JP2003232213A

JP2003232213A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2003232213A
Application number: JP2002032513A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kobayashi; 正明小林; Sakanori Moriya; 栄記守谷; Satoshi Nakamura; 中村　　聡
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】排気浄化触媒下流にヒータ加熱型センサを備
える内燃機関において、その排気浄化触媒下流の水滴を
効率良く蒸発させ、センサ素子の被水を抑制する。【解決手段】排気通路４２に設けられた触媒コンバー
タ５０と、その触媒コンバータ５０下流の排気通路４２
ｂに設けられた空燃比センサ６０と、機関本体１ａでの
燃焼とは別に燃焼ガスを排出する燃焼式ヒータ８０と、
触媒コンバータ５０下流の排気通路４２ｂに接続し、燃
焼式ヒータ８０から排出される燃焼ガスを触媒コンバー
タ５０下流の排気通路４２ｂに導入する燃焼ガス通路８
８ｂと、を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に関し、
より詳細には、排気通路にヒータ加熱型センサを備える
内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式
内燃機関では、その排気系に空燃比センサに代表される
ヒータ加熱型センサが設けられ、その出力を利用して種
々のフィードバック制御が実施されている。

【０００３】また、この種のヒータ加熱型センサは、セ
ンサ素子が活性化した状態で初めて出力精度が安定する
ため、センサ素子が冷えている冷間時等には、内蔵のヒ
ータでセンサ素子を加熱し、センサ素子を早期に活性化
させて使用可能にしている。

【０００４】ところで、センサ素子の加熱が必要になる
冷間時には、排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮してセ
ンサ素子の表面に水滴となって付着するため、その付着
した水滴が蒸発するまでは、センサ素子を加熱したいに
も拘わらずセンサ素子を加熱できないといった状況が続
く。つまり、センサ素子が被水した状態でセンサ素子を
加熱すると、センサ素子の表面に局所的な温度差が生じ
てセンサ素子が割れる現象、所謂「サーマルショック」
が引き起こされるためである。

【０００５】このため従来では、機関始動後、センサ素
子に付着した水滴が蒸発したとみなせる排気ガスの温度
や機関冷却水の温度になるまでセンサ素子の加熱を停止
し、水滴の付着に伴うセンサ素子のサーマルショックを
回避している。

【０００６】また、上記したセンサ素子の加熱に絡み寒
冷地仕様の内燃機関では、機関本体とは別に燃焼ガスを
排出する燃焼式ヒータを備えた内燃機関もある。この種
の内燃機関では、例えば、機関本体や排気浄化触媒が冷
えているときに燃焼式ヒータを稼働させ、その燃焼式ヒ
ータの使用に伴い排出される燃焼ガスの熱エネルギーを
利用して機関本体や排気浄化触媒を昇温させ、内燃機関
の始動性向上、および機関始動時における排気浄化率の
向上、さらに車両用内燃機関においては、車内暖房設備
の性能向上を図っている。

【０００７】なお、排気浄化触媒の昇温を例に燃焼式ヒ
ータの配管構造を説明すると、従来では以下の配管構造
になっている。まず、燃焼式ヒータの排気口には、排気
浄化触媒上流の排気通路に接続する燃焼ガス通路が接続
され、燃焼式ヒータから排出された排気ガスは、その燃
焼ガス通路を経て排気浄化触媒上流の排気通路に流れ込
むようになっている。このため、燃焼式ヒータの排気口
から排出された燃焼ガスは、排気浄化触媒上流の排気通
路に流れ込み、排気浄化触媒を昇温させることとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した燃
焼式ヒータの使用時には、排気通路に燃焼ガスが流れ込
むため、排気浄化触媒を含め排気通路も加熱される。し
たがって、一見、先に説明した水蒸気の凝縮に起因した
センサ素子の被水も解消されるように見受けられるが、
現状では未だ多くの水滴がセンサ素子に付着し、そのセ
ンサ素子の被水は解消されていないといった現象が本発
明者等によって確認されている。すなわち、本発明者等
の鋭意研究によれば、燃焼式ヒータを用いてセンサ素子
の被水を解消するにあたり、多くの改善すべき点が見出
された。

【０００９】まず、ガソリン機関に較べ、煤やＳＯＦ
（煤の前駆物質）の排出量が多いディーゼル機関では、
往々にして排気浄化触媒下流の排気通路にヒータ加熱型
センサを取り付けることが多く、排気ガス中に含まれる
煤やＳＯＦ（以下、微粒子と称する）を未然に排気浄化
触媒で浄化することで、ヒータ加熱型センサに対する微
粒子の付着を防止している。

【００１０】この点、排気浄化触媒上流の排気通路に燃
焼ガスを導入する従来の配管構造では、導入した燃焼ガ
スの有する熱エネルギーの多くが、熱容量の大きい排気
浄化触媒の加熱に消費されるため、排気浄化触媒下流の
排気通路を暖めるには至らなかった。すなわち、燃焼ガ
スを導入したにも拘わらず、以前として排気浄化触媒下
流の排気通路は冷えたままであり、センサ素子の被水の
原因になる水滴を蒸発させるには至らなかった。

【００１１】また、排気通路全体の昇温を考えた場合、
燃焼ガスの導入量を増やせば排気浄化触媒下流の排気通
路も昇温できるが、排気浄化触媒が昇温過程にある冷間
始動時には、排気浄化触媒の排気浄化率も低く、多量の
燃焼ガスを導入した場合には、その燃焼ガス中に含まれ
る一酸化炭素等の未燃燃焼成分が排気浄化触媒にて浄化
しきれず機関本体外へと排出される。つまり、燃焼ガス
の導入量を増やせば排気浄化触媒下流においても水滴の
蒸発は促されるが、排気浄化率の問題を考えた場合、燃
焼ガスの導入量には自ずと制限が生じる。

【００１２】本発明は、このような技術的背景を考慮し
なされたもので、排気浄化触媒下流にヒータ加熱型セン
サを備える内燃機関において、その排気浄化触媒下流の
水滴を効率良く蒸発させ、センサ素子の被水を抑制する
被水抑制技術を備えた内燃機関を提供することを課題と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するため、本発明では以下の構成とした。すなわち、
本発明は、排気通路に設けられた排気浄化触媒と、その
排気浄化触媒下流の排気通路に設けられヒータの加熱に
よって活性化した状態で排気ガスの状態を検知するヒー
タ加熱型センサと、機関本体での燃焼とは別に燃焼ガス
を排出する燃焼式ヒータと、前記排気浄化触媒下流の排
気通路に接続し、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼
ガスを排気浄化触媒下流の排気通路に導入する燃焼ガス
通路と、を備えることを特徴とする。

【００１４】このように構成された本発明では、排気浄
化触媒下流の排気通路に排気浄化触媒を経由させること
なく燃焼ガスを導入する燃焼ガス通路を備えるため、燃
焼式ヒータから排出された燃焼ガスの熱エネルギーは、
排気浄化触媒の加熱に消費されることなく排気浄化触媒
下流の排気通路に達する。よって、ヒータ加熱型センサ
を含め排気浄化触媒下流の排気通路を効率良く昇温させ
ることができ、その結果、排気ガス中に含まれる水蒸気
の凝縮に起因したヒータ加熱型センサの被水が抑制され
る。

【００１５】また、前記排気浄化触媒下流の排気通路に
接続する燃焼ガス通路を第１の燃焼ガス通路とし、その
第１の燃焼ガス通路とは別に設けられ、前記排気浄化触
媒上流の排気通路に接続して排気浄化触媒上流に燃焼ガ
スを導入する燃焼ガス通路を第２の燃焼ガス通路とし、
さらに、前記第１の燃焼ガス通路および前記第２の燃焼
ガス通路に対して流れ込む燃焼ガスの流量比率を変化さ
せる流量制御弁を備える構成とし、前記流量制御弁は、
前記排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮する状況で、前
記第１の燃焼ガス通路に対して流れ込む燃焼ガスの流量
比率を増やすようにしてもよい。

【００１６】この構成では、燃焼式ヒータから排出され
る燃焼ガスを、排気浄化触媒下流の排気通路および排気
浄化触媒上流の排気通路に導入でき、また、その流量比
率は、流量制御弁によって変更できるようにしている。
また、流量制御弁は、排気ガス中に含まれる水蒸気が凝
縮する状況、すなわちヒータ加熱型センサの被水が想定
される状況で、排気浄化触媒下流の排気通路に流れ込む
燃焼ガスの導入量を増やし、ヒータ加熱型センサの被水
を抑制するようにしている。

【００１７】なお、上記で「流量比率」とは、何れか一
方の燃焼ガス通路のみに、燃焼ガスを導入するといった
概念をも含むものである。また、排気ガス中に含まれる
水蒸気が凝縮する状況としては種々例示できるが、例え
ば、排気通路の壁面と排気ガスの温度差が大きくなる冷
間時等をその代表例として例示できる。

【００１８】またさらに、水蒸気の凝縮によって発生し
た水滴が、前記排気通路内にて滞留するか否かを少なく
とも排気ガスの流速の高低に基づき判定する判定手段を
備え、前記流量制御弁は、前記排気ガスの流速が低く水
滴が滞留すると判定されたときに、前記第１の燃焼ガス
通路に流れ込む燃焼ガスの導入量を増やし、逆に、排気
ガスの流速が高く水滴の滞留が抑制されていると判定さ
れたときには、前記第２の燃焼ガス通路に流れ込む燃焼
ガスの導入量を増やすようにしてもよい。

【００１９】この構成では、排気ガスの流速低下に起因
して排気通路内に水滴が滞留する状況において排気浄化
触媒下流の排気通路に燃焼ガスを導入し、ヒータ加熱型
センサの被水を抑制する。また、一方、排気ガスの流速
が高く、水滴の滞留が抑制されているときは、排気浄化
触媒上流の排気通路に燃焼ガスを導入して、燃焼ガス中
に含まれる未燃燃焼成分を浄化しつつ排気浄化触媒側を
昇温させる。

【００２０】すなわち、水滴の滞留時には、水滴の蒸発
に要する時間が長くなる他、滞留した水滴の飛散も想定
されるため、ヒータ加熱型センサの被水は以前にも増し
て進行する。このため本構成では、そのような状況でヒ
ータ加熱型センサの被水を積極的に抑制し、排気ガスの
流速が高くヒータ加熱型センサの被水が軽度であるとき
には、燃焼ガス中に含まれる未燃燃焼成分を浄化しつつ
排気浄化触媒側を昇温させている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を車両用内燃機関に
適用した例について、図面を参照して説明する。なお、
以下に示す内燃機関１の構造は、図１に示されるように
周知のコモンレール式ディーゼル機関に準ずるため、本
実施の形態では、本発明に係る排気系４や燃焼式ヒータ
８０の構造についてのみ説明する。

【００２２】まず、本実施の形態に示す内燃機関１で
は、図１に示されるようにその排気系４に触媒コンバー
タ５０及び空燃比センサ６０を備えている。

【００２３】触媒コンバータ５０は、ケーシング５１、
及びそのケーシング５１内に設けられる各種排気浄化触
媒５０ａ，５０ｂを備え、機関本体１ａから排出される
排気ガス中の未燃燃焼成分等を浄化する排気浄化作用を
有する。

【００２４】より詳しくは、内燃機関１の排気系４に設
けられるターボチャージャ４１の下流にケーシング５１
が配置され、ケーシング５１内には、上流側から吸蔵還
元型ＮＯｘ触媒５０ａ、パティキュレートフィルタ５０
ｂの順に排気浄化触媒が内蔵されている。なお、以下の
説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５０ａを単にリーンＮ
Ｏｘ触媒５０ａと称することもある。

【００２５】排気浄化触媒の一つであるリーンＮＯｘ触
媒５０ａは、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を主と
して浄化する排気浄化作用を備えている。より詳しく
は、リーンＮＯｘ触媒５０ａに流れ込む排気ガス中の酸
素濃度が高いときにその排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を吸収し、逆に排気ガス中の酸素濃度が低いとき、
すなわちリーンＮＯｘ触媒５０ａに流れ込む排気ガスの
空燃比が低いときにその吸収していた窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）や一酸化窒素（ＮＯ）の形
で排気ガス中に還元・放出し、併せてその二酸化窒素
（ＮＯ₂）や一酸化窒素（ＮＯ）を排気ガス中に含まれ
ている未燃燃料成分（ＣＯ、ＨＣ）と酸化反応させ無害
な水蒸気（Ｈ₂Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ₂）に浄化して
いる。

【００２６】また、その構成は、例えばアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）を担体とし、その担体上にカリウム（Ｋ）、ナト
リウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）
等のアルカリ金属、若しくはバリウム（Ｂａ）、カルシ
ウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、又はランタン（Ｌ
ａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類から選ばれた少な
くとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを担持し
てなる。

【００２７】なお、ここで排気浄化作用の補足説明を行
うと、本実施の形態に示すディーゼル機関１では、通
常、酸素過剰雰囲気下で燃焼が行われている。このため
機関燃焼に伴い排出される排気ガスの酸素濃度は、上記
の還元・放出作用を促す迄に低下することは殆どなく、
また、排気ガス中に含まれる未燃燃料成分（ＣＯ，Ｈ
Ｃ）の量も極僅かである。

【００２８】したがって、本実施の形態では、還元剤た
る機関燃料（ＨＣ）を排気ガス中に噴射供給すること
で、酸素濃度の低下を促すと共にその未燃燃料成分たる
炭化水素（ＨＣ）等を補い、上記の排気浄化作用を促進
させている。なお、還元剤の供給は、内燃機関１の排気
枝管４３に設けられた還元剤供給弁（図示略）を介して
行われている。また、還元剤の供給量は、触媒コンバー
タ５０下流の排気通路４２ｂに設けられる空燃比センサ
６０の出力（排気ガスの酸素濃度）をフィードバックし
て、その時々に必要とされる適切な量に調節されてい
る。

【００２９】一方のパティキュレートフィルタ５０ｂ
は、排気ガス中に含まれる煤やＳＯＦ（煤の前駆体）等
の微粒子を酸化燃焼させる排気浄化作用を備えている。
より詳しくは、活性化酸素放出剤を担持したフィルタ基
材５８を備え、そのフィルタ基材５８に捕集した微粒子
を活性化酸素の作用で輝炎を発することなく酸化燃焼さ
せて浄化する。

【００３０】フィルタ基材５８は、図２に示されるよう
にコージライトのような多孔質材料から形成されたハニ
カム形状をなし、互いに平行をなして延びる複数個の流
路５５，５６を具備している。より具体的には、下流端
が栓５５ａにより閉塞された排気ガス流入通路５５と、
上流端が栓５６ａにより閉塞された排気ガス流出通路５
６と、を備え、各排気ガス流入通路５５及び排気ガス流
出通路５６は薄肉の隔壁５７を介して該フィルタ基材５
８における縦方向及び横方向に並んで配置されている。

【００３１】また、隔壁５７の表面および内部の細孔に
は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等によって形成された担体の
層が設けられ、担体上には、白金（Ｐｔ）等の貴金属触
媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過剰酸素を吸
蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵した酸素を
活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されてい
る。

【００３２】なお、活性酸素放出剤としては、カリウム
（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシ
ウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金
属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロン
チウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン
（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類、および
セリウム（Ｃｅ）、錫（Ｓｎ）のような遷移金属から選
ばれた少なくとも一つを用いるとよい。

【００３３】また、好ましくは、カルシウム（Ｃａ）よ
りもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、即ちカリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウ
ム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、バリウム（Ｂａ）、
ストロンチウム（Ｓｒ）などを用いるとよい。

【００３４】このように構成されたパティキュレートフ
ィルタ５０ｂでは、まず、排気ガス流入通路５５→隔壁
５７→排気ガス流出通路５６の順に排気ガスが流れ（図
２矢印ａ）、排気ガス中に含まれる微粒子は、その隔壁
５７を通過する過程で、隔壁５７の表面及び内部に捕集
される。そして、隔壁５７に捕集された微粒子は、隔壁
５７（フィルタ基材）に流れ込む排気ガスの酸素濃度を
複数回に亘り変化させることで増加する活性化酸素によ
って酸化せしめられ、ついには輝炎を発することなく燃
え尽きてフィルタ基材５８から除去される。

【００３５】このように本実施の形態では、排気通路４
２に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５０ａおよびパティキュレー
トフィルタ５０ｂを配置することで排気ガス中に含まれ
る窒素酸化物（ＮＯｘ）および煤などの微粒子を浄化し
ている。

【００３６】続いて、空燃比センサ６０について説明す
る。空燃比センサ６０はヒータ加熱型センサの一種であ
り、図１に示されるように触媒コンバータ５０下流の排
気通路４２ｂに取り付けられている。

【００３７】なお、ここで触媒コンバータ下流の排気通
路４２に空燃比センサ６０を配置する理由としては、空
燃比センサ６０に対する微粒子の付着を防止するためで
あり、このような配置形態をとることで空燃比センサ６
０の汚染が抑制され、長期に亘り空燃比センサ６０の出
力精度が保たれる。

【００３８】また、空燃比センサ６０の構成は、図３に
示されるように、センサ素子６１、保護カバー６２、ヒ
ータ６３からなる。センサ素子６１は、図３に示される
ように、ジルコニア層およびチタニア層から構成された
拡散抵抗層（６１ａ）をカップ状に成形したものであ
り、その閉蓋した方向を前方として排気通路４２内に挿
入固定されている。保護カバー６２は、排気通路４２内
に突出したセンサ素子６１の表面を覆い、センサ素子６
１に対する直接的な異物の衝突を防止する。また、保護
カバー６２には、複数の孔６２ａが設けられ、排気ガス
はその孔６２ａを通りセンサ素子６１の表面に接触す
る。ヒータ６３は、カップ状をなすセンサ素子６１の内
部に設けられる電気式の発熱体であり、その通電制御
は、内燃機関１の制御系に設けられた電子制御ユニット
（ＥＣＵ）５にて処理されている。なお、ヒータ６３の
通電制御については後に詳述する。

【００３９】このように構成された空燃比センサ６０に
よれば、まず、保護カバー６２の孔６２ａを通じてセン
サ素子６１の表面（排気通路側）に排気ガスが接触す
る。また、センサ素子６１の内周面（大気側）は図３に
示されるように大気に接触しているため、センサ素子６
１の表面と内周面との間には、大気と排気ガスの酸素濃
度差に応じた電位差が生ずる。したがって、この電位差
を電子制御ユニット５に読み込み、排気ガスの酸素濃度
に換算することで排気ガスの酸素濃度の推定が可能にな
る。

【００４０】一方、センサ素子６１に内蔵されるヒータ
６３は、センサ素子６１が冷えている冷間時等に通電さ
れ、センサ素子６１を加熱する。すなわち、ヒータ加熱
型センサ６０の一種である空燃比センサ６０は、そのセ
ンサ素子６１が活性化した状態で初めて出力精度が安定
するため、ヒータ６３でセンサ素子６１を加熱し、セン
サ素子６１を早期に活性化させて使用可能にする。

【００４１】ところで、センサ素子６１の加熱が必要に
なる冷間時には、排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮し
て水滴となりセンサ素子６１の表面に付着するため、セ
ンサ素子６１を加熱したいにも拘わらず、その付着した
水滴が蒸発するまでは、センサ素子６１を加熱できない
といった状況が続く。つまり、センサ素子６１が被水し
た状態でセンサ素子６１を加熱すると、センサ素子６１
の表面に局所的な温度差が生じセンサ素子６１が割れる
現象、所謂「サーマルショック」が引き起こされるため
である。

【００４２】このため本実施の形態に示す内燃機関１で
は、機関本体１ａとは別に燃焼ガスを排出する燃焼式ヒ
ータ８０を備え、その燃焼式ヒータ８０から排出される
燃焼ガスの熱エネルギーを利用してセンサ素子６１に付
着した水滴を蒸発させている。以下、燃焼式ヒータ８０
の説明を踏まえ（図１、図４参照）、燃焼式ヒータ８０
を利用した空燃比センサ６０の被水抑制技術について説
明する。

【００４３】本実施の形態に示す燃焼式ヒータ８０は、
上記した空燃比センサ６０の被水の抑制の他、例えば、
車内暖房設備や機関本体１ａ等の昇温に利用されてい
る。また、燃焼式ヒータ８０に接続する配管を含め、燃
焼式ヒータ８０の内部構造は以下のようになっている。
なお、図１では、昇温必要箇所として車内暖房設備のヒ
ータコア１０や機関本体１ａを図示しているが、勿論、
昇温必要箇所は上記した箇所に限定されるものではな
い。

【００４４】まず、燃焼式ヒータ８０と内燃機関１との
間には冷却水循環路Ｗが形成され、燃焼式ヒータ８０内
で暖められた機関冷却水は、冷却水循環路Ｗを介して内
燃機関１に流入するようになっている。なお、本実施の
形態では、機関冷却水を熱媒体としてヒータコア１０や
機関本体１ａを昇温させているが、例えば、潤滑用のオ
イルなどを代用してもよい。

【００４５】冷却水循環路Ｗは、機関本体１ａのウォー
タジャケット（図示略）から燃焼式ヒータ８０に機関冷
却水を導く冷却水導入路Ｗ１と、燃焼式ヒータ８０で暖
められた機関冷却水をヒータコア１０に導く冷却水排出
路Ｗ２と、ヒータコア１０から排出された機関冷却水を
機関本体１ａのウォータジャケットに戻す冷却水排出路
Ｗ３と、を備えている。また、冷却水導入路Ｗ１には電
動ウォータポンプＰが設けられ、電動ウォータポンプＰ
の作動によって内燃機関１と燃焼式ヒータ８０との間で
機関冷却水が循環する。

【００４６】続いて燃焼式ヒータ８０の内部構造につ
いて図４を参照して説明する。まず、燃焼式ヒータ８０
内には、冷却水導入路Ｗ１と冷却水排出路Ｗ２とに接続
して冷却水循環路Ｗの一部を形成する内部冷却水室８１
が設けられている。

【００４７】また、燃焼式ヒータ８０内には、火炎Ｆを
発生させる燃焼筒８２ａ、燃焼筒８２ａを覆うカップ状
の隔壁８２ｂから構成される燃焼室８２が設けられ、さ
らに、隔壁８２ｂの周囲には、燃焼式ヒータ８０の外壁
に相当するケーシング８３が設けられている。そして、
隔壁８２ｂとケーシング８３との間に確保される空間Ｑ
で、先に説明した内部冷却水室８１が形成されている。
すなわち、内部冷却水室８１は、燃焼室８２を包囲する
ように設けられている。また、内部冷却水室８１には、
機関冷却水の温度を検出する水温センサ８１ａが設けら
れている。

【００４８】また、燃焼筒８２ａ内には、燃料導入管８
２ｃ、着火用のグロープラグ（図示略）、着火センサ８
２ｄ、過熱センサ８２ｅ（ガス温度センサ）が設けら
れ、燃焼開始時には、燃料導入管８２を通じて燃焼に供
される燃料を燃焼筒８２ａ内に供給し、グロープラグに
よって着火する。また、着火センサ８２ｄは、燃焼が開
始されたか否かを判断し、その出力は、電子制御ユニッ
ト５に入力されている。また、過熱センサ８２ｅは、燃
焼ガスの温度に基づき燃焼式ヒータ８０の異常燃焼を監
視している。

【００４９】また、燃焼筒８２ａの基端には、燃焼に供
される空気を燃焼室８２内に供給するブロアモータ８４
を内蔵したケーシング８５が設けられている。ケーシン
グ８５には、内燃機関１の吸気通路３１に接続する空気
導入通路８６が接続され、ブロアモータ８４の作動によ
って吸気通路３１から流れ込む空気は、ブロアモータ８
４の回転速度に比例した流量で燃焼室８２内に流れ込む
ようになっている。

【００５０】そして、燃焼室８２内に流れ込んだ空気
は、燃料導入管８２ｃから導入された燃焼と共に燃焼さ
れ、内部冷却水室８１内に満たされる機関冷却水を昇温
させる。よって、この昇温した機関冷却水を機関本体１
ａやヒータコア１０に循環させることで、暖気時間の短
縮、および車内暖房設備の性能向上等が図られる。

【００５１】一方、燃焼式ヒータ８０から排出される燃
焼ガスは、燃焼室８２に設けられた排気口８７に接続す
る燃焼ガス通路８８を通じて、内燃機関１の排気通路４
２に排出されている。

【００５２】また、本実施の形態に示す内燃機関１で
は、図１に示されるように、燃焼ガス通路８８がその経
路途中で分岐し、分岐した一方の燃焼ガス通路８８ａ
は、触媒コンバータ上流の排気通路４２ａに接続してい
る。また、他方の燃焼ガス通路８８ｂは、触媒コンバー
タ下流の排気通路４２ｂに接続している。

【００５３】すなわち、触媒コンバータ上流の排気通路
４２ａに接続する燃焼ガス通路８８ａ（以下、触媒用ガ
ス通路と称す）に流入した燃焼ガスは触媒コンバータ５
０を昇温させる。また、触媒コンバータ下流の排気通路
４２ｂに接続する燃焼ガス通路８８ｂ（以下、センサ用
ガス通路と称す）に流入した燃焼ガスは、触媒コンバー
タ下流に設けられた空燃比センサ６０及び触媒コンバー
タ下流の排気通路４２ｂを昇温させる。

【００５４】また、本実施の形態では、図１に示される
ようにセンサ用ガス通路８８ｂおよび触媒用ガス通路８
８ａの分岐点Ｖに流路切換弁９０を設け、その流路切換
弁９０の切り換えによって、燃焼ガスの導入方向を、触
媒用ガス通路８８ａおよびセンサ用ガス通路８８ｂの間
で選択可能としている。

【００５５】つまり、流路切換弁９０が切り換えられ、
燃焼式ヒータ８０から触媒用ガス通路８８ａに至る経路
が接続された場合には、触媒コンバータ上流の排気通路
４２ａのみに燃焼ガスが流れ込み、空燃比センサ６０を
含み触媒コンバータ下流の排気通路４２ｂが積極的に加
熱される。また逆に、燃焼式ヒータ８０からセンサ用ガ
ス通路８８ｂに至る経路が接続された場合には、触媒コ
ンバータ下流の排気通路４２ｂのみに燃焼ガスが流れ込
み、触媒コンバータ５０が積極的に加熱される。

【００５６】なお、本発明に記載の特許請求の範囲との
兼ね合いでは、センサ用ガス通路８８ｂが第１の燃焼ガ
ス通路に相当し、触媒用ガス通路８８ａが第２の燃焼ガ
ス通路に相当する。また、本実施の形態では、流路切換
弁９０で、本発明に係る流量制御弁が構成されている。

【００５７】また、本実施の形態では、電子制御ユニッ
ト５上に準備した制御プログラムによって流路切換弁９
０を制御している。より詳しくは、流路切換弁９０にア
クチュエータ（図示略）を設け、電子制御ユニット５に
てそのアクチュエータを制御することで、流路切換弁９
０の弁体制御を可能としている。

【００５８】なお、図５は、流路切換弁９０の制御に係
る処理ルーチンに加え、先に説明した空燃比センサ６０
に設けられるヒータ６３の通電制御をも含む内容となっ
ている。以下、図５を参照して、流路切換弁９０の制
御、および空燃比センサ６０に設けられるヒータ６３の
制御について説明する。

【００５９】まず、電子制御ユニット５では、内燃機関
１の始動に伴い、内燃機関１の運転状況を読み込む（ス
テップ１０１）。なお、ここで読み込む項目として幾つ
か例示すると、外気温、機関冷却水の温度、排気ガスの
温度、などを例示できる。

【００６０】なお、外気温は図示しない外気温センサか
ら読み込み、機関冷却水の温度は燃焼式ヒータ８０に設
けられる水温センサ８１ａから読み込んでいる。また、
排気ガスの温度は、排気通路４２に設けられた排気温度
センサ１２から読み込まれ、排気ガスの温度の他、本実
施の形態では、排気通路４２の壁面温度の推定にも利用
されている。なお、本実施の形態では、センサ用ガス通
路８８ｂと排気通路４２ｂとの接続部下流であって、且
つ空燃比センサ６０の排気上流側となる位置に排気温度
センサ１２が設けられている。

【００６１】続いて、電子制御ユニット５では、ステッ
プ１０１にて読み込んだ運転状況を参照し、排気ガス中
に含まれる水蒸気が凝縮して水滴になる運転状況にある
か否かを判定する（ステップ１０２）。なお、水滴発生
の有無は、例えば、排気通路温度と排気ガス温度とを各
種予備実験にて算出した飽和水蒸気曲線に照らし合わ
せ、その結果から水滴の発生を判定している。

【００６２】続いて、ステップ１０２にて水滴が発生す
ると判定されたことを受け、電子制御ユニット５では、
燃焼式ヒータ８０を作動（着火）させる（ステップ１０
３）。より詳しくは、燃焼式ヒータ８０に設けられるブ
ロアモータ８４を作動させ燃焼に供される空気を燃焼室
８２内に導入し、さらに、燃料導入管８２ｃから燃料を
導入してグロープラグで着火させる。

【００６３】続いて、電子制御ユニット５では、燃焼式
ヒータ８０に設けられる着火センサ８２ｄの出力を読み
込み、燃焼式ヒータ８０が正常に燃焼を開始したか否か
を判断する（ステップ１０４）。そして、正常に燃焼が
開始した時には、流路切換弁９０に設けられるアクチュ
エータを操作し、センサ用ガス通路８８ｂに至る流路を
解放する（ステップ１０５）。

【００６４】したがって、燃焼式ヒータ８０から排出さ
れた燃焼ガスは、センサ用ガス通路８８ｂを通じて触媒
コンバータ下流の排気通路４２ｂに流れ込み、上述の如
くセンサ素子６１に付着した水滴や、排気通路４２ｂ内
に発生した水滴を蒸発させる。

【００６５】なお、ステップ１０４にて、何らかの原因
により燃焼式ヒータ８０が着火しなかった場合には、燃
焼式ヒータ８０の排気口８７から未燃燃料を含む未燃ガ
ス（生ガス）が排出されるため、触媒用ガス通路８８ａ
に至る流路を開き（ステップ１０９）、未燃ガスを触媒
コンバータ５０側に流入させる。

【００６６】したがって、燃焼式ヒータ８０の始動不良
に伴い排出される未燃ガス中の未燃燃料成分は、触媒コ
ンバータ５０にて浄化され、大気への流出が阻止され
る。なお、燃焼式ヒータ８０の始動不良に起因して排出
される未燃ガスは、極微量であり、昇温過程にある触媒
コンバータ５０によっても十分に浄化できる量となって
いる。

【００６７】続いて、電子制御ユニット５では、前記ス
テップ１０５の処理後、触媒コンバータ下流の排気ガス
温度が所定温度に達したことを受け、センサ素子６１に
付着している水滴が蒸発したとみなし（ステップ１０
６）、触媒用ガス通路８８ａに至る流路を開き（ステッ
プ１０７）、以降、触媒コンバータ５０側を昇温させ
る。

【００６８】なお、ここで、所定温度とは、センサ素子
６１に付着した水滴が蒸発したとみなせる排気ガスの温
度に相当し、その温度は、外気温、機関始動時の機関冷
却水温度、機関始動時の排気ガス温度、現在の運転状況
（例えば、機関回転数）等を加味して設定される変数で
ある。また、所定温度の算出・設定方法としては、例え
ば、上記の各種条件を加味した予備実験にて得られるデ
ータをマップ化し、本処理ルーチンを処理する過程で、
そのマップ上から算出するなどの設定方法を例示でき
る。

【００６９】また、前記ステップ１０６にて、未だ排気
ガス温度が所定温度に達していないときには、センサ素
子６１に水滴が付着していると判断してステップ１０５
に戻り、引き続き、燃焼式ヒータ８０から排出される燃
焼ガスを触媒コンバータ下流の排気通路４２ｂに導入す
る。

【００７０】そして、ステップ１０６で排気ガス温度が
所定温度に達し、また、ステップ１０７で触媒用ガス通
路８８ａに流路が切り換えられたことを受け、空燃比セ
ンサ６０に設けられるヒータ６３の通電を開始し（ステ
ップ１０８）、センサ素子６１を加熱（活性化）させ、
本処理ルーチンを終了する。

【００７１】このように本処理ルーチンでは、燃焼式ヒ
ータ８０の作動状態に応じて、流路切換弁９０を切り換
えるため、燃焼式ヒータ８０の始動不良に伴う未燃ガス
の排出を防ぎつつ、センサ素子６１の被水を抑制でき
る。また同時に、着火不良時におけるセンサ素子６１に
対する未燃燃料成分の付着も防止されるため、未燃燃料
成分の付着によるセンサ素子６１の汚染も回避できる。

【００７２】また、ヒータ６３の通電制御では、燃焼式
ヒータ８０の使用によってセンサ素子６１に付着した水
滴を蒸発させた後に通電を開始させるため、水滴の付着
に伴うセンサ素子６１のサーマルショックも回避され
る。

【００７３】なお、上記した処理ルーチン、および燃焼
式ヒータ８０の配管構造はあくまでも一実施例であり、
処理ルーチンの構成、および燃焼式ヒータ８０の配管構
造は、本発明に係る特許請求の範囲や課題を逸脱しない
範囲で変更可能である。

【００７４】例えば、上記した燃焼式ヒータ８０の配管
構造では、センサ用ガス通路８８ｂに加え、触媒用ガス
通路８８ａを備えているが、センサ素子６１の被水抑制
を最優先すれば、上記した触媒用ガス通路８８ａは、必
ずしも必要になるものではない。なお、この場合には、
燃焼式ヒータ８０の始動不良を考慮し、空燃比センサ６
０の排気下流に、酸化触媒コンバター等を設けるとよ
い。すなわち、燃焼式ヒータ８０の始動不良時には、酸
化触媒コンバータ等によって未燃ガスの排出を抑制でき
るためである。

【００７５】また、上記では、分岐点Ｖに流路切換弁９
０を設け、触媒用ガス通路８８ａとセンサ用ガス通路８
８ｂとを選択的に切り換え可能としているが、必ずしも
その必要はなく、触媒用ガス通路８８ａおよびセンサ用
ガス通路８８ｂに流れ込む燃焼ガスの流量比率を異なら
せるような弁制御を実施してもよい。例えば、外気温が
高くて水滴の発生量が少ないときには、センサ用ガス通
路８８ｂに流れ込む燃焼ガスの流量を減らし、その分、
触媒用ガス通路８８ａに燃焼ガスを導入して触媒コンバ
ータ５０の昇温するなど、流路切換弁９０の構造および
制御方法も任意に変更可能である。

【００７６】このように本発明では、触媒コンバータ下
流の排気通路４２ｂにヒータ加熱型センサ６０が設けら
れた排気系において、触媒コンバータ下流の排気通路４
２ｂに触媒コンバータ５０を経由させることなく燃焼ガ
スを導入できる燃焼ガス通路（センサ用ガス通路８８
ｂ）を備えていればよく、燃焼式ヒータ８０から延びる
燃焼ガス通路８８の配管構造は、所望に応じて変更可能
である。

【００７７】また、上記した処理ルーチンの変更例とし
ては、例えば、図６に示す処理ルーチンを例示できる。
なお、図６に示す処理ルーチンは、ＥＧＲ制御が実施さ
れる内燃機関に本発明を適用したときの例である。

【００７８】なお、図１に示す内燃機関１の吸排気系に
もＥＧＲ装置２０が設けられているため、まず、図１を
参照してＥＧＲ装置２０およびＥＧＲ制御を説明した後
に、図６に示す処理ルーチンについて詳述する。

【００７９】本実施の形態に示す内燃機関１は、その吸
排気系に、ＥＧＲ通路２１、ＥＧＲ弁２２、ＥＧＲ装置
用の酸化触媒２３、ＥＧＲクーラ２４等から構成される
ＥＧＲ装置２０を備え、排気機関運転に伴い排出される
排気ガスの一部をＥＧＲガス（不活性ガス）として燃焼
室１ｂに還流させ、その不活性ガスたるＥＧＲガスによ
って機関燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の
生成を抑制するＥＧＲ制御を実施している。

【００８０】ＥＧＲ通路２１は、図１に示されるように
排気系４に設けられる排気枝管４３と吸気系３に設けら
れる吸気枝管３２とを接続する通路である。ＥＧＲ弁２
２は、ＥＧＲ通路２１と吸気枝管３２との接続部分に設
けられる電気式の開閉弁であり、電子制御ユニット５に
準備された制御プログラムに基づき、その開弁量が制御
されている。また、ＥＧＲ装置用の酸化触媒２３は、排
気枝管４３からＥＧＲクーラ２４に至る経路中に配置さ
れ、排気枝管４３から回り込むＥＧＲガス（排気ガス）
中の未燃燃焼成分を浄化する。ＥＧＲクーラ２４は、機
関冷却水を熱媒体として、ＥＧＲ通路２１内を流れるＥ
ＧＲガスの冷却を行っている。

【００８１】ところで、ＥＧＲ制御の実施時には、上述
の如くＥＧＲ制御に伴う排気ガスの還流に起因して排気
通路４２内を流れる排気ガスの流速も大幅に減少するた
め、排気通路４２内に発生した水滴は排気通路下流に流
れていかず排気通路４２の屈曲部等に滞留する。

【００８２】すなわち、ＥＧＲ制御の実施によって排気
通路４２内には、以前にも増し多くの水滴が滞留し、例
えば、急加速運転に伴う急激な排気ガス流量の変化によ
り、その滞留した水滴がセンサ素子６１に飛散してセン
サ素子６１の劣化（サーマルショク）を引き起こす。つ
まり、ＥＧＲ制御が適用される内燃機関では、そのＥＧ
Ｒ制御の実施によってセンサ素子６１が被水し易くな
る。

【００８３】また一方で、燃焼式ヒータ８０から排出さ
れる燃焼ガス中には、微量ながら一酸化炭素（ＣＯ）や
炭化水素（ＨＣ）等の未燃燃焼成分が含まれており、そ
の未燃燃焼成分の排出を抑制する必要もある。すなわ
ち、空燃比センサ６０の被水抑制時には、触媒コンバー
タ５０を経由することなく燃焼ガスが大気に放出される
ため、その未燃燃焼成分の放出をも考慮に入れて流路切
換弁９０を制御するのが望ましいと言える。

【００８４】そこで、図６に示す処理ルーチンでは、Ｅ
ＧＲ制御の実施によって排気ガスの流速が低下し、セン
サ素子６１の被水が以前にも増して進行する状況ではセ
ンサ用ガス通路８８ｂを選択してセンサ素子６１の被水
を積極的に抑制している。また、排気ガスの流速が比較
的高く水滴の滞留が少ない状況では、触媒用ガス通路８
８ａを選択して燃焼ガス中に含まれる未燃燃焼成分の排
出を抑制しつつ触媒コンバータ５０を昇温させるように
している。

【００８５】以下、図６のフローチャートを参照して流
路切換弁９０の一制御変更例について説明する。なお、
以下に説明するルーチンの多くは、先に説明した図５の
フローチャートに準ずるため、その重複するルーチンの
説明は、先の説明に代えて簡略化する。

【００８６】まず、電子制御ユニット５では、内燃機関
１の始動に伴い、内燃機関１の運転状況を読み込む（ス
テップ２０１）。なお、ここで読み込む項目として幾つ
か例示すると、外気温、機関冷却水の温度、排気ガスの
温度などを例示できる。

【００８７】続いて、電子制御ユニット５では、ステッ
プ２０１にて読み込んだ運転状況を参照し、排気ガス中
に含まれる水蒸気が凝縮して水滴になる運転状況にある
か否かを判定する（ステップ２０２）。なお、水滴発生
の有無は、例えば、排気通路温度と排気ガス温度とを飽
和水蒸気曲線に照らし合わせ、その結果から判定されて
いる。

【００８８】続いて、電子制御ユニット５では、ステッ
プ２０２にて水滴が発生すると判定されたことを受け、
燃焼式ヒータ８０を作動（着火）させる（ステップ２０
３）。また、電子制御ユニット５では、燃焼式ヒータ８
０に設けられた着火センサ８２ｄの出力を読み込み、燃
焼式ヒータ８０が正常に燃焼を開始したか否かを判断す
る（ステップ２０４）。

【００８９】なお、ステップ２０４にて、火炎の発生が
確認されなかったときには、未燃ガス（生ガス）が燃焼
式ヒータ８０から排出されるため、電子制御ユニット５
では、触媒用ガス通路８８ａに至る流路を開き（ステッ
プ２１１）、未燃ガス中に含まれる未燃燃料成分を触媒
コンバータ５０で浄化する。

【００９０】また、ステップ２０４にて、正常な燃焼の
開始が確認された時には、次なるステップ２０５に移
り、ＥＧＲ制御が実施されているか否かを、例えばステ
ップ２０１にて検出した運転状況から判定する。また、
本実施の形態では、以下に説明するステップ２０５で本
発明に係る判定手段が構成されている。

【００９１】まず、ステップ２０５では、ＥＧＲ制御の
実施の有無を把握するにあたり、内燃機関１の吸気系３
に設けられるエアフロメータ３３の出力変化で、ＥＧＲ
制御の有無を判定する。すなわち、ＥＧＲ制御の実施時
には、排気ガスが内燃機関の吸気系３に還流して吸入空
気量が減少するため、エアフロメータ３３にて吸入空気
量を検出することで、ＥＧＲ制御の有無を判定できる。
なお、図６中ステップ２０５に記載の所定空気量は、Ｅ
ＧＲ制御の有無を判定する吸入空気量の閾値に相当す
る。

【００９２】そして、ステップ２０５でＥＧＲ制御の実
施が確認されたときには、そのＥＧＲ制御に起因して排
気ガスの流速も低下し、排気通路４２ｂ内には多くの水
滴が滞留している状況といえ、電子制御ユニット５で
は、センサ用ガス通路８８ｂに至る流路を開き（ステッ
プ２０６）、センサ素子６１に付着した水滴、および排
気通路４２ｂ内に滞留した水滴を蒸発させる。

【００９３】一方、ステップ２０５でＥＧＲ制御が実施
されていないと判定されたときには、排気ガスの流速も
十分に高く、水滴の滞留も回避されるため、空燃比セン
サ６０の被水抑制に優先して、触媒用ガス通路８８ａに
至る流路を解放する（ステッ２０７）。よって、燃焼式
ヒータ８０から排出される燃焼ガス中の未燃燃焼成分は
触媒コンバータ５０にて浄化され、また同時に触媒コン
バータ５０を昇温させることとなる。

【００９４】そして、電子制御ユニット５では、ステッ
プ２０６及びステップ２０７における流路切換弁９０の
切り換え後、触媒コンバータ下流の排気ガス温度が素敵
の蒸発とみなせる所定温度に達したことを受け、センサ
素子６１に付着した水滴や排気通路４２ｂ内に滞留した
水滴が蒸発したと判断し（ステップ２０８）、触媒用ガ
ス通路８８ａに至る流路を解放して（ステップ２０
９）、以降、燃焼ガス中の未燃燃焼成分を浄化しつつ、
触媒コンバータ５０側を積極的に昇温させる。そして、
上述の如く、空燃比センサ６０に設けられるヒータ６３
の通電を開始し（ステップ２１０）、本処理ルーチンを
終了する。

【００９５】なお、ステップ２０８にて、未だ排気ガス
温度が所定温度に達していないと判断されたときには、
センサ素子６１に水滴が付着していると判断してステッ
プ２０５に戻り、流路切換弁９０の制御を続ける。

【００９６】このように本処理ルーチンでは、センサ素
子６１の被水が顕著となるＥＧＲ制御の実施時において
センサ用ガス通路８８ｂを選択し、センサ素子６１の被
水を抑制する。また、ＥＧＲ制御が実施されておらず、
センサ素子６１の被水が軽度であるときには触媒用ガス
通路８８ａを選択し、センサ素子６１の被水抑制時にお
ける未燃燃焼成分の排出を極力減らすようにしている。

【００９７】なお、ここで例示した処理ルーチンも、上
述の如く本発明の一実施例であり、その詳細は特許請求
の範囲や課題を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、図６に示す処理ルーチンでは、ＥＧＲ制御の実
施時においてセンサ用ガス通路８８ｂを選択したが、排
気ガスの流速低下に起因した水滴の滞留は、必ずしもＥ
ＧＲ制御が実施されているときだけに限定されるもので
はなく、アイドリング運転時や吸気絞り弁の閉弁時な
ど、排気ガスの流速が低下する運転状況において広く見
受けられるものである。

【００９８】したがって、排気ガスの流速に相関関係を
持つ装置の作動状態、例えば、吸気絞り弁や排気絞り弁
の作動の有無に応じて流路切換弁９０を切り換える、ま
た、単に機関回転数と関連ずけて流路切換弁９０を切り
換える等、上記した図６に示す処理ルーチンも多岐に渡
り変更できる。なお、吸気絞り弁を例に説明すれば、吸
気絞り弁の閉弁時は、排気ガスの流速も低下するため、
センサ用ガス通路８８ｂを選択する。また、機関回転数
を例に説明すれば、機関回転数が所定回転数以下になっ
ているときにセンサ用ガス通路８８ｂを選択するなどの
制御例を例示できる。

【００９９】また、上記ステップ２０５では、排気ガス
の流速のみを考慮して流路切換弁９０を制御している
が、排気ガスの流速に加え、例えば、排気ガス温度等を
加味して流路切換弁９０を制御するようにしてもよい。
すなわち、水滴の滞留量は、排気ガスの流速のみならず
排気ガス温度の影響も受けるため、排気ガスの流速に加
え排気ガスの温度を考慮して流路切換弁９０を制御すれ
ば、より正確に流路切換弁９０を切り換えることができ
る。

【０１００】なお、その制御体系として、例えば、排気
ガスの流速が低く且つ排気ガス温度が比較的高い場合に
は、水滴の滞留量も少なくなるため、触媒用ガス通路８
８ａに流れ込む燃焼ガスの導入量を増やし、また、排気
ガスの流速が低く且つ排気ガス温度も低いときには、水
滴の滞留量が増えるため、センサ用ガス通路８８ｂに流
れ込む燃焼ガスの導入量を増やすといった制御体系が考
えられる。すなわち、ステップ２０５では、少なくとも
排気ガスの流速の高低に基づき水滴が滞留し易い状況に
あるか否かを判定できればよい。

【０１０１】また、上記した実施形態では、ヒータ加熱
型センサとして空燃比センサ６０を例に説明したが、勿
論、ＮＯｘセンサ、酸素濃度センサ、ＨＣセンサ等の他
の機能を有するヒータ加熱型センサにおいても上記同様
の効果が言える。すなわち、本発明は、空燃比センサの
被水抑制以外にも適用可能である。

【０１０２】また、上記ではディーゼル機関を例に説明
したが、本発明の適用範囲は、勿論、ディーゼル機関に
限定されるものではなく、排気ガス中に含まれる水蒸気
の凝縮に起因してセンサ素子が被水する内燃機関全般に
広く適用可能なものである。

【０１０３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、排気浄化
触媒下流にヒータ加熱型センサを備える内燃機関におい
て、その排気浄化触媒下流の水滴を効率良く蒸発させ、
センサ素子の被水を抑制する被水抑制技術を備えた内燃
機関を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る内燃機関の概略構成図。

【図２】本実施の形態に係る触媒コンバータの内部構造
を示す図。

【図３】本実施の形態に係るヒータ加熱型センサ（空燃
比センサ）の概略構成図。

【図４】本実施の形態に係る燃焼式ヒータの概略構成
図。

【図５】本実施の形態に係る流路切換弁の弁体制御を説
明するためのフローチャート。

【図６】図５に示すフローチャートの変更例を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１内燃機関（ディーゼル機関）１ａ機関本体１ｂ燃焼室３吸気系４排気系５電子制御ユニット１０ヒータコア１２排気温度センサ２０ＥＧＲ装置２１ＥＧＲ通路２２ＥＧＲ弁２３ＥＧＲ装置用の酸化触媒２４ＥＧＲクーラ３１吸気通路３２吸気枝管３３エアフロメータ４１ターボチャージャ４２排気通路４２ａ排気通路（触媒コンバータ上流）４２ｂ排気通路（触媒コンバータ下流）４３排気枝管５０触媒コンバータ５０ａ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（リーンＮＯｘ触媒）５０ｂパティキュレートフィルタ５１ケーシング５５排気ガス流入通路５５ａ栓５６排気ガス流出通路５６ａ栓５７隔壁５８フィルタ基材６０空燃比センサ（ヒータ加熱型センサ）６１センサ素子６２保護カバー６２ａ孔６３ヒータ８０燃焼式ヒータ８１内部冷却水室８１ａ水温センサ８２燃料導入管８２燃焼室８２ａ燃焼筒８２ｂ隔壁８２ｃ燃料導入管８２ｄ着火センサ８２ｅ過熱センサ８３ケーシング８４ブロアモータ８５ブロアモータ用のケーシング８６空気導入通路８７排気口８８燃焼ガス通路８８ａ触媒用ガス通路（第２の燃焼ガス通路）８８ｂセンサ用ガス通路（第１の燃焼ガス通路）９０流路切換弁Ｆ火炎Ｐ電動ウォータポンプＶ分岐点Ｗ冷却水循環路Ｗ１冷却水導入路Ｗ２冷却水排出路Ｗ３冷却水排出路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者守谷栄記愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者中村聡愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内Ｆターム(参考） 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB13 BA00 BA03 BA04 BA14 BA27 BA31 CA05 CA13 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 DC01 EA01 EA14 EA16 EA17 EA33 EA34 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB10 FC07 GA06 GA20 GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB06X GB10X GB16X HA09 HA15 HA37 HA47 HB03 HB05 HB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に設けられた排気浄化触媒と、その排気浄化触媒下流の排気通路に設けられ、ヒータの
加熱によって活性化した状態で排気ガスの状態を検知す
るヒータ加熱型センサと、機関本体での燃焼とは別に燃焼ガスを排出する燃焼式ヒ
ータと、前記排気浄化触媒下流の排気通路に接続し、前記燃焼式
ヒータから排出される燃焼ガスを排気浄化触媒下流の排
気通路に導入する燃焼ガス通路と、を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】前記排気浄化触媒下流の排気通路に接続す
る燃焼ガス通路を第１の燃焼ガス通路とし、前記第１の燃焼ガス通路とは別に設けられ、前記排気浄
化触媒上流の排気通路に接続して排気浄化触媒上流に燃
焼ガスを導入する燃焼ガス通路を第２の燃焼ガス通路と
し、さらに、前記第１の燃焼ガス通路および前記第２の燃焼
ガス通路に対して流れ込む燃焼ガスの流量比率を変化さ
せる流量制御弁を備え、前記流量制御弁は、前記排気ガス中に含まれる水蒸気が
凝縮する状況で、前記第１の燃焼ガス通路に対して流れ
込む燃焼ガスの流量比率を増やすことを特徴とする請求
項１に記載の内燃機関。
【請求項３】水蒸気の凝縮によって発生した水滴が、前
記排気通路内にて滞留するか否かを少なくとも排気ガス
の流速の高低に基づき判定する判定手段を備え、前記流量制御弁は、前記排気ガスの流速が低く水滴が滞
留すると判定されたときに、前記第１の燃焼ガス通路に
流れ込む燃焼ガスの導入量を増やし、逆に、排気ガスの流速が高く水滴の滞留が抑制されてい
ると判定されたときには、前記第２の燃焼ガス通路に流
れ込む燃焼ガスの導入量を増やすことを特徴とする請求
項２に記載の内燃機関。