(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのシリンダに接続されるとともに合流部にて合流する二つの分岐通路を有する排気通路を備えた内燃機関に適用され、前記合流部よりも下流の排気通路に配置される排気浄化手段と、前記合流部よりも下流かつ前記排気浄化手段よりも上流の排気通路に燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記合流部では前記二つの分岐通路のうちの一方の分岐通路が、前記一方の分岐通路から流入する排気によって前記合流部よりも下流の排気通路内にて排気流れを旋回させて旋回流が形成されるように他方の分岐通路に接続されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記一方の分岐通路は、前記合流部において前記他方の分岐通路の流れ方向を横断する断面の接線方向に前記一方の分岐通路から排気が流入するように前記他方の分岐通路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記他方の分岐通路に設けられ、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量を調整する流量調整弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記流量調整弁の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記動作制御手段は、前記燃料添加手段による燃料の添加時に前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が減少するように前記流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気の温度を取得する排気温度取得手段と、排気の流量を取得する排気流量取得手段と、をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度又は前記排気流量取得手段が取得した排気流量の少なくとも一方に基づいて前記流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記動作制御手段は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度が高いほど、又は前記排気流量取得手段が取得した排気流量が多いほど、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が増加するように前記流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記燃料添加手段から前記排気通路に添加される燃料の蒸発のし易さを取得する蒸発性取得手段を備え、
前記動作制御手段は、前記蒸発性取得手段が取得した燃料の蒸発のし易さに応じて前記流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記動作制御手段は、前記燃料添加手段から添加される燃料が蒸発し難いほど、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が減少するように前記流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記シリンダに対して分岐通路を開閉すべく前記二つの分岐通路にそれぞれ設けられる排気弁と、これら排気弁をそれぞれ独立に開閉動作させることが可能な可変動弁機構と、前記燃料添加手段による燃料の添加時に、前記他方の分岐通路を開閉する排気弁によって前記シリンダに対して前記他方の分岐通路が閉じられるように前記可変動弁機構の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室に開口する２つの排気バルブ口にそれぞれ排気通路が接続され、これら２つの排気通路内を流通する排気の流量に差異を生起させ、この排気流量の差異によって２つの排気通路が合流する合流部の排気流れに乱れを生じさせる排出ガス浄化装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１０６４４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８２９２０号公報
【特許文献３】特開２００１−６５３３３号公報
【特許文献４】特開２００２−２１３２３３号公報
【特許文献５】特開２００３−１８４５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の装置では、合流部においては排気が攪拌されるが、合流部以降の排気通路までこの攪拌による排気の乱れが維持され難い。そのため、合流部以降の排気通路に排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁が設けられている場合は、この燃料添加弁から添加された燃料が蒸発、分散せずに排気浄化触媒などの排気浄化手段に到達するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、排気通路に添加された燃料の蒸発、分散を促進させることが可能な内燃機関の排気浄化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】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、一つのシリンダに接続されるとともに合流部にて合流する二つの分岐通路を有する排気通路を備えた内燃機関に適用され、前記合流部よりも下流の排気通路に配置される排気浄化手段と、前記合流部よりも下流かつ前記排気浄化手段よりも上流の排気通路に燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記合流部では前記二つの分岐通路のうちの一方の分岐通路が、前記一方の分岐通路から流入する排気によって前記合流部よりも下流の排気通路内にて排気流れを旋回させて旋回流が形成されるように他方の分岐通路に接続されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、合流部よりも下流の排気通路内に旋回流（以下、スワール流と記述することもある。）が形成されるので、このスワール流によって添加された燃料と排気とを攪拌して燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。
【０００８】
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記一方の分岐通路は、前記合流部において前記他方の分岐通路の流れ方向を横断する断面の接線方向に前記一方の分岐通路から排気が流入するように前記他方の分岐通路に接続されていてもよい（請求項２）。このように接続することで、一方の分岐通路から他方の分岐通路に流入する排気によって他方の分岐通路内にスワール流を形成することができる。そのため、合流部以降の排気通路にスワール流を形成することができる。
【０００９】
本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記他方の分岐通路に設けられ、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量を調整する流量調整弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記流量調整弁の動作を制御する動作制御手段と、を備えていてもよい（請求項３）。流量調整弁を閉じて他方の分岐通路を流通する排気の流量を減少させると、一方の分岐通路から排出される排気が増加するため、排気通路に強い旋回流を形成することができる。一方、流量調整弁を開けた場合は、他方の分岐通路からも排気が排出されるので、内燃機関のポンプ損失（ポンピングロス）を抑制することができる。この形態によれば、内燃機関の運転状態に応じて他方の分岐通路を流通する排気の流量が調整されるので、内燃機関のポンプ損失を抑制しつつ、排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散が促進されるように適切に旋回流を形成することができる。
【００１０】
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記動作制御手段は、前記燃料添加手段による燃料の添加時に前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が減少するように前記流量調整弁の動作を制御してもよい（請求項４）。このように燃料の添加時に強い旋回流が形成されるように流量調整弁を制御することで、添加された燃料を速やかに蒸発、分散させることができる。
【００１１】
本発明の排気浄化装置の一形態においては、排気の温度を取得する排気温度取得手段と、排気の流量を取得する排気流量取得手段と、をさらに備え、前記動作制御手段は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度又は前記排気流量取得手段が取得した排気流量の少なくとも一方に基づいて前記流量調整弁の動作を制御してもよい（請求項５）。排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散は、排気温度及び排気流量の影響を受ける。そのため、排気温度又は排気流量の少なくとも一方に基づいて流量調整弁を制御することで、内燃機関のポンプ損失を抑えつつ、燃料の蒸発及び分散をさらに促進させることができる。
【００１２】
この形態において、前記動作制御手段は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度が高いほど、又は前記排気流量取得手段が取得した排気流量が多いほど、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が増加するように前記流量調整弁の動作を制御してもよい（請求項６）。排気温度が高い場合、流量調整弁を閉じて強い旋回流を形成しなくても雰囲気温度が高いため、添加された燃料の蒸発が促進される。排気流量が多い場合は、一方の分岐通路から他方の分岐通路に流入する排気流量が増加するので、流量調整弁を閉じなくても合流部以降の排気通路に強い旋回流が形成される。そこで、このような場合は流量調整弁を開けてポンプ損失を抑制する。
【００１３】
本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記燃料添加手段から前記排気通路に添加される燃料の蒸発のし易さを取得する蒸発性取得手段を備え、前記動作制御手段は、前記蒸発性取得手段が取得した燃料の蒸発のし易さに応じて前記流量調整弁の動作を制御してもよい（請求項７）。このように、燃料の蒸発のし易さ（以下、蒸発性と呼称する。）に応じて流量調整弁の動作を制御することで、燃料を適切に蒸発させつつポンプ損失を抑えることができる。なお以降、本発明では、蒸発し易いことを蒸発性が良いと記述し、蒸発し難いことを蒸発性が悪いと記述する。
【００１４】
この形態において、前記動作制御手段は、前記燃料添加手段から添加される燃料が蒸発し難いほど、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が減少するように前記流量調整弁の動作を制御してもよい（請求項８）。この形態によれば、燃料の蒸発性が悪い、即ち燃料が蒸発し難い場合、他方の分岐通路を流通する排気の流量を減少させるので、排気通路内に強い旋回流が形成されて燃料の蒸発及び分散が促進される。一方、燃料の蒸発性が良い、即ち燃料が蒸発し易い場合は他方の分岐通路を流通する排気の流量を増加させるので、燃料を適切に蒸発及び分散させつつ内燃機関のポンプ損失を抑えることができる。
【００１５】
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記シリンダに対して分岐通路を開閉すべく前記二つの分岐通路にそれぞれ設けられる排気弁と、これら排気弁をそれぞれ独立に開閉動作させることが可能な可変動弁機構と、前記燃料添加手段による燃料の添加時に、前記他方の分岐通路を開閉する排気弁によって前記シリンダに対して前記他方の分岐通路が閉じられるように前記可変動弁機構の動作を制御する動作制御手段と、を備えていてもよい（請求項９）。この形態によれば、燃料の添加時に他方の分岐通路から排気が排出されないので、一方の分岐通路から排出される排気の流量を増加させることができる。そのため、一方の分岐通路から排出される排気によって排気通路内に強い旋回流を形成し、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。また、この形態では、排気弁によって他方の分岐通路を流通する排気の流量を調整するので、他方の分岐通路内に弁などを設ける必要がない。そのため、内燃機関のポンプ損失を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上に説明したように、本発明によれば、合流部よりも下流の排気通路にスワール流が形成されるので、このスワール流によって排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散が促進される。そのため、十分にガス化及び拡散化された燃料を排気浄化手段に供給して排気エミッションを改善することができる。また、スワール流の強さを調整すべく他方の分岐通路に設けられた流量調整弁の動作を、排気温度、排気流量、又は燃料の蒸発性に応じて制御することで、内燃機関のポンプ損失を抑制しつつ排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第１の形態］
図１及び図２は、本発明の排気浄化装置が組み込まれた内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する。）の一形態を示している。エンジン１は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、複数（図１では１つのみを示す。）のシリンダ２が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に取り付けられ、一つのシリンダ２に対して吸気ポート４及び排気ポート５がそれぞれ２つずつ（図２参照）形成されるシリンダヘッド６とを備えている。シリンダブロック３には、クランクシャフト７が回転可能に支持されている。各シリンダ２内に往復動可能なようにそれぞれ挿入されたピストン８とクランクシャフト７とはコンロッド９を介して連結されており、各ピストン８の往復運動はクランクシャフト７に回転運動として伝達される。シリンダヘッド６には、吸気ポート４に対応した位置に吸気管１０が、排気ポート５に対応した位置に排気管１１がそれぞれ設けられる。このように吸気管１０及び排気管１１を設けることで、吸気管１０及び吸気ポート４によって吸気通路１２が形成され、排気ポート５及び排気管１１によって排気通路１３が形成される。吸気通路１２には、エンジン１の吸入空気量に対応した信号を出力する吸入空気量センサ１４が設けられる。排気通路１３には、排気浄化手段として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略称する。）１５、排気の温度に対応した信号を出力する排気温度取得手段としての排気温センサ１６、及び排気の空燃比（Ａ／Ｆ）に対応した信号を出力するＡ／Ｆセンサ１７、１８が設けられる。また、ＮＯｘ触媒１５よりも上流、かつ合流部２０（図２（ａ）参照）よりも下流の排気通路１３には、燃料添加手段として燃料添加弁１９が設けられる。
【００１８】
図２は、エンジン１の排気ポート５の拡大図である。なお、図２（ａ）は排気ポート５の平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における排気ポート５の断面図を示している。また、図２（ａ）、（ｂ）の矢印Ａ、矢印Ｂ、及び矢印Ｓはそれぞれ排気の流れを示している。図２（ａ）に示したように、２つの排気ポート５は、一方の排気ポート（以下、スワール側排気ポートと呼称する。）５ａから他方の排気ポート（以下、ストレート側排気ポートと呼称する。）５ｂに排気が流入するように合流部２０にて合流している。このように一つのシリンダ２に接続されるとともに合流部２０にて合流することで、これら排気ポート５ａ、５ｂが本発明の分岐通路に相当する。図２（ｂ）に示したように、スワール側排気ポート５ａは、合流部２０においてストレート側排気ポート５ｂの流れ方向（図２（ａ）の矢印Ｂの方向）を横断する断面の接線方向にスワール側排気ポート５ａから排気が流入するように、ストレート側排気ポート５ｂに接続されている。このように２つの排気ポート５を接続することで、スワール側排気ポート５ａから流入する排気（図２の矢印Ａ）によって合流部２０よりも下流の排気通路１３に、図２（ａ）及び図２（ｂ）に矢印Ｓで示したスワール流（旋回流）を形成することができる。
【００１９】
図１に戻って説明を続ける。シリンダヘッド６には、各シリンダ２に形成された燃焼室２１に臨むようにインジェクタ２２がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド６には、燃焼室２１と吸気ポート４及び排気ポート５との間をそれぞれ開閉する吸気弁２３及び排気弁２４が各吸気ポート４及び各排気ポート５にそれぞれ設けられている。これら吸気弁２３及び排気弁２４は、動弁機構２５によって開閉動作される。なお、これらの構成及び動作は周知のエンジンと同様でよいため、詳細な説明は省略する。
【００２０】
ＮＯｘ触媒１５は、排気空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのときは吸蔵していたＮＯｘを放出し、窒素（Ｎ２）に還元する性質を有している。ＮＯｘ触媒１５に吸蔵可能なＮＯｘ量には上限があるため、吸蔵されているＮＯｘ量がこの上限に達しないようにＮＯｘ触媒１５からＮＯｘを放出させてＮ２に還元させるＮＯｘ還元を所定の間隔で行い、ＮＯｘ触媒１５の排気浄化性能を高い状態に維持する。また、ＮＯｘ触媒１５は、排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）により被毒される。そのため、ＮＯｘ触媒１５をＮＯｘ触媒１５から硫黄（Ｓ）が放出される温度域に昇温させるとともに排気の空燃比を理論空燃比又はリッチしてＳ被毒を回復させ、ＮＯｘ触媒１５の機能を再生させるＳ再生を行う。燃料添加弁１９は、排気通路１３に燃料を添加することで、ＮＯｘ還元及びＳ再生を実行するときに必要な還元雰囲気を生成する。なお、以降、ＮＯｘ還元とＳ再生とをまとめて機能再生処理と記述することもある。
【００２１】
燃料添加弁１９の動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、例えばＮＯｘ触媒１５に対して所定の間隔でＮＯｘ還元が実施されるように燃料添加弁１９の動作を制御する。この他、ＥＣＵ３０はエンジン１の運転状態が適切に制御されるように例えばエンジン１に対する燃料噴射等を制御する。なお、ＥＣＵ３０には、これらの制御において参照されるべき各種の物理量又は状態量の検出手段として、吸入空気量センサ１４、排気温センサ１６、Ａ／Ｆセンサ１７、１８、クランクシャフト７の位相（クランク角）に対応した信号を出力するクランク角センサ３１、及びエンジン１の冷却水温に対応した信号を出力する水温センサ３２などが接続される。
【００２２】
この形態では、合流部２０よりも下流の排気通路１３にスワール流を形成することができるので、このスワール流によって燃料添加弁１９から排気通路１３に添加された燃料の蒸発及び分散を促進させ、ＮＯｘ触媒１５に十分にガス化させた燃料を供給することができる。そのため、ＮＯｘ触媒１５の機能再生処理を適切に実施し、ＮＯｘ触媒１５の排気浄化性能を高い状態に維持することができる。また、ＮＯｘ触媒１５の端面への燃料の付着が抑制できるので、ＮＯｘ触媒１５の端面の詰りを抑制することができる。
【００２３】
［第２の形態］
図３及び図４を参照して本発明の第２の形態を説明する。図３は、本発明の第２の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたエンジン１の要部を示している。図３（ａ）は、エンジン１の排気ポート５の平面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における排気ポート５の断面図をそれぞれ示している。図３（ａ）に示したように、この形態ではストレート側排気ポート５ｂに、この排気ポート５ｂを流通する排気の流量を調整する流量調整弁としての排気スワールコントロールバルブ（以下、排気ＳＣＶと略称する。）４０が設けられている点が第１の形態と異なる。その他の部品は第１の形態と同じである。従って、図３において上述した第１の形態と共通する部分には、同一の参照符号を付し、それらの説明は省略する。
【００２４】
排気ＳＣＶ４０を閉じた場合、ストレート側排気ポート５ｂから排出される排気の流量を減少させるとともにスワール側排気ポート５ａから排出される排気の流量を増加させることができるので、スワール側排気ポート５ａから流入する排気によって排気通路１３内に強いスワール流を形成することができる。即ち、排気ＳＣＶ４０を開閉することで、排気通路１３内に形成されるスワール流の強さを制御することができる。
【００２５】
排気ＳＣＶ４０は、ＥＣＵ３０が図４の排気ＳＣＶ動作制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で実行することによって制御される。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でエンジン１の回転数、インジェクタ２２から燃焼室２１に噴射される燃料の噴射量、エンジン１の冷却水温などを取得し、これらの情報を参照してエンジン１の運転状態を取得する。なお、これらの情報は、例えばクランク角センサ３１、水温センサ３２の出力信号などを参照して取得する。次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、取得したエンジン１の運転状態を参照して排気通路１３への燃料の添加が要求されているか否か判断する。燃料の添加は、例えばＮＯｘ触媒１５の機能再生処理を実施する場合に要求されていると判断する。ＥＣＵ３０はこの制御ルーチンとは別のルーチン（不図示）においてインジェクタ１５から噴射された燃料量及び吸入空気量などを参照してＮＯｘ触媒１５に吸蔵されたＮＯｘ量の積算値を推算している。そして、この積算値が所定の許容上限値を超えたと判断した場合にＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ還元を実施する。また、ＥＣＵ３０は、インジェクタ２２からの燃料噴射量などを参照してＮＯｘ触媒１５に被毒したＳ量の積算値も推算しており、このＳ量の積算値が所定の許容量以上であると判断した場合にＳ再生を実施する。
【００２６】
排気通路１３への燃料添加が要求されていると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は排気ＳＣＶ４０を閉じる。続くステップＳ１４においてＥＣＵ３０は、排気通路１３への燃料の添加が終了したか否か判断する。燃料の添加が終了したか否かは、例えば燃料添加弁１９から排気通路１３に添加された燃料量の積算値で判断する。ＥＣＵ３０は、この燃料量の積算値がＮＯｘ触媒１５の機能再生処理を実施するために必要な燃料量を超えた場合に排気通路１３への燃料の添加が終了したと判断する。
【００２７】
排気通路１３への燃料添加が終了したと判断した場合、又はステップＳ１２にて排気通路１３への燃料添加が要求されていないと判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０は排気ＳＣＶ４０を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気通路１３への燃料添加が終了していないと判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ３０は排気ＳＣＶ４０を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
以上の形態によれば、排気通路１３への燃料添加時に排気ＳＣＶ４０が閉じられるので、シリンダ２から排出される排気の流量が少ない場合でも排気通路１３内に強いスワール流を形成し、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。そのため、より確実に燃料をガス化させてＮＯｘ触媒１５に供給することができる。また、燃料添加時以外の時期は、排気ＳＣＶ４０が開いているので、スワール側排気ポート５ａ及びストレート側排気ポート５ｂの両方から排気が排出される。そのため、エンジン１のポンプ損失を抑制することができる。なお、図４の制御ルーチンを実行して排気ＳＣＶ４０の動作を制御することで、ＥＣＵ３０は本発明の動作制御手段として機能する。
【００２９】
図５は、排気ＳＣＶ動作制御ルーチンの変形例を示している。なお、図５において図４と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図５の制御ルーチンはエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００３０】
図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得し、続くステップＳ２１でエンジン１から排出される排気の温度及び排気の流量を取得する。排気温度は、例えば排気温センサ１６の出力信号を参照して取得する。排気流量は、例えば吸気量センサ１４の出力信号に基づいて推定することができる。このように排気流量を推定することで、ＥＣＵ３０は本発明の排気流量取得手段として機能する。次のステップＳ２２においてＥＣＵ３０は、エンジン１の排気温度及び排気流量に基づいて排気ＳＣＶ４０の目標開度（以下、目標ＳＣＶ開度と略称する。）ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇを算出する。目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇは、例えばＥＣＵ３０に設けられたＲＯＭにエンジン１の排気温度及び排気流量と目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇとを対応付けたマップを予め記憶させ、このマップを利用して特定してもよい。図６は、排気温度及び排気流量と目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇとを対応付けたマップの一例を示している。なお、図６のマップにおいて０〜１の数値は、排気ＳＣＶ４０の開度を示している。また、このマップでは０が全開を、１が全閉をそれぞれ示している。図６に示したようにこのマップでは、排気温度が高いほど、また排気流量が多いほど、目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇに小さい値が設定される。即ち、排気温度が高いほど、また排気流量が多いほど、排気ＳＣＶ４０が開けられ、ストレート側排気ポート５ｂを流通する排気の流量が増加する。
【００３１】
ステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、排気通路１３への燃料の添加が要求されているか否か判断する。燃料の添加が要求されていると判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ３０は排気ＳＣＶ４０の開度ＡｎｇＳＣＶを、算出した目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇに調整する。続くステップＳ１４においてＥＣＵ３０は、排気通路１３への燃料の添加が終了したか否か判断する。
【００３２】
排気通路１３への燃料添加が終了したと判断した場合、又はステップＳ１２にて排気通路１３への燃料添加が要求されていないと判断した場合はステップＳ２４に進み、ＥＣＵ３０は排気ＳＣＶ４０を全開にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気通路１３への燃料添加が終了していないと判断した場合はステップＳ２５に進み、ＥＣＵ３０は排気ＳＣＶ４０の開度ＡｎｇＳＣＶを目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇに維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３３】
排気温度が高い場合、強いスワール流を形成しなくても排気熱によって燃料の蒸発を促進させることができる。排気流量が多い場合は、ストレート側排気ポート５ｂから排出される流量を減少させなくてもスワール側排気ポート５ａから排出される排気の流量が多いので排気ＳＣＶ４０を閉じなくても排気通路１３に強いスワール流を形成することができる。そこで、図５の制御ルーチンでは、排気温度が高いほど又は排気流量が多いほど排気ＳＣＶ４０を開けてエンジン１のポンプ損失を抑制する。このように排気温度及び排気流量に基づいて排気ＳＣＶ４０の開度を調整することで、燃料添加時におけるポンプ損失を抑制しつつ、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。なお、目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇの設定は、排気温度及び排気流量の両方を参照しなくてもよい。排気温度又は排気流量の一方を参照して目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇを設定してもよい。
【００３４】
図７は、排気ＳＣＶ動作制御ルーチンの他の変形例を示している。なお、図７において図４及び図５と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図７の制御ルーチンもエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００３５】
図７の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、ステップＳ２２の目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇの算出まで図５の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップＳ３１においてＥＣＵ３０は、燃料の蒸発性を取得する。燃料の蒸発性は、例えばＡ／Ｆセンサ１７、１８によって検出される排気空燃比に基づいて取得する。Ａ／Ｆセンサ１７、１８は、排気中に液体の状態で存在する燃料に対して反応を示さず、ガス化した燃料に対してのみ反応を示す。そのため、Ａ／Ｆセンサ１７の出力信号とＡ／Ｆセンサ１８の出力信号との差（以下、空燃比差と略称する。）が小さい場合、ＮＯｘ触媒１５に到達する前に排気中の燃料が殆どガス化したと考えられるため、燃料が蒸発し易い、即ち燃料の蒸発性が良いと判断できる。一方、空燃比差が大きい場合、ＮＯｘ触媒１５に液体の状態で燃料が到達し、ＮＯｘ触媒１５においてガス化したと考えられるため、燃料が蒸発し難い、即ち燃料の蒸発性が悪いと判断できる。この際、燃料の蒸発性は、例えば燃料の９０％が蒸発する温度、いわゆる９０％蒸留温度として取得してもよい。燃料の９０％蒸留温度は、例えばＥＣＵ３０に設けられたＲＯＭに空燃比差及び排気温度と９０％蒸留温度とを対応付けたマップを予め記憶させ、このマップを利用して特定してもよい。なお、９０％蒸留温度は、燃料の蒸発性が良い即ち燃料が蒸発し易いほど低く、燃料の蒸発性が悪い即ち燃料が蒸発し難いほど高い。
【００３６】
次のステップＳ３２においてＥＣＵ３０は、目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇを補正するための係数（以下、補正係数と略称する。）ＣＶ＿Ｆｕｅｌを算出する。補正係数ＣＶ＿Ｆｕｅｌは、例えばＥＣＵ３０に設けられたＲＯＭに９０％蒸留温度と補正係数とを対応付けたマップを予め記憶させ、このマップを利用して特定してもよい。図８は、燃料の９０％蒸留温度と補正係数とを対応付けたマップの一例を示している。図８に示したように、このマップでは、９０％蒸留温度が高いほど即ち燃料が蒸発し難いほど、補正係数が大きく設定される。続くステップＳ３３においてＥＣＵ３０は、目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇに補正係数ＣＶ＿Ｆｕｅｌを乗算して、補正後の目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇを算出する。この補正では燃料が蒸発し難いほど目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇに大きい値が設定される。即ち、燃料が蒸発し難いほど、排気ＳＣＶ４０が閉じられる。なお、補正後の目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇとして１よりも大きい値が算出された場合は、目標ＳＣＶ開度ＡｎｇＳＣＶ＿ｔｒｇに１が設定される。その後ステップＳ１２に進む。以下、ＥＣＵ３０は図５の制御ルーチンと同様の処理を行った後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３７】
図７の制御ルーチンでは、燃料の蒸発性が悪い即ち燃料が蒸発し難いほど排気ＳＣＶ４０が閉じられて排気通路１３に形成されるスワール流が強められる。そのため、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。一方、燃料の蒸発性が良い、即ち燃料が蒸発し易いほど排気ＳＣＶ４０が開けられるように補正されるので、燃料添加時におけるポンプ損失をさらに抑制することができる。なお、図７のステップＳ３１を実行し、燃料の蒸発性を取得することで、ＥＣＵ３０は本発明の蒸発量取得手段として機能する。
【００３８】
［第３の形態］
図９及び図１０は、本発明の第３の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたエンジン１を示している。図１０は、図９のシリンダ２の斜視図を示している。なお、図９及び図１０において上述した図１と共通する部品には同一の参照符号を付し、それらの説明は省略する。このエンジン１は、エンジン１の運転状態とは独立して排気弁２４の開閉動作を制御することが可能な可変動弁機構５０を備えている。また、この可変動弁機構５０は、各シリンダ２に設けられた２つの排気弁２４をそれぞれ独立に開閉させることができる。即ち、可変動弁機構５０は、２つの排気弁２４の開閉動作を同期させることもできるし、また例えば２つの排気弁２４のうち一方の排気弁２４を排気ポート５を閉じた状態に維持したまま他方の排気弁２４を開けることもできる。可変動弁機構５０はＥＣＵ３０によって制御される。図１１は、ＥＣＵ３０が可変動弁機構５０を制御するためにエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する排気弁動作制御ルーチンを示している。なお、図１１において図４と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
図１１の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、排気通路１３への燃料の添加が要求されているか否か判断する処理（ステップＳ１２の処理）まで図４と同様の処理を行う。排気通路１３への燃料添加が要求されていると判断した場合はステップＳ４１に進み、ＥＣＵ３０は可変動弁機構５０を制御して図１０に示したストレート側排気ポート５ｂを開閉する排気弁（以下、ストレート側排気弁と略称する。）２４ｂを、ストレート側排気ポート５ｂを閉じた状態（閉状態）で停止させる。即ち、ストレート側排気ポート５ｂから排気が排出されないようにストレート側排気弁２４ｂを停止させる。続くステップＳ１４においてＥＣＵ３０は、排気通路１３への燃料の添加が終了したか否か判断する。
【００４０】
排気通路１３への燃料添加が終了したと判断した場合、又はステップＳ１２にて排気通路１３への燃料添加が要求されていないと判断した場合はステップＳ４２に進み、ＥＣＵ３０は可変動弁機構５０を制御してストレート側排気弁２４ｂの動作をエンジン１の運転状態に応じて開閉する通常動作に復帰させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気通路１３への燃料添加が終了していないと判断した場合はステップＳ４３に進み、ＥＣＵ３０はストレート側排気弁２４ｂの閉状態を維持させる。その後、今回の制御ルーチンを終了させる。
【００４１】
以上の形態によれば、排気通路１３に燃料が添加されている時期は、ストレート側排気弁２４ｂが閉状態に維持されるので、スワール側排気ポート５ａから排出される排気によって排気通路１３内に強いスワール流を形成することができる。そのため、このスワール流によって排気通路１３に添加された燃料の蒸発及び分散を促進させ、エンジン１の排気エミッションを改善することができる。また、この形態では、ストレート側排気弁２４ｂによってストレート側排気ポート５ｂを流通する排気の流量を調整するので、ストレート側排気ポート５ｂ内に弁などを配置することなくスワール流の強さを制御できる。そのため、ストレート側排気ポート５ｂ内に弁などを配置する場合と比較して、通常運転時におけるエンジン１のポンプ損失を低減できる。
【００４２】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。本発明の分岐通路は排気ポートに限定されない。例えば、排気マニホールドにおいて一つのシリンダから排出された二つの排気流れを合流させる場合は、この合流部までの排気マニホールドを含んだ排気通路が分岐通路に相当する。
【００４３】
排気通路に配置される排気浄化手段は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に限定されない。パティキュレートフィルタ、酸化触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、又は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタが配置されていてもよい。これらパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと略称する。）を配置した場合は、排気通路に燃料を添加し、フィルタを昇温してフィルタ上に堆積した粒子状物質（ＰＭ）を酸化除去するＰＭ再生を周期的に実施する。そのため、本発明を適用することで、フィルタに十分にガス化させた燃料を供給してフィルタを速やかにかつ略均一に昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の排気浄化装置が組み込まれたディーゼルエンジンの一形態を示す図。
【図２】図１のエンジンの排気ポートを拡大して示す図で、（ａ）は排気ポートの平面図、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線における排気ポートの断面を示す図。
【図３】本発明の第２の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたエンジンの要部を示す図で、（ａ）はエンジンの排気ポートの平面図、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における排気ポートの断面を示す図。
【図４】ＥＣＵが実行する排気ＳＣＶ動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】排気ＳＣＶ動作制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。
【図６】排気温度及び排気流量と目標ＳＣＶ開度とを対応付けたマップの一例を示す図。
【図７】排気ＳＣＶ動作制御ルーチンの他の変形例を示すフローチャート。
【図８】燃料の９０％蒸留温度と補正係数とを対応付けたマップの一例を示す図。
【図９】本発明の第３の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたエンジンを示す図。
【図１０】シリンダの斜視図。
【図１１】ＥＣＵが実行する排気弁動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４５】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  シリンダ
５  排気ポート（分岐通路）
１３  排気通路
１５  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（排気浄化手段）
１６  排気温センサ（排気温度取得手段）
１９  燃料添加弁（燃料添加手段）
２０  合流部
２４  排気弁
３０  エンジンコントロールユニット（動作制御手段、排気流量取得手段、蒸発性取得手段）
４０  排気スワールコントロールバルブ（流量調整弁）
５０  可変動弁機構
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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