(57)【要約】【課題】内燃機関が低負荷の場合、従来の排気加熱装置の燃料供給弁から衝突板に向けて噴射される燃料の噴射圧が高すぎ、燃料が無駄に消費されてしまう。【解決手段】本発明の排気処理装置２８は、排気タービン２５ｂを通って排気浄化装置１１へと続く排気管２３と、排気タービン２５ｂを迂回した状態で排気通路２３ａへと続くバイパス管２９と、バイパス管２９の下流端に連結される補助酸化触媒３０と、バイパス管２９の下流端部に形成されて排気通路２３ａとバイパス通路２９ａとを連通する連通孔２９ｂと、連通孔２９ｂに向けて燃料を供給する燃料供給弁３１と、連通孔２９ｂおよびバイパス通路２９ａの開度を変更して燃料供給弁３１から供給された燃料の一部を補助酸化触媒３０に導き得る調整弁３２と、調整弁３２を駆動する調整弁駆動モーター３３と、調整弁駆動モーター３３の作動を制御して調整弁３２の開度を規定するためのＥＣＵ１５とを具える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービン式過給機が組み込まれた内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を処理するための排気処理装置であって、この排気処理装置は、
前記排気タービン式過給機の排気タービンを通って前記排気浄化装置へと続く排気通路を画成する排気管と、
前記排気タービンを迂回した状態で前記排気通路へと続くバイパス通路を画成し、下流端側が前記排気タービンよりも下流側の前記排気通路の一部を占めるように配されるバイパス管と、
このバイパス管の下流端に連結される酸化触媒コンバーターと、
前記排気通路の一部を占める前記バイパス管の下流端部に形成され、前記排気通路と前記バイパス通路とを連通する連通孔と、
ノズルが前記排気通路に位置するように前記排気管を貫通して取り付けられ、前記連通孔に向けて燃料を供給する燃料供給弁と、
前記連通孔および前記バイパス通路の開度を変更し得るように前記バイパス管に取り付けられ、前記燃料供給弁から供給された燃料の一部を前記触媒コンバーターに導き得る調整弁と、
この調整弁を駆動する調整弁駆動手段と、
前記調整弁駆動手段の作動を制御して前記調整弁の開度を規定するための制御手段と
を具えたことを特徴とする排気処理装置。
【請求項２】
前記燃料供給弁から供給された燃料を着火させるための着火手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
【請求項３】
前記排気浄化装置の活性状態を判定する活性判定手段をさらに具え、
前記制御手段は、この活性判定手段による判定結果に基づいて前記着火手段の作動または作動停止および前記調整弁の開度を規定することを特徴とする請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項４】
内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに具え、前記制御手段は、この負荷検出手段からの検出情報に基づいて前記調整弁の開度を規定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の排気処理装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記負荷検出手段からの検出情報に基づいて前記燃料供給弁からの燃料の供給量を制御することを特徴とする請求項４に記載の排気処理装置。
【請求項６】
排気タービン式過給機の排気タービンを通って排気浄化装置へと続く排気通路を画成する排気管と、前記排気タービンを迂回した状態で前記排気浄化装置へと続くバイパス通路を画成し、下流端側が前記排気タービンよりも下流側の前記排気通路の一部を占めるように配されるバイパス管と、このバイパス管の下流端に連結される酸化触媒コンバーターとを具えた内燃機関において、前記排気浄化装置へと導かれる排気を処理するための方法であって、
前記排気タービンを通った排気のみを前記酸化触媒コンバーターに導く第１のステップと、
前記排気タービンを迂回した排気のみを前記酸化触媒コンバーターに導く第２のステップと、
前記排気タービンを通った排気および前記排気タービンを迂回する排気を同時に前記酸化触媒コンバーターに導く第３のステップと、
前記排気浄化装置の温度を検出するステップと
を具え、検出された前記排気浄化装置の温度に基づいて前記第１のステップか、前記第２のステップか、前記第３のステップが選択されることを特徴とする排気処理方法。
【請求項７】
前記第３のステップは、前記排気タービンを通って前記酸化触媒コンバーターに導かれる排気と、前記排気タービンを迂回して前記酸化触媒コンバーターに導かれる排気との割合を変更するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の排気処理方法。
【請求項８】
内燃機関の負荷を検出するステップをさらに具え、
これにより検出される内燃機関の負荷に基づき、前記排気タービンを通って前記酸化触媒コンバーターに導かれる排気と、前記排気タービンを迂回して前記酸化触媒コンバーターに導かれる排気との割合が変更されることを特徴とする請求項７に記載の排気処理方法。
【請求項９】
燃料を排気通路に供給するステップと、前記排気通路に供給された燃料の少なくとも一部を着火させて燃焼させるステップとをさらに具えたことを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の排気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービン式過給機が組み込まれた内燃機関の排気通路に配されて排気を浄化する排気浄化装置の活性化および活性状態の維持のための排気処理装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に対する厳しい排気規制に対処するため、内燃機関の始動時に排気浄化装置の活性化を促進させたり、内燃機関の運転中にその活性状態を維持したりすることが必要となっている。このため、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気加熱装置を組み込んだ内燃機関が特許文献１などで提案されている。この排気加熱装置は、排気中に加熱ガスを生成し、この生成された加熱ガスを下流側の排気浄化装置に供給することにより、排気浄化装置の活性化を促進させたり、活性状態を維持するものである。このため、排気加熱装置は、燃料を排気通路中に供給する燃料供給弁と、この燃料を加熱して着火させることにより、加熱ガスを生成させるグロープラグなどの着火装置とを一般的に有する。この特許文献１においては、加熱ガスの昇温を図るために小型の酸化触媒を着火装置よりも下流側の排気通路に配している。この酸化触媒は、それ自体の発熱機能と低炭素成分への燃料の改質機能とを有するものであるが、排気浄化装置の一部として用いられる酸化触媒とは構成や機能が相違する。
【０００３】
特許文献１に開示された従来の排気加熱装置においては、着火装置が燃料供給弁に近接して配されているため、燃料供給弁から排気通路に供給される燃料と排気との混合が充分になされず、着火した燃料が不完全燃焼となる場合がある。このため、燃料供給弁から噴射された燃料を受けてこれを排気通路に飛散させる衝突板を排気通路に組み込むことが考えられている。
【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】
特許文献１で開示された排気加熱装置において、燃料供給弁から噴射された燃料を受けてこれを排気通路に飛散させる衝突板を追加した場合、内燃機関の運転状態によっては衝突板から飛散する燃料の量が必要以上に多くなってしまうことがある。より具体的には、衝突板の姿勢は、内燃機関の高負荷時に排気浄化装置の再生処理を効率よく行うことができるように設定されている。このため、内燃機関の低負荷時には燃料供給弁から衝突板に向けて噴射される燃料の噴射圧が高すぎてしまい、燃料が無駄に消費されることとなる。
【０００６】
本発明の目的は、燃料を無駄に消費することなく、排気浄化装置を効率よく活性化すると共にその活性状態を効率よく維持できる排気処理装置および排気処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態は、排気タービン式過給機が組み込まれた内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を処理するための排気処理装置であって、この排気処理装置は、前記排気タービン式過給機の排気タービンを通って前記排気浄化装置へと続く排気通路を画成する排気管と、前記排気タービンを迂回した状態で前記排気通路へと続くバイパス通路を画成し、下流端側が前記排気タービンよりも下流側の前記排気通路の一部を占めるように配されるバイパス管と、このバイパス管の下流端に連結される酸化触媒コンバーターと、前記排気通路の一部を占める前記バイパス管の下流端部に形成され、前記排気通路と前記バイパス通路とを連通する連通孔と、ノズルが前記排気通路に位置するように前記排気管を貫通して取り付けられ、前記連通孔に向けて燃料を供給する燃料供給弁と、前記連通孔および前記バイパス通路の開度を変更し得るように前記バイパス管に取り付けられ、前記燃料供給弁から供給された燃料の一部を前記触媒コンバーターに導き得る調整弁と、この調整弁を駆動する調整弁駆動手段と、前記調整弁駆動手段の作動を制御して前記調整弁の開度を規定するための制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、酸化触媒コンバーターが不活性状態の場合、制御手段が調整弁駆動手段を介して調整弁を駆動し、バイパス管の連通孔を閉止する。これにより、酸化触媒コンバーターには排気タービンを迂回した高温の排気が導かれる結果、酸化触媒コンバーターの活性化が迅速に行われる。
【０００９】
制御手段が調整弁駆動手段を介して調整弁を駆動すると、バイパス管の連通孔の開度が制御される。これにより、排気タービンを通過した排気の一部が連通孔からバイパス通路に導かれ、排気タービンを迂回した高温の排気と混ざり合って酸化触媒コンバーターへと導かれる。調整弁によって連通孔が全開状態、つまりバイパス通路が全閉状態になると、排気タービンを通過した排気のみが連通孔を介して酸化触媒コンバーターへと導かれる。
【００１０】
燃料供給弁から連通孔に向けて供給される燃料は、酸化触媒コンバーターに供給される割合と、酸化触媒コンバーターを通過せずに主排気通路を通って排気浄化装置にと導かれる割合とが調整弁の開度に応じて調整される。
【００１１】
本発明の第１の形態による排気処理装置において、燃料供給弁から供給された燃料を着火させるための着火手段をさらに具えることができる。この場合、排気浄化装置の活性状態の有無を判定するための活性判定手段をさらに具え、制御手段がこの活性判定手段からの判定結果に基づいて着火手段の作動または作動停止および調整弁の開度を規定するものであってよい。この活性判定手段として温度センサーを用いることができる。あるいは、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに具え、制御手段がこの負荷検出手段からの検出情報に基づいて調整弁の開度を規定するものであってよい。この場合、制御手段は、負荷検出手段からの検出情報に基づいて燃料供給弁からの燃料の供給量をも制御するものであってよい。
【００１２】
本発明の第２の形態は、排気タービン式過給機の排気タービンを通って排気浄化装置へと続く排気通路を画成する排気管と、前記排気タービンを迂回した状態で前記排気通路へと続くバイパス通路を画成し、下流端側が前記排気タービンよりも下流側の前記排気通路の一部を占めるように配されるバイパス管と、このバイパス管の下流端に連結される酸化触媒コンバーターとを具えた内燃機関において、前記排気浄化装置へと導かれる排気を処理するための方法であって、前記排気タービンを通った排気のみを前記酸化触媒コンバーターに導く第１のステップと、前記排気タービンを迂回した排気のみを前記酸化触媒コンバーターに導く第２のステップと、前記排気タービンを通った排気および前記排気タービンを迂回する排気を同時に前記酸化触媒コンバーターに導く第３のステップと、前記排気浄化装置の温度を検出するステップとを具え、検出された前記排気浄化装置の温度に基づいて前記第１のステップか、前記第２のステップか、前記第３のステップが選択されることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、排気浄化装置の温度が予め設定した温度以下の場合、第２のステップまたは第３のステップが選択される。排気浄化装置の温度が予め設定した温度を越えている場合、第１のステップが選択され、排気タービンを通った排気のみが酸化触媒コンバーターに導かれる。
【００１４】
本発明の第２の形態による排気処理方法において、第３のステップは、排気タービンを通って酸化触媒コンバーターに導かれる排気と、排気タービンを迂回して酸化触媒コンバーターに導かれる排気との割合を変更するステップを含むことができる。
【００１５】
この場合、内燃機関の負荷を検出するステップをさらに具え、これにより検出される内燃機関の負荷に基づき、排気タービンを通って酸化触媒コンバーターに導かれる排気と、排気タービンを迂回して酸化触媒コンバーターに導かれる排気との割合が変更されるものであってよい。
【００１６】
燃料を排気通路に供給するステップと、排気通路に供給された燃料の少なくとも一部を着火させて燃焼させるステップとをさらに具えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の排気処理装置によると、酸化触媒コンバーターおよび排気浄化装置の活性化およびこれらの活性状態の維持を効率よくしかも迅速に行うことができる。
【００１８】
燃料供給弁から供給された燃料を着火させるための着火手段を具える場合、排気浄化装置に導かれる排気の温度を迅速に上昇させることができる。この結果、酸化触媒コンバーターを迅速に活性化させることができ、燃料供給弁から供給された燃料の酸化改質をより効率よく行って、排気浄化装置の迅速な活性化を可能とすることができる。ここで、排気浄化装置の活性状態に基づいて制御手段が着火手段の作動または作動停止および調整弁の開度を規定する場合、さらに効率よく排気浄化装置の活性化および活性状態を維持することができる。内燃機関の負荷に基づいて制御手段が調整弁の開度を規定する場合、燃料の無駄な消費を抑制しつつ排気浄化装置の活性化および活性状態の維持を効率よく行うことができる。特に、制御手段が負荷検出手段からの検出情報に基づいて燃料供給弁からの燃料の供給量を制御する場合、燃料の無駄な消費をさらに抑制することができる。
【００１９】
本発明の排気処理法によると、排気浄化装置の温度に基づいて排気の流れを変更するようにしたので、酸化触媒コンバーターおよび排気浄化装置の活性化および活性状態の維持を効率よく迅速に行うことができる。また、排気浄化装置に流入する排気温を一定に保つことも可能である。
【００２０】
第３のステップが排気タービンを通る排気と、排気タービンを迂回する排気との割合を変更するステップを含む場合、燃料の無駄な消費を抑えつつ酸化触媒コンバーターおよび排気浄化装置の活性状態を効率よく維持することができる。特に、 内燃機関の負荷を検出してこれに基づいて割合を変更する場合、燃料の無駄な消費を抑制しつつ排気浄化装置の活性化および活性状態の維持を効率よく行うことができる。
【００２１】
燃料を排気通路に供給するステップと、排気通路に供給された燃料の少なくとも一部を着火させて燃焼させるステップとをさらに具えた場合、排気浄化装置に導かれる排気の温度を迅速に上昇させることができる。この結果、排気浄化装置の活性化および活性状態の維持をより迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による排気処理装置を圧縮点火方式の内燃機関に組み込んだ一実施形態の概念図である。
【図２】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図３】図１に示した排気処理装置の主要部を抽出拡大した断面図である。
【図４】図３中のIV−IV矢視に沿った断面図である。
【図５】図１に示した実施形態における排気処理装置の制御手順を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明による排気処理装置を圧縮点火方式の多気筒内燃機関が搭載された車両に適用した一実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。
【００２４】
本実施形態におけるエンジンシステムを模式的に図１に示し、その制御ブロックを図２に示す。これら図１および図２には、エンジン１０の吸排気のための動弁機構や消音器などの他に、後述する排気浄化装置１１の再生処理のために必須ではない各種センサー類を便宜的に省略している。しかしながら、さらなる車両の円滑な運転を行うため、これら各種センサー類を付加的に用いて排気浄化装置１１の再生処理を行うことが可能である。
【００２５】
本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油などを燃料噴射弁１２から圧縮状態にある燃焼室１０ａ内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒（例えば直列４気筒）内燃機関である。
【００２６】
本実施形態における燃料噴射弁１２は、燃料を燃焼室１０ａ内に直接噴射する直噴形式のものを採用しているが、吸気ポート１３ａ内に噴射するポート噴射形式のものを採用することも可能である。この燃料噴射弁１２から燃焼室１０ａ内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１４の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１５により制御される。アクセルペダル１４の踏み込み量は、アクセル開度センサー１６により検出され、その検出情報がＥＣＵ１５に出力される。
【００２７】
ＥＣＵ１５は、後述する各種センサーなどからの情報に基づいて車両の運転状態を判定する運転状態判定部１５ａと、燃料噴射量設定部１５ｂと、燃料噴射弁駆動部１５ｃとを有する。燃料噴射量設定部１５ｂは、運転状態判定部１５ａでの判定結果に基づいて燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１５ｃは、燃料噴射量設定部１５ｂにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１２から噴射されるように、燃料噴射弁１２の作動を制御する。
【００２８】
燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１３ａおよび排気ポート１３ｂが形成されたシリンダーヘッド１３には、吸気ポート１３ａを開閉する吸気弁１７ａおよび排気ポート１３ｂを開閉する排気弁１７ｂを含む図示しない動弁機構が組み込まれている。この動弁機構は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁１７ａおよび排気弁１７ｂの開閉タイミングを変更し得るものであってもよく、あるいはこれらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。先の燃料噴射弁１２などもこのシリンダーヘッド１３に組み込まれている。
【００２９】
吸気ポート１３ｂに連通するようにシリンダーヘッド１３に連結されて吸気ポート１３ｂと共に吸気通路１８ａを画成する吸気管１８には、スロットルアクチュエーター１９を介して吸気通路１８ａの開度を調整するためのスロットル弁２０が組み込まれている。ＥＣＵ１５は、スロットル開度設定部１５ｄと、スロットル弁駆動部１５ｅとをさらに有する。スロットル開度設定部１５ｄは、先の運転状態判定部１５ａでの判定結果に基づいてスロットル弁２０の開度を設定する。スロットル弁駆動部１５ｅは、スロットル弁２０がスロットル開度設定部１５ｄにて設定された開度となるように、スロットルアクチュエーター１９の作動を制御する。
【００３０】
ピストン２１ａが往復動するシリンダーブロック２１には、連接棒２１ｂを介してピストン２１ａが連結されるクランク軸２１ｃの回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１５に出力するクランク角センサー２２が取り付けられている。ＥＣＵ１５は、このクランク角センサー２２からの情報に基づき、クランク軸２１ｃの回転位相やエンジン回転数を実時間で把握する。
【００３１】
エンジン１０には、排気通路２３ａ内を流れる排気の一部を吸気通路１８ａに導くＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気還流）装置２４と、排気タービン式過給機２５と、排気浄化装置１１とが組み込まれている。
【００３２】
排気中の窒素酸化物の低減や燃費の向上を企図したＥＧＲ装置２４は、ＥＧＲ通路２６ａを画成するＥＧＲ管２６と、このＥＧＲ管２６に設けられてＥＧＲ通路２６ａ内を流れる排気の流量を制御するＥＧＲ弁２７とを具えている。ＥＧＲ管２６は、排気ポート１３ｂと共に排気通路２３ａを画成する排気管２３に一端が連通すると共に他端が上述したスロットル弁２０とこのスロットル弁２０よりも下流側に配されたサージタンク１８ｂとの間の吸気通路１８ａに連通している。
【００３３】
本実施形態では、エンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることをＥＣＵ１５の運転状態判定部１５ａが判定した場合、この時の車両の運転状態に応じてＥＧＲ弁２７の開度がＥＣＵ１５のＥＧＲ量設定部１５ｆにて設定される。ＥＣＵ１５のＥＧＲ弁駆動部１５ｇは、ＥＧＲ弁２７をＥＧＲ量設定部１５ｆにて設定された開度に制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路２６ａを塞ぐように閉じた状態に保持する。
【００３４】
排気タービン式過給機（以下、単に過給機と記述する）２５は、排気通路２３ａを流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１０ａへの過給を行い、吸気の充填効率を高めるためのものである。この過給機２５は、コンプレッサー２５ａとこのコンプレッサー２５ａと一体に回転する排気タービン２５ｂとで主要部が構成されている。コンプレッサー２５ａは、スロットル弁２０よりも上流側に位置する吸気管１８の途中に組み込まれている。排気タービン２５ｂは、排気ポート１３ｂに連通するようにシリンダーヘッド１３に連結された排気管２３の途中に組み込まれている。なお、高温の排気にさらされる排気タービン２５ｂ側からの伝熱によりコンプレッサー２５ａを介して加熱される吸気温を低下させるため、コンプレッサー２５ａとスロットル弁２０との間の吸気通路１８ａの途中には、インタークーラー２５ｃが組み込まれている。また、上述したＥＧＲ管２６の一端は、排気タービン２５ｂよりも上流の排気管２３に接続している。
【００３５】
過給機２５の排気タービン２５ｂよりも下流側の排気通路２３ａを画成する排気管２３には、燃焼室１０ａ内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置１１が組み込まれている。本実施形態における排気浄化装置１１は、排気通路２３ａの上流側から順に酸化触媒コンバーター１１ａと、ＤＰＦ１１ｂと含むが、さらにＮＯX触媒などの他の触媒コンバーターを追加することも可能である。酸化触媒コンバーター１１ａは排気中の未燃成分を酸化分解させるためのものであり、ＤＰＦ１１ｂは排気中に含まれる粒子状物質を捕集してこれを無害化させるためのものである。
【００３６】
排気処理装置２８は、エンジン１０から排気浄化装置１１に導かれる排気を処理し、排気浄化装置１１の迅速な活性化および活性状態の保持を行うためのものであるが、ＤＰＦ１１ｂの再生処理（後述する）にも用いることができる。本実施形態における排気処理装置２８は、排気管２３と、バイパス管２９と、酸化触媒コンバーター３０と、燃料供給弁３１と、調整弁３２と、調整弁駆動モーター３３と、ＥＣＵ１５と、グロープラグ３４と、排気温センサー３５とを具えている。
【００３７】
バイパス管２９は、過給機２５の排気タービン２５ｂを迂回した状態で排気通路２３ａへと続くバイパス通路２９ａを画成し、下流端側が過給機２５の排気タービン２５ｂよりも下流側の排気通路２３ａの一部を占めるように配される。バイパス管２９の上流端は、排気管２３とＥＧＲ管２６の一端との接続部分よりも下流かつ排気タービン２５ｂよりも上流に位置するように、排気管２３にその外側から連結されている。これに対し、バイパス管２９の下流端側は、過給機２５の排気タービン２５ｂを通って排気浄化装置１１へと続く排気通路２３ａを画成する排気管２３の外側から内側に入り込んだ状態となっている。つまり、バイパス管２９の下流端側は、排気管２３の内周面との間に筒状の排気通路２３ａを画成する。
【００３８】
バイパス管２９の下流端には酸化触媒コンバーター（排気浄化装置１１の酸化触媒コンバーター１１ａと区別するため、以下、便宜的に補助酸化触媒と記述する）３０が連結されている。この補助酸化触媒３０は、排気通路２３ａの断面積よりも小さな断面積を有し、従って排気の一部がこの補助酸化触媒３０を通らずに通過することを可能にする。つまり、補助酸化触媒３０を通る排気の流速は、ここを通らない排気の流速よりも低速となり、補助酸化触媒３０を通る排気をさらに昇温させることが可能となる。なお、バイパス管２９の下流端部および補助酸化触媒３０は、排気管２３とバイパス管２９および補助酸化触媒３０との間に配されるスペーサー３６を介して排気管２３内に安定状態で保持されている。
【００３９】
この補助酸化触媒３０よりも上流側に位置するバイパス管２９の下流端部には、排気通路２３ａとバイパス通路２９ａとを連通する連通孔２９ｂが形成されている。
【００４０】
調整弁駆動モーター３３によって駆動される調整弁３２は、連通孔２９ｂおよびバイパス通路２９ａの開度を変更し得るようにバイパス管２９に取り付けられ、燃料供給弁３１から供給された燃料の一部を補助酸化触媒３０に導くことができるようになっている。つまり、この調整弁３２は連通孔２９ｂを全閉状態、つまりバイパス通路２９ａを全開とする図３中、二点鎖線で示す位置と、連通孔２９ｂを全開状態、つまりバイパス通路２９ａを全閉とする位置との間を移動することができる。以下、図３中、二点鎖線で示す連通孔２９ｂの全閉位置（バイパス通路２９ａの全開位置）を便宜的に全閉位置と記述し、図３中、実線で示す連通孔２９ｂの全開位置（バイパス通路２９ａの全閉位置）を便宜的に全開位置と記述する。これら２つの位置の間の途中の状態では、バイパス通路２９ａの上流端側から補助酸化触媒３０に導かれる排気と、排気タービン２５ｂを通って連通孔２９ｂからバイパス通路２９ａを通って補助酸化触媒３０に導かれる排気との割合が調整弁３２の開度に応じて調整される。
【００４１】
本発明における活性判定手段としての排気温センサー３５は、補助酸化触媒３０よりも下流かつ排気浄化装置１１よりも上流に位置する排気通路２３ａを流れる排気の温度を検出し、その検出情報をＥＣＵ１５に出力する。ＥＣＵ１５は、この排気温センサー３５からの検出信号に基づき、この排気温センサー３５にて検出される排気温が予め設定した温度ＴR、つまり排気浄化装置１１が活性状態にあるような温度となるように、調整弁３２の開度を設定する。具体的には、排気温Ｔnが設定温度ＴRよりも高い場合には排気通路２３ａから補助酸化触媒３０への排気の流入が増大するように調整弁３２の開度が大きく設定される。逆に、排気温Ｔnが設定温度ＴRよりも低い場合には連通孔２９ｂが絞られるように調整弁３２の開度が小さく設定される。このような排気温センサー３５に代えて排気浄化装置１１の温度を直接検出する触媒温度センサーを排気浄化装置１１の酸化触媒コンバーター１１ａとＤＰＦ１１ｂとの間に組み込むようにしてもよい。
【００４２】
燃料供給弁３１は、その先端のノズル３１ａが排気通路２３ａに位置するように排気管２３を貫通して取り付けられ、排気通路２３ａを流れる排気の流速が低い場合であって、排気浄化装置１１の活性化が必要な場合、連通孔２９ｂに向けて燃料を供給する。より具体的には、排気温センサー３５によって検出される温度が予め設定した温度ＴR以下の場合、車両の減速時およびアイドル運転時に燃料供給弁３１から所定量、つまり所定噴射圧の燃料が供給される。このため、ＥＣＵ１５は燃料噴射圧設定部１５ｈと、燃料供給弁駆動部１５ｉとを有する。燃料噴射圧設定部１５ｈは、運転状態判定部１５ａからのエンジン１０の負荷情報に基づいて燃料の噴射圧、つまり供給量を設定する。より具体的には、燃料供給弁駆動部１５ｉは、燃料供給弁３１がこの燃料噴射圧設定部１５ｈにて設定された噴射圧の燃料を排気通路２３ａに供給するように、燃料供給弁３１の作動を制御する。本発明の着火手段としてのグロープラグ３４は、ＥＣＵ１５によりオン／オフを制御される図示しないスイッチを介して図示しない車載電源に接続し、この燃料供給弁３１から供給された燃料の少なくとも一部を着火させることができるようになっている。
【００４３】
本発明における制御手段としてのＥＣＵ１５は、調整弁３２を駆動する本発明の調整弁駆動手段としての調整弁駆動モーター３３の作動を制御して調整弁３２の開度を規定する。このため、ＥＣＵ１５は調整弁開度設定部１５ｊと、調整弁駆動部１５ｋとを有する。調整弁開度設定部１５ｊは、運転状態判定部１５ａからの情報に基づいて調整弁３２の開度を設定する。より具体的には、調整弁駆動部１５ｋは、調整弁３２がこの調整弁開度設定部１５ｊにて設定された開度となるように、調整弁駆動モーター３３の作動を制御する。ＥＣＵ１５はまた、排気温センサー３５からの検出情報ならびにエンジン１０の負荷に基づいて燃料供給弁３１から供給される燃料の噴射圧およびグロープラグ３４の作動または作動停止ならびに調整弁３２の開度を規定する。
【００４４】
本実施形態におけるエンジン１０の負荷は、ＥＣＵ１５の運転状態判定部１５ａにて算出される。より具体的には、アクセル開度センサー１６によって検出されるアクセルペダル１４の踏み込み量と、クランク角センサー２２からの検出情報に基づいて算出されるエンジン回転数とに基づいてエンジン１０の負荷が算出される。つまり、上述したアクセル開度センサー１６およびクランク角センサー２２ならびに運転状態判定部１５ａが本発明における内燃機関の負荷を検出するための負荷検出手段として機能する。より具体的には、エンジン１０が低負荷になるほど連通孔２９ｂが絞られるように調整弁３２の開度を小さくすると共に燃料供給弁３１からの燃料の噴射圧を低くし、補助酸化触媒３０へ流入する燃料の供給量を低減させる。逆に、エンジン１０が高負荷になるほど排気通路２３ａから補助酸化触媒３０へ流入する排気および燃料の供給量が増大するように調整弁３２の開度を大きくすると共に燃料の噴射圧を高くする。このような制御を行うことにより、燃料の消費を従来のものよりも少なくすることが可能となる。
【００４５】
ＥＣＵ１５は、周知のワンチップマイクロプロセッサであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリおよび入出力インターフェースなどを含む。このＥＣＵ１５は、円滑なエンジン１０の運転がなされるように、上述したセンサー１６，２２，３５などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行う。そして、予め設定されたプログラムに従って燃料噴射弁１２，スロットル弁２０，ＥＧＲ弁２７，グロープラグ３４，燃料供給弁３１，調整弁３２などの作動を制御する。
【００４６】
従って、吸気通路１８ａから燃焼室１０ａ内に供給される吸気は、燃料噴射弁１２から燃焼室１０ａ内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、通常はピストン２１ａの圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置１１を通って排気管２３から大気中に排出される。この場合、排気中の未燃成分が酸化触媒コンバーター１１ａによって酸化分解され、粒子状物質がＤＰＦ１１ｂに捕捉され清浄化された状態となって大気中に排出されることとなる。
【００４７】
なお、ＤＰＦ１１ｂによって粒子状物質が捕捉され続けると、ＤＰＦ１１ｂが次第に目詰まりを起こすため、これを燃焼させてＤＰＦ１１ｂの目詰まりを解消させる必要がある。このためのＤＰＦの再生処理は、燃料噴射弁１２から噴射された累積燃料噴射量や、エンジン１０の累積運転時間や、ＤＰＦ１１ｂの上流側の排気圧と下流側の排気圧との差圧などの情報に基づき、ＥＣＵ１５のＤＰＦ再生処理部１５ｌにて行われる。ＤＰＦ再生処理部１５ｌは、ＤＰＦ１１ｂを再生するための燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量および燃料供給弁３１からの燃料の噴射圧を設定し、これを燃料噴射量設定部１５ｂおよび燃料噴射圧設定部１５ｈに出力する。
【００４８】
このような本実施形態における排気処理装置１１の作動手順を図５のフローチャートを用いて説明する。まず、Ｓ１１のステップにてＤＰＦ１１ｂの再生処理がなされているか否かを判定する。これは、ＤＰＦ再生処理部１５ｌからの情報などに基づいて判断することができる。
【００４９】
このＳ１１のステップにてＤＰＦ１１ｂの再生処理がなされていないと判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して車両が減速中であるか否かを判定する。これは図示しない車速センサーなどを用いて判断することが可能である。ここで、車両が減速中である、つまり排気通路２３ａを流れる排気の流速が低いと判断した場合には、Ｓ１３のステップに移行して排気温センサー３５にて検出される排気温Ｔnが予め設定された温度ＴR以下であるか否かが判定される。ここで、排気温Ｔnが予め設定された温度ＴR以下である、つまり排気浄化装置１１が活性状態ではないと判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行する。このＳ１４のステップでは、排気タービン２５ｂを通った排気および排気タービン２５ｂを迂回する排気が同時に補助酸化触媒３０に導かれる本発明における第３のステップが実行される。すなわち、ＥＣＵ１５の調整弁開度設定部１５ｊおよび燃料噴射圧設定部１５ｈに記憶されたマップから、検出された排気温Ｔnと判定温度ＴRとの差およびエンジン１０の負荷に応じた調整弁３２の開度および燃料供給弁３１からの燃料の噴射圧が読み出される。そして、設定された開度となるように調整弁３２が駆動されると共に燃料供給弁３１から燃料が供給され、さらにグロープラグ３４がオンとなってグロープラグ３４に対する通電がなされ、燃料の着火が行われる。
【００５０】
一方、Ｓ１２のステップにて車両が減速中ではないと判断した場合、Ｓ１５のステップに移行してアイドル運転中であるか否かが判定される。ここで、エンジン１０がアイドル運転中であると判断した場合には、先のＳ１３のステップに移行する。
【００５１】
また、Ｓ１３のステップにて排気温Ｔnが判定温度ＴRよりも高い、つまり排気浄化装置１１が活性状態にあると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行して調整弁３２を全開状態、つまりバイパス通路２９ａを全閉にする。さらに、燃料供給弁３１からの燃料の供給を停止すると共にグロープラグ３４をオフにしてグロープラグ３４に対する通電を遮断する。つまり、Ｓ１６のステップでは、排気タービン２５ｂを通った排気のみが補助酸化触媒３０に導かれる本発明の第１のステップが実行される。
【００５２】
Ｓ１５のステップにてエンジン１０がアイドル運転中ではないと判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行して排気温Ｔnが判定温度ＴR以下であるか否かが再び判定される。ここで、排気温Ｔnが予め設定された温度ＴR以下である、つまり排気浄化装置１１が活性状態にないと判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行する。このＳ１８のステップでは、排気タービン２５ｂを迂回する排気のみが補助酸化触媒３０に導かれる本発明における第２のステップが実行される。すなわち、調整弁３２が全閉状態に保持され、排気タービン２５ｂを迂回したバイパス通路２９ａからの高温の排気のみが補助酸化触媒３０へと導かれ、補助酸化触媒３０の活性化が効率よく行われる。この場合、排気通路２３ａを流れる排気の流速が比較的大きいので、グロープラグ３４がオフとなってグロープラグ３４に対する通電が遮断され、燃料供給弁３１からの燃料の供給も停止される。
【００５３】
Ｓ１７のステップにて排気温Ｔnが判定温度ＴRよりも高い、つまり排気浄化装置１１が活性状態にあると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行して調整弁３２を全開状態、つまりバイパス通路２９ａを全閉にする。さらに、燃料供給弁３１からの燃料の供給を停止すると共にグロープラグ３４をオフにしてグロープラグ３４に対する通電を遮断する。
【００５４】
一方、先のＳ１１のステップにてＤＰＦ１１ｂが再生処理中であると判断した場合には、Ｓ２０のステップに移行して排気温ＴnがＤＰＦ１１ｂの再生処理を行い得る最低の温度ＴBよりも低いか否かが判定される。ここで、排気温Ｔnが再生処理可能温度ＴBよりも低いと判断した場合には、Ｓ２１のステップに移行して調整弁３２が全開状態に保持され、グロープラグ３４をオフにすると共にグロープラグ３４に対する通電が遮断され、燃料供給弁３１からの燃料の供給がなされる。これにより、排気タービン２５ｂを通らない高温の排気を燃料と共にＤＰＦ１１ｂ側へ導いてＤＰＦ１１ｂをより迅速に再生処理可能な状態にすることができる。また、Ｓ２０のステップにて排気温Ｔnが再生処理可能温度ＴB以上である、すなわち排気処理装置２８を利用する必要がないと判断した場合には、何もせずに最初のステップに戻る。この場合、燃料噴射弁１２からの燃料の供給量を増大させることにより、排気中に含まれる余剰燃料を排気浄化装置１１へと導き、ＤＰＦ１１ｂに捕捉されている粒子状物質を燃焼させ、その目詰まりを解消する。
【００５５】
このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００５６】
１０  エンジン
１０ａ  燃焼室
１１  排気浄化装置
１１ａ  酸化触媒コンバーター
１１ｂ  ＤＰＦ
１２  燃料噴射弁
１３  シリンダーヘッド
１３ａ  吸気ポート
１３ｂ  排気ポート
１４  アクセルペダル
１５  ＥＣＵ
１５ａ  運転状態判定部
１５ｂ  燃料噴射量設定部
１５ｃ  燃料噴射弁駆動部
１５ｄ  スロットル開度設定部
１５ｅ  スロットル弁駆動部
１５ｆ  ＥＧＲ量設定部
１５ｇ  ＥＧＲ弁駆動部
１５ｈ  燃料噴射圧設定部
１５ｉ  燃料供給弁駆動部
１５ｊ  調整弁開度設定部
１５ｋ  調整弁駆動部
１５ｌ  ＤＰＦ再生処理部
１６  アクセル開度センサー
１７ａ  吸気弁
１７ｂ  排気弁
１８  吸気管
１８ａ  吸気通路
１８ｂ  サージタンク
１９  スロットルアクチュエーター
２０  スロットル弁
２１  シリンダーブロック
２１ａ  ピストン
２１ｂ  連接棒
２１ｃ  クランク軸
２２  クランク角センサー
２３  排気管
２３ａ  排気通路
２４  ＥＧＲ装置
２５  排気タービン式過給機
２５ａ  コンプレッサー
２５ｂ  排気タービン
２５ｃ  インタークーラー
２６  ＥＧＲ管
２６ａ  ＥＧＲ通路
２７  ＥＧＲ弁
２８  排気処理装置
２９  バイパス管
２９ａ  バイパス通路
２９ｂ  連通孔
３０  酸化触媒コンバーター（補助酸化触媒）
３１  燃料供給弁
３１ａ  ノズル
３２  調整弁
３３  調整弁駆動モーター
３４  グロープラグ
３５  排気温センサー
３６  スペーサー
ＴR  設定温度
Ｔn  排気温
ＴB  再生処理可能温度
【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】
2012026406.tif 000007