(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒より上流の排気通路に、該排気通路の主流部から凹んで該主流部と比較して排気の流れが少なくなるように形成された凹部と、
前記凹部内に配置される噴射孔を有し、当該噴射孔から前記排気浄化触媒より上流の排気通路に向けて液体の還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、
前記排気浄化触媒より上流の前記排気通路の主流部に設けられ、前記噴射孔から噴射された還元剤の噴霧が衝突する位置に設けられる衝突部と、
を備え、
前記噴射孔から噴射された還元剤の一部が、前記凹部における開口端縁近傍壁面に衝突し、前記衝突部に到達しないまま前記排気浄化触媒に供給されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤噴射弁から噴射される還元剤の総噴射量に対する前記凹部における開口端縁近傍壁面に衝突する還元剤の衝突量の比率を変更可能な比率変更手段を、更に備え、
前記比率変更手段は、排気通路を通過する排気の流量が多いほど前記比率を増加させ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】
前記衝突部に付着した還元剤の付着量を推定する還元剤付着量推定手段と、
前記還元剤付着量推定手段により推定された還元剤の付着量が多いほど前記還元剤噴射弁が噴射する還元剤の総噴射量を少なくする総噴射量調節手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記衝突部に付着した還元剤を介して当該衝突部に保持されているパティキュレートマターの保持量を推定するＰＭ保持量推定手段と、
前記ＰＭ保持量推定手段の推定したパティキュレートマターの保持量が所定の基準値に到達した場合に前記衝突部を昇温させる昇温制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気浄化触媒は、外周面と排気通路壁面との間を排気が流れるように形成された小
断面触媒であり、
前記衝突部は、前記小断面触媒の前端部に近接若しくは接して配置され、還元剤噴射弁から噴射された還元剤を小断面触媒へと誘導する部材であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項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】
内燃機関の排気通路に配設される排気浄化触媒に還元剤を供給するために、同触媒の上流に設けられる還元剤噴射弁から還元剤を噴射する場合がある。還元剤としては燃料（例えば軽油、ガソリン）等、液体の還元剤が一般に用いられている。また、上記排気浄化触媒として、還元剤を改質する改質触媒が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
排気浄化触媒の利用効率を高めるためには、排気中に噴射した還元剤の分散、拡散を促進させる必要がある。排気浄化触媒の利用効率とは、例えば、排気浄化触媒に供給される還元剤の供給量に対する触媒上で実際に反応する還元剤量の比率で表すことができる。
【０００４】
ところで、排気中に噴射された還元剤の分散性は、還元剤の粒子を微粒化させることによって高めることができる。そこで、還元剤噴射弁から噴射された噴霧が衝突する位置に還元剤を衝突させる衝突部を設け、衝突部に還元剤を衝突させることによって還元剤の微粒化、霧化を図る場合がある。この種の衝突部としては、還元剤の噴射方向に対向して設けられた衝突部材（例えば衝突板、拡散板等）が例示できる。また、排気通路内壁面自体に衝突部を形成させ、還元剤噴射弁により噴射された噴霧を排気通路内壁面に衝突させて微粒化を促進させる場合もある。
【特許文献１】特開２００５−１２７２５７号公報
【特許文献２】特開２００６−７７６９１号公報
【特許文献３】特開２００７−１７７６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、還元剤噴射弁から噴射された還元剤を衝突部に衝突させる場合、還元剤は衝突部から熱を奪い去る。従って、還元剤噴射弁から噴射される還元剤の噴射量が過度に多くなる場合には、衝突部の温度低下が顕著になってしまう。そのような場合に、衝突部に衝突した還元剤が衝突部に付着し易くなるため、衝突部に付着する還元剤の付着量が増加する虞があった。その結果、還元剤排気浄化触媒への還元剤の供給量を適切に制御することが困難となる場合があった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、還元剤噴射弁から噴射した還元剤を排気通路に設けられる衝突部に衝突させることによって還元剤の微粒化を促進させる内燃機関の排気浄化装置において、衝突部に付着する還元剤の付着量を低減することのできる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用することを特徴とする。
すなわち、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒より上流の排気通路に形成される凹部と、
前記凹部内に配置される噴射孔を有し、当該噴射孔から前記排気浄化触媒より上流の排気通路に向けて液体の還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、
前記排気浄化触媒より上流の排気通路に設けられ、前記噴射孔から噴射された還元剤の噴霧が衝突する位置に設けられる衝突部と、
を備え、
前記噴射孔から噴射された還元剤の一部が、前記凹部における開口端縁近傍壁面に衝突することを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、排気通路内においては、同通路内を上流側から下流側に向かって内燃機関から排出された排気が流通する（この部分を「主流部」ということもある）。ここで、還元剤噴射弁から噴射された還元剤の殆ど全てを、排気通路内の主流部に設けられる衝突部に対して衝突させ、還元剤の微粒化を促進させようとしても、衝突部の温度低下が顕著となって還元剤の付着量が増加してしまう。
【０００９】
これに対して、本発明では、還元剤噴射弁から噴射される還元剤が衝突する部位を複数箇所に分散させることで上記不具合を解消することができる。すなわち、本発明によれば、還元剤噴射弁の噴射孔から噴射される還元剤の一部を凹部における開口端縁近傍壁面（以下、「凹部開口端縁近傍壁面」ともいう）に衝突させる。
【００１０】
上記構成において、還元剤噴射弁の噴射孔は凹部内に配置されているため、噴射孔から噴射された還元剤は、噴射された直後に凹部開口端縁近傍壁面へと衝突することになる。ここで、凹部は主流部から凹んでおり、主流部と比較して凹部内における排気の流れは少ない。従って、噴射孔から噴射された還元剤が凹部開口端縁近傍壁面に衝突するときまで、その流速、貫徹力を高く維持することができる。つまり、凹部開口端縁近傍壁面に対して還元剤を勢い良く衝突させることができ、還元剤の微粒化を好適に促進させることができる。また、凹部開口端縁近傍壁面に対して還元剤は勢い良く衝突するため、その還元剤が同壁面に付着することを抑制できる。
【００１１】
凹部開口端縁近傍壁面に衝突した還元剤は、排気通路の主流部に導入される。ここで、還元剤が衝突する凹部開口端縁近傍壁面は主流部との境界部近傍に位置している。従って、本発明においては、凹部開口端縁近傍壁面に衝突した還元剤を確実に主流部へと導入させ、微粒化が促進した還元剤を好適に排気中で分散させることができる。
【００１２】
このように、凹部開口端縁近傍壁面に衝突してから主流部に導入された還元剤は、同壁面に衝突することによって流速が低下しているため、主流部における衝突部まで到達しないまま、排気の流れによって排気浄化触媒に供給される。これによれば、衝突部に対して衝突する還元剤の量を低減することができる。その結果、衝突部の熱が還元剤によって過度に奪われることが抑制され、衝突部の温度低下が顕著になることを抑制することができる。従って、衝突部への還元剤の付着量を低減し、排気浄化触媒に対して適切な量の還元剤を供給することができる。
【００１３】
また、本発明では、主流部に設けられた衝突部、あるいは凹部壁面との衝突によって還元剤の微粒化を促進させ、還元剤を排気中で好適に分散、拡散させることができるので、排気浄化触媒の利用効率を好適に高めることができる。
【００１４】
なお、本発明における衝突部は、排気通路の主流部において、還元剤の噴霧に対向する位置に設けられる衝突部材（例えば衝突板、拡散板等）によって構成されても良いし、排気通路内壁面によって構成されても良い。
【００１５】
ここで、還元剤噴射弁から還元剤が噴射されるときに排気通路の主流部を通過する排気の流量に着目する。主流部を流れる排気の流量が多くなると、主流部へと導入させた還元剤を衝突部に衝突させ難くなる。また、主流部を流れる排気の勢いが強い場合には、還元剤が排気中で分散、拡散し難くなる。
【００１６】
そこで、本発明においては、還元剤噴射弁から噴射される還元剤の総噴射量に対する凹部開口端縁近傍壁面に衝突する還元剤の衝突量の比率（以下、「凹部壁面衝突比率」ともいう）を変更可能な比率変更手段を、更に備えていても良い。ここで、総噴射量とは、還元剤噴射弁が一度に噴射する還元剤の総量である。本構成によれば、還元剤噴射弁が還元剤を噴射するときに主流部を通過する排気の流量に応じて、凹部壁面衝突比率を変更することができる。
【００１７】
本発明において、比率変更手段は、排気通路を通過する排気の流量が多いほど凹部壁面衝突比率を増加させると、好適である。ここで、凹部は主流部に対して凹んでいるため、主流部を流れる排気の流量が非常に多くてもその影響を受けにくく、還元剤を確実に凹部開口端縁近傍壁面へと衝突させることができる。
【００１８】
そこで、衝突部において還元剤の微粒化が起こり難くなる条件の下では、凹部壁面衝突比率を増加させることによって、既に微粒化が促進された、より多くの還元剤を排気通路の主流部へと導入させることとした。これによれば、還元剤噴射弁から噴射される還元剤全体で考えた場合に、還元剤の微粒化率が低下することを抑制することができる。還元剤の微粒化率とは、還元剤噴射弁から噴射された還元剤の総噴射量に対する、微粒化が促進された還元剤の量の比率として表すことができる。
【００１９】
なお、主流部における排気の流量が多くなる状況としては、内燃機関の高負荷運転状態などが例示できる。従って、本発明における比率変更手段は、内燃機関の機関負荷が高くなるほど凹部壁面衝突比率を増加させるようにしても良い。
【００２０】
また、本発明においては、衝突部に付着した還元剤の付着量を推定する還元剤付着量推定手段と、還元剤付着量推定手段により推定された還元剤の付着量が多いほど還元剤噴射弁が噴射する還元剤の総噴射量を少なくする総噴射量調節手段と、を更に備えても良い。
【００２１】
衝突部に付着した還元剤の付着量（以下、「衝突部付着量」ともいう）は、衝突部の温度、主流部における排気の流量、還元剤の総噴射量等に相関がある。例えば、衝突部の温度が低いほど、主流部における排気の流量が少ないほど、還元剤の総噴射量が多いほど、衝突部付着量が多くなる傾向がある。還元剤付着量推定手段は、これらのパラメータに基づいて衝突部付着量を精度良く推定することができる。
【００２２】
上記の場合、推定された衝突部付着量が多いほど還元剤の総噴射量が少なくなるように調節されるので、衝突部付着量が過度に増加することが抑制される。なお、総噴射量調節手段は、推定された衝突部付着量の増加に従って還元剤の総噴射量を連続的に減量しても良いし、段階的に減量しても良い。
【００２３】
ここで、内燃機関から排出される排気中にはパティキュレートマター（煤、ＳＯＦ等）が含まれる。衝突部に還元剤が付着していると、この還元剤がパティキュレートマターを衝突部に保持する接着剤的な存在として作用する場合がある。その結果、排気に含まれるパティキュレートマターが還元剤を介して衝突部に保持され易くなってしまう。このように、衝突部におけるパティキュレートマターの保持量が増加すると、このパティキュレートマターに対して更なる還元剤が付着するといった悪循環が生じ得る。つまり、この場合には、還元剤を衝突部に衝突させて微粒化を促進させようとしても、衝突部におけるパティキュレートマターに付着することによって、上記微粒化が阻害されてしまう。このため、排気浄化触媒に対する還元剤の供給を適切に行うことが困難となってしまう。
【００２４】
そこで、上記不都合を解消すべく、本発明においては、衝突部に付着した還元剤を介して当該衝突部に保持されているパティキュレートマターの保持量を推定するＰＭ保持量推
定手段と、ＰＭ保持量推定手段の推定したパティキュレートマターの保持量が所定の基準値に到達した場合に衝突部を昇温させる昇温制御手段と、を更に備えていると、好適である。
【００２５】
所定の基準値とは、衝突部に対して還元剤を衝突させた場合に、衝突部に保持されたパティキュレートマターによって還元剤の微粒化が阻害され得ると判断されるパティキュレートマターの保持量の下限値である。本発明においては、パティキュレートマターの保持量が上記基準値に到達した場合に衝突部が昇温される。ここで、パティキュレートマターの燃焼温度よりも衝突部に付着した還元剤が気化（蒸発）する温度の方が低い。本発明では、少なくとも該衝突部に付着した還元剤が気化（蒸発）するように、衝突部を昇温させると好適である。このように、衝突部に付着している還元剤を蒸発させると、パティキュレートマターと衝突部との接着剤が存在しなくなるため、パティキュレートマターを衝突部から好適に除去することができる。
【００２６】
なお、本発明においては、パティキュレートマターの燃焼温度まで衝突部を昇温させ、パティキュレートマターを燃焼させても良い。また、昇温制御手段は、衝突部以外の構成要素（例えば、排気浄化触媒）を昇温させ、その輻射熱によって衝突部の温度を上昇させても良い。
【００２７】
また、本発明における排気浄化触媒は、外周面と排気通路壁面との間を排気が流れるように形成された小断面触媒であり、衝突部は小断面触媒の前端部に近接若しくは接して配置され、還元剤噴射弁から噴射された還元剤を小断面触媒へと誘導する部材（以下、「誘導部材」という）であっても良い。この、誘導部材は、主流部に導入された還元剤が小断面触媒と排気通路壁面との隙間をすり抜けることを抑制し、この還元剤を確実に小断面触媒に導入させるために設けられる。本発明では、主流部に導入された還元剤を、誘導部材に衝突させることで微粒化を促進させることができる。これにより、微粒化の促進した還元剤を確実に小断面触媒へと供給することができる。
【００２８】
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】
【００２９】
本発明にあっては、還元剤噴射弁から噴射した還元剤を排気通路に設けられる衝突部に衝突させることによって還元剤の微粒化を促進させる内燃機関の排気浄化装置において、衝突部に付着する還元剤の付着量を低減することのできる技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、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。
【００３１】
＜第一の実施形態＞
本発明を実施するための第一の実施形態について説明する。図１は第一の実施形態におけるエンジン１と、その吸排気系の概略構成を示した図である。図１に示すエンジン１は、４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００３２】
エンジン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１への吸入空気量が測定され
る。
【００３３】
排気管３は図示しないマフラーに接続されており、排気管３の途中には排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という）６が設けられている。フィルタ６には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）が担持されている。ＮＯｘ触媒は、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。
【００３４】
ここで、排気管３におけるフィルタ６の上流には、排気中に液体の燃料（軽油）を添加する燃料噴射弁７（還元剤噴射弁）が設置されている。本実施形態では、フィルタ６に担持されたＮＯｘ触媒に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理を実施する際に燃料噴射弁７から燃料を排気中に噴射させ、この燃料をフィルタ６に供給する。本実施形態においては、燃料噴射弁７から排気中に噴射される燃料が、本発明における液体の還元剤に相当する。
【００３５】
ここで、燃料噴射弁７に燃料を供給するための構成について説明する。エンジン１の燃料タンク１１は燃料吸引管１２を介して、燃料タンク１１から燃料を吸引する燃料ポンプ１３が接続されている。本実施形態における燃料ポンプ１３は、機械式のメカニカルポンプであり、エンジン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。燃料ポンプ１３は、更に燃料供給管１４を介して燃料噴射弁７に接続されている。上記構成では、燃料ポンプ１３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１４へと吐出することで、燃料噴射弁７に燃料が供給される。
【００３６】
また、本実施形態では、排気管３における燃料噴射弁７とフィルタ６との間の部分に、燃料噴射弁７から噴射された燃料を改質する燃料改質触媒８が設けられている。この燃料改質触媒８は、燃料（炭化水素：ＨＣ）を部分酸化させることによって、Ｈ２やＣＯを生成する機能を有する。燃料改質触媒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て構成することができる。本実施形態においてはフィルタ６に担持されたＮＯｘ触媒、燃料改質触媒８が本発明における排気浄化触媒に相当する。
【００３７】
エンジン１には、該エンジン１の燃焼に供される燃料を気筒内に供給する筒内燃料噴射弁９が備えられている。更に、エンジン１には、エンジン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ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、エンジン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。
【００３８】
ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４の他、エンジン１のクランク角を検出するクランクポジションセンサ１６や、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１７等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、燃料噴射弁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１６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１７の出力値に基づいてエンジン１のエンジン負荷を検出することができる。
【００３９】
次に、燃料噴射弁７による燃料噴射制御について説明する。ここで、フィルタ６に担持されたＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵容量には限界がある。そこで、燃料噴射弁７から
排気中に燃料を噴射させることによって、フィルタ６（詳しくは、フィルタ６に担持されたＮＯｘ触媒）に流入する排気の空燃比（以下、「流入排気空燃比」という）を低下させ、且つＮＯｘ触媒に還元剤としての燃料を供給する。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出させ、Ｎ２に還元することができる。
【００４０】
また、フィルタ６に担持されたＮＯｘ触媒には、ＮＯｘの他、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が吸蔵される。ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘよりも放出され難く、ＮＯｘ触媒に蓄積してしまうので、ＳＯｘが吸蔵されている分だけＮＯｘの吸蔵能が低下する硫黄被毒（ＳＯｘ被毒）が起こる。そこで、燃料噴射弁７から燃料を添加させ、ＮＯｘ触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）まで昇温すると共に流入排気空燃比を低下させることで、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理が行われる。また、燃料噴射弁７からの燃料噴射は、フィルタ６に堆積したＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を実施する際にも行われる。
【００４１】
ここで、燃料噴射制御に際して燃料噴射弁７に噴射させる燃料の噴射量は、前述した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１の運転状態に適合する目標総噴射量Ｑｓｕｍｔ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（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Ｑｓｕｍｔを算出する。
【００４２】
そして、ＥＣＵ１０は、目標総噴射量Ｑｓｕｍｔの燃料が燃料噴射弁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、燃料噴射弁７（詳しくは、燃料噴射弁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噴射弁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。
【００４３】
図２は、エンジン１の排気系の部分詳細図である。燃料改質触媒８が設けられる部分の排気管３は二重管となっており、燃料改質触８は排気管３の内管（不図示）に収容されることで、燃料改質触媒８の外周面と排気管３の内周面との隙間を排気が通過する構成となっている。以下、燃料改質触媒８の外周面と排気管３の内周面との隙間を、「改質触媒迂回路」と称する。本実施形態において燃料改質触媒８は、本発明の小断面触媒に相当する。
【００４４】
排気管３において、上流側から下流側に向かってエンジン１から排出された排気が流通する部分を主流部３ａと称する。燃料噴射弁７が設けられる部分の排気管３、すなわち燃料改質触媒８より上流の排気管３壁面は主流部３ａから外方に向けた突出形状に形成され、排気管３内に凹部３ｂが形成されている。ここで、排気管３における主流部３ａと凹部３ｂとは、円柱形状に形成されている。また、凹部３ｂにおける主流部３ａに開口する開口端縁を符号３ｃで表す。
【００４５】
ここで、燃料噴射弁７は、燃料を噴射する噴射孔７ａが凹部３ｂ内に臨むように排気管３に取り付けられている。また、燃料改質触媒８における排気流れ方向の軸心と排気管３の排気流れ方向の軸心とは偏心しており、前述した改質触媒迂回路は、凹部３ｂから主流部３ａ方向を見て手前側が狭く、奥側が広くなっている。ここで、前者を「狭小側迂回路３ｄ」と称し、後者を「広大側迂回路３ｅ」と称する。
【００４６】
燃料改質触媒８の前端部には、燃料噴射弁７から噴射された燃料の噴霧に対向するように衝突板１９（衝突部）が設けられており、燃料噴射弁７からの燃料は衝突板１９に向か
って噴射される。また、衝突板１９は、燃料噴射弁７から噴射された燃料が広大側迂回路３ｅを通過しないように（燃料改質触媒８をすり抜けないように）、燃料を燃料改質触媒８に誘導するガイド部材として機能する。更に、衝突板１９は、燃料が衝突することによって燃料の微粒化、霧化を促進させる部材として機能する。
【００４７】
このように、燃料を衝突板１９において微粒化させると、排気中における燃料の分散性、拡散性が向上する。そして、排気中における分散状態、拡散状態の良い燃料を燃料改質触媒８へと流入させることで、燃料改質触媒８における燃料の改質効率を向上することができる。燃料の改質効率とは、燃料改質触媒８に供給される燃料量に対する同触媒で改質される燃料量の比率として表すことができる。
【００４８】
衝突板１９に衝突した燃料は、衝突する際に該衝突板１９から熱を奪う。そして、燃料噴射弁７から噴射される燃料噴射量が多くなると、一度に多量の燃料が衝突板１９に衝突することによって、衝突板１９の温度低下が顕著になってしまう。そうすると、衝突板１９に対して燃料が付着しやすくなり、燃料改質触媒８に対して適切な量の燃料を供給することが困難となってしまう。
【００４９】
また、例えば衝突板１９に多量の燃料が付着した状態で、エンジン１の運転状態が低負荷運転から高負荷運転に移行する場合等には、衝突板１９に付着した燃料が一斉に蒸発する。エンジン１から高温、高流量の排気が排出されるからである。このようにして、衝突板１９から離脱した燃料がＮＯｘ触媒に供給されると、同触媒状において燃料の過剰な反応が起こってしまい、ＮＯｘ触媒が熱劣化する虞もある。
【００５０】
上記不具合を解消するため、本実施形態では、噴射孔７ａから噴射する燃料の一部を衝突板１９に衝突させ、一部を凹部３ｂにおける開口端縁３ｃ近傍の壁面（以下、「凹部開口端縁近傍壁面」）３ｆに衝突させることとした。噴射孔７ａから噴射される噴霧の噴霧角と凹部３ａの壁面形状との関係は、噴射孔７ａから噴射される燃料の総噴射量に対する凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突する燃料の衝突量の比率（以下、「凹部壁面衝突比率」という）Ｒｃが基準比率Ｒｃｂとなるように、決定される。基準比率Ｒｃｂは適宜変更し得る値であるが、本実施形態では０．１〜０．２程度に設定されている。
【００５１】
図２に示した矢印は、噴射孔７ａから噴射された燃料の進行方向を模擬的に表したものである。上記燃料は、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突する燃料（図中、矢印ａにて図示）と、同壁面３ｆに衝突せずに直接主流部３ａに導入される燃料（図中、矢印ｂにて図示）とに分けることができる。
【００５２】
ここでは、まず矢印ａで表した燃料の微粒化について説明する。本実施形態における凹部３ｂは主流部３ａに対して凹んでおり、主流部３ａに比べて排気の流れは極端に少ない。その結果、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突するまでに燃料の流速、貫徹力が減衰することがなく、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに対して燃料が勢い良く衝突する。これにより、当該衝突時に燃料の微粒化がより促進され、また、この燃料が上記壁面３ｆへと付着することが抑制される。
【００５３】
また、矢印ａの燃料が衝突する凹部開口端縁近傍壁面３ｆは、主流部３ａと凹部３ｂとの境界部近傍に位置するため、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突した後の燃料は主流部３ａへと確実に導入される。このように、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突してから主流部３ａに導入された燃料は、同壁面３ｆへの衝突前に比べて貫徹力が弱まる。その結果、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突した後の燃料の多くは、主流部３ａに設けられた衝突板１９まで到達せず、排気の流れによって燃料改質触媒８へと供給される。
【００５４】
一方、矢印ｂで表した燃料については、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突せずに主流部３ａと導入されるため、主流部３ａへの導入後においても貫徹力が比較的大きく維持される。その結果、矢印ｂで表した燃料は衝突板１９に対して容易に衝突することができ、これによって微粒化が促進される。上述したように、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突した後、主流部３ａに導入される燃料（矢印ａ）の多くは衝突板１９に衝突することはないため、衝突板１９の温度低下を軽減することができる。その結果、衝突板１９に対する燃料の付着量を少なくすることが可能となり、燃料改質触媒８に対して適切な量の燃料を供給できる。
【００５５】
また、噴射孔７ａから噴射された燃料を、凹部開口端縁近傍壁面３ｆあるいは衝突板１９に衝突させ、燃料の微粒化促進を円滑に行うことができるので、燃料がより均一に分散した状態の排気を燃料改質触媒８に流入させることができる。その結果、燃料改質触媒８における燃料の改質効率を向上することができる。そして、燃料改質触媒８において好適に改質された燃料が、フィルタ６、あるいはフィルタ６に担持されたＮＯｘ触媒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。
【００５６】
本実施形態にかかるエンジン１の排気系は、排気中への燃料噴射位置（燃料噴射弁７の設置位置）と、燃料の供給対象（本実施形態では、燃料改質触媒８）との距離が比較的短い。ここで、燃料の微粒化は、燃料の供給対象へと流入する前に行う必要がある。従って、このような構成に本発明を適用することによって、前述した作用効果をより顕著に奏することができる。
【００５７】
また、燃料噴射弁７より上流の排気管３にターボチャージャのタービンが設けられる場合、タービンから流出した後の排気は、タービンへの流入前に比べて熱エネルギが減少するため、衝突板１９への燃料の付着が起こり易くなる。従って、このような構成に本発明を適用することで、前述した作用効果をより顕著に奏することができる。
【００５８】
＜変形例＞
次に、本実施形態の変形例について説明する。本変形例では、燃料噴射弁７を開弁して目標総噴射量Ｑｓｕｍｔを噴射させる場合、その燃料噴射を複数回に分割して間欠的に行う。図３は、燃料噴射弁７に対するＥＣＵ１０の指令信号を示したタイムチャートである。図中に示す指令信号がＯＮのときは燃料噴射弁７が開弁されて噴射孔７ａから燃料が噴射され、ＯＦＦのときは閉弁されることによって、燃料の噴射が休止される。ここで、間欠的に行われる噴射のうち、一回当たりに燃料噴射弁７が開弁される期間を「噴射期間」と称する。また、一の噴射期間が終了し、次回の噴射期間が開始されるまでの期間を「噴射休止期間」と称する。なお、本変形例において、噴射期間に噴射される燃料量は目標総噴射量Ｑｓｕｍｔよりも少ない。
【００５９】
本変形例においては、噴射期間と噴射休止期間とを交互に繰り返す燃料噴射（以下、「間欠噴射」という）が、燃料噴射弁７の噴射孔７ａから目標総噴射量Ｑｓｕｍｔの燃料が噴射されるまで行われる。ここで、噴射期間は、噴射孔７ａから噴射された燃料が衝突板１９に衝突するので、該衝突板１９は冷却される。一方、噴射休止期間は、衝突板１９が燃料によって冷却されなくなり、更に、高温の排気ガスに晒されることによって、排気から熱を奪うことができる。
【００６０】
このように、上記間欠噴射によれば、噴射期間に衝突板１９が冷却されても、その後に到来する噴射休止期間において衝突板１９を再び昇温させることができる。従って、衝突板１９の温度をより高温側に維持することができるので、衝突板１９に対する燃料の付着量をより好適に低減することができる。
【００６１】
また、図２に示した衝突板１９は、燃料改質触媒８の前端部に接して配置されているが、噴射孔７ａから噴射された燃料を微粒化させる機能、および当該燃料を燃料改質触媒８へと誘導する機能を有する範囲で、配置方法や形状等を適宜変更することができる。例えば、衝突板１９を燃料改質触媒８の前端部と近接させて配置させても良い。また、衝突板１９の代わりにパンチングメタル等を配置し、これに燃料を衝突させて微粒化を促進させても良い。
【００６２】
また、図２においては、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突させない燃料を衝突板１９に衝突させているが、この衝突板１９は本発明における衝突部の一形態であり、他の構成が採用されても良い。例えば、衝突板１９を配置する代わりに、主流部３ａに面した排気管３壁面によって衝突部を形成しても良い。すなわち、この場合には、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突させない燃料を、上記排気管３壁面に衝突させることで、この燃料の微粒化を促進させることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、燃料噴射弁７から排気中に噴射させた燃料を燃料改質触媒８において改質しているが、同触媒は必須の構成ではない。図４は、本実施形態の変形例に係るエンジン１の排気系の部分詳細図である。図４においては、燃料改質触媒８が配置されず、衝突板１９は凹部３ｂから主流部３ａに導入された噴霧が対向するように配置されている。このような構成であっても、噴射孔７ａから噴射された全ての燃料を衝突板１９に衝突させようとすると、衝突板１９への燃料付着量が増加するため、燃料の一部を凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突させることで、上記燃料付着量の増加を抑制することができる。これにより、フィルタ６、ＮＯｘ触媒等に適切な量の燃料を供給することができる。
【００６４】
＜第二の実施形態＞
次に、本発明を実施するための第二の実施形態について説明する。本実施形態において適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第一の実施形態と共通するため、その説明を割愛する。本実施形態の燃料ポンプ１３は、図示しないモータからの駆動力を得て作動する電気式のサプライポンプである。また、燃料ポンプ１３は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、燃料の吐出圧がＥＣＵ１０によって制御される。
【００６５】
本実施形態では、燃料噴射弁７から燃料を噴射させる際における、排気管３の主流部３ａを通過する排気流量（以下、単に「排気流量」という）ＶＥに着目した。排気流量ＶＥが多い場合には、図２において矢印ｂで表す燃料、すなわち衝突板１９に衝突させるべき燃料を衝突板１９に衝突させることが困難となる場合がある。主流部３ａを流れる排気の勢いによって、燃料が衝突板１９まで到達し難くなるからである。また、このように主流部３ａを流れる排気の勢いが強い場合には、排気中において燃料が分散、拡散し難くなるという実情がある。
【００６６】
そこで、本実施形態では、燃料噴射弁７から燃料を噴射する際の排気流量ＶＥに応じて凹部壁面衝突比率Ｒｃを変更する。具体的には、排気流量ＶＥが多いほど凹部壁面衝突比率Ｒｃを増加させる。ここで、凹部３ｂは主流部３ａに対して凹んでいるため、排気流量ＶＥが非常に多くなってもその影響を受けにくく、燃料を凹部開口端縁近傍壁面３ｆへと確実に衝突させることができる。
【００６７】
そこで、本実施形態では、排気流量ＶＥが多くなるに従って、凹部開口端縁近傍壁面３ｆとの衝突によって微粒化させる燃料の割合を高めることとした。その結果、燃料噴射弁７から噴射される燃料全体で考えた場合に、燃料の微粒化率が低下することが抑制される。燃料の微粒化率とは、燃料噴射弁７から噴射される燃料の総噴射量に対する、微粒化が
促進される燃料量の比率として表すことができる。
【００６８】
図５は、第一の燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の稼働時に所定周期毎にＥＣＵ１０により実行される。本ルーチンが実行されると、ステップＳ１０１において、燃料噴射弁７による燃料噴射制御の実行要求が出されているか否かが判定される。本ルーチンでは、フィルタ６に担持されているＮＯｘ触媒に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、フィルタ６に対するＰＭ再生処理を行う条件が成立した場合に、燃料噴射制御の実行要求が出される。
【００６９】
本ステップにおいて、燃料噴射制御の実行要求が出されていると判定された場合にはステップＳ１０２に進み、そうでない場合には本ルーチンを一旦終了する。ステップＳ１０２では、エアフローメータ４、クランクポジションセンサ１６、アクセル開度センサ１７の出力信号が読み込まれる。そして、これらの信号に基づいて、吸入空気量、機関回転数、アクセル開度が検出される。ＥＣＵ１０は、これらをパラメータとして前述した目標総噴射量算出マップへとアクセスし、目標総噴射量Ｑｓｕｍｔを算出する。
【００７０】
ステップＳ１０３では排気流量ＶＥが取得される。ステップＳ１０２で検出された吸入空気量と排気流量ＶＥとは相関があるため、吸入空気量に基づいて排気流量ＶＥを求めることができる。本ステップでは、更に、取得された排気流量ＶＥに基づいて凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値が算出される。
【００７１】
ここで、図６は、排気流量ＶＥと凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値との関係を例示した衝突比率算出マップである。図６においては、排気流量ＶＥが多いほど凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値が高くなる関係が成立している。ＥＣＵ１０のＲＯＭ内には、衝突比率算出マップが記憶されており、排気流量ＶＥをパラメータとしてアクセスすることで、排気流量ＶＥに適合する凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値を算出することができる。
【００７２】
ステップＳ１０４では、凹部壁面衝突比率ＲｃがステップＳ１０３で算出した目標値となるように燃料ポンプ１３の燃料吐出圧が制御される。本ルーチンでは、燃料ポンプ１３の燃料吐出圧と凹部壁面衝突比率Ｒｃとの関係を予め実験等によって求めておくことで、凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値に対応する燃料吐出圧を求めることができる。本ステップにおいて、ステップＳ１０３で算出された凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値が高いほど、燃料ポンプ１３の燃料吐出圧が高圧側に制御される。燃料吐出圧を高めることで燃料の噴霧角が広角化する（つまり、広がる）ため、凹部壁面衝突比率Ｒｃを好適に高めることができる。
【００７３】
ステップＳ１０５では、燃料添加弁７から目標総噴射量Ｑｓｕｍｔの燃料が噴射される。具体的には、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁７から目標総噴射量Ｑｓｕｍｔの燃料を噴射させるために必要な開弁時間を、燃料ポンプ１３の燃料吐出圧を考慮して算出する。そして、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁７を開弁させ、算出された開弁時間が経過した時点で燃料噴射弁７を再び閉弁させる。本ステップの処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。本実施形態では、本ルーチンを実行するＥＣＵ１０が本発明における比率変更手段に相当する。
【００７４】
以上のように、本制御によれば、衝突板１９において燃料を微粒化することが困難となる条件下においても、凹部壁面衝突比率Ｒｃを増加させることで、予め微粒化が促進された燃料（つまり、凹部開口端縁近傍壁面３ｆに衝突させた燃料）を主流部３ａにより多く導入させることができる。従って、燃料噴射弁７から噴射された燃料全体で考えた場合の微粒化率を高く維持することができる。
【００７５】
ここで、排気流量ＶＥとエンジン１のエンジン負荷とは相関がある。例えば、エンジン負荷が高くなるに従って、排気流量ＶＥも多くなると考えられる。従って、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０２において読み込んだアクセル開度センサ１７の出力信号に基づいてエンジン負荷を検出し、エンジン負荷に基づいて凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値を算出しても良い。この場合、エンジン負荷が高いほど凹部壁面衝突比率Ｒｃを増加させると好適である。
【００７６】
なお、凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値は、排気流量ＶＥ（或いはエンジン負荷）の変化に応じて連続的に変更させても良いし、段階的に変更させても良い。また、図６においては、排気流量ＶＥと凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値との関係が直線的に表されていたが、例えば曲線で表されていても良い。
【００７７】
また、本実施形態においては、燃料ポンプ１３における燃料吐出圧を変更することで凹部壁面衝突比率Ｒｃを変更させているが、他の方法を採用しても良いのは勿論である。例えば、燃料噴射弁７の噴射孔７ａの開口断面積（例えば、ノズル径）を変更可能な機構を具備しても良い。そして、例えば噴射孔７ａのノズル径を変更し、噴霧の噴霧角を変更することによって、凹部壁面衝突比率Ｒｃを変更することができる。
【００７８】
＜第三の実施形態＞
次に、本発明を実施するための第三の実施形態について説明する。本実施形態において適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成について第一の実施形態と共通する部分は、同一符号を付すことで説明を割愛する。図７は、本実施形態におけるエンジン１の排気系の部分詳細図である。主流部３ａにおける衝突板１９周辺には、該主流部３ａを流れる排気の温度を検出する温度センサ１８が取り付けられている。温度センサ１８はＥＣＵ１０に電気配線を介して接続されており、その出力値がＥＣＵ１０に入力されることで、ＥＣＵ１０は、衝突板１９の温度を推定することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、衝突板１９に付着した燃料付着量Ｑｂｄを推定し、燃料付着量Ｑｂｄの推定値が多いほど、燃料噴射弁７に噴射させる総噴射量が少なくなるように目標総噴射量Ｑｓｕｍを調節する。ここで、衝突板１９に付着している燃料は高温の排気に晒されることで蒸発する。従って、後続して衝突板１９に付着する燃料を減量することで、燃料付着量Ｑｂｄの減少を促すことができる。本実施形態では、燃料付着量Ｑｂｄがある程度多くなった場合に、燃料付着量Ｑｂｄの減少が促される程度に、目標総噴射量Ｑｓｕｍを減量することとした。
【００８０】
図８は、燃料付着量Ｑｂｄと噴射量補正係数Ｋａｄとの関係を例示した補正係数算出マップである。縦軸に噴射量補正係数Ｋａｄを表し、横軸に燃料付着量Ｑｂｄを表す。ここで、噴射量補正係数Ｋａｄは、前述した目標総噴射量Ｑｓｕｍｔを燃料付着量Ｑｂｄに応じて減量補正するための補正係数である。目標総噴射量Ｑｓｕｍｔに対して噴射量補正係数Ｋａｄを乗じることで補正後目標総噴射量Ｑｓｕｍｔｍが算出され、補正後目標総噴射量Ｑｓｕｍｔｍの燃料が燃料噴射弁７から噴射される。
【００８１】
図示のように、噴射量補正係数Ｋａｄは０〜１の範囲内の値をとり得る。また、噴射量補正係数Ｋａｄの値は、ＥＣＵ１０によって推定された燃料付着量Ｑｂｄが増加するに従って小さくなる。より具体的には、燃料付着量Ｑｂｄは、その値に応じて区分Ａ〜区分Ｃに区分される。燃料付着量Ｑｂｄが０以上かつ第一閾値ＳＨ１未満のときには区分Ａに属し、燃料付着量Ｑｂｄが第一閾値ＳＨ１以上かつ第二閾値ＳＨ２未満のときには区分Ｂに属し、燃料付着量Ｑｂｄが第二閾値ＳＨ２以上のときには区分Ｃに属する。
【００８２】
第一閾値ＳＨ１は、目標総噴射量Ｑｓｕｍｔを減量補正しないと燃料付着量Ｑｂｄの減
少を促すことが困難となる、燃料付着量Ｑｂｄの下限値であり、予め実験的に求めておくことができる。燃料付着量Ｑｂｄが区分Ａに属する場合には、目標総噴射量Ｑｓｕｍｔを減量補正する必要が無いと判断され、噴射量補正係数Ｋａｄは１となる。また、燃料付着量Ｑｂｄが区分Ｂに属する場合には、目標総噴射量Ｑｓｕｍｔを減量補正する必要があると判断され、噴射量補正係数Ｋａｄは０より大きく且つ１未満の値となる。その際、燃料付着量Ｑｂｄが多いほど噴射量補正係数Ｋａｄはが小さい値となる。
【００８３】
ここで、第二閾値ＳＨ２は、第一閾値ＳＨ１と比較してその値が大きく、燃料噴射弁７からの燃料噴射を禁止しないと（規制しないと）燃料付着量Ｑｂｄの減少を促すことが困難となる、と判断される燃料付着量Ｑｂｄの下限値であり、予め実験的に求めておくことができる。燃料付着量Ｑｂｄが区分Ｃに属する場合には、補正後目標総噴射量Ｑｓｕｍｔｍを０にさせるべく、噴射量補正係数Ｋａｄが０となる。
【００８４】
なお、図８では、燃料付着量Ｑｂｄをその値に応じて３つの区分に分けているが、区分の数はあくまでも例示であってその他の数に区分しても良い。また、燃料付着量Ｑｂｄと噴射量補正係数Ｋａｄとの関係は直線的に表されているが、例えば曲線的に表すこともできるし、これらに限定されるものではない。
【００８５】
図９は、第二の燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の稼働時に所定周期毎にＥＣＵ１０により実行される。図５に示した第一の燃料噴射制御ルーチンと同一処理が行われるステップは、同一符号を付すことで、説明を割愛する。
【００８６】
本ルーチンでは、ステップＳ１０２において目標総噴射量Ｑｓｕｍｔが算出されると、ステップＳ２０１に進む。ステップＳ２０１では、燃料付着量Ｑｂｄが推定される。燃料付着量Ｑｂｄは、衝突板１９の温度、排気流量ＶＥ、燃料の総噴射量Ｑｓｕｍ等に相関がある。本実施形態では、衝突板の温度が低いほど、排気流量ＶＥが少ないほど、目標総噴射量Ｑｓｕｍｔが多いほど、燃料付着量Ｑｂｄの推定値が大きくなる。なお、排気流量ＶＥはエアフローメータ４の出力値に基づいて推定される。また、衝突板１９の温度は温度センサ１８の出力値に基づいて推定される。なお、衝突板１９の温度は、熱電対などによって直接検出することもできる。
【００８７】
ステップＳ２０２では、図８に示した補正係数算出マップに、ステップＳ２０１で推定された燃料付着量Ｑｂｄを代入して、噴射量補正係数Ｋａｄを算出する。ステップＳ２０３では、目標総噴射量Ｑｓｕｍｔと噴射量補正係数Ｋａｄとを乗算して、補正後目標総噴射量Ｑｓｕｍｔｍを算出する。
【００８８】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、燃料ポンプ１３を作動させると共に、燃料添加弁７を開弁させ、噴射孔７ａから補正後目標総噴射量Ｑｓｕｍｔｍの燃料を噴射させる。そして、本ステップの処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。本実施形態においては、本ルーチンを実行するＥＣＵ１０が本発明における還元剤付着量推定手段、総噴射量調節手段に相当する。
【００８９】
本制御を実施することによって、燃料付着量Ｑｂｄの推定値に応じて目標総噴射量Ｑｓｕｍｔを減量補正することができ、以って燃料付着量Ｑｂｄが過度に多くなることが抑制される。
【００９０】
＜第四の実施形態＞
次に、本発明を実施するための第四の実施形態について説明する。本実施形態において適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成について第一の実施形態と共
通する部分は、同一符号を付すことで説明を割愛する。図１０は、本実施形態におけるエンジン１と、その吸排気系の概略構成を示した図である。本実施形態では、排気管３におけるフィルタ６の下流側には排気スロットル弁２０が設けられている。排気スロットル弁２０は、ＥＣＵ１０に電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、排気スロットル弁２０の開度を制御することによって、排気流量ＶＥを調節することができる。
【００９１】
ここで、主流部３ａを通過する排気に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）は、フィルタ６に捕集される。しかしながら、衝突板１９に燃料が付着していると、この燃料を介してＰＭが衝突板１９に保持されてしまう。すなわち、燃料がＰＭと衝突板１９との接着剤として作用してしまう。衝突板１９に対するＰＭの保持量が増加すると、衝突板１９に燃料を衝突させようとしても燃料がＰＭに付着してしまう。つまり、この場合には、燃料を衝突板１９に衝突させて微粒化を促進させようとしても、この燃料が衝突板１９におけるＰＭに付着してしまい、上記微粒化が阻害されてしまう。このため、燃料の微粒化率が低下したり、燃料改質触媒に燃料を適切に供給することが困難となってしまう。
【００９２】
そこで、本実施形態では、燃料を介して衝突板１９に保持されているＰＭ保持量Ｑｐｍを推定する。そして、推定されたＰＭ保持量Ｑｐｍが基準保持量Ｑｐｍｂに到達した場合に、昇温させる昇温制御を実施することとした。ここで、基準保持量Ｑｐｍｂは、衝突板１９に対して燃料を衝突させた場合に、衝突板１９に保持されたＰＭによって燃料の微粒化が阻害され得ると判断されるＰＭ保持量Ｑｐｍの下限値である。本実施形態においては基準保持量Ｑｐｍｂが本発明における所定の基準値に相当する。
【００９３】
ここで、ＥＣＵ１０によって実施される昇温制御について説明する。昇温制御においては、燃料噴射弁７からの燃料噴射制御が行われ、この燃料が燃料改質触媒８に供給される。そして、供給された燃料の反応熱によって燃料改質触媒８を昇温し、その輻射熱によって衝突板１９の温度を上昇させる。
【００９４】
昇温制御にかかる燃料噴射弁制御は、燃料噴射弁７に燃料を間欠噴射させることで実施される。ここで、間欠噴射にかかる噴射期間および噴射休止期間は、燃料噴射弁７から噴射された燃料が排気中の酸素と適度に混合するように決定される。このように、燃料と酸素とが適度に混合した状態の排気を燃料改質触媒８に流入させることで、燃料改質触媒８の昇温性を高めることができる。
【００９５】
衝突板１９におけるＰＭの燃焼温度と燃料の蒸発温度とを比較すると、燃料の蒸発温度の方が低い。そこで、昇温制御では、少なくとも衝突板１９の温度を、該衝突板１９に付着している燃料の蒸発温度以上に上昇させる。そして、衝突板１９に付着している燃料を蒸発させることで、衝突板１９からＰＭを除去することができる。
【００９６】
更に、本実施形態では、昇温制御の実施中において、排気スロットル弁２０の開度（以下、単に「スロットル開度」という）Ｄｅｇが減少させられる。これにより、排気流量ＶＥが減少し、燃料改質触媒８から排気により持ち去られる熱量が低減される。その結果、燃料改質触媒８がより昇温し易くなり、衝突板１９に付着した燃料を好適に蒸発させることができる。
【００９７】
また、本実施形態では、昇温制御が終了した時点でスロットル開度Ｄｅｇを再び増加させ、排気流量ＶＥを増加させることとした。これによれば、衝突板１９に燃料、ＰＭが残存していたとしても、主流部３ａを勢い良く流れてくる排気によって、これらを吹き飛ばすことができる。
【００９８】
図１１は、昇温制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の稼働時に所定周期毎にＥＣＵ１０により実行される。本ルーチンが実行されると、ステップＳ３０１では、衝突板１９に保持されているＰＭ保持量Ｑｐｍが推定される。ここでＰＭ保持量Ｑｐｍは、主流部３ａを通過するＰＭ量と相関がある。そこで、ＥＣＵ１０は、前回実施された昇温制御の終了後、エンジン１から排出されたＰＭの積算量をエンジン１の運転履歴に基づいて推定する。そして、推定されたＰＭの積算量を基礎としてＰＭ保持量Ｑｐｍを推定することとした。
【００９９】
ステップＳ３０２では、ＰＭ保持量Ｑｐｍが基準保持量Ｑｐｍｂ以上であるか否かが判定される。肯定判定された場合（Ｑｐｍ≧Ｑｐｍｂ）にはステップＳ３０３に進み、否定判定された場合（Ｑｐｍ＜Ｑｐｍｂ）には本ルーチンを一旦終了する。
【０１００】
ステップＳ３０３では、温度センサ１８の出力値に基づいて衝突板１９の温度ＴＨａｐが推定され、この衝突板１９の温度ＴＨａｐが基準温度ＴＨｂより低いか否かが判定される。本ルーチンにおいて、基準温度ＴＨｂは燃料の蒸発温度に所定のマージンを加えた温度として設定される。本ステップにおいて、肯定判定された場合（ＴＨａｐ＜ＴＨｂ）には、昇温制御を実施しないと衝突板１９からＰＭを除去することが困難であると判断され、ステップＳ３０４に進む。一方、否定判定された場合（ＴＨａｐ≧ＴＨｂ）には、衝突板１９の温度ＴＨａｐが充分に高く、昇温制御を実施しなくても燃料を蒸発させ、ＰＭを除去することができると判断されるため、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０１】
ステップＳ３０４では、ＥＣＵ１０が排気スロットル弁２０に指令を出し、スロットル開度Ｄｅｇを減少させる。スロットル開度Ｄｅｇを減少させる際の目標開度は、予め実験等によってその適合値を求めておくことができる。例えば、スロットル開度Ｄｅｇと、排気による燃料改質触媒８からの持ち去り熱量との関係を予め求め、当該持ち去り熱量を充分に低減できる開度として上記目標開度を設定する。本ルーチンでは、当該目標開度を「全閉」とすることとした。これにより、燃料改質触媒８の昇温性を可及的に高めることができる。
【０１０２】
ステップＳ３０５では、衝突板１９の温度ＴＨａｐが基準温度ＴＨｂまで上昇するように、燃料噴射弁７から燃料が噴射（間欠噴射）される。ここで、昇温制御にかかる燃料の目標総噴射量は、噴射期間、噴射休止期間などの噴射パターンや、衝突板１９の昇温量（基準温度ＴＨｂと衝突板１９の温度ＴＨａｐとの差）等に基づいて決定される。そして、燃料噴射弁７から目標総噴射量の燃料が噴射されると、ステップＳ３０６に進む。
【０１０３】
ステップＳ３０６では、ＥＣＵ１０が排気スロットル弁２０に指令を出し、スロットル開度Ｄｅｇを増加させる。本ルーチンにおいては、スロットル開度Ｄｅｇを「全開」まで増加させることとした。これにより、衝突板１９に燃料、ＰＭが残存していたとしても、確実にこれらを吹き飛ばし、除去することができる。そして、本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。本実施形態においては、本ルーチンを実行するＥＣＵ１０が本発明におけるＰＭ保持量推定手段、昇温制御手段に相当する。
【０１０４】
＜変形例＞
次に、本実施形態の変形例について説明する。本変形例では、昇温制御の実施時において、エンジン１から排出される排気の温度を上昇させる制御を併せて実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は筒内燃料噴射弁９からの燃料噴射時期を遅角させたり、筒内燃料噴射弁９からの主噴射の後に所謂アフター噴射を実行させることによって、エンジン１から排出される排気の温度を上昇させる。これによれば、衝突板１９に付着している燃料の蒸発がより一層促進されるので、衝突板１９に保持されているＰＭを好適に除去することができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、燃料改質触媒８で反応する燃料の反応熱によって該燃料改質触媒８を昇温しているが、その他の方法を採用することができる。例えば、燃料改質触媒８にヒータ等の加熱装置を内蔵しておき、当該加熱装置による加熱によって燃料改質触媒８を昇温させることができる。また、本実施形態では、燃料改質触媒８から放出される輻射熱によって衝突板１９を昇温させているが、直接的に衝突板１９を昇温させても良いのは勿論である。例えば、上記ヒータ等の加熱装置を衝突板１９に内蔵させておき、昇温制御を実施する際に当該加熱装置による加熱によって衝突板１９を直接昇温させても良い。
【０１０６】
また、排気流量ＶＥの調節に際して、排気スロットル弁２０の開度を変更する場合を例に説明したが、本変形例ではその他の方法によって排気流量ＶＥを調節することができる。例えば、吸気管２の途中に、該吸気管２内を流通する吸気の流量を調節する吸気スロットル弁を具備し、当該吸気スロットル弁の開度を制御することによって排気流量ＶＥを調節することができる。また、燃料噴射弁７よりも上流の排気管３を流れる排気の一部を吸気管２に再循環させる再循環装置（ＥＧＲ装置）を備えていても良い。その場合には、再循環ガス（ＥＧＲガス）を増量させることによって排気流量ＶＥを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】第一の実施形態におけるエンジンと、その吸排気系の概略構成を示した図である。
【図２】第一の実施形態におけるエンジンの排気系の部分詳細図である。
【図３】燃料噴射弁に対するＥＣＵの指令信号を示したタイムチャートである。
【図４】第一の実施形態の変形例に係るエンジンの排気系の部分詳細図である。
【図５】第一の燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】排気流量ＶＥと凹部壁面衝突比率Ｒｃの目標値との関係を例示した衝突比率算出マップである。
【図７】第三の実施形態におけるエンジンの排気系の部分詳細図である。
【図８】燃料付着量Ｑｂｄと噴射量補正係数Ｋａｄとの関係を例示した補正係数算出マップである。
【図９】第二の燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】第四の実施形態におけるエンジンと、その吸排気系の概略構成を示した図である。
【図１１】昇温制御ルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０８】
１・・・エンジン
２・・・吸気管
３・・・排気管
３ａ・・主流部
３ｂ・・凹部
３ｃ・・開口端縁
３ｆ・・凹部開口端縁近傍壁面
４・・・エアフローメータ
６・・・フィルタ
７・・・燃料噴射弁
７ａ・・噴射孔
８・・・燃料改質触媒
１０・・ＥＣＵ
１３・・燃料ポンプ
１８・・温度センサ
１９・・衝突板
２０・・排気スロットル弁
【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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