(57)【要約】【課題】燃料噴霧の着火ないしは燃焼をより安定して確実に行い燃焼性能を向上させることができるバーナー装置を備える内燃機関を提供する。【解決手段】排気ガス通路内に配置され、排気ガスの浄化を行う排気処理装置と、排気ガス通路内において排気処理装置よりも上流側に配置されたバーナー装置であって、排気ガス通路内に挿置され複数の空孔１４２Ｃを有する燃焼筒１４２と、燃焼筒内に燃料を供給する燃料供給手段１４４と、燃焼筒内に二次空気を供給する二次空気供給手段１４６と、着火手段１４８とを含むバーナー装置１４０と、燃焼筒内における空気と燃料との空燃比がリッチであり、燃焼筒外の排気ガス通路内における空気と燃料との空燃比がリーンとなるように、燃料供給手段から供給される燃料量及び二次空気供給手段から供給される二次空気量を制御する制御手段２００とを備える。【選択図】図１
2012241624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス通路内に配置され、排気ガスの浄化を行う排気処理装置と、
排気ガス通路内において、該排気処理装置よりも上流側に配置されたバーナー装置であって、排気ガス通路内に挿置され複数の空孔を有する燃焼筒と、該燃焼筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、該燃焼筒内に二次空気を供給する二次空気供給手段と、着火手段とを含むバーナー装置と、
前記燃焼筒内における空気と燃料との空燃比がリッチであり、前記燃焼筒外の排気ガス通路内における空気と燃料との空燃比がリーンとなるように、前記燃料供給手段から供給される燃料量及び前記二次空気供給手段から供給される二次空気量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするバーナー装置を備える内燃機関。
【請求項２】
前記複数の空孔を有する燃焼筒は、前記排気ガス通路内にその軸線に直交する形態でその全直径に亘って挿入されて配置され、前記複数の空孔が均一に形成された胴部を含むことを特徴とする請求項１に記載のバーナー装置を備える内燃機関。
【請求項３】
前記胴部のうち前記排気ガス通路内に挿入される部分の表面積をＳとするとき、表面積Ｓに対する前記複数の空孔の総開口面積の割合は、７５％以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナー装置を備える内燃機関。
【請求項４】
前記複数の空孔に堆積するすすの量を検出する手段を備え、前記検出手段により検出された量が所定値を超えるときは、前記二次空気供給手段から供給する二次空気を増量補正する補正制御手段を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバーナー装置を備える内燃機関。
【請求項５】
前記バーナー装置は、燃料を燃焼筒内に拡散させるように、前記燃料供給手段から供給された燃料が衝突する衝突部材を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバーナー装置を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に排気ガス温度上昇用のバーナー装置を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンなどの内燃機関では、機関本体で燃料が燃焼され、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯX）またはパティキュレート（ＰＭ）などを含む排気ガスが排出される。このような排気ガスを浄化するために、一酸化炭素、未燃炭化水素などを酸化するための酸化触媒、窒素酸化物を除去するためのＮＯX触媒、パティキュレートを除去するためのパティキュレートフィルタ等を含む排気処理装置が内燃機関に設けられている。
【０００３】
ところで、これらの排気処理装置は、それぞれの機能を発揮するためには、温度や還元剤の量などにおいて好適な運転条件を必要とする。内燃機関から排出される排気ガスの浄化が必要なときには、この運転条件を短時間に達成できることが好ましい。このために、内燃機関の排気ガス通路において、排気処理装置の上流側にバーナー装置を設け、該バーナー装置で生成された加熱ガスを利用して排気ガス温度を上昇させることによって、排気処理装置を処理可能な活性状態にする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載のバーナー装置は、燃料ノズルを備えた燃料／空気混合調整器と二重渦噴霧器とを具備した燃焼器ヘッドを有し、燃焼室に霧化した燃料／空気混合物を流入させて点火し、燃焼混合物を排気ガスに混合するようにしている。
【０００５】
この特許文献１に記載のバーナー装置では、その使用時は常に空気を供給する必要があることから、排気中の酸素を取り込むことによって空気を供給するための装置の小型化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この特許文献２に記載のバーナー装置は、排気中の酸素を取り込みバーナー燃焼室での燃焼を安定させるために、バーナー燃焼室に空気を供給する空気供給手段と、バーナー燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段と、バーナー燃焼室の混合気に点火する点火手段とを備え、バーナー燃焼室が排気通路内に突出した有底筒状体の内部に形成されると共に、有底筒状体の周面には排気通路を流通する排気をバーナー燃焼室に取り込む複数の排気取入口が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１６７２１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７０６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献２に記載のバーナー装置においては、有底筒状体の周面に設けられた複数の排気取入口から排気通路を流通する排気をバーナー燃焼室に取り込むことができることから、排気中の酸素をバーナー燃焼室に取り込みバーナー燃焼室での燃焼を安定させること、その結果、空気供給手段から供給すべき空気の量が削減でき、装置の小型化を図ることができるとしている。
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献２に記載のバーナー装置においては、バーナー燃焼室が有底筒状体の内部に形成され、これが排気通路内に突出されていることから、バーナー燃焼室で安定した燃焼が行われるとしても、この燃焼ガスの排気ガスへの拡散が必ずしも十分とはいえず、空気及び燃料の量が適切でないと着火性ないしは燃焼性が低下して安定した燃焼を維持することが困難となることが判明した。また、内燃機関においては、バーナー装置の下流に設けられた排気処理装置の状況によっては、バーナー装置における燃料の燃焼を伴わず、換言すると、空気の供給を停止して単に燃料のみを供給することが望ましい場合があり、このような場合に、排気通路内に突出された有底筒状体では、燃料の排気ガス主流への拡散が十分ではなく改善の余地があることが判明した。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑み、燃料噴霧の着火ないしは燃焼をより安定して確実に行い燃焼性能を向上させることができるバーナー装置を備える内燃機関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】
【００１１】
上記目的を達成する本発明に係るバーナー装置を備える内燃機関の一形態は、排気ガス通路内に配置され、排気ガスの浄化を行う排気処理装置と、排気ガス通路内において、該排気処理装置よりも上流側に配置されたバーナー装置であって、排気ガス通路内に挿置され複数の空孔を有する燃焼筒と、該燃焼筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、該燃焼筒内に二次空気を供給する二次空気供給手段と、着火手段とを含むバーナー装置と、前記燃焼筒内における空気と燃料との空燃比がリッチであり、前記燃焼筒外の排気ガス通路内における空気と燃料との空燃比がリーンとなるように、前記燃料供給手段から供給される燃料量及び前記二次空気供給手段から供給される二次空気量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この一形態によれば、燃焼筒内に燃料供給手段と二次空気供給手段と着火手段とを含むバーナー装置に対して、該燃焼筒内に複数の空孔を通して、機関から排出された排気ガスの一部が流入すると共に、残りの排気ガスはバーナー装置を迂回することになる。そして、この燃焼筒内に流入した排気ガスが含有している空気と燃料とを含み、燃焼筒内における空気と燃料との空燃比がリッチであり、燃焼筒外の排気ガス通路内における空気と燃料との空燃比がリーンとなるように、燃料供給手段から供給される燃料量と二次空気供給手段から供給される二次空気量とが制御手段によって制御され、このリッチ空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１０〜１４程度）の空気と燃料との混合気が着火手段により着火される。この結果、リッチ空燃比であることからその着火性及び燃焼性能が著しく向上する。そして、この燃焼筒内のリッチ空燃比の混合気は、高い酸素濃度である二次空気を含有しているので、安定して高い燃焼効率が実現される。さらに、着火された燃焼ガスは空燃比がリーンである燃焼筒外に複数の空孔を通して放出されるので、その燃焼性の高い火炎に酸素が十分に供給されて、消炎などを生ずることなく、燃料が完全燃焼される。
【００１３】
ここで、上記バーナー装置を備える内燃機関の一形態において、前記複数の空孔を有する燃焼筒は、前記排気ガス通路内にその軸線に直交する形態でその全直径に亘って挿入されて配置され、前記複数の空孔が均一に形成された胴部を含んでもよい。
【００１４】
この形態によれば、燃焼筒内から燃焼筒外に燃焼ガスが放出される際、この放出は、排気ガス通路の全直径に亘って軸線に直交する形態で挿入されて配置された胴部に均一に形成された複数の空孔を通して行われる。したがって、その燃焼ガスの火炎は空燃比がリーンである燃焼筒外の空気ないしは酸素に対し偏りなく接触するので、部分的に消炎することなく、より確実に完全燃焼される。
【００１５】
また、上記の形態において、前記胴部のうち前記排気ガス通路内に挿入される部分の表面積をＳとするとき、表面積Ｓに対する前記複数の空孔の総開口面積の割合は、７５％以下であることが好ましい。
【００１６】
この形態によれば、複数の空孔を通して燃焼筒内に過剰に排気ガスが流入することが防止されるので、燃焼筒内の空燃比を確実にリッチ雰囲気に維持することができる。
【００１７】
さらに、上記の形態は前記複数の空孔に堆積するすすの量を検出する手段を備え、前記検出手段により検出された量が所定値を超えるときは、前記二次空気供給手段から供給する二次空気を増量補正する補正制御手段を有してもよい。
【００１８】
この形態によれば、二次空気量が増量補正されるので、燃焼筒内でのガスの乱れが増大されてすすの除去が容易に行われる。
【００１９】
また、前記バーナー装置は、燃料を燃焼筒内に拡散させるように、前記燃料供給手段から供給された燃料が衝突する衝突部材を有することが好ましい。
【００２０】
この形態によれば、燃料の拡散性がさらに高められるので、燃焼性能がさらに向上される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、燃料噴霧の着火ないしは燃焼をより安定して確実に行い燃焼性能を向上させることができるバーナー装置を備える内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るバーナー装置を備える内燃機関の全体を示す概略模式図である。
【図２】バーナー装置の近傍構成を示し、（Ａ）はその第１の実施形態を排気管の軸線に沿って取った断面図、（Ｂ）は排気管の軸線に直交して取った断面図、（Ｃ）は第２の実施形態を排気管の軸線に沿って取った断面図、（Ｄ）はそれらの燃焼筒の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における、排気ガスの昇温制御ルーチンの第１の形態を示すフローチャートである。
【図４】上記の排気ガスの昇温制御ルーチンにおける排気ガスの昇温制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における、排気ガスの昇温制御ルーチンの第２の形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態における、排気ガスの昇温制御ルーチンの第３の形態を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態における、排気ガスの昇温制御ルーチンの第４の形態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】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るバーナー装置を備える内燃機関の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係るバーナー装置を備える内燃機関の全体を示す模式図である。以下においては、圧縮着火式の内燃機関であるディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。内燃機関は、エンジン本体１００を備え、エンジン本体１００は、各気筒の燃焼室１０２と、各燃焼室１０２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁１０４と、吸気マニホールド１０６と、排気マニホールド１０８とを含んでいる。
【００２５】
吸気マニホールド１０６は、吸気ダクト１１０を介してターボチャージャ１１２のコンプレッサ１１２aの出口に連結されている。コンプレッサ１１２aの入口は、エアフローメータ１１４を介してエアクリーナ１１６に連結されている。このエアフローメータ１１４により、エンジン本体１００に単位時間当たりに流入する吸入空気量（ないしは、排気ガス流量）が検出される。さらに、吸気ダクト１１０内には電動モータなどにより駆動される電制スロットルバルブ１１８が配置され、更に吸気ダクト１１０の周りには吸気ダクト１１０内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラー１２０が配置されている。なお、図１に示される実施形態では機関冷却水がインタークーラー１２０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２６】
一方、排気マニホールド１０８は、ターボチャージャ１１２の排気タービン１１２ｂの入口に連結されている。排気タービン１１２ｂの出口は、排気管１２２に接続されている。また、排気マニホールド１０８と吸気マニホールド１０６との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためのＥＧＲ通路１２４が配置されている。ＥＧＲ通路１２４内には電子制御式のＥＧＲバルブ１２６が配置されている。また、ＥＧＲ通路１２４の周りにはＥＧＲ通路１２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー１２８が配置されている。図１に示された実施形態では機関冷却水がＥＧＲクーラー１２８内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２７】
さらに、それぞれの燃料噴射弁１０４は、燃料供給管１３０を介してコモンレール１３２に連結されている。このコモンレール１３２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１３４を介して燃料タンク１３６に連結されている。燃料タンク１３６内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ１３４によってコモンレール１３２内に供給される。コモンレール１３２内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管１３０を介して燃料噴射弁１０４に供給される。
【００２８】
一方、排気タービン１１２ｂの出口よりも下流の排気管１２２においては、排気タービン１１２ｂの出口の下流にバーナー装置１４０が配置されている。このバーナー装置１４０は、後で詳述するが、燃焼筒１４２、排気ガス流に燃料を供給する燃料供給手段としての燃料供給弁１４４、燃料供給弁１４４に隣り合って設けられ、排気ガス流に二次空気を供給する二次空気供給手段としての二次空気供給弁１４６、及び燃料供給弁１４４から供給された燃料を着火させる着火手段としてのグロープラグ１４８を備えている。
【００２９】
さらに、バーナー装置１４０の下流は、排気ガス通路内に配置され排気ガスの浄化を行う排気浄化触媒としての酸化触媒（以下、ＤＯＣ(Diesel Oxidation Catalyst)とも称す）１６０に連結されている。ＤＯＣ１６０の下流の排気ガス通路内には、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ( DieselParticulate Filter)とも称す）１６２が配置されている。また、このＤＰＦ１６２の下流の排気ガス通路内には、図１に示される実施形態では、ＮＯｘ触媒として選択還元型ＮＯX触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）１６４が配置されると共に、その上流に後で詳述する尿素添加弁１６６が設けられている。選択還元型ＮＯX触媒１６４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属が担持されたものや、その基材表面にＣｕなどの遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ2Ｏ5／ＷＯ3／ＴｉＯ2）を担持させたものなどを例示することができる。選択還元型ＮＯX触媒１６４は、その触媒温度が活性温度域にあり、且つ、還元剤としての尿素が添加されているときに、ＮＯｘを還元浄化する。尿素が尿素添加弁１６６から噴射されて選択還元型ＮＯX触媒１６４に添加されると、触媒上でアンモニアが生成され、このアンモニアがＮＯｘと反応してＮＯｘが還元される。これらのＤＯＣ１６０、ＤＰＦ１６２および選択還元型ＮＯX触媒１６４は、排気を浄化する機能を有する排気処理装置を構成している。
【００３０】
ここで、ＤＯＣ１６０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。なお、ＮＯｘ触媒としては上述の選択還元型ＮＯX触媒１６４に替えて、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）を用いてもよい。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの酸素濃度が高いときは排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガス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を放出して還元する機能を有する。
【００３１】
なお、ＤＰＦ１６２は、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼により除去する連続再生式のものであってもよい。また、ＤＰＦ１６２は、少なくともＤＯＣ１６０の下流側であって、且つＮＯｘ触媒の上流側若しくは下流側に配置されてもよい。
【００３２】
さらに、バーナー装置１４０の上流にはそこに流入する排気ガスの温度を検出する第１の温度センサ１７１が配置されている。さらに、バーナー装置１４０の下流（ないしは、ＤＯＣ１６０の上流）には、バーナー装置１４０での燃焼性能を判定するために、そこの温度を検出する第２の温度センサ１７２が配置されている。また、酸化触媒１６０の下流には、排気処理装置の活性要求度を判定するために、酸化触媒１６０の温度を検出する第３の温度センサ１７３が配置されている。また、バーナー装置１４０の上流にはそこの圧力を検出する第１の圧力センサ１８１が配置されており、ＤＰＦ１６２の上下流には、ＤＰＦ１６２の上下流差圧を検出するために上流側の第２の圧力センサ１８２及び下流側の第３の圧力センサ１８３が取付けられている。
【００３３】
さらに、図１に示すように、エンジン本体１００の運転状態や運転者の要求等に応じて各種デバイスを制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）２００が併設されている。このＥＣＵ２００は、エンジン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を記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶する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るマイクロコンピュータを主体として構成されている。
【００３４】
ＥＣＵ２００には、上述した第１乃至第３の温度センサ１７１乃至１７３、第１乃至第３の圧力センサ１８１乃至１８３、及びエアフローメータ１１４の他、エンジン本体１００のクランク角を検出するクランク角センサ、アクセルペダルの踏み込み量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ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対応するＡＤ変換器を介してＥＣＵ２００の入力ポートに入力される。
【００３５】
一方、出力ポートは、対応する駆動回路を介して燃料噴射弁１０４、電制スロットルバルブ１１８の駆動用電動モータ、ＥＧＲバルブ１２６および燃料ポンプ１３４などに接続されている。さらに、出力ポートは、対応する駆動回路を介して燃料供給弁１４４、二次空気供給弁１４６、およびグロープラグ１４８及び尿素添加弁１６６を含む各種デバイスが電気配線を介して接続され、これらがＥＣＵ２００によって制御される。ＥＣＵ２００は、エアフローメータ１１４の出力値に基づいて吸入空気量（すなわち、排気ガス量）Ｇａを検出し、クランク角センサ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の出力値に基づいてエンジン本体１００への要求負荷を検出することができる。
【００３６】
本実施形態では、バーナー装置１４０を用いた排気ガスの昇温制御を実施する際に、ＥＣＵ２００が燃料供給弁１４４、二次空気供給弁１４６およびグロープラグ１４８を作動させる。すなわち、ＥＣＵ２００は、燃料供給弁１４４及び二次空気供給弁１４６を適宜開弁駆動（オン）し、燃料供給弁１４４及び二次空気供給弁１４６から適宜燃料及び二次空気を噴射、供給させる。またＥＣＵ２００は、グロープラグ１４８を適宜通電して十分な高温とする。
【００３７】
図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、バーナー装置１４０及びその近傍の排気管１２２の構成の第１の実施形態を説明する。この第１の実施形態においては、バーナー装置１４０は、円筒状の燃焼筒１４２を備え、この燃焼筒１４２の閉鎖された頭部１４２Ａに対して、燃料供給弁１４４、二次空気供給弁１４６及びグロープラグ１４８が配置されて構成されている。燃料供給弁１４４は単数又は複数の噴射口を有し、噴射口は筒状の燃焼筒１４２の中心部に向けて燃料を円錐状に噴射する様に形成されている。そして、本実施の形態において、燃料供給弁１４４から噴射される燃料は、エンジン本体１００の燃料である軽油である。但し、燃料については、この形態に限られず機関本体の燃料とは異なる燃料が供給されても構わない。
【００３８】
二次空気供給弁１４６は、燃料供給弁１４４に隣り合って設けられ、不図示のエアタンクやエアポンプなどのエア供給源に接続されている。
【００３９】
グロープラグ１４８は、燃料供給弁１４４から供給される燃料及び二次空気供給弁１４６から供給される空気を加熱ないしはそれらを着火するように配置されている。グロープラグ１４８は、先端の発熱部の温度が上昇するように形成されており、この先端の発熱部に燃料供給弁１４４から噴射される燃料が衝接するように、燃料供給弁１４４より噴射下流位置に配置されている。本実施の形態におけるグロープラグ１４８および燃料供給弁１４４は、それぞれが棒状に形成されており、燃料供給弁１４４からの燃料噴霧がグロープラグ１４８の先端発熱部に適切に到達するように、配置されている。グロープラグ１４８は、図示しない昇圧回路を経て車載の直流電源に接続されており、通電された際に先端の発熱部が発熱する。発熱部で発生した熱により、燃料供給弁１４４から供給された燃料を着火させて火炎を生じさせる。
【００４０】
そして、上述のバーナー装置１４０の円筒状の燃焼筒１４２における閉鎖された頭部１４２Ａの下方の胴部１４２Ｂには、複数の空孔１４２Ｃが均一に分布されて形成されている。なお、この複数の空孔１４２Ｃが形成されている胴部１４２Ｂは、図２（Ｂ）に示されるように、排気管１２２との両脇に断面上弦又は下弦形状の排気ガス通路１２２Ａ，１２２Ａを形成するように、排気管１２２内にその軸線に直交する形態で、その全直径に亘って挿入されて配置されている。そして、ここで用いられる排気管１２２と燃焼筒１４２のそれぞれの直径、及び空孔１４２Ｃの開口面積は、燃焼筒１４２の両側に形成される上述の排気ガス通路１２２Ａ，１２２Ａの通路断面積を考慮して、燃焼筒１４２内に過剰の排気ガスが流入しないように設定されている。例えば、燃焼筒１４２の胴部１４２Ｂのうち排気管１２２内に挿入される部分の表面積をＳとするとき、空孔１４２Ｃの総開口面積（１つの孔の開口面積×個数）は、当該表面積Ｓの７５％以下とするのが好ましい。
【００４１】
次に、この第１の実施形態におけるバーナー装置１４０による排気ガスの昇温制御について説明する。この第１の実施の形態において、エンジンが始動した後は、エンジンから排出された排気ガスの一部が燃料供給弁１４４、二次空気供給弁１４６、及びグロープラグ１４８を含むバーナー装置１４０の燃焼筒１４２に対して空孔１４２Ｃを通って流入すると共に、排気ガスの残りは燃焼筒１４２の両側に形成された排気ガス通路１２２Ａ，１２２Ａを通過する。そして、この燃焼筒１４２の両側の排気ガス通路１２２Ａ，１２２Ａを通過した排気ガスは、バーナー装置１４０から空孔１４２Ｃを通って放出される燃焼ガス（あるいは、後述するように供給燃料のみの場合もある）などと混合され、下流の排気処理装置に導かれることになる。
【００４２】
図３は、排気ガスの昇温制御ルーチンの第１の形態を示すフローチャートであり、本ルーチンは、ＥＣＵ２００により所定の時間毎に実行される。そこで、制御がスタートすると、ステップＳ３０１において、排気処理装置の排気浄化性能が要求浄化率を越えているか否かが判定される。この排気処理装置の排気浄化性能は、例えば、ＤＯＣ１６０の下流の第３の温度センサ１７３を用いて推定される。すなわち、第３の温度センサ１７３を用いてＤＯＣ１６０の出口の温度が床温度Ｔｃとして計測される。この計測された床温度Ｔｃが所定値未満の温度であるときには、酸化触媒１６０及びこれに代表される排気処理装置の温度が低く（すなわち、ライトオフ温度以下で）活性化されていないとみなされ、排気浄化性能は要求浄化率を下回っていると推定される。
【００４３】
したがって、ステップＳ３０１で要求浄化率を下回っている、すなわち、肯定判定されるときは、ステップＳ３０２に進み、バーナー装置１４０の作動条件が成立しているか否かが判定される。この作動条件が成立しているか否かは、例えば、バーナー装置１４０における燃料供給弁１４４、二次空気供給弁１４６が作動可能状態にあるか否か、及び、例えば、エンジンの始動などに伴い通電が開始され得るグロープラグ１４８が適切に温度上昇し着火可能状態にあるか否かなどで判断される。そして、バーナー装置１４０の作動条件が成立しているときは、ステップＳ３０３に進み、排気処理装置の排気浄化性能を要求浄化率よりも上回らせるべく、排気ガスの昇温制御がＥＣＵ２００において実行されることになる。なお、上述のステップＳ３０１、ステップＳ３０２において、否定判定されたときはこの昇温制御ルーチンは、一旦終了される。
【００４４】
この排気ガスの昇温制御の一例を図４のフローチャートを参照して説明する。上述のステップＳ３０３におけるような昇温制御実行の指令に基づき排気ガスの昇温制御がスタートすると、ステップＳ４０１において、エンジン本体１００から排出される排気ガス流量、排気ガス温度及び排気処理装置の温度が取得される。この排気ガス流量は、例えば、エアフローメータ１１４の出力値に基づく吸入空気量から排気ガス流量Ｇａとして求められ、排気ガス温度は、バーナー装置１４０の上流に設けられた第１の温度センサ１７１による排気ガス温度Ｔｇとして、及び排気処理装置の温度としては、例えば、上述の第３の温度センサ１７３により計測される酸化触媒１６０の床温度Ｔｃが求められる。そして、次のステップＳ４０２において、排気ガスの昇温のための必要熱量が算出される。この必要熱量は、排気ガス流量Ｇａ、バーナー装置１４０の上流の排気ガス温度Ｔｇとバーナー装置１４０の下流の酸化触媒１６０の床温度Ｔｃとの温度差、及び酸化触媒１６０の目標温度Ｔｔに基づいて算出される。さらに、ステップＳ４０３に進み、上記の必要熱量を満たすために燃料供給弁１４４から供給されるべき燃料の供給量ｑｆ、及び後述するように、燃焼筒１４２の内外において所定の空燃比を満たすために二次空気供給弁１４６から供給されるべき二次空気の供給量ｇaが決定される。
【００４５】
ここで、本実施形態において、バーナー装置１４０の燃焼筒１４２内における空気と燃料との空燃比がリッチで、燃焼筒１４２外の排気ガス通路内における空気と燃料との空燃比がリーンとなるように、上記の燃料供給量ｑｆ及び二次空気供給量ｇaを決定する方法について、簡単に説明しておく。今、エンジン本体１００の燃焼室１０２内に燃料噴射弁１０４によって単位時間当たりに噴射された燃料量を、噴射燃料量Ｑｆとする。そして、エンジン本体１００から排出され排気管１２２内を流れる排気ガスの一部が燃焼筒１４２内に流入する割合を流入比αとするとき、燃焼筒１４２の内外における空気量及び燃料量は、それぞれ、次のように表わされる。なお、この流入比αは燃焼筒１４２の胴部１４２Ｂの表面積に対して、そこに形成された空孔１４２Ｃの総開口面積の割合に依存する。
（１）  燃焼筒１４２内の空気量：Ｇa×α+ｇa
（２）  燃焼筒１４２内の燃料量：Ｑｆ×α+ｑｆ
（３）  燃焼筒１４２外の空気量：Ｇa+ｇa
（４）  燃焼筒１４２外の燃料量：Ｑｆ+ｑｆ
したがって、燃焼室１０２内の空燃比をリッチとするためには、上記の（１）及び（２）から、「（Ｇa×α+ｇa）／（Ｑｆ×α+ｑｆ）≦理論空燃比（例えば、＝１４．７）」を満たし、燃焼室１０２外の空燃比をリーンとするためには、上記の（３）及び（４）から、「（Ｇa+ｇa）／（Ｑｆ+ｑｆ）＞理論空燃比」を満たすように、燃料供給量ｑｆ及び二次空気供給量ｇaが決定される。これらの値は、上記式に基づいて算出するか、予め実験などにより求め、変数Ｇａ，Ｑｆに対応付けられてマップ化され、ＥＣＵ２００に保管されたテーブルから読み出される形態であってもよい。
【００４６】
このようにして、決定された燃料供給量ｑｆ及び二次空気供給量ｇaが、それぞれ、燃料供給弁１４４及び二次空気供給弁１４６から供給され、このリッチ空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１０〜１４程度）の空気と燃料との混合気がグロープラグ１４８により着火される。この燃焼筒１４２内はリッチ空燃比であることから、その着火性及び燃焼性能が著しく高い。そして、この燃焼筒１４２内のリッチ空燃比の混合気は、高い酸素濃度である二次空気を含有しているので、安定して高い燃焼効率が実現される。さらに、着火された燃焼ガスＦは、図２（Ｄ）に示すように、空燃比がリーンである燃焼筒１４２の外に複数の空孔１４２Ｃを通して放出されるので、その燃焼性の高い火炎に酸素が十分に供給されて、消炎などを生ずることなく、燃料が完全燃焼されるのである。
【００４７】
次に、図５のフローチャートを参照して、本発明の実施形態における、排気ガスの昇温制御ルーチンの第２の形態を説明する。この排気ガスの昇温制御ルーチンの第２の形態は、上記の第１の形態がエンジン本体１００の冷間時や触媒が暖機されずに活性度が低い場合に好適な昇温制御形態であったのに対し、ＤＰＦ１６２の再生のために好適な形態である。
【００４８】
そこで、昇温制御がスタートすると、ステップＳ５０１において、ＤＰＦ１６２の上下流に設けられている上流側の第２の圧力センサ１８２及び下流側の第３の圧力センサ１８３により検出された圧力に基づき、ＤＰＦ１６２の上下流の差圧が求められ、その差圧が所定値を超えているか否かにより、ＤＰＦ１６２の再生要求があるか否かが判定される。再生要求があるときはステップＳ５０２に進み、バーナー装置１４０の作動条件が成立しているか否かが判定される。この作動条件が成立しているか否かは、前述のように、例えば、バーナー装置１４０における燃料供給弁１４４、二次空気供給弁１４６が作動可能状態にあるか否か、及び例えばエンジンの始動などに伴い通電が開始されるグロープラグ１４８が適切に温度上昇し着火可能状態にあるか否かで判断される。そして、バーナー装置１４０の作動条件が成立するのを待って、ステップＳ５０３に進み、ＤＰＦ１６２に捕捉されているパーティキュレート（ＰＭ）の除去のための排気ガスの昇温制御がＥＣＵ２００において実行されることになる。この排気ガスの昇温制御は、前述の排気ガスの昇温制御ルーチンの第１の形態において、ステップＳ３０３で実行される図４に示した排気ガスの昇温制御と同じであるので、ここでの重複説明は行わない。
【００４９】
そして、ステップＳ５０３での排気ガスの昇温制御の後は、ステップＳ５０４に進み、ＤＰＦ１６２の再生が完了したか否かが判定される。この判定は、上述の上流側の第２の圧力センサ１８２及び下流側の第３の圧力センサ１８３により検出された圧力に基づく、ＤＰＦ１６２の上下流の差圧が所定値を下回ったか否かにより行えばよい。ステップＳ５０４において、ＤＰＦ１６２の再生が完了していないと否定判定されたときは、再度、ステップＳ５０２に戻り、上述の排気ガスの昇温制御がＤＰＦ１６２の再生が完了するまで実行される。そして、再生が完了したときにこの昇温制御ルーチンは一旦終了される。
【００５０】
次に、図６のフローチャートを参照して、本発明の実施形態における、排気ガスの昇温制御ルーチンの第３の形態を説明する。この排気ガスの昇温制御ルーチンの第３の形態は、上記の第２の形態と同様にＤＰＦ１６２の再生のために好適な形態であるが、バーナー装置１４０での燃焼を必ず伴う第２の形態に対し、バーナー装置１４０での燃焼を伴うことなくＤＰＦ１６２の再生のための昇温を可能にする制御ルーチンが付加されている点で異なるのみである。したがって、その相違点を重点的に説明する。
【００５１】
そこで、制御がスタートすると、ステップＳ６０１において、ＤＰＦ１６２の再生要求があるか否かが判定される。再生要求があるときはステップＳ６０２に進み、バーナー装置１４０の作動条件が成立しているか否かが判定される。そして、バーナー装置１４０の作動条件が成立しているときは、ステップＳ６０３に進み、ＤＰＦ１６２に捕捉されているパーティキュレート（ＰＭ）の除去のための上述のバーナー装置１４０での燃焼を伴う排気ガスの昇温制御がＥＣＵ２００において実行される。
【００５２】
一方、ステップＳ６０２において、バーナー装置１４０の作動条件が成立していないと判定されるとステップＳ６０５に進み、ＤＯＣ１６０がライトオフ温度（酸化触媒が作動可能な温度）以上か否かが判定される。ＤＯＣ１６０がライトオフ温度以上の場合には、燃料のみがＤＯＣ１６０に供給されても燃料の改質が行なわれ、例えば、ＨＣやＣＯ等の還元剤が生成される。そして、この還元剤の酸化反応熱によりＤＯＣ１６０延いてはＤＰＦ１６２の温度を素早く上昇させることができる。したがって、ＤＯＣ１６０がライトオフ温度以上の場合にはステップＳ６０６に進み、バーナー装置１４０において二次空気供給弁１４６からの二次空気の供給を伴わずに、燃料供給弁１４４からの燃料のみの供給が開始ないしは継続されて、ＤＰＦ１６２に捕捉されているパーティキュレート（ＰＭ）の除去のための排気ガスの昇温制御がＥＣＵ２００において実行される。そして、ステップＳ６０３でのバーナー装置１４０における燃料の燃焼を伴う排気ガスの昇温制御、又はステップＳ６０６での燃料の供給のみによる排気ガスの昇温制御の後は、ステップＳ６０４に進み、上記の第２の形態と同様にＤＰＦ１６２の再生が完了したか否かが判定される。
【００５３】
次に、図７のフローチャートを参照して、本発明の実施形態における、排気ガスの昇温制御ルーチンの第４の形態を説明する。この排気ガスの昇温制御ルーチンの第４の形態は、上記の第２及び第３の形態と異なり、すすによりバーナー装置などに閉塞が発生したときにその再生のための燃焼に好適な形態であるので。その相違点を重点的に説明する。
【００５４】
そこで、制御がスタートすると、ステップＳ７０１において、すす閉塞が発生しているか否かが判定される。その判定は、例えば、バーナー装置１４２の上流に設けられている上流側の第１の圧力センサ１８１及び下流側の第２の圧力センサ１８２により検出された圧力に基づき、バーナー装置１４２の上下流の差圧が求められ、その差圧が所定値を超えているか否かにより、すす閉塞、換言すると、バーナー装置１４２の空孔１４２Ｃがすすにより閉塞されていないかが判定される。すす閉塞の発生と判定されると、ステップＳ７０２に進み、このすすを除去するためのすす除去燃焼が実行される。このすす除去燃焼は、二次空気供給弁１４６から供給される単位時間当たりの二次空気の供給量ｇaに対し、所定の比率の二次空気量を加えることによる増量補正制御を伴って実行される。したがって、燃焼筒１４２内でのガスの乱れが増大されるので、すすの除去が容易に行われる。その後、ステップＳ７０３に進み、すす閉塞の除去が完了されたか否かが上述のバーナー装置１４２の上流に設けられている上流側の第１の圧力センサ１８１及び下流側の第２の圧力センサ１８２により検出された圧力の差圧に基づき判定される。そして、完了されていないと判定されると、再度、ステップＳ７０２に戻って、すす除去燃焼が除去の完了まで継続される。
【００５５】
なお、上記実施形態では、すす閉塞が発生しているか否かを上流側の第１の圧力センサ１８１及び下流側の第２の圧力センサ１８２により検出された圧力の差圧に基づき判定するようにしたが、かかる判定は、他の方法によってもよい。例えば、すすの発生量が多いエンジン本体１００の運転状態の累積時間や、上述のバーナー装置１４０において二次空気供給弁１４６からの二次空気の供給を伴わずに、燃料供給弁１４４からの燃料のみの供給により、ＤＰＦ１６２に捕捉されているパーティキュレート（ＰＭ）の除去のための排気ガスの昇温制御を行った場合における、この制御累積時間が所定値を超えたことによってもよい。
【００５６】
次に、図２（Ｃ）を参照して、バーナー装置１４０の近傍構成の第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態は、上述の第１の実施形態に対し、燃焼筒１４２内において燃料供給弁１４４から噴射供給される燃料が衝突する燃料衝突部材１４９が設けられた点において異なるのみであるから、同一構造部品には、図２（Ａ）及び（Ｂ）に用いたのと同一符号を付して重複説明を回避するものとする。すなわち、この第２の実施形態では、燃料供給弁１４４の出口からグロープラグ１４８（厳密には、先端の発熱部）を通過する延長上に燃焼筒１４２を横切る形態で、矩形板状の燃料衝突部材１４９が設けられている。
【００５７】
この構成によれば、燃料供給弁１４４から噴射供給された燃料の一部が矩形板状の燃料衝突部材１４９に衝突し燃焼筒１４２内に拡散されつつグロープラグ１４８に向って反射される一方、その残部は前述の第１の実施形態と同様に、円錐状に燃焼筒１４２に向って進む。したがって、燃焼筒１４２内での燃料の拡散性がさらに高められるので、グロープラグ１４８での着火性が向上すると共に、燃焼性能がさらに向上される。
【００５８】
なお、上記実施形態においては、着火手段としてグロープラグを採用したが、この形態に限られず、供給される燃料を着火することが出来る任意の着火装置を採用することができる。例えば、点火プラグまたはセラミックヒーターなどを採用してもよい。
【００５９】
また、本実施形態における排気処理装置としては、ＤＯＣ、ＤＰＦ，及びＮＯX触媒を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、排気を浄化するための任意の装置に本発明を適用することができる。また、それぞれの排気処理装置を単独または複数組み合わせて配置してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１００      エンジン本体
１４０      バーナー装置
１４２      燃焼筒
１４２Ｃ      空孔
１４４      燃料供給弁
１４６      二次空気供給弁
１４８      グロープラグ
１４９      燃料衝突部材
１６０      酸化触媒（ＤＯＣ）
１６２      パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
１６４      選択還元型ＮＯX触媒
１７１      第１の温度センサ
１７２      第２の温度センサ
１７３      第３の温度センサ
１８１      第１の圧力センサ
１８２      第２の圧力センサ
１８３      第３の圧力センサ
２００      電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【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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