(57)【要約】【課題】排気通路に配置された共通の燃料添加弁から、触媒コンバータと着火装置とに燃料を供給する構成において、両者に好適に燃料を供給するにあたり、コストの上昇を抑制する。【解決手段】可動衝突板５０を制御して、可動衝突板５０が燃料添加弁７からの燃料軌道に干渉する展開状態と、燃料軌道から退避する退避状態と、を実現する。可動衝突板５０が燃料軌道に干渉する展開状態では、燃料添加弁７の噴孔７ａからグロープラグ２１への燃料の供給が促進されるが、燃料軌道から退避する退避状態では、グロープラグ２１への燃料の供給が抑制される。したがって、前処理触媒コンバータ８とグロープラグ２１とに燃料を供給する構成において、両者に好適に燃料を供給するにあたり、個別の燃料添加弁を設置する必要がなく、コストの上昇を抑制することができる。【選択図】図３
2011220300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒コンバータと、
前記触媒コンバータよりも上流側に配置され前記排気通路内に燃料を供給する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から供給された燃料に着火させることが可能な着火装置と、
前記燃料添加弁の噴孔からの燃料を衝突させて前記着火装置の着火部分に誘導するための可動衝突部材と、
前記可動衝突部材を駆動する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記可動衝突部材を駆動して、前記可動衝突部材が前記燃料添加弁からの燃料軌道に干渉する展開状態と、前記燃料軌道から退避する退避状態と、を実現することを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気装置であって、
前記燃料添加弁と前記駆動手段とを連結する連結機構を更に備え、
前記駆動手段は、前記展開状態を実現する際に、前記連結機構を介して前記燃料添加弁をも駆動して、前記燃料添加弁の噴射方向を前記可動衝突部材に近接させることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の排気装置であって、
前記燃料添加弁の噴孔は、前記燃料添加弁の軸方向から偏向された噴孔軸を有し、
前記駆動手段は前記燃料添加弁を、その軸方向を中心に回転させることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に燃料を供給することが可能な排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気を浄化することを目的として、内燃機関の排気通路に燃料を供給するようにした排気装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１が開示する装置は、排気通路に設けられた燃料添加弁からの燃料が直接接触する位置に、グロープラグなどの着火手段を配置し、これら燃料添加弁及びグロープラグの下流側に触媒コンバータを配置している。燃料は着火手段によって着火され、その火炎によって触媒コンバータが昇温される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６‐１１２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の装置では、着火手段に供給する燃料の量と、着火手段を経由せずに触媒コンバータに直接供給する燃料の量との比率を変更することができず、これを行うには、着火手段に供給するための燃料添加弁と、触媒コンバータに供給するための燃料添加弁とを設けることが必要になり、コストの上昇を招くおそれがある。
【０００６】
本発明は、排気通路に配置された共通の燃料添加弁から、触媒コンバータと着火装置とに燃料を供給する構成において、両者に好適に燃料を供給するにあたり、コストの上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒コンバータと、
前記触媒コンバータよりも上流側に配置され前記排気通路内に燃料を供給する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から供給された燃料に着火させることが可能な着火装置と、
前記燃料添加弁の噴孔からの燃料を衝突させて前記着火装置の着火部分に誘導するための可動衝突部材と、
前記可動衝突部材を駆動する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記可動衝突部材を駆動して、前記可動衝突部材が前記燃料添加弁からの燃料軌道に干渉する展開状態と、前記燃料軌道から退避する退避状態と、を実現することを特徴とする内燃機関の排気装置である。
【０００８】
この態様では、燃料添加弁からの燃料が触媒コンバータに供給され、着火装置は、前記燃料添加弁から供給された燃料に着火させることが可能である。可動衝突部材は、燃料添加弁の噴孔からの燃料を衝突させて、着火装置の着火部分に誘導する。そして駆動手段が、可動衝突部材を駆動して、可動衝突部材が燃料添加弁からの燃料軌道に干渉する展開状態と、燃料軌道から退避する退避状態と、を実現する。燃料軌道に干渉する展開状態では、燃料添加弁の噴孔から着火装置への燃料の供給が促進されるが、燃料軌道から退避する退避状態では、着火装置への燃料の供給が抑制される。したがって、触媒コンバータと着火装置とに燃料を供給する構成において、両者に好適に燃料を供給するにあたり、複数の燃料添加弁を設ける必要がなく、コストの上昇を抑制することができる。
【０００９】
好適には、装置は前記燃料添加弁と前記駆動手段とを連結する連結機構を更に備え、前記駆動手段は、前記展開状態を実現する際に、前記連結機構を介して前記燃料添加弁をも駆動して、前記燃料添加弁の噴射方向を前記可動衝突部材に近接させる。
【００１０】
この態様では、衝突板を利用する際に、燃料添加弁からの燃料をより多く衝突板に衝突させることができ、しかも衝突板の動作と燃料添加弁の噴射方向を変更する動作とを単一の駆動手段によって実現することができる。
【００１１】
この場合において、更に好適には、前記燃料添加弁の噴孔は、前記燃料添加弁の軸方向から偏向された噴孔軸を有し、前記駆動手段は前記燃料添加弁を、その軸方向を中心に回転させる。この場合には燃料添加弁の噴射方向を変更する動作を簡易な機構によって実現することができる。
【００１２】
なお、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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、触媒コンバータと着火装置とに燃料を供給する構成において、両者に好適に燃料を供給するにあたり、コストの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の概念図である。
【図２】可動衝突板を展開した状態のバーナ装置を示す要部拡大図である。
【図３】可動衝突板を展開した状態のバーナ装置を軸方向視した断面図である。
【図４】可動衝突板を退避させた状態のバーナ装置を示す要部拡大図である。
【図５】可動衝突板を退避させた状態のバーナ装置を軸方向視した断面図である。
【図６】燃料供給処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。本実施の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。
【００１６】
図１は実施形態におけるエンジン本体１と、その吸排気系の概略構成を示す。エンジン本体１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、吸気管２および排気管３（排気通路）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への吸入空気量が測定される。なお、エンジン本体１は複数の気筒を有し、各気筒には筒内燃料噴射弁９が設けられているが、図１では単一の筒内燃料噴射弁のみを示している。
【００１７】
排気管３の終端は、図示しない消音器に接続され、消音器の出口で大気に開放されている。排気管３の途中には、酸化触媒コンバータ６、及びＮＯｘ触媒コンバータ２６が、この順に直列に配置されている。酸化触媒コンバータ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。ＮＯｘ触媒コンバータ２６は、好ましくは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒コンバータ（NSR: NOx Storage Reduction）からなる。ＮＯｘ触媒コンバータ２６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。なお、ＮＯｘ触媒コンバータ２６は選択還元型ＮＯｘ触媒コンバータ（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。
【００１８】
排気管３における酸化触媒コンバータ６の上流には、燃料添加弁７、前処理触媒コンバータ８、およびグロープラグ２１が配置されている。これら燃料添加弁７、前処理触媒コンバータ８、およびグロープラグ２１は、バーナ装置３０を構成する。バーナ装置３０は、エンジン本体１に接続された排気マニホールド（不図示）の集合部よりも下流側に配置されている。燃料添加弁７は、排気中に液体の燃料（軽油）を添加することができる。
【００１９】
燃料タンク１１は、燃料吸引管１２、低圧燃料ポンプ１３、高圧燃料ポンプ１４及び燃料供給管１５を介して、燃料添加弁７に接続されている。燃料ポンプ１３，１４が、燃料吸入管１２を介して燃料タンク１１に貯留されている燃料を吸入し、燃料供給管１５へと吐出することで、燃料添加弁７に燃料が供給される。高圧燃料ポンプ１４の下流側に分岐して、エンジン本体１に設置された筒内燃料噴射弁９への配管２７が接続されている。詳細は図示しないが、配管２７は気筒数に応じた数の筒内燃料噴射弁９に向けて分岐している。燃料ポンプ１３，１４は例えば機械式であり、エンジン本体１の図示しない出力軸（クランクシャフト）の駆動力を利用して作動する。なお燃料ポンプ１３，１４の少なくとも一方は電動式であってもよく、また燃料添加弁７と筒内燃料噴射弁９のための個別の高圧燃料ポンプを設けてもよい。
【００２０】
図２及び図３に示されるように、燃料添加弁７は、その本体軸７ａを上流側に向けて傾斜した姿勢で、排気管３に配置されている。燃料添加弁７は単一の噴孔７ｂを有している。噴孔７ｂの噴孔軸７ｃは、本体軸７ａに対して偏向しており（すなわち平行でなく）、且つ排気管３を横断する方向の成分を含んでいる。
【００２１】
燃料添加弁７の外形は、噴孔７ｂの位置が偏向している点を除くほか、概ね本体軸７ａに関して軸対称（すなわち回転対称）に構成されている。排気管３には支持部３ｄが固定されており、燃料添加弁７は、玉軸受７ｅを介して、支持部３ｄに回転可能に支持されている。
【００２２】
排気管３における燃料添加弁７と酸化触媒コンバータ６との間の部分に、燃料添加弁７から噴射された燃料を改質する前処理触媒コンバータ８が設けられている。この前処理触媒コンバータ８は、例えばゼオライト製の担体にロジウム等を担持させた酸化触媒コンバータとして構成することができる。
【００２３】
燃料が前処理触媒コンバータ８に供給されると、そのとき前処理触媒コンバータ８が活性化していれば、前処理触媒コンバータ８内で燃料が酸化させられ、このとき発生する酸化反応熱によって、前処理触媒コンバータ８が昇温させられる。また、前処理触媒コンバータ８の温度が高くなると、燃料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、これによって燃料が反応性の高い燃料に改質される。換言すれば、前処理触媒コンバータ８は、一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では、改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。
【００２４】
図２及び図３に示されるように、排気管３は概ね円筒形状に形成されている。前処理触媒コンバータ８の外径は、排気管３の内径よりも小さく、前処理触媒コンバータ８が排気管３に収容されると、前処理触媒コンバータ８の外周面と排気管３の内周面との隙間である触媒迂回路に排気が通過することが可能になる。前処理触媒コンバータ８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る。前処理触媒コンバータ８は概ね円筒状の外枠８ａ内に配置されており、この外枠８ａは、概ね放射状に配置された複数のステー８ｂによって排気管３内に支持されている。前処理触媒コンバータ８は、ステー８ｂを除く実質的に全周にわたって、触媒迂回路に囲まれている。
【００２５】
グロープラグ２１は、燃料添加弁７よりも下流側であって、前処理触媒コンバータ８よりも上流側に設置されている。グロープラグ２１は、図１に示されるように、昇圧回路２２を経て車載直流電源２３に接続されており、通電された際に発生する熱により、燃料添加弁７から供給された燃料に着火させることが可能である。グロープラグ２１は、その軸心が流れ方向に直交し且つ図中上向きに傾斜しているが、他の姿勢で配置することもできる。本実施形態では、グロープラグ２１のうち少なくとも排気管３内にある部分の全体が発熱部２１ａとなっているが、発熱部分はグロープラグ２１の先端部など、排気管３内にある部分の一部のみであってもよい。なお、着火手段としては、セラミックヒータやスパークプラグなどの他の装置、とくに電熱式または火花着火式の装置を用いることができる。
【００２６】
前処理触媒コンバータ８の軸心の延長上には、概ね平坦な固定衝突板２０が排気管３に固定されている。固定衝突板２０は、下流側に向けてやや傾斜させられている。
【００２７】
他方、グロープラグ２１の先端の発熱部２１ａの上流側に隣接して、可動衝突板５０が配置されている。可動衝突板５０は、排気管３内で上側に偏向した位置に配置されている。図３に示されるように、可動衝突板５０は、概ね平坦な本体５０ａと、図中斜め下向きに屈曲した支持部５０ｂとから構成されており、支持部５０ｂに固定された軸５１によって、片持ち状かつ旋回可能に排気管３に支持されている。
【００２８】
固定衝突板２０及び可動衝突板５０は、ＳＵＳなどの耐熱性及び耐衝撃性に優れた材料から形成することができる。燃料添加弁７は、衝突板２０，５０に向けて、斜め下向きに燃料を噴射する。燃料添加弁７から供給される燃料の軌道は、排気管３を横断する方向の成分を含む。衝突板２０，５０は、燃料が衝突することによって燃料の微粒化、霧化を促進させ、分散性、拡散性を向上させる。衝突板２０，５０に衝突した燃料は、排気流によって下流側に偏向される。固定衝突板２０に衝突した燃料は、主として前処理触媒コンバータ８に供給される。可動衝突板５０に衝突した燃料は、主としてグロープラグ２１の発熱部２１ａに供給される。
【００２９】
図３に示されるように、燃料添加弁７には添加弁駆動アーム４２が固定されている。他方、可動衝突板５０に固定された軸５１には、衝突板駆動アーム５２が固定されている。排気管３に固定された図示しないステーには、突出後退可能なソレノイド４１が固定されている。ソレノイド４１の突出後退するロッド４１ａの先端部には、添加弁駆動アーム４２及びリンクアーム４３が、自在継手４４ａを介して連結されている。リンクアーム４３の他端には、衝突板駆動アーム５２が、自在継手４４ｂを介して連結されている。これら添加弁駆動アーム４２、リンクアーム４３、衝突板駆動アーム５２及び自在継手４４ａ、４４ｂは、ソレノイド４１と可動衝突板５０及び燃料添加弁７とを連結するための連結機構４０を構成する。
【００３０】
したがって、図３に示されるように、ソレノイド４１のロッド４１ａが後退（上昇）すると、リンクアーム４３を介して衝突板駆動アーム５２が図中ａ方向（反時計方向）に旋回して可動衝突板５０が図中下向きに旋回すると共に、添加弁駆動アーム４２が図中ｂ方向に旋回して、燃料添加弁７が回転し、噴孔軸７ｃが可動衝突板５０に向けて、図中ｃ方向に旋回して、可動衝突板５０が燃料軌道に干渉する展開状態になる。
【００３１】
また、図５に示されるように、ソレノイド４１のロッド４１ａが突出（下降）すると、リンクアーム４３を介して衝突板駆動アーム５２が図中ｄ方向（時計方向）に旋回して可動衝突板５０が図中上向きに旋回すると共に、添加弁駆動アーム４２が図中ｅ方向に旋回して、燃料添加弁７が回転し、噴孔軸７ｃが可動衝突板５０から離れるように、固定衝突板２０の中心近傍に向けて、図中ｆ方向に旋回して、可動衝突板５０が燃料軌道から退避する退避状態になる。
【００３２】
図２に示されるように、燃料添加弁７から供給された燃料が衝突する可動衝突板５０の衝突点５０ａと、燃料添加弁７の噴孔７ａとの排気管３の横断方向の間隔ｄ２は、燃料添加弁７から供給された燃料が衝突する固定衝突板２０の衝突点２０ａと燃料添加弁７の噴孔７ａとの排気管３の横断方向の間隔ｄ１よりも小さい。換言すれば、可動衝突板５０の衝突点５０ａと、固定衝突板２０の衝突点２０ａとは、排気管３の幅方向（すなわち横断方向）に関して異なる位置に配置されている。噴孔７ａから噴射された燃料は、可動衝突板５０が燃料添加弁７からの燃料軌道に干渉する展開状態にあるときは、可動衝突板５０の衝突点５０ａに衝突し、また可動衝突板５０が燃料添加弁７からの燃料軌道から退避する退避状態にあるときは、固定衝突板２０の衝突点２０ａに衝突する。
【００３３】
可動衝突板５０が退避状態にあって干渉されずに移動（飛翔）した場合の燃料は、主として前処理触媒コンバータ８に供給される。他方、可動衝突板５０が展開状態にあって干渉された場合の燃料は、グロープラグ２１と前処理触媒コンバータ８との両方に供給される。なお、固定衝突板２０は省略することができ、その場合には排気管３の管壁に燃料を衝突させるのが好適である。
【００３４】
グロープラグ２１は、前処理触媒コンバータ８の近傍に配置され、これによって前処理触媒コンバータ８と熱交換可能にされている。すなわち、グロープラグ２１は、前処理触媒コンバータ８が昇温するとその熱輻射よりその発熱部２１ａ及びその近傍の排気が昇温されて、燃料添加弁７から供給された燃料の着火が促進されるような位置に配置されている。
【００３５】
エンジン本体１には、エンジン本体１の運転条件や運転者の要求に応じて運転状態を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、エンジン本体１の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の記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶される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。
【００３６】
ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４の他、エンジン本体１のクランク角を検出するクランクポジションセンサ２４、アクセル開度に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２５、ＮＯｘ触媒コンバータ２６の下流側の排気通路に配置されたＮＯｘセンサ３２、エンジン冷却水温を検出する水温センサ３３、ＮＯｘ触媒コンバータ２６の入口近傍に設けられた固体電解質等からなるＳＯｘセンサ３４、不図示の駆動輪の近傍に配置され車速を検出する車速センサ３５を含む各種センサ類が、電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。また、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁７、筒内燃料噴射弁９等が電気配線を介して接続され、これらの開閉弁がＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ２４の出力値に基づいて機関回転数を検出し、アクセル開度センサ２５の出力値に基づいてエンジン本体１の要求負荷を検出することができる。
【００３７】
本実施形態では、燃料の着火による昇温処理、前処理触媒コンバータ８及び酸化触媒コンバータ６に対するＰＭ酸化処理、ＮＯｘ触媒コンバータ２６に対するＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒回復処理を実施する際に、ＥＣＵ１０が燃料添加弁７を制御して燃料を排気中に噴射させ、この燃料を前処理触媒コンバータ８、酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６に供給する。これらのうち、燃料の着火による昇温処理は、可動衝突板５０を展開した展開状態で行われ、供給された燃料の一部がグロープラグ２１により着火され、他の部分が前処理触媒コンバータ８に供給される。他の処理は、いずれも可動衝突板５０を退避した退避状態で行われ、供給された燃料のほぼ全量が、前処理触媒コンバータ８に供給される。
【００３８】
燃料添加弁７に噴射される燃料の噴射量は、前述した着火昇温処理、ＰＭ酸化処理、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、ＰＭ再生処理など、個々の制御毎に設定することができる。ＥＣＵ１０のＲＯＭ内には、エンジン本体１の運転状態に適合する目標総噴射量を算出するための目標総噴射量算出マップが、上記処理の種別（着火昇温処理、酸化処理、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、ＰＭ再生処理など）毎に記憶されている。そして、燃料噴射制御を行う場合、ＥＣＵ１０は、機関回転数、アクセル開度、吸入空気量を検出し、これらをパラメータとして目標総噴射量算出マップへとアクセスし、目標総噴射量を算出する。ＥＣＵ１０は、目標総噴射量の燃料が燃料添加弁７から噴射されるように、その開弁時間を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７（詳しくは、燃料添加弁７を開閉駆動させる駆動機構（不図示））に指令を出すことで当該燃料添加弁７を開弁させ、算出された開弁時間が経過した時点で閉弁させる。
【００３９】
以上のとおり構成された本実施形態では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７及びソレノイド４１を制御して、酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６の暖機が終了していない場合には、可動衝突板５０を展開状態として、着火を伴う燃料の噴射を実行させる（冷間時グロー着火）。
【００４０】
図６において、まずＥＣＵ１０は、前処理触媒コンバータ６の状態及び車両の運転状態に関連する各パラメータの値を読み込む（Ｓ１０）。ここで読み込まれるパラメータは、クランクポジションセンサ２４によって検出されるエンジン回転数、アクセル開度センサ２５によって検出される要求負荷、ＥＣＵ１０によって別途に設定される筒内燃料噴射弁９からの燃料噴射量、水温センサ３２によって検出される冷却水温、ＮＯｘセンサ３２によって検出される触媒下流側ＮＯｘ量、及びＳＯｘセンサ３４によって検出されるＳＯｘ濃度を含む。
【００４１】
次にＥＣＵ１０は、予め定められた燃料供給条件が成立しているかを判断する（Ｓ２０）。燃料供給条件は、例えば、触媒コンバータ６，２６の状態に基づく触媒要求と、車両の運転状態に基づく運転状態要求とが共に成立していることである。触媒要求は、例えば、「触媒コンバータ６，２６の少なくともいずれかの推定温度が所定値より低いこと」「ＮＯｘ触媒コンバータ２６のＮＯｘ吸蔵量が所定値より多いこと」「ＮＯｘ触媒コンバータ２６のＮＯｘ浄化量が所定値より多いこと」及び「ＮＯｘ触媒コンバータ２６のＳＯｘ（硫黄酸化物）堆積量が基準値より多いこと」のうちいずれかが成立した場合に成立する。運転状態要求は、例えば、「車速が減速中であること」である。燃料供給条件が成立していない場合には、ステップＳ３０以下の処理がスキップされ、処理がリターンされる。
【００４２】
なお、触媒コンバータ６，２６の推定温度は、例えば排気温度、冷却水温及び吸気温度に基づいて所定の関数又はマップにより算出することができる。ＮＯｘ触媒コンバータ２６のＮＯｘ吸蔵量は、例えば筒内燃料噴射弁９からの燃料噴射量およびエンジン回転数から求められる排出ＮＯｘ量の前回の還元処理の実行からの積算値として、所定の関数又はマップにより算出することができる。ＮＯｘ触媒コンバータ２６のＮＯｘ浄化量は、その触媒物質のＮＯｘ浄化能力を示す値であり、例えばエンジン本体１からの推定ＮＯｘ排出量から、触媒下流のＮＯｘ量を減算することによって求められる。推定ＮＯｘ排出量は、エンジン運転状態即ちエンジン回転速度と筒内燃料噴射弁９からの燃料噴射量（代わりにアクセル開度またはスロットル開度を用いてもよい）とに基づいて推定される。触媒下流のＮＯｘ量は、ＮＯｘセンサ３２によって検出される。ＮＯｘ触媒コンバータ２６のＳＯｘ堆積量は、例えば燃料中の硫黄濃度とエンジン本体１での燃料消費量との前回処理後における積算値として算出される。燃料中の硫黄濃度は、ＳＯｘセンサ３４の検出値を用いることができるが、固定値、あるいは給油所ないし燃料販売業者から提供される既知の値を用いてもよい。
【００４３】
ステップＳ２０で肯定、すなわち燃料供給条件が成立している場合には、次にＥＣＵ１０は、酸化触媒コンバータ８及びＮＯｘ触媒コンバータ２６の暖機が終了しているかを判断する（Ｓ３０）。この判断は、触媒コンバータ６，２６の暖機状態を代表する値としての酸化触媒コンバータ６の推定温度と、所定の基準値との比較によって行われ、推定温度が基準値を上回っている場合に肯定される。酸化触媒コンバータ６の推定温度は、例えば水温センサ３３によって検出されたエンジン水温に基づいて所定の関数又はマップによって求めることができるが、酸化触媒コンバータ６に専用の温度センサを設置して検出してもよい。
【００４４】
ステップＳ３０で肯定、すなわち酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６の暖機が終了している場合には、ＥＣＵ１０は、可動衝突板５０を退避状態として、燃料を噴射する（Ｓ５０）。その結果、燃料のほぼ全量が、固定衝突板２０に衝突した後、排気流によって前処理触媒コンバータ８に供給されて改質され、前処理触媒コンバータ８及び酸化触媒コンバータ６に対するＰＭ酸化処理、ＮＯｘ触媒コンバータ２６に対するＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒回復処理のうち、目的とした処理が実行される。
【００４５】
ステップＳ３０で否定、すなわち触媒コンバータ６，２６の暖機が未だ終了していない場合には、ＥＣＵ１０は、可動衝突板５０を展開状態として、燃料を噴射する（Ｓ４０）。噴射が終了したことを条件に、処理は本ルーチンを抜ける。
【００４６】
可動衝突板５０を退避状態（図４・図５）として燃料添加弁７から燃料が噴射された場合、燃料は、その全量が固定衝突板２０に衝突し、反射又は付着した燃料は排気流によって前処理触媒コンバータ８に供給される。燃料の供給によって、前処理触媒コンバータ８が昇温させられ、また、供給された燃料が反応性の高い燃料に改質される。この改質された燃料が、酸化触媒コンバータ６及び／又はＮＯｘ触媒コンバータ２６に供給されることで、ＰＭ再生処理、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理などを円滑に行うことができる。
【００４７】
可動衝突板５０を展開状態（図２・図３）として燃料添加弁７から燃料が噴射された場合、燃料は、その主たる部分が可動衝突板５０に衝突し、残余の部分が固定衝突板２０に衝突する。反射又は付着した燃料は排気流によって、グロープラグ２１及び前処理触媒コンバータ８にそれぞれ供給される。燃料の供給によって、前処理触媒コンバータ８が昇温させられ、また、供給された燃料が反応性の高い燃料に改質される。他方、グロープラグ２１の近傍に供給された燃料はグロープラグ２１によって着火させられ、火炎が触媒迂回路を通じて延びると、前処理触媒コンバータ８の下流側の端部から排出される改質された未燃燃料が着火・燃焼させられる。その結果、酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６を急速に昇温させることができる。
【００４８】
以上のとおり、本実施形態では、ＥＣＵ１０が、可動衝突板５０を制御して、可動衝突板５０が燃料添加弁７からの燃料軌道に干渉する展開状態と、燃料軌道から退避する退避状態と、を実現する。可動衝突板５０が燃料軌道に干渉する展開状態では、燃料添加弁７の噴孔７ａからグロープラグ２１への燃料の供給が促進されるが、燃料軌道から退避する退避状態では、グロープラグ２１への燃料の供給が抑制される。したがって、前処理触媒コンバータ８とグロープラグ２１とに燃料を供給する構成において、両者に好適に燃料を供給するにあたり、個別の燃料添加弁を設置する必要がなく、コストの上昇を抑制することができる。
【００４９】
また、装置は燃料添加弁７と、駆動手段であるソレノイド４１とを連結する連結機構４０を更に備え、ソレノイド４１は、展開状態を実現する際に、連結機構４０を介して燃料添加弁７を駆動して、燃料添加弁７の噴射方向を可動衝突板５０に近接させる。したがって、本実施形態では、可動衝突板５０を利用する際に、燃料添加弁７からの燃料をより多く可動衝突板５０に衝突させることができ、しかも可動衝突板５０の動作と燃料添加弁７の噴射方向を変更する動作とを単一のソレノイド４１によって実現することができる。
【００５０】
また、燃料添加弁７の噴孔７ａは、燃料添加弁７の軸方向から偏向された噴孔軸７ｃを有し、ソレノイド４１は燃料添加弁７を、その軸方向を中心に回転させる。この場合には、燃料添加弁７の噴射方向を変更する動作を、簡易な機構によって実現することができる。
【００５１】
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。
【００５２】
例えば、燃料添加弁７から噴射された燃料を微粒化させる機能、および当該燃料を前処理触媒コンバータ８へと誘導する機能を有する範囲で、各衝突板の配置方法や形状を適宜変更することができる。各衝突板には任意の個数の通孔、凹部及び／又は凸部を設けてもよい。衝突板の縦断面及び／又は横断面は直状でなく弧状であってもよい。固定衝突板を有しない構成も採用でき、その場合には燃料添加弁７からの燃料を排気管３の管壁に衝突させてもよい。
【００５３】
可変衝突部材を駆動する駆動手段についても、ステップモータやダイヤフラムを用いるもの等、他の構成を任意に採用することができる。
【００５４】
前処理触媒コンバータ及び排気管のうち少なくとも一方は、断面が楕円形や長円形など、非円形であってもよい。排気管３の横断方向の間隔は、前処理触媒コンバータ８がグロープラグ２１（着火装置）の発熱部分よりも燃料添加弁７に近くてもよい。排気管３の横断方向における前処理触媒コンバータ８の断面は、排気管３の内部の全体にわたっていてもよい。前処理触媒コンバータ８よりも下流側に存在する他の排気処理装置の種類や順序も任意である。
【符号の説明】
【００５５】
１  エンジン本体
３  排気管
６  酸化触媒コンバータ
７  燃料添加弁
８  前処理触媒コンバータ
９  筒内燃料噴射弁
１０  ＥＣＵ
２０  固定衝突板
２１  グロープラグ
２６  ＮＯｘ触媒コンバータ
３０  バーナ装置
４０  駆動機構
４１  ソレノイド
５０  可動衝突板
【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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