(57)【要約】【課題】排気を触媒コンバーターの全域に拡散させるためのルーバー部材が排気通路に組み込まれている場合、排気の流動抵抗が増大する上に内燃機関の暖機終了までの時間が長くなって燃費が悪化する。【解決手段】本発明による内燃機関の排気処理装置は、エンジン１０の排気通路１８ａに配される排気処理部２１，２２と、排気通路を画成する壁面１８ｅ部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離する排気剥離領域Ｚ1，Ｚ2であって、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、排気処理部に対して排気を偏って流入させるか、または流入量を減少させる排気剥離領域と、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分に配され、当該壁面部分に沿った排気処理部側への気流を生じさせるためのプラズマアクチュエーター２３，３１とを具えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配される排気処理部と、
前記排気通路を画成する壁面部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離する排気剥離領域であって、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、前記排気処理部に対して排気を偏って流入させるか、または流入量を減少させる排気剥離領域と、
この排気剥離領域における排気通路の壁面部分に配され、当該壁面部分に沿った前記排気処理部側への気流を生じさせるためのプラズマアクチュエーターと
を具えていることを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
【請求項２】
前記排気剥離領域における排気通路の壁面部分は、排気の流れ方向に沿ったその断面形状が凸湾曲面を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項３】
前記排気通路を流れる排気の流量を取得するための手段と、
前記プラズマアクチュエーターに対する投入エネルギー量を制御するためのコントローラーと
をさらに具え、前記排気処理部は排気を浄化するための触媒コンバーターを含み、
前記コントローラーは、取得した排気の流量が多いほど前記プラズマアクチュエーターに対する投入エネルギー量を大きく制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項４】
前記触媒コンバーターの温度を取得するための手段をさらに具え、
前記コントローラーは、取得した触媒コンバーターの温度がその活性下限温度以上の場合、前記プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入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処理装置。
【請求項５】
前記排気処理部は排気を浄化するための触媒コンバーターを含み、内燃機関の排気処理装置は、
前記触媒コンバーターの温度を取得するための手段と、
前記プラズマアクチュエーターに対する投入エネルギー量を制御するためのコントローラーと
をさらに具え、前記コントローラーは、取得した触媒コンバーターの温度がその活性下限温度以上の場合、前記プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項６】
前記コントローラーは、取得した触媒コンバーターの温度がその上限温度以下の場合、前記プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項７】
排気の流れ方向に沿って前記触媒コンバーターの一部を囲む筒状の断熱仕切り部が前記触媒コンバーターに形成され、この断熱仕切り部によって囲まれた領域は、前記排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、排気が偏って流入する領域を含むことを特徴とする請求項３から請求項６の何れかに記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項８】
前記断熱仕切り部の排気の流れ方向に沿った長さは、前記触媒コンバーターの排気の流れ方向に沿った長さよりも短く、排気の流れ方向に沿った前記断熱仕切り部の上流側端部が排気の流れ方向に沿った前記触媒コンバーターの上流側端部に位置していることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項９】
前記断熱仕切り部が空気層にて形成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項１０】
取得される前記触媒コンバーターの温度は、前記排気剥離領域によって排気が偏って流入させられる領域とは異なる領域の温度であることを特徴とする請求項４から請求項６の何れかか、請求項４から請求項６の何れかに従属する請求項７か、請求項８または請求項９の何れかに記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項１１】
排気中に含まれる微粒子を捕捉するためのパティキュレートフィルターをさらに具え、このパティキュレートフィルターは前記触媒コンバーターよりも下流側に配されていることを特徴とする請求項３から請求項１０の何れかに記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項１２】
前記排気通路は排気の流れ方向に沿って延在する仕切り壁によって２つに分岐し、前記排気処理部は分岐した一方の排気通路に配されてこの一方の排気通路を流れる排気と内燃機関の冷却水との間で熱交換を行うための排熱回収器を含み、前記排気剥離領域は前記排気通路の分岐部分に位置し、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、前記一方の排気通路への排気の流入量を減少させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項１３】
内燃機関の冷却水の温度を取得する水温センサーをさらに具え、
前記コントローラーは、取得した冷却水の温度があらかじめ設定した温度よりも低い場合、前記プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項１４】
内燃機関からの排気を浄化するための触媒コンバーターよりも上流側の排気通路を画成する壁面部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離することにより、前記排気処理部に対して排気を偏って流入させる排気剥離領域を有し、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分にこの排気通路の壁面に沿った気流を生成させるプラズマアクチュエーターを配して当該排気通路の壁面からの排気の剥離を抑制するようにした内燃機関の排気処理方法であって、
前記触媒コンバーターの温度を取得するステップと、
取得した触媒コンバーターの温度がこの触媒コンバーターの活性下限温度以上の場合に前記プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入するステップと
を具えたことを特徴とする内燃機関の排気処理方法。
【請求項１５】
内燃機関からの排気を浄化するための触媒コンバーターよりも上流側の排気通路を画成する壁面部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離することにより、前記触媒コンバーターに対して排気を偏って流入させる排気剥離領域を有し、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分にこの排気通路の壁面に沿った気流を生成させるプラズマアクチュエーターを配して当該排気通路の壁面からの排気の剥離を抑制するようにした内燃機関の排気処理方法であって、
排気流量を取得するステップと、
取得した排気流量が多いほどより大きなエネルギーを前記プラズマアクチュエーターに与えて排気を前記触媒コンバーターに対して拡散させた状態で流入させるステップと
を具えたことを特徴とする内燃機関の排気処理方法。
【請求項１６】
前記触媒コンバーターの温度を取得するステップをさらに具え、
排気を前記触媒コンバーターに対して拡散させた状態で流入させる前記ステップは、取得した触媒コンバーターの温度がこの触媒コンバーターの活性下限温度以上の場合に実行されることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気処理方法。
【請求項１７】
前記排気剥離領域における前記排気通路の壁面部分は、排気の流れ方向に沿ったその断面形状が凸湾曲面を含むことを特徴とする請求項１４から請求項１６の何れかに記載の内燃機関の排気処理方法。
【請求項１８】
排気の流れ方向に沿って前記触媒コンバーターの一部を囲む筒状の断熱仕切り部が前記触媒コンバーターに形成され、この断熱仕切り部によって囲まれた領域は、前記排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、排気が偏って流入する領域を含み、
取得した触媒コンバーターの温度がその活性下限温度よりも低い場合、排気の大部分が前記断熱仕切り部によって囲まれた前記触媒コンバーターの領域に導かれるようになっていることを特徴とする請求項１４から請求項１７の何れかに記載の内燃機関の排気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気を処理するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両をコンパクト化させようとすると、車両に搭載される補機類の設置スペースに制約が生じ、各種配管経路なども大きく屈曲させなければならない。例えば、車両に搭載された内燃機関から排出される排気を導く排気通路には、過給機の排気タービンや、排気浄化装置の触媒コンバーターや、消音器などが密に配されるため、これらを接続する排気管を大きく屈曲させる必要が生ずる。
【０００３】
ところで、排気浄化装置の触媒コンバーターの通路断面積は、排気の浄化効率を高めるために排気管の通路断面積に対して数倍程度にも達する場合がある。このような触媒コンバーターの浄化性能を最大限有効にするためには、ここに流入する排気を触媒コンバーターの端面全域に拡散させて排気の空間速度を低くすることが必要である。このため、触媒コンバーターを収容する大径のケーシングと、これに接続する小径の排気管とは、排気拡散用のコーンと呼称されるテーパー状の部材を介して連結される。
【０００４】
しかしながら、上述した車両のコンパクト化に伴い、テーパー状の部材の寸法が極めて短くなる傾向にある。また、排気管からこのテーパー状の部材に流入する排気の流れ方向に対し、触媒コンバーターを通過する排気の流れ方向が大きく異なってしまうことも少なくない。このような場合、小径の排気管からテーパー状の部材を介して触媒コンバーターへと排気通路の壁面に沿って流動する排気が排気管とテーパー状の部材との接続部分にて排気通路の壁面から剥離してしまう。結果として、テーパー状の部材を通過する排気が余り拡散することなく触媒コンバーターの一部の領域にのみ流入し、この触媒コンバーターの浄化性能を最大限有効にすることができなくなってしまう。
【０００５】
このような不具合を解消するため、触媒コンバーターの入り側となる排気管内にルーバー部材を組み入れて排気の流れ方向を強制的に拡散させるようにした技術が特許文献１にて提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９３７１９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されたようなルーバー部材を排気通路に組み入れた場合、通路抵抗が増大する上に内燃機関の暖機時にルーバー部材が排気に含まれる熱を吸収する結果、暖機終了までの時間が延びて燃費の悪化を招来する。
【０００８】
本発明の目的は、排気管から触媒コンバーターへの排気の流れ方向が急激に屈曲するような構成であっても、特許文献１の如き通路抵抗を増大させることなく、排気を触媒コンバーターの全域に拡散させることができる排気処理装置を提供することにある。
【０００９】
また、排気管の急激な屈曲によって排気処理部への排気の流入量が減少してしまうような場合であっても、通路抵抗を増大させることなく、排気の流入量の低減を少なくとも阻止し得る排気処理装置を提供することも本発明の目的に含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態は、内燃機関の排気通路に配される排気処理部と、前記排気通路を画成する壁面部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離する排気剥離領域であって、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、前記排気処理部に対して排気を偏って流入させるか、または流入量を減少させる排気剥離領域と、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分に配され、当該壁面部分に沿った前記排気処理部側への気流を生じさせるためのプラズマアクチュエーターとを具えていることを特徴とする内燃機関の排気処理装置にある。
【００１１】
本発明においては、プラズマアクチュエーターが作動すると、排気剥離領域における排気通路の壁面部分に沿って排気処理部側へと気流が発生する。これにより、排気剥離領域における排気通路の壁面部分に沿って流動する排気がこの気流に引きずられて排気通路の壁面部分から剥離することなく流動し、排気処理部に対し拡散状態で流入するか、または排気処理部への排気の流入量の減少が抑制される。
【００１２】
本発明による内燃機関の排気処理装置において、排気剥離領域における排気通路の壁面部分は、排気の流れ方向に沿ったその断面形状が凸湾曲面を含むものであってよい。
【００１３】
内燃機関の排気処理装置が排気通路を流れる排気の流量を取得するための手段と、プラズマアクチュエーターに対する投入エネルギー量を制御するためのコントローラーとをさらに具え、排気処理部が排気を浄化するための触媒コンバーターを含み、コントローラーは、取得した排気の流量が多いほどプラズマアクチュエーターに対する投入エネルギー量をより大きく制御するものであってよい。この場合、内燃機関の排気処理装置が触媒コンバーターの温度を取得するための手段をさらに具え、取得した触媒コンバーターの温度がその活性下限温度以上の場合、コントローラーはプラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することが好ましい。なお、プラズマアクチュエーターに投入されるエネルギー量の制御形態としては、印加電圧や駆動周波数の変更を挙げることができる。
【００１４】
排気処理部が排気を浄化するための触媒コンバーターを含み、この内燃機関の排気処理装置が触媒コンバーターの温度を取得するための手段と、プラズマアクチュエーターに対する投入エネルギー量を制御するためのコントローラーとをさらに具え、このコントローラーは、取得した触媒コンバーターの温度がその活性下限温度以上の場合、プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入するものであってよい。
【００１５】
取得した触媒コンバーターの温度がその上限温度以下の場合、コントローラーはプラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することが好ましい。なお、ここで言う触媒コンバーターの上限温度とは、熱による触媒コンバーターの劣化や溶損などが生じないような最高温度を意味している。従って、この上限温度を越えると触媒コンバーターの劣化や溶損などが始まると解することができよう。
【００１６】
排気の流れ方向に沿って触媒コンバーターの一部を囲む筒状の断熱仕切り部を触媒コンバーターに形成することができる。この断熱仕切り部によって囲まれた領域は、排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することによって排気が偏って流入する領域であることが好ましい。取得した触媒コンバーターの温度がその活性下限温度よりも低い場合、排気の大部分を断熱仕切り部によって囲まれた領域に導くようにしてもよい。この場合、断熱仕切り部の排気の流れ方向に沿った長さを触媒コンバーターの排気の流れ方向に沿った長さよりも短くし、排気の流れ方向に沿った断熱仕切り部の上流側端部を排気の流れ方向に沿った触媒コンバーターの上流側端部に位置させることが好ましい。
【００１７】
なお、この明細書において、「上流」または「上流側」という記述は、内燃機関の燃焼室に近づく方を意味し、逆に「下流」または「下流側」という記述は、内燃機関の燃焼室から遠ざかる方を意味する。
【００１８】
断熱仕切り部を空気層にて形成することができる。
【００１９】
取得される触媒コンバーターの温度は、小径部からの排気が排気剥離領域によって流入させられる領域とは異なる領域の温度であることが好ましい。
【００２０】
内燃機関の排気処理装置が排気中に含まれる微粒子を捕捉するためのパティキュレートフィルターをさらに具え、このパティキュレートフィルターは触媒コンバーターよりも下流側に配されることが好ましい。
【００２１】
排気の流れ方向に沿って延在する仕切り壁によって２つに分岐したうちの一方の排気通路に排気処理部を配し、この排気処理部は、一方の排気通路を流れる排気と内燃機関の冷却水との間で熱交換を行うための排熱回収器を含むことができる。この場合、排気剥離領域は排気通路の分岐部分に位置し、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、一方の排気通路への排気の流入量を減少させる。また、内燃機関の排気処理装置は内燃機関の冷却水の温度を取得する水温センサーをさらに具え、取得した冷却水の温度があらかじめ設定した温度よりも低い場合、コントローラーはプラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することが好ましい。
【００２２】
仕切り壁に対して垂直な方向に沿った、一方の排気通路を画成する壁面部分から仕切り壁までの間隔を、仕切り壁に対して垂直な方向に沿った、一方の排気通路を画成する壁面部分から分岐直前の排気通路を画成する壁面までの間隔よりも短く設定することが好ましい。
【００２３】
排気処理部を排気通路に沿って直列に複数配し、上流側の排気処理部が上述した触媒コンバーターを含み、下流側の排気処理部が上述した排熱回収器を含むものであってよい。
【００２４】
本発明の第２の形態は、内燃機関からの排気を浄化するための触媒コンバーターよりも上流側の排気通路を画成する壁面部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離することにより、前記排気処理部に対して排気を偏って流入させる排気剥離領域を有し、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分にこの排気通路の壁面に沿った気流を生成させるプラズマアクチュエーターを配して当該排気通路の壁面からの排気の剥離を抑制するようにした内燃機関の排気処理方法であって、前記触媒コンバーターの温度を取得するステップと、取得した触媒コンバーターの温度がこの触媒コンバーターの活性下限温度以上の場合に前記プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第３の形態は、内燃機関からの排気を浄化するための触媒コンバーターよりも上流側の排気通路を画成する壁面部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離することにより、前記触媒コンバーターに対して排気を偏って流入させる排気剥離領域を有し、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分にこの排気通路の壁面に沿った気流を生成させるプラズマアクチュエーターを配して当該排気通路の壁面からの排気の剥離を抑制するようにした内燃機関の排気処理方法であって、排気流量を取得するステップと、取得した排気流量が多いほどより大きなエネルギーを前記プラズマアクチュエーターに与えて排気を前記触媒コンバーターに対して拡散させた状態で流入させるステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第３の形態による内燃機関の排気処理方法において、触媒コンバーターの温度を取得し、取得した触媒コンバーターの温度がこの触媒コンバーターの活性下限温度以上の場合、排気を触媒コンバーターに対して拡散させた状態で流入させるステップを実行することが好ましい。
【００２７】
排気剥離領域における排気通路の壁面部分は、排気の流れ方向に沿ったその断面形状が凸湾曲面を含むものであってよい。
【００２８】
排気の流れ方向に沿って触媒コンバーターの一部を囲む筒状の断熱仕切り部を触媒コンバーターに形成してもよい。この断熱仕切り部によって囲まれた領域は、排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気が剥離することにより、排気が偏って流入する領域となる。
【００２９】
本発明の第４の形態は、排気の流れ方向に沿って延在する仕切り壁によって排気通路が２つに分岐し、分岐した一方の排気通路にこの一方の排気通路を流れる排気と内燃機関の冷却水との間で熱交換を行うための排熱回収器が配され、排気の一部が前記一方の排気通路に流入する際に、排気通路を画成する壁面部分に沿って流れる排気がこの壁面部分から剥離することにより、一方の排気通路への排気の流入量を減少させる排気剥離領域を前記排気通路の分岐部分に有し、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分にこの排気通路の壁面に沿った気流を生成させるプラズマアクチュエーターを配して当該排気通路の壁面からの排気の剥離を抑制するようにした内燃機関の排気処理方法であって、内燃機関の冷却水の温度を取得するステップと、取得した冷却水の温度があらかじめ設定した温度よりも低い場合、前記プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを与えて前記一方の排気通路への排気の流入を促進させるステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の第４の形態による内燃機関の排気処理方法において、仕切り壁に対して垂直な方向に沿った、一方の排気通路を画成する壁面部分から仕切り壁までの間隔を、仕切り壁に対して垂直な方向に沿った、一方の排気通路を画成する壁面部分から分岐直前の排気通路を画成する壁面までの間隔よりも短く設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の内燃機関の排気処理装置によると、プラズマアクチュエーターによって排気剥離領域における排気通路の壁面部分から排気を剥離させることなく、この排気剥離領域における排気通路の壁面部分に沿って流動させることができる。結果として排気剥離領域から排気処理部へと流入する排気を拡散させ、排気処理部の全域へと通路抵抗の増大なく流入させることができる。あるいは、排気処理部への排気の流入量の減少を抑制または阻止するか、排気処理部への排気の流入量を増大させることができる。
【００３２】
プラズマアクチュエーターが配される排気剥離領域における排気通路の壁面部分の排気の流れ方向に沿った断面形状が凸湾曲面を含む場合、本発明の効果を顕著に得ることができる。
【００３３】
排気処理部が排気を浄化するための触媒コンバーターを含む場合、取得した排気の流量が多いほどプラズマアクチュエーターに対する投入エネルギー量を大きく制御することによって、排気を常に触媒コンバーターの全域へと流入させることができる。
【００３４】
取得した触媒コンバーターの温度がその活性下限温度以上の場合にのみプラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することにより、プラズマアクチュエーターの無駄なエネルギー消費を回避することができる。しかも、触媒コンバーターの一部をより迅速に活性下限温度以上に昇温させ、内燃機関の暖機時での排気の浄化を促進させることが可能となる。
【００３５】
取得した触媒コンバーターの温度がその上限温度以下の場合にのみプラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することにより、プラズマアクチュエーターの無駄なエネルギー消費を回避することができる。
【００３６】
触媒コンバーターの温度がその活性下限温度よりも低い場合にのみ排気の大部分を断熱仕切り部によって囲まれた触媒コンバーターの領域に導くことにより、プラズマアクチュエーターの無駄なエネルギー消費を回避することができる。しかも、触媒コンバーターの一部をより迅速に活性下限温度以上に昇温させ、内燃機関の暖機時での排気の浄化を促進させることが可能となる。
【００３７】
断熱仕切り部の長さを触媒コンバーターの長さよりも短くし、断熱仕切り部の上流側端部を触媒コンバーターの上流側端部に位置させた場合、暖機時には断熱仕切り部によって囲まれた触媒コンバーターの領域のみを使用して内燃機関の暖機を早めることができる。また、暖機時以外には触媒コンバーターの全域を有効に使用することが可能となる。
【００３８】
断熱仕切り部を空気層にて形成する場合、断熱仕切り部は単なる空隙であってよいので、断熱仕切り部を触媒コンバーターに極めて容易に形成することができる。
【００３９】
小径部からの排気が排気剥離領域によって流入させられる領域とは異なる触媒コンバーターの領域の温度を取得した場合、この領域を含む触媒コンバーターの通路断面全体が活性下限温度以上であると推定することができる。
【００４０】
排気中に含まれる微粒子を捕捉するためのパティキュレートフィルターを触媒コンバーターの下流側に配した場合、触媒コンバーターの暖機を促進させることができる。しかも、排気に含まれる煤がプラズマアクチュエーターの作動によって酸化されるため、触媒コンバーターを通ってパティキュレートフィルターに流入する排気に含まれる煤の量が少なくなり、パティキュレートフィルターの再生処理の頻度を下げることか可能となる。
【００４１】
仕切り壁によって２つに分岐した排気通路の一方に排気処理部を配し、この一方の排気通路を流れる排気と内燃機関の冷却水との間で熱交換を行うための排熱回収器を含む場合、内燃機関の冷却水の昇温速度を早めて暖機に要する時間を短縮化させることができる。
【００４２】
取得した冷却水の温度があらかじめ設定した温度よりも低い場合、プラズマアクチュエーターに対してエネルギーを投入することによって、プラズマアクチュエーターの無駄なエネルギー消費を回避することができる。
【００４３】
一方の排気通路を画成する壁面部分から仕切り壁までの間隔を、一方の排気通路を画成する壁面部分から分岐直前の排気通路を画成する壁面までの間隔よりも短く設定した場合、内燃機関の暖機終了後に排熱回収器側へ排気の一部を流入させにくくすることができる。これにより、冷却水の不必要な温度上昇を抑制することが可能となる。
【００４４】
排気処理部を排気通路に沿って直列に複数配し、上流側の排気処理部が触媒コンバーターを含み、下流側の排気処理部が排熱回収器を含む場合、内燃機関の暖機時に触媒コンバーターの早期活性化と早期暖機終了とを達成することができる。
【００４５】
本発明の第２の形態の内燃機関の排気処理方法によると、触媒コンバーターの温度が活性下限温度以上の場合、プラズマアクチュエーターにエネルギーを投入するようにしたので、無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。
【００４６】
本発明の第３の形態の内燃機関の排気処理方法によると、排気剥離領域から触媒コンバーターに流入する排気をその流量にかかわらず拡散させて排気処理部の全域へと通路抵抗の増大なく流入させることができる。
【００４７】
本発明の第４の形態の内燃機関の排気処理方法によると、冷却水の温度が低い場合にプラズマアクチュエーターにエネルギーを投入するようにしたので、冷却水の昇温速度を早めて内燃機関の暖機に要する時間を短縮化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関が搭載された車両に応用した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主要部の制御ブロック図である。
【図３】図１に示した実施形態における排気処理部の抽出拡大断面図である。
【図４】図３に示した第１の排気剥離領域の一部をさらに抽出拡大して模式的に表す電気回路構成図である。
【図５】排気流量とプラズマアクチュエーターに対する印加電圧との関係を模式的に表すマップである。
【図６】触媒コンバーターの温度変化を模式的に表すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態における排気処理部の抽出拡大断面図である。
【図８】触媒コンバーターに関するプラズマアクチュエーターに対する制御手順を表すフローチャートである。
【図９】排熱回収器のためのプラズマアクチュエーターに対する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】
【００４９】
本発明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９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。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火方式の内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００５０】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを概略的に図２に示す。なお、図１にはエンジン１０の補機として一般的な排気ターボ式過給機やＥＧＲ装置などが省略されている。また、エンジン１０の円滑な運転のために必要とされる各種センサー類もその一部が便宜的に省略されていることに注意されたい。
【００５１】
本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油またはバイオ燃料あるいはこれらの混合燃料を燃料噴射弁１１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、自然着火させる自着火方式、すなわち圧縮点火式の多気筒内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。
【００５２】
燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂが形成されたシリンダーヘッド１２には、吸気ポート１２ａを開閉する吸気弁１３および排気ポート１２ｂを開閉する排気弁１４を含む動弁機構が組み込まれている。燃焼室１０ａの上端中央に臨む先の燃料噴射弁１１は、吸気弁１３および排気弁１４に挟まれるようにシリンダーヘッド１２に組み付けられている。
【００５３】
シリンダーヘッド１２の吸気ポート１２ａに接続する吸気管１５は、吸気ポート１２ａと共に吸気通路１５ａを画成する。吸気管１５の上流側には、エアーフローメーター１６が取り付けられ、これによって検出された吸気流量に関する情報がＥＣＵ１７に出力される。本実施形態では、エアーフローメーター１６を本発明における排気流量を取得するための手段として用いているが、追加のエアーフローメーターを後述する排気通路１８ａに設けたり、エンジン回転数と吸気温と吸気圧とから排気流量を算出することも可能である。あるいは、排気流量に代えて排気流速を取得するようにしてもよい。
【００５４】
本発明におけるコントローラーとしてのＥＣＵ１７は、周知のマイクロプロセッサーに加え、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリーおよび入出力インターフェースなども含む。本実施形態におけるＥＣＵ１７は、エアーフローメーター１６および後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１７ａを有する。
【００５５】
排気ポート１２ｂに連通するようにシリンダーヘッド１２に連結される排気管１８は、排気ポート１２ｂと共に排気通路１８ａを画成する。排気通路１８ａの下流端側に配された図示しない消音器よりも上流側の排気通路１８ａには、排気浄化装置１９と、排熱回収器２０とが排気通路１８ａの上流側から順に配されている。
【００５６】
排気浄化装置１９および排熱回収器２０の部分を抽出拡大して図３に示し、本実実施形態におけるプラズマアクチュエーターの概略構成を図４に示す。
【００５７】
本実施形態における排気浄化装置１９は、本発明における第１排気処理部としてのディーゼル酸化触媒コンバーター(ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalytic converter)２１と、その下流側に配されるディーゼルパティキュレートフィルター(ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter)２２とを含む。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ＤＯＣ２１および排気中に含まれる微粒子を捕捉するためのＤＰＦ２２以外の他の触媒コンバーターを排気浄化装置１９にさらに組み入れることも可能である。
【００５８】
なお、本発明を火花点火方式の内燃機関に応用した場合、ＤＯＣ２１に代わる本発明の第１の排気処理部としては小型三元触媒が一般的となろう。
【００５９】
ＤＯＣ２１の直近の排気通路１８ａの上流側には、第１の排気剥離領域Ｚ1がある。この第１の排気剥離領域Ｚ1は、排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅ部分に沿って流れる排気がこの壁面１８ｅ部分から剥離し、これによって排気をＤＯＣ２１の上流側端面２１ａに対して偏って流入させるような領域である。通常、この第１の排気剥離領域Ｚ1は、排気管１８の通路断面積が急激に増大するコーン部１８ｂの上流端側にあり、この第１の排気剥離領域Ｚ1における排気通路１８ａの壁面１８ｅ部分は、排気の流れ方向に沿ったその断面形状が図３に示す如き凸湾曲面を含む。
【００６０】
第１の排気剥離領域Ｚ1における排気通路１８ａの壁面１８ｅ部分には、当該壁面１８ｅ部分に沿ったＤＯＣ２１側への気流を生じさせるための第１のプラズマアクチュエーター２３が配されている。この第１のプラズマアクチュエーター２３の原理や基本的構成などについては特許文献２などで公知であるが、以下に簡単に説明する。本実施形態における第１のプラズマアクチュエーター２３は、第１の電極２３ａ群と、第２の電極２３ｂ群と、誘電体層２３ｃと、絶縁層２３ｄとで主要部が構成され、さらにインバーター２４や第１開閉器２５などを含む。第１の電極２３ａ群は排気通路１８ａ側に面する薄膜状の誘電体層２３ｃの一方の表面に一定間隔で配列し、第２の電極２３ｂ群は排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅ側に面する誘電体層２３ｃの他方の表面に第１の電極２３ａ群と同じ一定間隔で配列している。第２の電極２３ｂ群を被覆する絶縁層２３ｄは、排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅに接合される。本実施形態では、排気通路１８ａを流れる排気による第１の電極２３ａ群の劣化や腐食を防止するため、薄膜状の絶縁保護層２３ｅにて第１の電極２３ａ群を被覆している。第２の電極２３ｂ群は、第１の電極２３ａ群に対し、排気通路１８ａを流れる排気の流れ方向と平行なこれらの配列方向に沿って相対位置をわずかに下流側にずらして配置され、第１開閉器２５を介してインバーター２４に接続している。第１開閉器２５の開閉動作、すなわち第１のプラズマアクチュエーター２３への通電のオン／オフは、ＥＣＵ１７によって制御される。
【００６１】
第１のプラズマアクチュエーター２３の厚みは非常に薄く、数μｍ〜数百μｍ程度しかないので、排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅに第１のプラズマアクチュエーター２３を装着しても、排気の流れを実質的に妨げないことに注意されたい。なお、この第１のプラズマアクチュエーター２３を第１の排気剥離領域Ｚ1における排気通路１８ａの全周に配する必要はなく、特に曲率の大きな部分にのみ配するようにしてもよい。なお、本発明においては第１のプラズマアクチュエーター２３が高温の排気通路１８ａに配されるため、電極２３ａ，２３ｂ群，誘電体層２３ｃ，絶縁層２３ｄ，絶縁保護層２３ｅなどを耐熱性の良好な材料で形成することが好ましい。このような材料として、例えば電極を鉄やニッケルで形成し、誘電体層２３ｃや絶縁層２３ｄおよび絶縁保護層２３ｅをセラミックスなどで形成することができる。
【００６２】
ＥＣＵ１７の投入エネルギー量設定部１７ｂには、排気通路１８ａを流れる単位時間当たりの排気の流量Ｑと、第１のプラズマアクチュエーター２３に印加される電圧Ｖ1との関係を予め設定した図５に示すようなマップが記憶されている。基本的には、排気流量Ｑが多いほど第１のプラズマアクチュエーター２３に対する投入エネルギー量が大きくなるように、第１のプラズマアクチュエーター２３の作動が第１開閉器２５を介して制御される。本実施形態では、前述したエアーフローメーター１６からの情報に基づき、第１のプラズマアクチュエーター２３に対する投入エネルギー量として、投入エネルギー量設定部１７ｂが第１のプラズマアクチュエーター２３に対する印加電圧Ｖ1を設定する。車載の二次電池２６から電力が供給されるインバーター２４は、出力電圧を例えば１〜１０ｋＶ程度の範囲で変更することが可能である。このインバーター２４は、ＥＣＵ１７によって開閉が制御される第１開閉器２５を介し、投入エネルギー量設定部１７ｂにて設定された電圧Ｖ1を所定の駆動周波数にて第１のプラズマアクチュエーター２３に印加する。
【００６３】
第１のプラズマアクチュエーター２３に投入されるエネルギー量の制御形態として、本実施形態では第１のプラズマアクチュエーター２３に対する印加電圧Ｖ1を変更することによって、投入エネルギー量を制御している。しかしながら、第１のプラズマアクチュエーター２３に対する駆動周波数を例えば１〜１０ｋＨｚ程度の範囲で変更することによって、投入エネルギー量の制御を行うことも可能である。あるいは、印加電圧Ｖ1および駆動周波数を共に変更することによって投入エネルギー量を制御するようにしてもよく、直流のパルス電圧を第１のプラズマアクチュエーター２３に印加しても同じような効果を得ることができる。
【００６４】
このようにして第１の電極２３ａ群と第２の電極２３ｂ群との間に高周波の高電圧Ｖ1が印加されると、個々の第１の電極２３ａの直近下流側の絶縁保護層２３ｅの表面領域でプラズマが生じ、これに伴って図４中、矢印で示すような気流が発生する。このような気流の発生によって、その付近に介在する排気が引きずられて排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅからの剥離が抑制され、ＤＯＣ２１の上流側端面２１ａに対して拡散状態で流入する。この場合、プラズマの発生に伴って生ずる気流の強さは第１および第２の電極２３ａ，２３ｂ群に対する投入エネルギー量に比例する。
【００６５】
なお、本実施形態のようにＤＰＦ２２をＤＯＣ２１の下流側に配した場合、排気に含まれる煤が第１のプラズマアクチュエーター２３の作動によって酸化されるため、ＤＯＣ２１を通ってＤＰＦ２２に流入する排気に含まれる煤の量をより少なくすることができる。この結果、ＤＰＦ２２の再生処理の頻度を下げることが可能となる。
【００６６】
ＤＯＣ２１には、触媒温度センサー２７が本発明による触媒コンバーターの温度を取得するための手段として取り付けられている。この触媒温度センサー２７によって取得されたＤＯＣ２１の温度情報は、ＥＣＵ１７に出力される。ＥＣＵ１７は、ＤＯＣ２１の温度ＴCがその活性下限温度ＴCL以上、かつＤＯＣ２１の温度ＴCがその上限温度ＴCH以下の場合にのみ、第１開閉器２５を通電状態に切り換えて第１のプラズマアクチュエーター２３に対して高電圧Ｖ1を印加する。
【００６７】
触媒温度センサー２７によって取得されたＤＯＣ２１の温度ＴCは、第１の排気剥離領域Ｚ1によって排気が流入させられる領域とは異なる領域、つまり排気が流入しにくい領域の温度であることが好ましい。本実施形態では、後述する断熱仕切り部２１ｂよりも下流側となるＤＯＣ２１の外周端縁部の温度を取得するようにしている。このような触媒温度センサー２７に代えて排気温を検出するための排気温センサーを排気浄化装置１９の上流側および下流側の少なくとも一方に配置し、排気温センサーからの検出情報に基づいてＤＯＣ２１の温度ＴCを推定することも可能である。あるいは、あらかじめ実験によって暖機開始時からのＤＯＣ２１の検出すべき領域の温度ＴCの時間変化を求めておき、暖機開始時からの時間に基づいてＤＯＣ２１の温度ＴCを推定するようにしてもよい。
【００６８】
本実施形態におけるＤＯＣ２１には、空気よりも熱伝導率の低い耐熱材料、例えは黒崎播磨株式会社の「Porextherm WDS（登録商標）」などを用いた筒状の断熱仕切り部２１ｂがＤＯＣ２１の上流端側に設けられている。このような特殊な材料を使用する代わりに、断熱仕切り部２１ｂを空気層にて形成することも可能であり、この場合には筒状の空隙をＤＯＣ２１に形成するだけでよい。この筒状の断熱仕切り部２１ｂによって囲まれた領域は、第１のプラズマアクチュエーター２３を作動させない状態において第１の排気剥離領域Ｚ1にて排気が剥離することにより、排気を偏ってＤＯＣ２１に流入させる領域である。通常、この断熱仕切り部２１ｂの通路断面積は、第１の排気剥離領域Ｚ1のコーン部１８ｂに接続する排気管１８の通路断面積とほぼ同じか、それよりもわずかに大きく、その輪郭形状は排気管１８の断面形状と相似形となる。これにより、第１のプラズマアクチュエーター２３を作動させない状態においては、排気の大部分を断熱仕切り部２１ｂによって囲まれたＤＯＣ２１の領域に導くことができる。これにより、エンジン１０の暖機時に断熱仕切り部２１ｂによって囲まれたＤＯＣ２１の領域のみを迅速に昇温させることができる。なお、ＤＯＣ２１の長手方向（排気の流れ方向）に沿った断熱仕切り部２１ｂの長さは、ＤＯＣ２１の半分以下であることが好ましく、１／３〜１／４程度であってよい。
【００６９】
ここで、エンジン１０の暖機時における本実施形態によるＤＯＣ２１の昇温特性を模式的に図６に示す。第１のプラズマアクチュエーター２３を作動させない状態において、断熱仕切り部２１ｂによって囲まれたＤＯＣ２１の上流側端面２１ａの中央部分の温度変化を図６中の実線で示す。また、第１のプラズマアクチュエーター２３を作動させない状態において、断熱仕切り部２１ｂを形成しない場合のＤＯＣ２１の上流側端部の中央部分の温度変化を図６中の破線で示す。また、断熱仕切り部２１ｂを形成しない場合のＤＯＣ２１に対し、第１のプラズマアクチュエーター２３を作動して排気を拡散させた状態でＤＯＣ２１に流入させた場合の上流側端面２１ａの中央部分の温度変化を図６中の二点鎖線で示す。さらに、図６中の点線は本実施形態において触媒温度センサー２７によって検出される領域の温度変化を示している。
【００７０】
これによると、断熱仕切り部２１ｂをＤＯＣ２１に形成した場合、ＤＯＣ２１の中央部が時刻ｔ1にて触媒活性下限温度ＴCLに達する。対応する時刻がｔ2となる断熱仕切り部２１ｂを形成していない破線の場合と比較すると、１／２以下の時間でＤＯＣ２１の中央部を触媒活性下限温度ＴCLまで加熱することも理解できる。従って、断熱仕切り部２１ｂを形成すると共に暖機時に第１のプラズマアクチュエーター２３の作動を停止しておくことにより、ＤＯＣ２１の中央部のみをより迅速に活性化させてエンジン１０の暖機時での排気の浄化を改善することができる。また、触媒温度センサー２７によって検出される温度ＴCがエンジン１０を始動した時刻ｔ0からＤＯＣ２１の外周端縁部が触媒活性下限温度ＴCLに達した時点ｔ3以降、ＤＯＣ２１の外周端縁部の温度が急激に上昇することが見て取れる。その理由は、ＤＯＣ２１の外周端縁部が触媒活性下限温度ＴCLに達した時点ｔ3にて第１のプラズマアクチュエーター２３が作動し始め、排気が拡散状態でＤＯＣ２１に流入するためである。つまり、取得されるＤＯＣ２１の温度ＴCが触媒活性下限温度ＴCLに達した時点ｔ3で第１のプラズマアクチュエーター２３を作動させることにより、ＤＯＣ２１全体をより早く有効に機能させることが可能となる。
【００７１】
なお、ＤＯＣ２１に対する断熱仕切り部２１ｂの位置は、コーン部１８ｂの形状やこのコーン部１８ｂに接続する排気管１８の接続角度などによって、本実施形態のようなＤＯＣ２１の中央部から大きくずれる場合があることに注意されたい。また、この断熱仕切り部２１ｂを触媒コンバーターに形成しない場合、先の触媒温度センサー２７によって取得されるＤＯＣ２１の温度ＴCは、ＤＯＣ２１の上流側端面２１ａの外周端縁部の領域の温度であることが好ましい。このような第１の排気処理部の他の実施形態の断面構造を図７に示す。本実施形態では断熱仕切り部２１ｂをＤＯＣ２１に形成していないので、触媒温度センサー２７をコーン部１８ｂに接続する排気管１８から最も遠いＤＯＣ２１の上流側端面２１ａの外周端縁部に取り付けている。 また、排気管１８とコーン部１８ｂとの接続領域の凸湾曲面となる第１の排気剥離領域Ｚ1に第１のプラズマアクチュエーター２３を取り付けている。断熱仕切り部２１ｂをＤＯＣ２１に形成する場合には、図中の二点鎖線で示すような個所に形成することができ、前述した空気層となる空隙にて形成することも可能である。
【００７２】
上述した第１のプラズマアクチュエーター２３の作動手順を図８のフローチャートを参照しながら説明すると、まずＳ１１のステップにて触媒温度ＴCが触媒活性下限温度ＴCL以上であるか否かを判定する。ここで、触媒温度ＴCが触媒活性下限温度ＴCL以上である、すなわち第１のプラズマアクチュエーター２３を作動できる可能性があるＴCLと判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して今度は触媒温度ＴCが上限温度ＴCH以下であるか否かを判定する。ここで触媒温度ＴCが上限温度ＴCH以下である、すなわち第１のプラズマアクチュエーター２３を作動させてＤＯＣ２１の全域に排気を拡散させることが好ましいと判断した場合には、Ｓ１３のステップに移行する。そして、排気流量Ｑを取得し、次いでＳ１４のステップにて取得した排気流量Ｑに対応する印加電圧Ｖ1を設定したのち、Ｓ１５のステップにて設定した印加電圧Ｖ1にて第１のプラズマアクチュエーター２３を駆動する。
【００７３】
これにより、第１の排気剥離領域Ｚ1における排気通路１８ａの壁面１８ｅ部分に沿って第１の排気処理部側へと排気流量Ｑに応じた気流が発生する。結果として、第１の排気剥離領域Ｚ1における排気通路１８ａの壁面１８ｅ部分に沿って流動する排気がこの気流に引きずられて排気通路１８ａの壁面１８ｅ部分から剥離することなく流動し、ＤＯＣ２１の全域に対して拡散状態で流入する。これにより、ＤＯＣ２１を最大限に有効活用することができる。
【００７４】
しかる後、Ｓ１６のステップにて第１フラグがセットされているか否かを判定するが、最初は第１フラグがセットされていないので、Ｓ１７のステップに移行して第１フラグをセットした後、再びＳ１１のステップに戻る。
【００７５】
一方、Ｓ１１のステップにて触媒温度ＴCが触媒活性下限温度ＴCLよりも低い、すなわち断熱仕切り部２１ｂによって囲まれたＤＯＣ２１の領域を迅速に昇温させることが好ましいと判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行する。また、Ｓ１２のステップにて触媒温度ＴCが上限温度ＴCHよりも高いと判断したにも同様にＳ１８のステップに移行して第１フラグがセットされているか否かを判定する。ここで第１フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ１９のステップにて印加電圧Ｖ1を０に設定して第１のプラズマアクチュエーター２３の作動を停止させ、Ｓ２０のステップにて第１フラグをリセットした後、再びＳ１１のステップに戻る。これにより、第１のプラズマアクチュエーター２３に対する無駄な電力の供給を回避することができる。
【００７６】
なお、Ｓ１１のステップにて触媒温度ＴCが触媒活性下限温度ＴCLよりも低いと判断した場合には、第１のプラズマアクチュエーター２３の作動が停止する。これにより、第１の排気剥離領域Ｚ1からＤＯＣ２１の断熱仕切り部２１ｂによって囲まれた領域に排気が偏って流入することとなる。この結果、ＤＯＣ２１の断熱仕切り部２１ｂによって囲まれた領域をより迅速に活性下限温度ＴCL以上に昇温させることができ、エンジン１０の暖機時での排気の浄化を促進させることが可能となる。
【００７７】
排気浄化装置１９よりも下流の排気通路１８ａには、その通路断面積を増大させる膨出部２８が形成され、この膨出部２８を仕切るように排気の流れ方向に沿って延在する仕切り壁２９が排気通路１８ａ内に配されている。排気通路１８ａの膨出部２８を画成する壁面１８ｅと、仕切り壁２９の上流端および下流端との間には、排気を膨出部２８側に流入させるための入口部２８ａと、膨出部２８に入った排気を流出させるための出口部２８ｂとが形成されている。これにより、排気浄化装置１９よりも下流の排気通路１８ａは、膨出部２８を迂回しない主排気通路１８ｃと、膨出部２８に迂回する副排気通路１８ｄとの２つに分岐した状態となる。シリンダーブロック３０に形成された水ジャケット３０ａに連通する排熱回収器２０は副排気通路１８ａに配され、この副排気通路１８ａを流れる排気とエンジン１０の冷却水との間で熱交換を行う。本発明の第２排気処理部としての排熱回収器２０は、排気に含まれる熱を利用して冷却水を昇温させることにより、エンジン１０の早期暖機を達成するためのものである。この目的のため、上述したＤＰＦ２２を排熱回収器２０よりも下流側の排気通路１８ａに配してもよく、この場合には、より効率よく排熱回収を行うことができる。
【００７８】
図３に示す実施形態の場合、上流側の膨出部２８の分岐領域を画成する壁面１８ｅ部分に沿って流れる排気が当該壁面１８ｅ部分から剥離し、これによって膨出部２８への排気の流入量を減少させる第２の排気剥離領域Ｚ2がある。排気の流れ方向に沿ったその断面形状が凸湾曲面を含む第２の排気剥離領域Ｚ2における排気通路１８ａの壁面１８ｅ部分には、当該壁面１８ｅ部分に沿った排熱回収器２０側への気流を生じさせるための第２のプラズマアクチュエーター３１が配されている。この第２のプラズマアクチュエーター３１は、先の第１のプラズマアクチュエーター２３と基本的に同じ構成であり、ＥＣＵ１７により開閉が制御される第２開閉器３２を介してインバーター２４に接続している。しかしながら、インバーター２４による第２のプラズマアクチュエーター３１に対する印加電圧Ｖ2や駆動周波数などは、第２の排気剥離領域Ｚ1の曲率に応じてあらかじめ設定した一定値となっている。
【００７９】
副排気通路１８ｄを画成する膨出部２８の壁面２８ｃ部分から、仕切り壁２９に対して垂直な方向に沿った仕切り壁２９までの間隔Ｗ1は、同じ壁面２８ｃから、仕切り壁２９に対して垂直な方向に沿った分岐直前の排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅ部分までの間隔Ｗ2よりも短く設定されている。換言すると、主排気通路１８ｃの中央から分岐直前の排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅまでの距離は、主排気通路１８ｃの中央から仕切り壁２９までの距離よりも短く設定されている。これにより、エンジン１０の暖機終了後に排熱回収器２０側へ排気の一部を流入させにくくして冷却水の不必要な温度上昇を抑制することが可能となる。暖機終了後の冷却水の不必要な温度上昇を確実に抑制するため、出口部２８ｂを開閉するための機械的シャッター機構を組み込むことも可能であるが、そのための部品コストやメンテナンスなどが必要となることに注意されたい。本実施形態では、入口部２８ａや出口部２８ｂを開閉するための可動部分がないため、信頼性が高く、部品コストや圧力損失を低減させることが可能となる。
【００８０】
シリンダーブロック３０には、水ジャケット３０ａを流れるエンジン１０の冷却水の温度ＴWを取得し、その検出情報をＥＣＵ１７に出力する水温センサー３３が配されている。ＥＣＵ１７は、取得した冷却水の温度ＴWがあらかじめ設定した温度ＴWLよりも低い場合にのみ、第２開閉器３２を通電状態に切り替えて第２のプラズマアクチュエーター３１を作動させる。
【００８１】
このような第２のプラズマアクチュエーター３１の作動手順を図９のフローチャートを参照しながら説明すると、まずＳ２１のステップにて冷却水温ＴWが下限冷却水温ＴWLよりも低いか否かを判定する。ここで、冷却水温ＴWが下限冷却水温ＴWLよりも低い、すなわちエンジン１０の暖機が必要であると判断した場合には、Ｓ２２のステップにて第２のプラズマアクチュエーター３１を駆動する。これにより、排気浄化装置１９を通過した排気の一部を入口部２８ａから副排気通路１８ｄへと効率的に導くことができる。副排気通路１８ｄに導かれた排気は、排熱回収器２０を通過する間に冷却水との間で熱交換を行い、冷却水を昇温させた後、出口部２８ｂから副排気通路１８ｄを出て主排気通路１８ｃを流れる排気と合流して消音器側へと流下する。次に、Ｓ２３のステップにて第２フラグがセットされているか否かを判定する。最初は第２フラグがセットされていないので、Ｓ２４のステップに移行して第２フラグをセットした後、再びＳ２１のステップに戻る。
【００８２】
このようにして、冷却水温ＴWが下限冷却水温ＴWL以上となるまでは第２のプラズマアクチュエーター３１に対して電力が供給され、排気の一部を排熱回収器２０に導いて冷却水温の上昇を図り、暖機を促進させる。
【００８３】
Ｓ２１のステップにて冷却水温ＴWが下限冷却水温ＴWL以上である、すなわちエンジン１０の暖機が終了したと判断した場合には、Ｓ２５のステップに移行して第２フラグがセットされているか否かを判定する。ここで第２フラグがセットされている、すなわち第２のプラズマアクチュエーター３１に対して電力が供給されていると判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行する。そして、第２のプラズマアクチュエーター３１に対する印加電圧Ｖ2を０に設定し、第２のプラズマアクチュエーター３１の作動を停止させた後、Ｓ２７のステップに移行して第２フラグをリセットして再びＳ２１のステップに戻る。
【００８４】
この状態では、仕切り壁２９と分岐直前の排気通路１８ａを画成する壁面１８ｅとの段差により、排気の一部が入口部２８ａから副排気通路１８ｄ内に流入しにくく、冷却水温の不必要な昇温を抑制することができる。また、エンジン１０の暖機終了後に第２のプラズマアクチュエーター３１に対する無駄な電力供給を阻止することも可能となる。
【００８５】
なお、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】
【００８６】
１０  エンジン
１７  ＥＣＵ
１７ｂ  投入エネルギー量設定部
１８ａ  排気通路
１８ｃ  主排気通路
１８ｄ  副排気通路
１８ｅ  壁面
２０  排熱回収器
２１  ＤＯＣ
２１ａ  上流側端面
２１ｂ  断熱仕切り部
２２  ＤＰＦ
２３  第１のプラズマアクチュエーター
２７  触媒温度センサー
２９  仕切り壁
３１  第２のプラズマアクチュエーター
３３  水温センサー
Ｗ1  膨出部の壁面部分から仕切り壁までの間隔
Ｗ2  膨出部の壁面部分から分岐直前の排気通路を画成する壁面部分までの間隔
Ｚ1  第１の排気剥離領域
Ｚ2  第２の排気剥離領域
【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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