JP2006274838A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】より簡素な構成によって、より効率的にまたはより確実に内燃機関の排気系における排気浄化装置の温度を昇温させることができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路を単一の排気管５によって形成し、該排気管５における排気浄化装置１０の上流側１１に、前記排気が通過する流路を形成する部分１１ｂと、還元剤が供給されることにより発熱して前記排気を昇温させる触媒１１ｅが設けられた部分１１ｃとを並列に設け、前記排気管５を通過する排気のうち、前記排気を昇温する触媒１１ｅを通過する排気の量と、前記流路１１ｂを通過する排気の量の配分を変更可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術においては、ＮＯx触媒の温度が低いときには、ＮＯxの浄化効率が低下する場合がある。従ってＮＯx触媒の温度を、排気中のＮＯxを充分に浄化可能な温度まで上昇させる必要がある。

一方、内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）も含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質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。）を設ける技術が知られている。

かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタに導入される排気の温度を上昇させることによりフィルタの温度を上昇させ、捕集された微粒子物質を酸化除去し、フィルタの排気浄化性能の再生を図るようにしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。

上記ＰＭ再生処理において、フィルタの温度が低いときには、フィルタに捕集された微粒子物質を充分に酸化除去できない場合がある。従ってこの場合も、フィルタの温度を、フィルタに捕集された微粒子物質を充分に酸化除去可能な温度まで上昇させる必要がある。

これに関し、フィルタと、フィルタの上流側に設けられた酸化触媒と、排気に酸化触媒を迂回させるバイパス路を備え、排気にバイパス路を通過させるか、酸化触媒を通過させるかを切換えることにより、ＰＭ再生処理を行う際にフィルタを早期暖機させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。あるいは、フィルタの上流に触媒式のバーナ及び燃料添加装置を備えるようにし、ＰＭ再生処理を安価で確実に実施できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

ここで、前者の技術においては、前記排気がバイパス路を通過する際に、排気温度が低下し、フィルタの温度を効率よく上昇させることが困難な場合があった。また、後者の技術においては、内燃機関の通常運転時において、触媒式のバーナが多くの排気熱を消費するために、フィルタの温度を低下させてしまうおそれがあった。
特開２００３−１６６４１７号公報 特表２００３−５３３６２６号公報

本発明の目的とするところは、より簡素な構成によって、より効率的にまたはより確実に、内燃機関の排気系における排気浄化装置を昇温させることができる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明においては、前記排気浄化装置の上流側において内燃機関の排気通路を単一の排気管によって形成し、前記排気が通過する流路を形成する部分と還元剤が供給されることにより発熱して前記排気を昇温する触媒が設けられた部分とを、並列に前記排気管内に設け、前記排気管を通過する排気のうち、前記排気を昇温する触媒を通過する排気の量と、前記流路を通過する排気の量の配分を変更可能としたことを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気を浄化するとともに、所定温度以上に昇温されることにより浄化能力が向上する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側に設けられた排気昇温手段と、
前記排気通路における前記排気昇温手段の上流側に設けられ、前記排気通路を通過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記排気昇温手段には、
前記排気通路をなす単一の排気管中に、前記排気が通過すべき排気流通領域を残して設けられるとともに、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が供給されることによって発熱する排気昇温触媒と、
前記排気管を通過する前記排気のうちの、前記排気流通領域を通過する前記排気の量と、前記排気昇温触媒を通過する前記排気の量との配分を制御する排気流量制御装置と、が備えられたことを特徴とする。

ここで、内燃機関の排気系に備えられたＮＯx触媒によって排気中のＮＯxを浄化する場合には、ＮＯx触媒がＮＯxを吸蔵可能となる活性化温度以上である必要がある。また、前記排気系に備えたフィルタに対してＰＭ再生処理を実施する場合には、前記フィルタの温度を、フィルタに捕集された微粒子物質の酸化除去が可能な温度以上に維持する必要がある。

そして、そのために、前記ＮＯx触媒またはフィルタの上流側に、前記ＮＯx触媒またはフィルタに流入する排気の温度を上昇させるための排気昇温用触媒を設け、この排気昇温触媒に還元剤を供給することにより生じる反応熱で、前記ＮＯx触媒またはフィルタに流入する排気の温度を上昇させる方法がとられる場合がある。

そのような場合に、前記排気昇温触媒自体の保温性が不充分であれば、前記排気昇温触媒に還元剤を供給しても、前記ＮＯx触媒またはフィルタに流入する排気の温度を充分に上昇させることができないおそれがあった。

また、例えば、前記ＮＯx触媒またはフィルタの温度が高温である場合には、前記ＮＯx触媒またはフィルタに、前記排気昇温触媒を通過しない排気を直接流入させたい場合も生じる。このために、前記排気に前記排気昇温用触媒をバイパスさせるためのバイパス路を前記排気管とは別に設けることが考えられるが、この場合には、排気通路の構造が複雑となり、車両搭載性が低下したり、コストダウンの妨げとなったりするおそれがあった。

そこで、本発明においては、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側に排気昇温手段を設けることとし、前記排気昇温手段においては、前記排気通路をなす単一の排気管中に、その断面の一部を占有するように排気昇温触媒が設けられ、前記排気管の断面の残りの部分を、前記排気が通過する排気流通領域にすることとした。そして、排気流量制御装置によって、前記排気管を通過する前記排気のうちの、前記排気流通領域を通過する前記排気の量と、前記排気昇温触媒を通過する前記排気の量との配分を制御可能とした。

そうすれば、前記排気通路をなす単一の排気管の内部に、排気昇温触媒と、排気流通領
域とを並列に形成することができるので、前記排気昇温触媒と前記排気通路の外部との接触面積を可及的に小さくすることができる。また、前記排気が前記排気流通領域を通過する際に、前記排気の熱を前記排気昇温触媒に効率的に伝えることができる。それらの結果、前記排気昇温触媒の保温性を向上させることができる。

さらに、単一の排気管中に、前記排気昇温触媒と、前記排気が通過するべき排気流通領域の両方を設けることができ、構造を簡易にすることができるので、排気浄化システムの車両への搭載性が向上するとともに、コストダウンが可能となる。

また、本発明においては、前記排気流通領域は、前記排気管の排気の通過方向に垂直な断面における中心部に配置されるとともに、前記排気昇温触媒は、前記断面内における前記排気流通領域の外側に配置されるようにしてもよい。

ここで、前記排気浄化装置の上流側端面に対して、前記排気昇温触媒によって暖められた排気が一様に流入した場合には、前記排気浄化装置の温度は、その中心部で高く、周辺部にいくに従って低くなる傾向があった。これは、前記排気浄化装置の外周部から熱が外気に逃げることによる。

これに対し、本発明において、排気が通過する前記排気流通領域を、前記排気管の排気の通過方向に垂直な断面における中心部に配置させ、前記排気昇温触媒を、前記断面内における前記排気流通空間の外側に配置させることにより、前記排気管の排気の通過方向に垂直な断面における外周部に排気昇温触媒を分布させることができる。そうすれば、排気昇温触媒によって昇温された排気を前記排気浄化装置の外周部に対して重点的に供給することができ、前記排気浄化装置の外周部から熱が外気に逃げたとしても、前記排気浄化装置の温度を均一に上昇させることができる。

また、本発明においては、前記排気流量制御装置は、前記配分を制御することにより、前記排気管を通過する前記排気の略全量が前記排気流通領域を通過する状態と、前記排気管を通過する前記排気の略全量が前記排気昇温触媒を通過する状態と、前記排気管を通過する前記排気が、前記排気流通領域と前記排気昇温触媒の両方を通過する状態とを選択可能であるにしてもよい。

こうすれば、前記排気流量制御装置によって前記排気管を通過する前記排気の略全量が前記排気昇温触媒を通過する状態が選択されるとともに、前記還元剤添加手段によって前記排気の還元剤が添加されることにより、前記排気昇温触媒に前記排気の全量が供給されるとともに前記排気昇温触媒において前記還元剤による還元反応を生じせしめ、前記排気浄化装置へ高温の排気のみを流入させることができる。

また、前記排気流量制御装置によって前記排気管を通過する前記排気の略全量が前記排気流通領域を通過する状態が選択されることにより、前記排気を前記排気昇温触媒を通過させずに、直接前記排気浄化装置に流入させることができる。そうすれば、高負荷運転時など、前記内燃機関から排出される排気温度が高い場合には、前記排気の熱エネルギーによって直接排気浄化装置を昇温させることができる。また、軽負荷運転時であって、前記排気浄化装置の温度が高温である場合には、比較的低温の前記排気を直接前記排気浄化装置に流入させることにより、前記排気昇温触媒が過剰に高温となることを抑制できる。

また、高負荷運転時など、前記内燃機関から排出される排気温度が高い場合であって、前記排気昇温触媒の温度が既に高温である場合には、前記高温の排気がさらに前記排気昇温触媒に流入することを抑制でき、前記排気昇温触媒が過度に高温になることを抑制できる。加えて、軽負荷運転時に、低温の前記排気が前記排気昇温触媒に流入することにより
、前記排気昇温触媒の温度が低下することを抑制できる。

また、前記排気流量制御装置によって前記排気管を通過する前記排気が、前記排気流通領域と前記排気昇温触媒の両方を通過する状態が選択されることにより、前記排気昇温触媒を通過して昇温した排気と、前記排気昇温触媒を通過しない排気とを適宜混合させた状態で、前記排気浄化装置に流入させることができ、前記排気浄化装置の温度の制御性を向上させることができる。

また、本発明においては、前記排気浄化装置を昇温させる際には、
前記還元剤添加手段によって前記排気通路を通過する前記排気に還元剤が添加されるとともに、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気の略全量に前記排気昇温触媒を通過させるべく前記配分を制御し、
前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記排気昇温触媒に到達した後に、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気における、前記排気昇温触媒を通過する排気の量を減少させるべく前記配分を制御するようにしてもよい。

すなわち、前述したように前記排気浄化装置を昇温させる場合には、高温の排気を前記排気浄化装置に流入させることが望ましい。そのためには、前記還元剤添加手段によって前記排気通路を通過する前記排気に還元剤が添加されるとともに、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気の略全量に前記排気昇温触媒を通過させるべく前記配分を制御する。そうすれば、前記還元剤添加手段から添加された還元剤を効率よく、前記排気昇温触媒に導くことができる。

そして、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記排気昇温触媒に到達した後に、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気における、前記排気昇温触媒を通過する排気の量を減少させるべく前記配分を制御する。そうすれば、前記還元剤が前記排気昇温触媒に到達した後は、前記排気昇温触媒を通過する排気の流量が減少するので、前記還元剤が前記排気昇温触媒をすり抜けてしまうことを抑制でき、前記排気昇温触媒において前記還元剤を充分に長い時間滞在させることができる。その結果、前記排気昇温触媒において充分な還元反応を生じさせることができ、前記排気昇温触媒から排出される排気の温度をより確実に上昇させることができる。

また、本発明においては、前記内燃機関が搭載された車両の減速運転中は、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気における、前記排気昇温触媒を通過する排気の量を減少させるべく前記配分を制御するようにしてもよい。

ここで、前記内燃機関の減速運転においては、前記内燃機関から排出される排気の温度は低下する場合がある。そして、そのような場合に、低温の排気が前記排気昇温触媒を通過すると、該排気昇温触媒の温度が低下し、効率よく排気の温度を上昇させることが困難になるおそれがある。ここで、前記排気昇温触媒は、前記排気浄化装置と比較して熱容量が小さいことが多いので、低温の排気が通過することにより温度が特に低下し易い場合が多い。

これに対し、前記内燃機関が搭載された車両の減速運転中は、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気における、前記排気昇温触媒を通過する排気の量を減少させるようにすれば、前記内燃機関から排出される排気の温度が低温の場合には、前記排気昇温触媒を通過する前記排気の量を低減させることができ、前記排気昇温触媒の温度が低下することを抑制できる。

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。

本発明にあっては、より簡素な構成によって、より効率的にまたはより確実に、内燃機関の排気系における排気浄化装置を昇温させることができる。

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。

図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。

図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の下流側には、排気中のＮＯx触媒及び微粒子物質（例えば、煤）を浄化する排気浄化装置１０が配置されている。そして、排気管５における排気浄化装置１０の上流には、排気浄化装置１０へ流入する排気の温度を上昇させることにより、排気浄化装置１０を昇温させる排気昇温装置１１が配置されている。

この排気昇温装置１１は、排気管５と略同径の分離管１１ａによって内管部１１ｂと外管部１１ｃとに仕切られている。そして内管部１１ｂには、内管部１１ｂを通過可能な排気の流量を変更することにより、内管部１１ｂを通過する排気の流量と、外管部１１ｃを通過する排気の流量との配分を決定する流量制御弁１１ｄが設けられている。また、外管部１１ｃには、外管部１１ｃを満たすように、酸化能を有する酸化触媒１１ｅが設けられている。また、排気管５における排気昇温装置１１の上流側には、排気管５を通過する排気に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁１２が配置されている。

ここで、本実施例における排気昇温装置１１は、排気昇温手段に相当する。また、酸化触媒１１ｅは排気昇温触媒に相当する。また、内幹部１１ｂは排気流通領域に相当する。燃料添加弁１２は還元剤添加手段に相当する。また、流量制御弁１１ｄは、排気流量制御装置を構成する。

本実施例における排気浄化装置１０は、多孔質の基材からなるウォールフロー型のフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤が担持されたものである。但し、排気浄化装置１０は、必ずしもＮＯx吸蔵剤を担持していないものでもよく、例えば、排気管５に別途独立してＮＯx触媒を設けてもよい。

以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１の排気浄化装置１０、排気昇温装置１１及び燃料添加弁１２を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。

ＥＣＵ３５には、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５に
は、内燃機関１の燃焼のための図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における流量制御弁１１ｄ、燃料添加弁１２などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。排気浄化装置１０の微粒子物質の捕集能力を再生するためのＰＭ再生処理ルーチン（説明は省略）や、排気浄化装置１０におけるＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元するＮＯx還元処理ルーチン、同じく排気浄化装置１０におけるＮＯx触媒に吸蔵されたＳＯxを還元放出するＳＯx再生処理ルーチン（説明は省略）の他、後述する、本実施例における排気浄化装置昇温ルーチンも、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

ところで、本実施例に係る内燃機関１の始動時などにおいて、排気浄化装置１０の温度が低い場合には、排気浄化装置１０におけるＮＯx触媒が活性化温度に達しておらず、内燃機関１から排出されたＮＯxを充分に浄化することができない場合がある。そうすると、内燃機関１から排出された排気中のＮＯxが浄化されずに車外に放散され、エミッションが悪化するおそれがある。

そこで、本実施例では、内燃機関１の始動時などにおいて、排気浄化装置１０の温度が低い場合には、流量制御弁１１ｄを閉弁側に駆動することによって内管部１１ｂを通過する排気の量を減少させまたは零とするとともに、燃料添加弁１２から還元剤としての燃料を添加することとした。

こうすることにより、燃料添加弁１２から添加された燃料を酸化触媒１１ｅに効率的に供給し、酸化触媒１１ｅにおいて還元反応を効率的に生じせしめ、酸化触媒１１ｅから排出される排気の温度を上昇させることとしている。そうすれば、高温の排気を排気浄化装置１０に流入させることができ、排気浄化装置１０を早急に暖機することができる。

その際、本実施例においては、排気通路を構成する排気管５を分岐することなく、排気管５内に排気昇温装置１１を配置している。すなわち、排気管５内に内管部１１ｂ及び外管部１１ｃを設け、外管部１１ｃを満たすように酸化触媒１１ｅを配置している。こうすることにより、酸化触媒を含む排気通路とバイパス路とに分岐する構成と比較して、排気昇温装置１１全体を小型化でき、車両への搭載性を向上させることができる。また、コストダウンを図ることができる。さらに、排気昇温装置１１において、酸化触媒を含む排気通路とバイパス路とに分岐する構成と比較して、酸化触媒１１ｅにおいて発生した反応熱が外部に発散しづらい構成となるので、酸化触媒１１ｅの保温性を向上させることができる。

さらに、本実施例においては、酸化触媒１１ｅが、排気管５内における外管部１１ｃに配置されているので、排気浄化装置１０の先端面における外周部分に高温の排気を重点的に供給することができる。その結果、排気浄化装置１０の先端面における中央部分が外周部分と比較して高温になることを抑制でき、排気浄化装置１０の全体を均一に暖機することができる。

次に、本実施例において、排気浄化装置１０を暖機する際の詳細な制御について説明する。図２に示すのは、本実施例における排気浄化装置昇温ルーチンであり、排気浄化装置１０のＮＯx触媒が活性化温度に達していない場合に、ＮＯx触媒を活性化温度まで昇温するためのルーチンである。本ルーチンはＥＣＵ３５によって、内燃機関１の稼動中は所定時間毎に実行される。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において排気浄化装置１０のＮＯx触媒の温度である触媒温度Ｔが取得される。この触媒温度Ｔは、内燃機関１の冷却水温を図示しない冷却水温センサで検出することによって推測してもよいし、排気浄化装置１０から排出される排気の温度を、図示しない排気温度センサによって直接検出してもよい。あるいは、内燃機関１の始動開始時からの経過時間と触媒温度Ｔとの関係を予め取得しておき、内燃機関１の始動開始時からの経過時間によって推測するようにしてもよい。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、触媒温度Ｔが排気浄化装置１０におけるＮＯx触媒の活性化温度以上かどうかが判定される。そして、触媒温度Ｔが排気浄化装置１０におけるＮＯx触媒の活性化温度以上であると判定された場合には、既に排気浄化装置１０が、内燃機関１の排気のＮＯxの浄化が可能な状態であると判定されるので、Ｓ１０７に進む。

Ｓ１０７においては、流量制御弁１１ｄが全開とされる。そうすることによって、内燃機関１から排出される排気が直接排気浄化装置１０に流入し、ＮＯxが浄化される。

一方、Ｓ１０２において、触媒温度Ｔが活性化温度より低いと判定された場合には、早急に触媒温度Ｔを活性化温度以上に昇温させなければならないので、Ｓ１０３に進む。Ｓ１０３においては、流量制御弁１１ｄが全閉とされる。そうすることにより、内燃機関１からの排気の略全量が酸化触媒１１ｅに流入することとなる。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、燃料添加弁１２より、排気管５を通過する排気に対して還元剤としての燃料が添加される。そうすることにより、Ｓ１０３における処理によって、酸化触媒１１ｅに略全量流入するようになった排気とともに、燃料添加弁１２から添加された燃料が運搬されて酸化触媒１１ｅに供給されるようになる。Ｓ１０４の処理が終了するとＳ１０５に進む。

Ｓ１０５においては、燃料添加弁１２から添加された燃料が酸化触媒１１ｅに達したかどうかが判定される。ここでは、酸化触媒１１ｅの直上流に備えられた図示しない空燃比センサの出力をＥＣＵ３５に読み込むことにより判定してもよいし、酸化触媒１１ｅの温度が急激に上昇し始めたことをもって燃料添加弁１２から添加された燃料が酸化触媒１１ｅに達したと判定してもよい。さらには、内燃機関１の運転状態と、燃料添加弁１２から添加された燃料が酸化触媒１１ｅに達するまでの時間との関係を予めマップ化しておき、該マップから本ルーチン実行時における内燃機関１の運転状態に応じて読み出された時間が、燃料添加弁１２より燃料を添加してから経過したかどうかによって判定してもよい。

Ｓ１０５において、燃料が酸化触媒１１ｅにまだ到達していないと判定された場合には、Ｓ１０５の処理の前に戻り再度Ｓ１０５において、燃料添加弁１２から添加された燃料が酸化触媒１１ｅに達したかどうかが判定される。そして、Ｓ１０５において燃料が酸化触媒１１ｅに到達したと判定されるまでＳ１０５の処理が繰り返し実行される。そして、Ｓ１０５において、燃料が酸化触媒１１ｅに到達したと判定された場合には、Ｓ１０６に進む。

Ｓ１０６においては流量制御弁１２の全閉が解除され、所定開度まで開弁される。これにより、酸化触媒１１ｅに流入する排気の流量が減少する。こうすることにより、酸化触媒１１ｅに到達した燃料が短期間で酸化触媒１１ｅをすり抜けてしまうことを抑制でき、充分な期間に亘り、酸化触媒１１ｅ内に滞在させることができる。結果として、酸化触媒１１ｅを通過した後の排気の温度を充分に上昇させることができ、排気浄化装置１０を早
急に昇温させることができる。また、排気浄化装置１０の昇温に関わる燃費を低減することができる。

ここで、所定開度とは、酸化触媒１１ｅに到達した燃料の、すり抜けを充分に抑制することができるとともに、酸化触媒１１ｅにおいて昇温した排気を、排気浄化装置１０を昇温するために充分に排気浄化装置１０に供給することが可能となる開度である。この所定開度は、内燃機関１の運転状態との関係において予めマップ化しておき、Ｓ１０６の実行時に、その際の内燃機関１の運転状態に対応する開度を該マップから読み出して導出するようにしてもよい。Ｓ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例における触媒昇温ルーチンにおいては、排気浄化装置１０におけるＮＯx触媒の温度が活性化温度より低い場合は、流量制御弁１１ｄを全閉とするとともに、燃料添加弁１２より燃料を排気中に添加するので、添加された燃料を酸化触媒１１ｅに到達させるのに充分な運搬性を確保することができる。

また、燃料が酸化触媒１１ｅに到達した後には、流量制御弁１１ｄが開弁し、内燃機関１からの排気が外管部１１ｃ及び内管部１１ｂの両方に流入するようになるので、酸化触媒１１ｅに到達した燃料が短期間で酸化触媒１１ｅをすり抜けることを抑制できるとともに、酸化触媒１１ｅにおける還元反応によって昇温した排気をより確実に排気浄化装置１０に供給することができる。

なお、上記の排気浄化システムにおいては、燃料添加弁１２から添加された燃料が酸化触媒１１ｅに到達した後において、内燃機関１の運転状態が減速状態である場合には、流量制御弁１１ｄをより大きな開度まで開弁し、内燃機関１から排出される排気の酸化触媒１１ｅへの流入量をより減少させるようにしてもよい。そうすることにより、内燃機関１の減速状態における低温の排気が酸化触媒１１ｅに流入することを抑制でき、酸化触媒１１ｅが冷却されることを抑制できる。

図３には、その場合の排気浄化装置昇温ルーチンの例を示す。本ルーチンにおける制御と図２における制御との相違点は、本ルーチンにおいては、Ｓ１０５において燃料が酸化触媒１１ｅに到達したと判定された後に、Ｓ１０６ではなくＳ２０１の処理に進む点である。Ｓ２０１においては、内燃機関１が減速状態かどうかが判定される。具体的には図示しないアクセルポジションセンサの出力をＥＣＵ３５に読み込み、その値が零かどうかを判定してもよい。すなわち、アクセルが踏み込まれていない状態をもって減速状態としてもよい。

Ｓ２０１において内燃機関１が減速状態であると判定された場合には、図２で説明したように流量制御弁１１ｄを所定開度まで開弁し、内管部１１ｂと、酸化触媒１１ｅを含む外管部１１ｃとの両方に、内燃機関１からの排気を供給すると、逆に酸化触媒１１ｅを冷却してしまうと判断されるので、Ｓ１０７に進み、流量制御弁１１ｄを全開にする。一方、Ｓ２０１において内燃機関１が減速状態でないと判定された場合には、図２で説明したとおりＳ１０６に進む。

そうすれば、内燃機関１が減速状態であって、燃料添加弁１２から添加された燃料によって酸化触媒１１ｅにおいて還元反応が生じても、低温の排気によって酸化触媒１１ｅが冷却されてしまうという事態の発生を抑制できる。その結果、より確実に排気浄化装置１０を暖機することができる。なお、本実施例におけるＳ２０１で内燃機関１が減速状態であると判定された際に、Ｓ１０７において流量制御弁１１ｄを全開すると、低温の排気が直接排気浄化装置１０に流入することとなる。しかしこの場合でも、排気浄化装置１０は酸化触媒１１ｅと比較して熱容量が大きいため、排気浄化装置１０自体が冷却されて早急
に低温になるという問題は生じづらいと考えられる。

また、上記において説明した以外に、本実施例における内燃機関１の暖機終了後であって、排気浄化装置昇温ルーチンが実行されていない時に、内燃機関１が減速状態となった場合に、流量制御弁１１ｄを全開とする制御を行ってもよい。こうすれば、内燃機関１の暖機終了後であって、活性化温度以上の温度に達している酸化触媒１１ｅに低温の排気が流入することを抑制でき、折角活性化温度以上になっている酸化触媒１１ｅが冷却されてしまうことを抑制できる。

次に本発明における実施例２について説明する。本実施例では、図１で説明した排気昇温装置１１に対する別の構成例について説明する。

図４は、本実施例における排気昇温装置２１の概略構成を示す図である。本実施例における第１の態様は、図４（Ａ）に示すように、排気浄化装置２０と排気昇温装置２１とを略同一径とし、同一径の管内に設けるようにしたものである。この態様によれば、排気昇温装置２１から排出された排気の流れを乱すことなく、排気をより円滑に排気浄化装置２０に流入させることができる。また、特に酸化触媒２１ｅが外管部２１ｃに設けられた場合には、酸化触媒２１ｅから排出された高温の排気をより確実に、排気浄化装置２０の外周部に流入させることができ、排気浄化装置２０の温度をより確実に均一に昇温することができる。また、本態様によれば、図４（Ａ）における段差部２１ｆが、排気昇温装置２１と排気浄化装置２０の間に位置しないので、酸化触媒２１ｅから排出された排気が、段差部２１ｆと衝突することによって多くの熱が排気管５の外部に逃げることを抑制できる。

また、図４（Ｂ）には本実施例における別の態様を示す。図４（Ｂ）においては、酸化触媒２１ｅは、外管部２１ｃではなく内管部２１ｂに設けられている。こうすれば、酸化触媒２１ｅが排気管５の外部と接することがなくなり、酸化触媒２１ｅの保温性をより高くすることができる。

また、図５に示すように、排気浄化装置２０が、内管部２１ｂに侵入するような態様にしてもよい。図５（Ａ）は、流量制御弁２１ｄを開弁した状態、図５（Ｂ）は、流量制御弁１２ｄを全閉した状態を示している。本態様によれば、排気浄化装置２０の容量が大きい場合にも、排気昇温装置２１及び排気浄化装置２０を含む構成全体を小型化することができ、車両への搭載性を向上させることができる。

さらに、図６には本実施例におけるさらに別の態様を示す。図６（Ａ）においては、酸化触媒２１ｅ中に電熱式ヒータ２１ｇが設けられている。そして、排気浄化装置２０を昇温させる際には、まず電熱式ヒータ２１ｇに通電して発熱させ、酸化触媒２１ｅ自体の温度を上昇させる。そうすれば、酸化触媒２１ｅ自体の温度をより確実に活性化温度以上に上昇させることができ、排気浄化装置２０に流入する排気の温度をより確実に上昇させることができる。

また、図６（Ｂ）においては、酸化触媒２１ｅの直上流にグロープラグ２１ｈを設けている。そして、排気浄化装置２０を昇温させる際には、まずグロープラグ２１ｈに通電して発熱させ、酸化触媒２１ｅ自体の温度を上昇させるとともに、外管部２１ｃを通過する排気の温度を上昇させる。そして、燃料添加弁１２から燃料を添加する。そうすれば、酸化触媒２１ｅ自身の温度をより確実に活性化温度以上に上昇させることができるとともに、酸化触媒２１ｅから排出される排気の温度をより高くすることができるので、排気浄化装置２０に流入する排気の温度をさらに確実に上昇させることができる。

なお、上記の実施例においては、内燃機関１の始動時などにおいて排気浄化装置１０または２０を暖機する場合について説明したが、排気浄化装置１０または２０におけるＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理や、フィルタのＰＭ再生処理において、ＮＯx触媒またはフィルタの温度を昇温させる場合に、上記実施例の構成及び制御を適用してもよい。

また、上記の実施例においては、燃料添加弁１２から還元剤としての燃料を添加する令について説明したが、還元剤として尿素水を用いる排気浄化システムに対して本実施例を適用してもよい。さらに、本実施例をディーゼル機関以外の内燃機関の排気浄化システムに適用してもよい。

さらに、本発明に係る排気浄化システムの構成は上記の実施例に限られるものではなく、本発明の技術思想の範囲内である限りにおいて変更は可能である。

本発明の実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。 本発明の実施例１に係る排気浄化装置昇温ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る排気浄化装置昇温ルーチンの別の例を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る排気昇温装置及び、排気浄化装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る排気昇温装置及び、排気浄化装置の概略構成の別の態様を示す図である。 本発明の実施例２に係る排気昇温装置及び、排気浄化装置の概略構成のさらに別の態様を示す図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
５・・・排気管
１０、２０・・・排気浄化装置
１１、２１・・・排気昇温装置
１１ａ、２１ａ・・・分離管
１１ｂ、２１ｂ・・・内管部
１１ｃ、２１ｃ・・・外管部
１１ｄ、２１ｄ・・・流量制御弁
１１ｅ、２１ｅ・・・酸化触媒
２１ｆ・・・段差部
２１ｇ・・・電熱式ヒータ
２１ｈ・・・グロープラグ
３５・・・ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気を浄化するとともに、所定温度以上に昇温されることにより浄化能力が向上する排気浄化装置と、
   前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側に設けられた排気昇温手段と、
   前記排気通路における前記排気昇温手段の上流側に設けられ、前記排気通路を通過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記排気昇温手段には、
   前記排気通路をなす単一の排気管中に、前記排気が通過すべき排気流通領域を残して設けられるとともに、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が供給されることによって発熱する排気昇温触媒と、
   前記排気管を通過する前記排気のうちの、前記排気流通領域を通過する前記排気の量と、前記排気昇温触媒を通過する前記排気の量との配分を制御する排気流量制御装置と、が備えられたことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記排気流通領域は、前記排気管の排気の通過方向に垂直な断面における中心部に配置されるとともに、前記排気昇温触媒は、前記断面内における前記排気流通領域の外側に配置され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システム。
3. 前記排気流量制御装置は、前記配分を制御することにより、前記排気管を通過する前記排気の略全量が前記排気流通領域を通過する状態と、前記排気管を通過する前記排気の略全量が前記排気昇温触媒を通過する状態と、前記排気管を通過する前記排気が、前記排気流通領域と前記排気昇温触媒の両方を通過する状態とを選択可能であ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システム。
4. 前記排気浄化装置を昇温させる際には、
   前記還元剤添加手段によって前記排気通路を通過する前記排気に還元剤が添加されるとともに、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気の略全量に前記排気昇温触媒を通過させるべく前記配分を制御し、
   前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記排気昇温触媒に到達した後に、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気における、前記排気昇温触媒を通過する排気の量を減少させるべく前記配分を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記内燃機関が搭載された車両の減速運転中は、前記排気流量制御装置が、前記排気管を通過する前記排気における、前記排気昇温触媒を通過する排気の量を減少させるべく前記配分を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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