通路１３をつなぐＥＧＲ通路２６が設けられている。ＥＧＲ通路内には、ＥＧＲ弁２７が設けられている。ＥＧＲ弁２７の開閉制御により、ＥＧＲ通路２６を通過する気体の流量を制御することができる。
【００４５】
内燃機関の制御は、ＥＣＵ２０によって行われる。ＥＣＵ２０は、双方向性バスによって互いに接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵにより構成される。ＥＣＵ２０には、機関の各センサ（上記以外にアクセル開度センサ２８、クランク角センサ２９など）から出力した信号が入力される。入力された信号に基づいて、ＥＣＵ２０で所定のプログラムに従った演算処理がなされる。そして、演算処理に基づいて得られた信号は機関の各アクチュエータなどに出力される。
＜ＮＯｘ浄化制御＞
以下にＮＯｘ触媒２５におけるＮＯｘの浄化制御について詳細に述べる。
【００４６】
ＮＯｘ触媒２５の表面には、アルミナにより形成されるアルミナ層が設けられている。そして、そのアルミナ層表面には、貴金属触媒及びＮＯｘ吸収層が設けられている。
【００４７】
本実施形態においては、貴金属触媒として白金Ｐｔを用い、ＮＯｘ吸収層としてはバリウムＢａを主成分とする吸収層を用いるものとする。なお、ＮＯｘ吸収層は上記材料に限られず、カリウムＫ、ナトリウムＮａのようなアルカリ金属、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属などであってもよい。
【００４８】
上記ＮＯｘ触媒２５によれば、ＮＯｘ触媒２５に流入する排ガスの空燃比がリーンのときには排ガス中のＮＯｘを吸収させ、ＮＯｘ触媒２５に流入する排ガスの空燃比がリッチであるときには吸収したＮＯｘを放出させることができる。放出させたＮＯｘは、ＮＯｘ触媒表面に設けられた貴金属触媒近傍において排ガス中に含まれる燃料との還元反応により浄化される。
【００４９】
このように、排ガスの空燃比がリーンの時には排ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒２５において吸収される。しかし、排ガスの空燃比がリーンである機関運転が継続すると、ＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸収量が限界に達してしまい、排ガス中のＮＯｘを吸収できなくなってしまう。
【００５０】
よって、本実施形態においては、ＮＯｘ触媒２５で吸収されたＮＯｘ量を推定し、吸収されたＮＯｘ量が予め定めた所定の限界量を越えたら、ＮＯｘ触媒２５に流入する排ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御を実行する。このリッチ制御により、ＮＯｘ触媒２５で吸収されたＮＯｘの放出及び浄化を行っている。
【００５１】
なお、ＮＯｘ触媒２５に流入する排ガスの空燃比をリッチにするには、排気行程中に電磁式燃料噴射弁１５によって燃料を噴射し、排気通路１３に燃料を供給することにより行っている。また、ＮＯｘの吸収量を推定する手法としては、筒内で燃焼に用いた燃料量などから推定する特開２００６−２９３３１などの手法がある。
＜燃料の低級分子化方法＞
以下に、排気通路に燃料供給の要求がある場合に、排気行程中に筒内に噴射した燃料を低級分子化する方法について述べる。
【００５２】
まず、排気通路１３への燃料供給の要求があると判断されたら、グロープラグ１９に電流を流す。グロープラグ１９に電流が流れると、グロープラグ１９の発熱部が昇温する。これにより、グロープラグ１９の発熱部と共に発熱部周辺の機関筒内の温度雰囲気を昇温させることができる。
【００５３】
次に、グロープラグ１９の発熱部及び機関筒内の温度雰囲気を昇温させた後、排気行程中に機関筒内に燃料を噴射させる。
【００５４】
機関筒内に噴射した燃料は、昇温されたグロープラグ１９の発熱部及び発熱部周辺の高温雰囲気によって、熱分解が促進される。つまり、この熱分解の促進により、燃料の低級分子化を促進させることができる。
【００５５】
また、グロープラグ１９の発熱部または発熱部周辺の温度雰囲気が、燃料が着火可能な着火温度以上となっていた場合、燃料の一部が燃焼し、火炎が発生する。火炎が発生すると、その熱により燃料の熱分解が更に促進される。つまり、火炎を発生させることで、燃料の低級分子化をより促進させることができる。
＜燃料着火の可否判断＞
上記手法により、排気通路に燃料供給の要求がある場合に、排気通路に低級分子化させた燃料を供給することができる。
【００５６】
ところで、燃料の低級分子化を更に好適に行うためには、確実に筒内で火炎を発生させ、十分に燃料の低級分子化を行うことがより好ましい。
【００５７】
しかし、高温に達したグロープラグ１９の発熱部に燃料を噴射した場合であっても、筒内の酸素濃度Ｃが低い場合は、酸素不足により燃料が着火しないか、もしくは着火してもすぐに消えてしまうことが考えられる。
【００５８】
また、排気行程における機関筒内から排気通路１３に流れる流量が大きい時には、排ガスの流れが速くなる。排ガスの流れが速くなると、噴射した燃料がグロープラグ１９近傍に滞在する滞在時間ｔが短くなる。よって、上記滞在時間ｔが短いために、噴射した燃料が着火しないか、もしくは、着火してもすぐに消えてしまうことが考えられる。
【００５９】
このように、筒内の環境によって、噴射した燃料がグロープラグ１９で着火するか否かが変化する。つまり、噴射した燃料が着火するか否かを適切に判断できないと、火炎発生による燃料の低級分子化をより確実に図ることが出来ない。
【００６０】
そこで、筒内の酸素濃度Ｃ及び、噴射した燃料の滞在時間ｔに基づいて、筒内に噴射した燃料がグロープラグ１９で着火するか否かを判断する手段について、以下に詳細に述べる。なお、上記滞在時間ｔは、排気行程における機関筒内から排気通路１３に流れる流量をＧａとした時、ｔ＝（１／Ｇａ）として表すものとする。
【００６１】
図３（ａ）のＭａｐＡは、所定運転状態における、滞在時間ｔ及び酸素濃度Ｃと、燃料の着火可否との関係を示したマップである。横軸が滞在時間ｔ（１／Ｇａ）であり、縦軸が酸素濃度Ｃである。また、マップ中の斜線領域は、噴射した燃料がグロープラグ１９で着火することができる着火領域を示したものである。
【００６２】
例えば、上記所定運転状態において滞在時間がｔ１、酸素濃度がＣ１であるとき、高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火するか否かを判断する。
【００６３】
まず、図３（ａ）に上記ｔ１、Ｃ１を当てはめる。そして、当てはめたｔ１、Ｃ１により導き出される交点Ａ１を求める。図３（ａ）において、Ａ１は着火領域には存在していない。よって、上記ケースにおいては、高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火しないものと判断される。
【００６４】
また、同様に、上記所定運転状態において滞在時間がｔ２、酸素濃度がＣ２であるとき、高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火するか否かを判断する。
【００６５】
まず、図３（ａ）に上記ｔ２、Ｃ２を当てはめる。そして、当てはめたｔ２、Ｃ２により導き出される交点Ａ２を求める。図３（ａ）において、Ａ２は着火領域内に存在していいる。よって、本ケースにおいては、高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火するものと判断される。
【００６６】
なお、上記酸素濃度Ｃは、排気通路中に設けられた空燃比センサ２３の出力値に基づいて、ＥＣＵ２０で算出される。また、上記滞在時間ｔ（１／Ｇａ）は、エアフローメータ２１の出力値及びＥＧＲ弁２７の開度などからＥＣＵ２０で算出される排気行程における機関筒内から排気通路１３に流れる流量Ｇａに基づいて算出される。
【００６７】
図３（ｂ）のＭａｐＢは、図３（ａ）の運転状態に比べて、筒内の温度が高い運転状態であるときに用いるマップである。
【００６８】
例えば、エンジン回転数が高く、燃焼に用いている燃料量が多い場合には、筒内壁面やピストンの温度が高くなる。筒内壁面やピストンの温度が高くなると、筒内の温度雰囲気も高くなるため、通電した高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料がより着火しやすくなる。
【００６９】
よって、筒内の温度雰囲気が高い運転状態においては、噴射した燃料がグロープラグ１９で着火するか否かを判断するときに、図３（ａ）のＭａｐＡに比べて着火領域が広い図３（ｂ）のＭａｐＢを用いるものとする。
【００７０】
図３（ｃ）のＭａｐＢは、図３（ａ）の運転状態に比べて、筒内の温度が低い運転状態であるときに用いるマップである。
【００７１】
例えば、エンジン回転数が低く、燃焼に用いている燃料量が低い場合には、筒内壁面やピストンの温度が低くなる。筒内壁面やピストンの温度が低くなると、筒内の温度雰囲気も低くなるため、高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料がより着火しにくくなる。
【００７２】
よって、筒内の温度雰囲気が低い運転状態においては、噴射した燃料がグロープラグ１９で着火するか否かを判断するときに、図３（ａ）のＭａｐＡに比べて着火領域が狭い図３（ｃ）のＭａｐＢを用いるものとする。
【００７３】
図４は、機関の運転状態に基づいて筒内の温度雰囲気を推定するマップである。つまり、図４のマップにより、図３のＭａｐＡ〜ＭａｐＣの中から、推定した筒内の温度雰囲気に応じた一のマップを選定することができる。
【００７４】
なお、横軸がエンジン回転数Ｎｅであり、縦軸は直前の筒内の燃焼における燃料噴射量ｑを示したものである。
【００７５】
図４のマップを利用したＭａｐＡ〜Ｃの選定手法について、以下に詳細に述べる。
【００７６】
まず、噴射した燃料がグロープラグ１９で着火するか否かを判断するときに、エンジン回転数Ｎｅと、直前の筒内燃焼で利用された燃料噴射量ｑを求める。そして、求めたエンジン回転数Ｎｅと、燃料噴射量ｑを図４に当てはめ、エンジン回転数Ｎｅと、燃料噴射量ｑから導き出される交点の存在する領域を求めることにより、ＭａｐＡ〜Ｃの選定を行う。
【００７７】
例えば、図４に示されるように、エンジン回転数Ｎｅ１・燃料噴射量ｑ１の場合、その交点Ｂ１はＭａｐＣの領域内に存在する。よって、上記運転状態においては、噴射した燃料がグロープラグ１９で着火するか否かを判断するときにＭａｐＣを用いる。
【００７８】
また、エンジン回転数Ｎｅ２・燃料噴射量ｑ２の場合は、その交点Ｂ２はＭａｐＢの領域内に存在している。よって、この運転状態においては、噴射した燃料がグロープラグ１９で着火するか否かを判断するときにＭａｐＢを用いるものとする。
【００７９】
これにより、噴射した燃料が着火するか否かを判断するときに、筒内の温度雰囲気に応じたマップを用いることができるため、より着火判断の精度を向上させることができる。
【００８０】
なお、エンジン回転数Ｎｅは、クランク角センサ２９の出力値に基づいてＥＣＵ２０で算出される。また、燃料噴射量ｑは、電磁式燃料噴射弁１５の噴射弁の開弁時間及びコモンレール内圧力に基づいて、ＥＣＵ２０で算出される。
＜燃料着火制御のフローチャート＞
図５は、排気行程中に噴射した燃料を着火させ、燃料の低級分子化を行う着火制御のフローチャートを示したものである。本フローチャートの制御は、後述する図６のＳ２０７のステップで実行される制御である。
【００８１】
以下において、着火制御のフローチャートについて詳細に説明する。
【００８２】
Ｓ１０１では、グロープラグ１９の昇温を開始する。
【００８３】
グロープラグ１９の昇温は、バッテリーによってグロープラグ１９に電流を流すことにより行う。上記バッテリーの制御は、ＥＣＵ２０制御により行う。
【００８４】
Ｓ１０１で、グロープラグ１９の昇温を開始したら、Ｓ１０２へ進む。
【００８５】
Ｓ１０２では、グロープラグ１９に電流を流しはじめてから所定時間が経過したか否かを判断する。上記所定時間とは、グロープラグ１９に電流を流したときに、グロープラグ１９の温度が筒内に噴射した燃料を着火することができる所定温度に達するのにかかる時間である。なお、上記所定時間は、予め実験的に求めることにより設定するものとする。
【００８６】
Ｓ１０２において、グロープラグ１９に電流を流しはじめてから上記所定時間が経過したと判断した場合は、Ｓ１０３へ進む。他方、Ｓ１０２において、グロープラグ１９に電流を流しはじめてから上記所定時間経過していないと判断した場合は、一旦フローチャートを終了する。
【００８７】
Ｓ１０３では、排気行程中に電磁式燃料噴射弁１５により筒内に燃料を噴射する。Ｓ１０３においては、グロープラグ１９の温度は、燃料が着火することができる温度以上となっている。よって、電磁式燃料噴射弁１５により噴射された燃料は、グロープラグ１９において着火し、火炎が発生する。この発生した火炎により、筒内から排気通路１３に排出される燃料は熱分解される。燃料の熱分解により燃料の低級分子化を促進させることができる。
【００８８】
なお、筒内への燃料の噴射は排気行程中に行なわれているため、火炎は排気行程中に発生する。これにより、火炎発生によるトルクショックが生じるのを防ぐことができる。
【００８９】
Ｓ１０３において、燃料噴射制御の実行後、フローチャートは終了する。
＜燃料着火の可否判断のフローチャート＞
図６は、燃料着火の可否判断制御及び燃料着火制御について示した、フローチャートである。
【００９０】
Ｓ２０１では、排気通路１３に燃料を供給する必要があるか否かを判断する。本実施形態においては、ＮＯｘ触媒２５において吸収されたＮＯｘの量が、予め定められた所定の限界値を越えたときに、排気通路１３に燃料を供給する必要があると判断するものとする。
【００９１】
Ｓ２０１において、排気通路１３に燃料を供給する必要があると判断された場合には、Ｓ２０２へ進む。Ｓ２０１において、排気通路１３に燃料を供給する必要がないと判断された場合には、一旦フローチャートを終了させる。
【００９２】
Ｓ２０２では、エンジン回転数Ｎｅ及び、直前の筒内の燃焼に用いた燃料の燃料噴射量ｑを算出する。
【００９３】
エンジン回転数Ｎｅは、クランク角センサ２９の出力値に基づいてＥＣＵ２０で算出する。また、燃料噴射量ｑは、電磁式燃料噴射弁１５の噴射弁の開弁時間及びコモンレール内圧力に基づいて、ＥＣＵ２０で算出する。
【００９４】
Ｓ２０２において、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量ｑを算出したら、Ｓ２０３へ進む。
【００９５】
Ｓ２０３では、図３に示すＥＣＵ２０に記憶されたＭａｐＡ〜Ｃの中から、筒内の温度雰囲気に応じた一のマップを選定する。噴射した燃料が着火するか否かを判断するときに、筒内の温度に応じたマップを用いることにより、より着火判断の精度を向上させることができる。
【００９６】
筒内の温度に応じた一のマップの選定は、Ｓ２０２で算出したエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量ｑを図４に当てはめることにより行う。
【００９７】
Ｓ２０３において、ＭａｐＡ〜Ｃの中から一のマップを選定したら、Ｓ２０４へ進む。
【００９８】
Ｓ２０４では、筒内の酸素濃度Ｃ及び、噴射した燃料がグロープラグ１９近傍に滞在する滞在時間ｔ（１／Ｇａ）を求める。
【００９９】
上記酸素濃度Ｃは、排気通路中に設けられた空燃比センサ２３の出力値から推定するものとする。また、滞在時間ｔ（１／Ｇａ）は、エアフローメータ２１の出力値及びＥＧＲ弁２７の開度などからＥＣＵ２０で排気行程における機関筒内から排気通路１３に流れる流量Ｇａを算出することにより求める。
【０１００】
Ｓ２０４において、筒内の酸素濃度Ｃ及び、噴射した燃料がグロープラグ１９近傍に滞在する滞在時間ｔ（１／Ｇａ）を求めたら、Ｓ２０５へ進む。
【０１０１】
Ｓ２０５では、高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火するか否かを求める。
【０１０２】
高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火するか否かは、Ｓ２０４において求めた筒内の酸素濃度Ｃ及び、滞在時間ｔ（１／Ｇａ）を、Ｓ２０５において選定したマップに当てはめることにより行う。
【０１０３】
Ｓ２０６では、Ｓ２０５における判断に基づいて、排気行程中に高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火するか否かを判断する。
【０１０４】
排気行程中に高温のグロープラグ１９に燃料を噴射したときに燃料が着火すると判断した場合にはＳ２０７へ進む。Ｓ２０６において、排気行程中に燃料を噴射してもグロープラグ１９で燃料が着火しないと判断された場合には、火炎発生による燃料の低級分子化を行うことが出来ないため、フローチャートを一旦終了させる。
【０１０５】
Ｓ２０７では、上述した図５の燃料着火制御を実行する。
【０１０６】
すなわち、グロープラグ１９を昇温し、高温となったグロープラグ１９に排気行程中に筒内に燃料を噴射する。これにより、火炎によって低級分子化した燃料を排気通路１３に供給することができる。
《実施の形態２》
次に、図６のフローチャートの代わりに、図７のフローチャートを用いて燃料着火の可否判断制御及び燃料着火制御を行った場合の、実施の形態１の変形例について示す。なお、内燃機関の構成は、実施の形態１．の場合と同様である。
【０１０７】
図７のＳ２０１〜Ｓ２０７は、図６と同様であるため説明は省略する。
【０１０８】
Ｓ２０６において、排気行程中に燃料を噴射してもグロープラグ１９で燃料が着火しないと判断された場合に、Ｓ３０８へ進む。
【０１０９】
Ｓ３０８では、機関が燃料カット中であるか否かが判断させる。
【０１１０】
燃料カット中であるか否かは、アクセル開度センサ２８の出力値に基づいて、ＥＣＵ２０において判断される。アクセル開度センサ２８の出力値がゼロである場合は、車両が減速しており、筒内における燃焼も停止していると判断し、燃料カット中であると判断する。また、アクセル開度センサ２８の出力値が検出される場合には、燃料カット中ではないものと判断する。
【０１１１】
Ｓ３０８において、燃料カット中であると判断された場合には、Ｓ３０９へ進む。また、Ｓ３０８において、燃料カット中ではないものと判断された場合には、フローチャートを終了する。
【０１１２】
Ｓ３０９では、吸気通路１２に設けられたスロットルバルブ２２の開度を、開弁側へ変化させる。燃料カット中にスロットルバルブ２２を開弁側に変化させることにより、排気行程において筒内から排気通路１３に排出される気体の酸素濃度を高めることができる。
【０１１３】
これにより、排気行程における筒内状態を、排気行程中に高温のグロープラグ１９に燃料を噴射した時に燃料が着火するような環境に変化させることができる。
【０１１４】
Ｓ３０９において、吸気通路１２に設けられたスロットルバルブ２２の開度を、開弁側へ変化させたら、フローチャートを終了させる。
《実施の形態３》
次に、グロープラグ１９の代わりにスパークプラグを用いた場合の、実施の形態１の変形例について示す。
【０１１５】
グロープラグ１９の代わりにスパークプラグを用いた場合、図５に示される着火制御のフローチャートの代わりに、図８の着火制御のフローチャートを用いるものとする。
【０１１６】
なお、その他の内燃機関の構成・制御に関しては、実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。
【０１１７】
図８は、グロープラグ１９の代わりにスパークプラグを用いた場合の、着火制御のフローチャートである。
【０１１８】
Ｓ４０１において、スパークプラグに電流を流した状態で、排気行程中に電磁式燃料噴射弁１５により筒内に燃料を噴射する。
【０１１９】
スパークプラグに電流を流すと、火花が発生する。火花が発生した状態で排気行程中に筒内に燃料が噴射されると、燃料が着火し、火炎が発生する。よって、発生した火炎の熱によって燃料の熱分解が促進されるため、燃料の低級分子化が促進される。
【０１２０】
なお、スパークプラグは図示しないバッテリーに繋がっている。バッテリーはＥＣＵ２０により制御される。よって、ＥＣＵ２０の出力値を制御することにより、スパークプラグで火花を発生させることができる。
【０１２１】
なお、スパークプラグは、電流を流すと瞬時に火花が発生する。これに対し、グロープラグ１９の場合は、グロープラグ１９の温度が、噴射した燃料が着火することができる温度に達するまでに時間を要する。よって、スパークプラグを用いた場合の方が、燃料を着火させるための熱源の昇温に時間がかからないという点で優れる。
【０１２２】
Ｓ４０１において、スパークプラグで火花を発生させた状態で、排気行程中に電磁式燃料噴射弁１５により筒内に燃料を噴射したら、フローチャートを終了する。
【０１２３】
以上が、本発明における実施形態を示したものである。
【０１２４】
なお、上述した実施形態では、ＮＯｘ触媒２５に吸収されたＮＯｘを浄化する時に、グロープラグ等を作動させた状態で、排気行程中に筒内に燃料を噴射しているが、これに限られるものではない。
【０１２５】
ＮＯｘ触媒２５では、ＮＯｘの他に、排ガス中に含まれるＳＯｘも吸収される。ＮＯｘ触媒２５においてＳＯｘが蓄積すると、ＮＯｘの吸収能力が低下する。よって本実施形態においては、ＮＯｘ触媒２５においてＳＯｘ蓄積量が所定の限界量に達したら、ＮＯｘ吸収能力を回復させるために、排ガスを６００℃以上の高温、且つ、空燃比をリッチにしてＳＯｘを放出させる。
【０１２６】
このＳＯｘを放出させるときに、グロープラグ等を作動させた状態で、排気行程中に筒内に燃料を噴射して排気通路１３の空燃比をリッチとしてもよいものとする。
【０１２７】
これによれば、筒内で火炎が発生するため、排ガスの温度を早期に高温にすることができる。また、火炎により排気通路１３に供給される燃料が低級分子化される。そして、この低級分子化された燃料によって、より容易にＮＯｘ触媒２５で吸収されたＳＯｘを放出させることができる。
【０１２８】
また、パティキュレートフィルタ２４に堆積したパティキュレートを昇温して燃焼させるときに、グロープラグ等を作動させた状態で、排気行程中に筒内に燃料を噴射しても良いものとする。
【０１２９】
これによれば、筒内で火炎が発生するため、排ガスの温度が早期に高温になる。よって、パティキュレートの燃焼を、より容易に行うことができる。
【０１３０】
また、上述した実施の形態２では、排気行程中に燃料を噴射してもグロープラグ１９で燃料が着火しないと判断された場合に、吸気通路１２に設けられたスロットルバルブ２２の開度を、開弁側へ変化させることで、酸素濃度を高めたが、これに限られるものではないものとする。なお、スロットルバルブ２２が開弁側へ変化するのは、少なくとも運転者がアクセルペダルを踏み、スロットルバルブが開弁状態にあるときであるものとする。
【０１３１】
上記スロットルバルブ２２の開度を開弁側に変化させる代わりに、ＥＧＲ弁２７の開度を閉弁側へ変化させてもよいものとする。
【０１３２】
ＥＧＲ弁２７の開度を閉弁側へ変化させると、燃焼により酸素濃度が低下した排ガスが筒内に流入する量が減少する。そして、その代わりに、吸気通路１２から筒内へ流れる酸素濃度の高い新気の流量が増加する。
【０１３３】
よって、上記ＥＧＲ弁２７の制御によっても、排気行程中に燃料を噴射してもグロープラグ１９で燃料が着火しないと判断された場合に、筒内の酸素濃度を高めることができる。
【０１３４】
また、上記実施の形態２では、燃料カット中にＥＧＲ弁２７を開弁側へ変化させたが、これに限られるものではない。
【０１３５】
また、筒内の酸素濃度を、排気通路１３の空燃比センサ２３から出力される出力値から求めているが、これに限られるものではない。筒内に流入する気体の流量と、燃焼に用いられる噴射量に基づいて、排気行程中に筒内から排気通路１３へ排出される酸素濃度を推定しても良いものとする。
【０１３６】
また、排気行程において機関筒内から排気通路１３に流れる流量を求める手法についても、上記実施形態に限られるものではない。機関の運転状態に基づいて、ＥＣＵ２０により演算して求める手法であってもよいものとする。
【０１３７】
また、排気行程中に噴射した燃料を昇温する手段として、グロープラグ・スーパークプラグを挙げたが、これに限られるものではない。燃料を昇温するものであれば他の代替手段でも良いものとする。
【符号の説明】
【０１３８】
１１  機関本体
１５  電磁式燃料噴射弁
１７  吸気バルブ
１８  排気バルブ
１９  グロープラグ
２１  エアフローメータ
２２  スロットルバルブ
２３  空燃比センサ
２４  パティキュレートフィルタ
２５  ＮＯｘ触媒
２７  ＥＧＲ弁
【図１】
2011127503.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011127503.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011127503.tif 000007
【図６】
2011127503.tif 000008
【図７】
2011127503.tif 000009
【図８】
2011127503.tif 000010