JP2011247208A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】バーナー装置の診断を行う。
【解決手段】本発明に係る内燃機関は、排気通路に設けられた排気処理装置６，２６と、排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置３０とを備える。バーナー装置は、排気通路内に燃料を添加する燃料添加装置７と、燃料添加装置から添加された燃料を着火する着火装置２１とを含む。バーナー装置を診断する診断手段が設けられ、診断手段は、バーナー装置が正常か異常かを判定し、且つ、バーナー装置を異常と判定したとき異常原因を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に係り、特に、排気通路における排気処理装置の上流側に、排気温度を昇温させるためのバーナー装置を設けた内燃機関に関する。

内燃機関の排気通路において、排気処理装置（触媒等）の上流側にバーナー装置を設け、バーナー装置で生成された加熱ガスを利用して排気温度を昇温し、排気処理装置を加熱し、排気処理装置の暖機を促進する場合がある。バーナー装置は、典型的に、排気通路内に添加された燃料を適宜な着火手段によって着火し、燃焼させるものである。

特許文献１には、燃料を噴射する添加弁と、噴射燃料を着火させるための発熱部を有する着火手段とを備えた触媒昇温装置が開示されている。添加弁と着火手段とは、添加弁から噴射された燃料が発熱部に直接接触するような位置に配設されている。

特開２００６−１１２４０１号公報

ところで、バーナー装置に劣化、故障等の異常を来すと、バーナー装置が正常に作動しなくなり、排気処理装置の暖機促進効果が低減するなどの不具合が生じる。よってバーナー装置が正常か異常かを診断できるようにするのが望ましい。また、バーナー装置が異常である場合、その異常原因を特定することが迅速な修理等の観点からして望ましい。

そこで本発明の一の目的は、バーナー装置の診断を行うことが可能な内燃機関を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた排気処理装置と、
前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置であって、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加装置と、前記燃料添加装置から添加された燃料を着火する着火装置とを含むバーナー装置と、
前記バーナー装置を診断する診断手段であって、前記バーナー装置が正常か異常かを判定し、且つ、前記バーナー装置を異常と判定したとき異常原因を特定する診断手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関が提供される。

好ましくは、前記診断手段は、異常原因を特定する際、前記着火装置の着火能力増大および前記燃料添加装置の燃料添加量増大の少なくとも一方を行う。

好ましくは、前記診断手段は、異常原因を特定する際、前記着火装置の着火能力増大を行いつつ前記バーナー装置の再度の正異常判定を行い、これにより前記バーナー装置を正常と判定したとき、前記着火装置を異常原因と特定する。

好ましくは、前記診断手段は、異常原因を特定する際、前記燃料添加装置の燃料添加量増大を行いつつ前記バーナー装置の再度の正異常判定を行い、これにより前記バーナー装置を正常と判定したとき、前記燃料添加装置を異常原因と特定する。

好ましくは、前記診断手段は、前記着火装置および前記燃料添加装置のいずれも異常原因でないと判断したとき、前記排気通路内に堆積した異物を異常原因と特定し、当該異物を除去するよう、前記内燃機関の制御および警告の少なくとも一方を実行する。

好ましくは、前記診断手段は、前記バーナー装置の正異常判定を実行する際、前記バーナー装置を所定時間作動させると共に、前記バーナー装置から排出された排気ガスの前記所定時間当たりの昇温量を検出し、当該昇温量が所定値未満であるときに前記バーナー装置を異常と判定する。

好ましくは、前記診断手段は、前記バーナー装置の正異常判定を実行する際、前記バーナー装置を所定時間作動させると共に、前記バーナー装置から排出された排気ガスの前記所定時間当たりの第１昇温量と、前記排気処理装置から排出された排気ガスの前記所定時間当たりの第２昇温量とを検出し、前記第１昇温量が第１所定値未満で且つ前記第２昇温量が第２所定値以上であるときに、前記燃料添加装置以外の箇所で前記バーナー装置を異常と判定する。

本発明によれば、バーナー装置の診断を行うことができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略側面図である。 バーナー装置の縦断側面図である。 バーナー装置を上流側から見たときの縦断正面図である。 昇温制御に関するフローチャートである。 正異常判定に関するフローチャートである。 異常原因特定に関するフローチャートである。 第１変形例に係る内燃機関の概略側面図である。 第１変形例の昇温制御に関するフローチャートである。 第１変形例の正異常判定に関するフローチャートである。 第１変形例の異常原因特定に関するフローチャートである。 第２変形例のバーナー装置の縦断側面図である。 第２変形例のバーナー装置を上流側から見たときの縦断正面図である。

本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。ただし、本発明の実施態様は下記の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含むことに注意しなければならない。実施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。

図１は実施形態におけるエンジン本体１と、その吸排気系の概略構成を示す。エンジン本体１は、車載の直列４気筒４サイクルディーゼルエンジンをなす。エンジン本体１の各気筒には筒内燃料噴射弁９が設けられている。なお図１では単一の筒内燃料噴射弁９のみを示している。エンジン本体１には、吸気管２および排気管３が接続されている。これら吸気管２および排気管３によって吸気通路および排気通路がそれぞれ画成される。

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、エンジン本体１に単位時間当たりに流入する吸入空気量（すなわち吸気流量）が検出される。またエアフローメータ４の下流側には電子制御式のスロットルバルブ１８が設けられている。

排気管３の終端は、図示しない消音器に接続され、消音器の出口で大気に開放されている。排気管３の途中には、酸化触媒６及びＮＯｘ触媒２６が、上流側からこの順番で直列に配置されている。

酸化触媒６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。

ＮＯｘ触媒２６は、好ましくは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）からなる。ＮＯｘ触媒２６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。ＮＯｘ触媒２６は、アルミナＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。なお、ＮＯｘ触媒２６は選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。

これら酸化触媒６およびＮＯｘ触媒２６に加えて、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設けられてもよい。好ましくはＤＰＦ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する連続再生式のものである。好ましくはＤＰＦは、少なくとも酸化触媒６の下流側であって、且つＮＯｘ触媒２６の上流側若しくは下流側に配置される。なお火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）の場合、排気通路に三元触媒が設けられるのが好ましい。これら酸化触媒６、ＮＯｘ触媒２６、ＤＰＦおよび三元触媒が、本発明の排気処理装置に該当する。

排気管３における酸化触媒６の上流側にはバーナー装置３０が配置されている。バーナー装置３０は、燃料添加弁７と、着火手段あるいは着火装置としてのグロープラグ２１とを含む。燃料添加弁７は、排気管３内に液体の燃料（軽油）を添加或いは噴射することができ、図示しない燃料タンクおよび燃料ポンプと配管を介して接続されている。これら燃料添加弁７、燃料タンクおよび燃料ポンプを含め、排気管３内に燃料を添加する装置全体を燃料添加装置という。

バーナー装置３０は、エンジン本体１に接続された排気マニホールド（不図示）の集合部よりも下流側に配置されている。また本実施形態では排気マニホールドの集合部の下流側にターボチャージャ５のタービン５Ｔが設けられており、バーナー装置３０はタービン５Ｔの下流側で且つ酸化触媒６の上流側に設けられる。なおターボチャージャ５のコンプレッサ５Ｃは、エアフローメータ４とスロットルバルブ１８の間に位置されている。

タービン５Ｔには、その入口流量を可変にするための複数の可変ベーン（不図示）と、これら可変ベーンを同時に開閉するためのベーンアクチュエータ５Ａとが設けられている。

エンジン本体１には、エンジン本体１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）１０が併設されている。このＥＣＵ１０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て構成される。

ＥＣＵ１０には、上述したエアフローメータ４の他、エンジン本体１のクランク角を検出するクランク角センサ２４、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２５、排気ガスの温度を検出する排気温センサ２７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ＥＣＵ１０に入力される。またＥＣＵ１０には、筒内燃料噴射弁９、スロットルバルブ１８、ベーンアクチュエータ５Ａ、燃料添加弁７、グロープラグ２１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ＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４の出力値に基づいて吸入空気量を検出し、クランク角センサ２４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２５の出力値に基づいてエンジン本体１の要求負荷を検出することができる。

本実施形態では、バーナー装置３０を用いて排気ガスを加熱昇温するための昇温制御を実施する際に、ＥＣＵ１０が燃料添加弁７およびグロープラグ２１を適宜作動させる。すなわち、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７を適宜開弁駆動（オン）し、燃料添加弁７から適宜燃料を噴射させる。またＥＣＵ１０は、グロープラグ２１を適宜通電（オン）して十分な高温とする。

図２および図３にバーナー装置３０の構成を詳しく示す。なお図２に黒矢印で排気ガス流れ方向を示し、上流側を「前」、下流側を「後」ともいう。

図示するように、燃料添加弁７は、排気管３内に液体の燃料（軽油）Ｆを添加或いは噴射することができる。燃料添加弁７は単一の噴孔７ａを有している。なお噴孔は複数であってもよい。

燃料添加弁７は、排気管３の最上外面部に取り付けられた弁取付ボス１１に、排気管３の軸方向と垂直に挿入して固定されている。弁取付ボス１１の内部には、燃料添加弁７の内部の燃料を冷却するための冷却水が流通される冷却水通路１２が画成されている。排気管３には、燃料添加弁７から噴射された燃料Ｆを通過させるための弁穴１３が設けられている。

グロープラグ２１は、その先端部の発熱部２１ａが、燃料添加弁７よりもやや下流側に位置するように設置されている。グロープラグ２１は、図示しない昇圧回路を経て車載直流電源に接続されており、通電された際に発熱部２１ａが発熱する。発熱部２１ａで発生した熱により、燃料添加弁７から添加された燃料Ｆに着火して火炎を生じさせる。添加燃料Ｆの一部が、第１発熱部２１ａに直接接触して着火させられ、添加燃料Ｆの残部は第１発熱部２１ａを素通りする。なお着火装置としては、セラミックヒータやスパークプラグなどの他の装置、とくに電熱式または火花点火式の装置を用いることができる。

グロープラグ２１は、排気管３の側方外面部に取り付けられたプラグ取付ボス１４に、排気管３の軸方向および燃料添加弁７の軸方向と垂直に、排気管３の側方から挿入して固定され、排気管３の穴を通じて排気管３内に突出されている。

燃料添加弁７は、上方から発熱部２１ａに向けてやや下流側に向かうよう斜め下向きに燃料Ｆを噴射する。噴射された燃料Ｆは、所定の噴霧角を有する燃料経路を形成する。この燃料経路の途中に発熱部２１ａが配置されている。

添加燃料Ｆの着火が生じると、火炎を含む高温の加熱ガスが生成される。この加熱ガスは、周囲の排気ガスと混合して排気温度を昇温させる。昇温された排気ガスは、酸化触媒６及びＮＯｘ触媒２６に供給され、これらの暖機および活性化を促進する。

排気温センサ２７は、バーナー装置３０の下流側で且つ酸化触媒６の上流側に位置されている。特に、排気温センサ２７は、グロープラグ２１から所定距離離れた下流側で且つ酸化触媒６の直前の位置に配置されている。この位置において排気温センサ２７は、バーナー装置３０から排出され且つ酸化触媒６に流入する排気ガスの温度を検出する。

さて、上述したように、バーナー装置３０に劣化、故障等の異常を来すと、バーナー装置３０が正常に作動しなくなり、酸化触媒６及びＮＯｘ触媒２６等の暖機促進効果が低減するなどの不具合が生じる。とくにこれら触媒の暖機や活性化が低下するとエミッション（特にコールドエミッション）が悪化する。よって、バーナー装置３０が正常か異常かを診断できるようにするのが望ましい。

また、バーナー装置３０が異常である場合、その異常原因を特定することが望ましい。異常原因を特定することで、どの部品を修理または交換すれば良いかが直ちに分かり、メンテナンスの迅速化や低コスト化が図れるからである。また異常原因を特定することで、最適な性能回復制御を選択、実施することが可能だからである。

そこで本実施形態では、以下に述べるように、バーナー装置３０を診断する診断手段であって、バーナー装置３０が正常か異常かを判定し、且つ、バーナー装置３０を異常と判定したとき異常原因を特定する診断手段が備えられている。この診断手段はＥＣＵ１０によって構成されている。

ＥＣＵ１０は、図４に示すルーチンに従って排気温度を昇温させるための昇温制御を実行し、この昇温制御の結果に基づき、図５に示すルーチンに従ってバーナー装置３０の正異常判定を実行する。そしてＥＣＵ１０は、バーナー装置３０を異常と判定したとき、図６に示すルーチンに従って異常原因を特定する。

まず最初に図４に示す昇温制御ルーチンを説明する。当該ルーチンはＥＣＵ１０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１では、所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、１）エンジンが定常運転状態にあり、且つ、２）排気温センサ２７によって検出された排気温ＴｅがＴ１≦Ｔｅ≦Ｔ２を満たすような所定の温度範囲内にあるとき、前提条件成立と判断される。１）の条件は、例えば、エアフローメータ４によって検出された吸入空気量Ｇａの変動幅と、クランク角センサ２４の出力に基づいて計算された機関回転数の変動幅と、アクセル開度センサ２５の出力に基づいて算出された要求負荷の変動幅とが、それぞれ所定範囲内にあるとき、成立する。

判断結果がノーの場合、ルーチンが終了される。他方、判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０２に進んで、バーナー装置３０が作動させられる。すなわち、グロープラグ２１がオンされて高温にされると共に、燃料添加弁７もオンされて燃料添加が実行される。

このとき、グロープラグ２１と燃料添加弁７は既定状態で作動させられる。グロープラグ２１には既定の通電量が通電させられ、グロープラグ２１に印加される電圧および電流はそれぞれ既定値である。なおグロープラグ２１はデューティ制御してもよく、この場合のデューティ値は既定値である。他方、燃料添加弁７は間欠的に通電され、１回の通電当たりの通電時間は既定値とされる。

次いで、ステップＳ１０３では、排気温センサ２７によって検出された排気温Ｔｅと、バーナー装置３０の作動開始時からの経過時間ｔとがモニタリングされる。

次にステップＳ１０４では、経過時間ｔが所定時間Ａ以上となったか否かが判断される。なっていなければルーチンが終了され、なっていればステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、バーナー装置３０が停止させられる。すなわち、グロープラグ２１および燃料添加弁７がオフ（非通電）とされる。

最後に、ステップＳ１０６において、バーナー装置３０の作動開始時から作動終了時までの間の時間当たりの昇温量ΔＴｅが算出され、ルーチンが終了される。バーナー装置３０の作動開始時の排気温をＴｅ₁、バーナー装置３０の作動終了時の排気温をＴｅ₂とすると、ΔＴｅ＝Ｔｅ₂−Ｔｅ₁である。

次に、図５に示す正異常判定ルーチンを説明する。まずステップＳ２０１では、前記ステップＳ１０６で算出された昇温量ΔＴｅが所定値Ｂと比較される。そして昇温量ΔＴｅが所定値Ｂ以上の場合、ステップＳ２０２でバーナー装置３０は正常と判定され、昇温量ΔＴｅが所定値Ｂ未満の場合、ステップＳ２０３でバーナー装置３０は異常と判定される。これによりルーチンが終了される。

ここで理解されるように、ＥＣＵ１０は、バーナー装置３０を所定時間Ａ作動させると共に、バーナー装置３０から排出された排気ガスの前記所定時間Ａ当たりの昇温量ΔＴｅを検出する。そして当該昇温量ΔＴｅが所定値Ｂ未満であるとき、バーナー装置３０を異常と判定し、当該昇温量ΔＴｅが所定値Ｂ以上であるとき、バーナー装置３０を正常と判定する。バーナー装置３０の所定時間Ａの作動時に、目標とする昇温量Ｂが得られた場合にはバーナー装置３０を正常と判定し、そうでなければバーナー装置３０を異常と判定するのである。

次に、図６に示す異常原因特定ルーチンを説明する。まずステップＳ３０１では、グロープラグ２１の着火能力を既定状態よりも増大させるため、グロープラグ２１に対する通電量が既定値よりも増大させられる。すなわち、グロープラグ２１に印加される電圧および電流の少なくとも一方について、既定値よりも大きな値が設定される。なおグロープラグ２１をデューティ制御する場合、既定値よりも大きなデューティ値が設定される。

次いでステップＳ３０２では、図４に示した昇温制御ルーチンに従って昇温制御が再度実行される。このとき、ステップＳ３０１で設定された通電量でグロープラグ２１がオンされる。これによりグロープラグ２１の発熱部２１ａは既定状態よりも高温となり、グロープラグ２１の着火能力が増大させられる。他方、燃料添加弁７は既定状態でオンされ、１回の通電当たりの通電時間は既定値とされる。

こうして昇温制御の実行により昇温量ΔＴｅが検出されると、ステップＳ３０３において、図５に示した正異常判定ルーチンに従い正異常判定が再度実行される。

ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３の判定結果が正常であるか否かが判断される。正常であれば、ステップＳ３０５に進んで、グロープラグ２１が異常と特定され、ルーチンが終了される。すなわち、２回目の昇温制御（ステップＳ３０２）でグロープラグ２１の着火能力を増大させたときに目標の昇温量Ｂを得られたということは、１回目の昇温制御で目標の昇温量Ｂを得られなかった理由は、グロープラグ２１の性能低下または劣化による異常にあるとみなせるから、グロープラグ２１を異常原因として特定する。

このように、ＥＣＵ１０は、グロープラグ２１の着火能力増大を行いつつバーナー装置３０の再度の正異常判定を行い、これによりバーナー装置３０を正常と判定したとき、グロープラグ２１を異常原因と特定する。

他方、ステップＳ３０４で判定結果が正常でない（異常である）ときには、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、グロープラグ２１の着火能力が既定状態に戻され、具体的にはグロープラグ２１に対する通電量が既定値に戻される。

そしてステップＳ３０７で、燃料添加弁７の燃料添加量が規定値よりも増大させられる。すなわち、燃料添加弁７における１回の通電当たりの通電時間として、既定値よりも大きな値が設定される。

次いでステップＳ３０８では、図４に示した昇温制御ルーチンに従って昇温制御が再度実行される。このとき、ステップＳ３０８で設定された通電時間で燃料添加弁７がオンされる。これにより燃料添加弁７における１回の添加当たりの燃料添加量、ひいてはバーナー装置３０の全作動時間Ａにおける総燃料添加量は、既定状態よりも増大させられる。

こうして昇温制御の実行により昇温量ΔＴｅが検出されると、ステップＳ３０９において、図５に示した正異常判定ルーチンに従い正異常判定が再度実行される。

ステップＳ３１０では、ステップＳ３０９の判定結果が正常であるか否かが判断される。正常であれば、ステップＳ３１１に進んで、燃料添加弁７を含む燃料添加装置が異常と特定され、ルーチンが終了される。すなわち、３回目の昇温制御（ステップＳ３０８）で燃料添加量を増大させたときに目標の昇温量Ｂを得られたということは、１回目の昇温制御で目標の昇温量Ｂを得られなかった理由は燃料添加装置（特に燃料添加弁７）の詰まり等の異常にあるとみなせるから、燃料添加装置を異常原因として特定する。

このように、ＥＣＵ１０は、燃料添加装置の燃料添加量増大を行いつつバーナー装置３０の再度の正異常判定を行い、これによりバーナー装置３０を正常と判定したとき、燃料添加装置を異常原因と特定する。

他方、ステップＳ３１０で判定結果が正常でない（異常である）ときには、ステップＳ３１２に進む。ステップＳ３１２では、異常原因が、排気管３内に堆積した異物（煤やデポジット等）にあると実質的に特定される。すなわち、２回目の昇温制御（ステップＳ３０２）でグロープラグ２１の着火能力を増大させても、３回目の昇温制御（ステップＳ３０８）で燃料添加量を増大させても目標の昇温量Ｂを得られなかったということは、１回目の昇温制御で目標の昇温量Ｂを得られなかった理由はグロープラグ２１および燃料添加装置以外の箇所に異常があるからとみなせる。よってこの場合、排気管３内に堆積した異物によって燃焼性が悪化し、１回目の昇温制御で目標の昇温量Ｂを得られなかったとして、排気管３内に堆積した異物を異常原因として特定する。

そしてステップＳ３１２では、かかる異物を除去するようエンジンの制御が実行され、すなわち異物除去制御が実行される。異物除去制御の第１の態様は過給圧上昇制御である。すなわちＥＣＵ１０は、ベーンアクチュエータ５Ａを制御して、ターボチャージャ５のタービン５Ｔにおける可変ベーンの開度を減少する。すると過給圧が上昇し、排気ガス流量が増加し、異物を吹き飛ばして除去することができる。なおディーゼルエンジンの場合、通常、筒内混合気の空燃比がストイキよりリーンであるので、部分負荷の場合には過給圧上昇がエンジントルクにそれ程寄与せず、過給圧上昇制御の実行により乗員に違和感を与えることは少ないであろう。

異物除去制御の第２の態様は排気温上昇制御である。すなわちＥＣＵ１０は、スロットルバルブ１８の開度を低下させる。これにより比較的低温の新気の量が減り、筒内から排出される排気ガスの温度が上昇する。あるいはＥＣＵ１０は、エンジントルクになりにくいようなタイミング（例えば圧縮上死点後３０〜８０°ＣＡの範囲内）で筒内燃料噴射弁９から燃料を噴射させる。すなわちポスト噴射もしくは後行程噴射を実行する。これにより、ポスト噴射による燃料が酸化あるいは燃焼し、筒内から排出される排気ガスの温度が上昇する。これらスロットルバルブ開度低下とポスト噴射との両者を行ってもよい。筒内からの排気ガスの温度を上昇させることにより、異物を燃焼させて除去することができる。なおスロットルバルブ開度低下とポスト噴射の少なくとも一方を行う場合、トルク変化による乗員への違和感を防止するための制御（燃料噴射量補正制御等）を併せて実行するのが好ましい。

ところでステップＳ３１２では、異物除去制御を実行する代わりに、異物を除去するようなエンジンの運転、具体的には所定負荷以上のエンジンの運転を要求するよう、乗員に警告してもよい。この場合ＥＣＵ１０は、警告灯を点灯させ、あるいは多目的ディスプレイにメッセージを表示し、あるいは音声警告を行う。所定負荷以上でエンジンが運転されることにより、過給圧上昇と排気温上昇の少なくとも一方が起こり、異物を除去することができる。異物除去制御とともに警告を行ってもよい。

こうしてステップＳ３１２が実行されると、ルーチンが終了される。

少なくともグロープラグ２１または燃料添加装置が異常原因と特定された場合、その異常原因がＥＣＵ１０に記憶され、後の修理等の際に読み出される。

次に、他の実施形態を説明する。なお前記実施形態（基本実施形態という）と同一の構成要素については図中同一符号を付して説明を省略する。以下相違点を中心に述べる。

図７に第１変形例のエンジンを示す。これにおいては、酸化触媒６の上流側に加え、下流側にも排気温センサ２８が設けられている。以下、酸化触媒６の上流側の排気温センサ２７を第１排気温センサ、酸化触媒６の下流側の排気温センサ２８を第２排気温センサという。第２排気温センサ２８は、酸化触媒６の下流側で且つＮＯｘ触媒２６の上流側に位置されている。特に第２排気温センサ２８は、酸化触媒６の直後の位置に配置され、酸化触媒６から排出された排気ガスの温度を検出し、その温度に応じた信号をＥＣＵ１０に出力する。他の構成については基本実施形態と同様である。

図８には、第１変形例の昇温制御ルーチンを示す。当該ルーチンはＥＣＵ１０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

ステップＳ４０１，Ｓ４０２は前記ステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様である。但しステップＳ４０１において、前記２）の条件は、２）’第１排気温センサ２７によって検出された第１排気温Ｔｅ１がＴ１≦Ｔｅ１≦Ｔ２を満たすような所定の温度範囲内にある、という条件に置き換えられる。

ステップＳ４０３では、第１排気温センサ２７によって検出された第１排気温Ｔｅ１と、第２排気温センサ２８によって検出された第２排気温Ｔｅ２と、バーナー装置３０の作動開始時からの経過時間ｔとがモニタリングされる。

ステップＳ４０４，Ｓ４０５は前記ステップＳ１０４，Ｓ１０５と同様である。ステップＳ４０６では、バーナー装置３０の作動開始時から作動終了時までの間の時間当たりの第１昇温量ΔＴｅ１および第２昇温量ΔＴｅ２が算出され、ルーチンが終了される。バーナー装置３０の作動開始時の第１排気温および第２排気温をそれぞれＴｅ１₁およびＴｅ２₁、バーナー装置３０の作動終了時の第１排気温および第２排気温をそれぞれＴｅ１₂およびＴｅ２₂とすると、ΔＴｅ１＝Ｔｅ１₂−Ｔｅ１₁、ΔＴｅ２＝Ｔｅ２₂−Ｔｅ２₁である。

図９には、第１変形例の正異常判定ルーチンを示す。まずステップＳ５０１では、前記ステップＳ４０６で算出された第１昇温量ΔＴｅ１が第１所定値Ｂ１と比較される。そして第１昇温量ΔＴｅ１が第１所定値Ｂ１以上の場合、ステップＳ５０２でバーナー装置３０は正常と判定される。

他方、第１昇温量ΔＴｅ１が第１所定値Ｂ１未満の場合、ステップＳ５０３に進んで、前記ステップＳ４０６で算出された第２昇温量ΔＴｅ２が第２所定値Ｂ２と比較される。

第２昇温量ΔＴｅ２が第２所定値Ｂ２以上の場合、ステップＳ５０４において、燃料添加装置以外の箇所でバーナー装置３０が異常と判定される。すなわち、バーナー装置３０は異常だが、燃料添加装置は正常と判定される。

この場合は、１回目の昇温制御により目標の第１昇温量Ｂ１は得られなかったが、目標の第２昇温量Ｂ２は得られた場合に該当する。そしてこうなる理由として、燃料は正常に添加されていたが、この添加燃料がバーナー装置３０の燃焼性悪化等により正常に着火燃焼せず、目標の第１昇温量Ｂ１が得られず、その後酸化触媒６で添加燃料が燃焼し、目標の第２昇温量Ｂ２が得られたからとみなせる。あるいは、バーナー装置３０での燃焼悪化分が酸化触媒６での反応により補償されたからとみなせる。従ってこの場合には、燃料添加装置以外の箇所でバーナー装置を異常と判定するのが適切である。

他方、ステップＳ５０３で第２昇温量ΔＴｅ２が第２所定値Ｂ２未満の場合、ステップＳ５０５においてバーナー装置３０が異常と判定される。この場合は、１回目の昇温制御により目標の第１昇温量Ｂ１も第２昇温量Ｂ２も得られなかった場合に該当する。

図１０には、第１変形例の異常原因特定ルーチンを示す。これは基本実施形態の異常原因特定ルーチンとほぼ同様であり、同一のステップについては符号を６００番台に変更するのみで説明を省略する。異なるのは、ステップＳ６０４とステップＳ６０６の間にステップＳ６０５Ａが追加されている点だけである。

ステップＳ６０４で、ステップＳ６０３の判定結果が正常でない（異常である）と判断された場合、ステップＳ６０５Ａに進んで、ステップＳ６０３の判定結果が燃料添加装置正常か否か、すなわちステップＳ５０４が実行されたか否かが判断される。

燃料添加装置正常と判断された場合、ステップＳ６１２に進んで異物を除去するような制御または警告が実行される。つまりこの場合は、バーナー装置３０が異常だがグロープラグ２１と燃料添加装置に異常がないと推定できるから、残りの異常原因、すなわち排気管３内に堆積した異物に異常原因があると特定され、直ちに異物除去制御または警告が実行される。

他方、ステップＳ６０５Ａで燃料添加装置正常と判断されなかった場合、ステップＳ６０６以降に進んで、基本実施形態と同様、異常原因が燃料添加装置にあるか、あるいは異物にあるかが特定、判別される。

この第１変形例によれば、ステップＳ６０５Ａで燃料添加装置正常と判断した場合、３回目の昇温制御（ステップＳ６０８）および正異常判定（ステップＳ６０９）を実行することなく、直ちに異物を異常原因と特定し、異物除去制御または警告を実行できる。従って診断時間を短縮でき、診断機会確保にも有利である。

次に、第２変形例を説明する。この第２変形例は、基本実施形態と比べ、バーナー装置の構成が異なるのみである。図１１および図１２にバーナー装置の構成を示す。なお診断に関する構成、制御および処理等については、基本実施形態のものも第１変形例のものも適用可能である。

この第２変形例のバーナー装置３０は、バーナー触媒８と衝突板２０をも含む。バーナー触媒８は、燃料添加弁７から添加された燃料を酸化し改質するためのものであり、燃料添加弁７およびグロープラグ２１の下流側に設けられている。バーナー触媒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た酸化触媒として構成することができる。

燃料Ｆがバーナー触媒８に供給されると、そのときバーナー触媒８が活性化していれば、バーナー触媒８内で燃料が酸化させられる。このとき発生する酸化反応熱によって、バーナー触媒８が昇温させられる。よってバーナー触媒８を通過する排気ガスを昇温することができる。

また、バーナー触媒８の温度が高くなると、燃料中の炭素数の多い炭化水素が分解して、炭素数が少なく反応性の高い炭化水素が生成され、これによって燃料が反応性の高い燃料に改質される。

換言すれば、バーナー触媒８は、一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では、改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。

衝突板２０は、プラグ取付ボス１４に挿入して固定され、排気管３の穴を通じて排気管３内に突出されている。衝突板２０は、ＳＵＳなどの耐熱性及び耐衝撃性に優れた材料から形成することができる。本実施形態の衝突板２０は長方形とされている。

バーナー触媒８は、排気通路の一部の断面積を占めるように構成されている。本実施形態の場合、図１２に示すように、排気管３およびバーナー触媒８はともに断面円形であり、互いに同軸に配置されている。そして排気管３の内径よりもバーナー触媒８の外径が小さくされている。バーナー触媒８は、上流端から下流端に直線的に延びた複数の独立セルを有する所謂ストレートフロー型である。

バーナー触媒８は、円筒状のケーシング８ａ内に配置されており、このケーシング８ａは、放射状に配置された複数のステー８ｂによって排気管３内に支持されている。バーナー触媒８の内部には触媒内通路８ｃが形成され、ケーシング８ａの外周側には円環状の触媒迂回路３ａが形成される。

バーナー触媒８はさらに、上流側に向けて突出する導入板１５を含む。導入板１５は、ケーシング８ａの前端且つ下半部に取り付けられ、ケーシング８ａから上流側に向けて突出し、断面半円の樋状に形成されている。導入板１５は、ケーシング８ａと同様、放射状に配置された複数のステー８ｂによって排気管３内に支持されている。導入板１５は、添加燃料Ｆを受け止め、排気ガスの流れも利用しつつ、添加燃料Ｆをバーナー触媒８に導入、案内する。

図１１および図１２に示すように、添加燃料Ｆが燃料添加弁７からバーナー触媒８に向かうよう、燃料添加弁７とバーナー触媒８とが配置されている。詳しくは、燃料添加弁７は、上方からバーナー触媒８の導入板１５の底面上に向けて、やや下流側に向かうよう斜め下向きに燃料Ｆを噴射する。噴射された燃料Ｆは所定の噴霧角を有する燃料経路を形成する。

この燃料経路の途中に、グロープラグ２１の発熱部２１ａと衝突板２０とが配置されている。衝突板２０は、発熱部２１ａに近接したやや下方の位置に配置されている。そしてグロープラグ２１と衝突板２０とは、排気管３の上部側方から排気管３内に挿入され、互いに平行に且つ水平方向に直線状に延在されている。

添加燃料Ｆは発熱部２１ａに直接衝突される。また衝突板２０については、図１１に示すように上下流方向においては添加燃料Ｆの全体が衝突板２０に衝突するが、図１２に示すように左右方向においては添加燃料Ｆの一部（特に右側）しか添加燃料Ｆが衝突板２０に衝突しない。

従って、衝突板２０は、添加燃料Ｆの一部を途中で遮断し、添加燃料Ｆを所定割合でグロープラグ２１の発熱部２１ａに向けて反射供給する。その一方で、衝突板２０は、添加燃料Ｆの残部を遮断することなく素通りさせてバーナー触媒８に供給する。

燃料Ｆが衝突板２０に衝突すると、燃料Ｆの微粒化、霧化が促進され、分散性、拡散性が向上する。従ってグロープラグ２１による着火が促進される。グロープラグ２１は、バーナー触媒８の上方の触媒迂回路３ａとほぼ同じ高さに位置される。よって着火によってできた火炎は、主にその上方の触媒迂回路３ａの中に向かって延びることとなる。

他方、衝突板２０を素通りしてバーナー触媒８に供給された燃料は、前述したようにバーナー触媒８内で酸化、改質され、バーナー触媒８から排出される。この改質された燃料はその後、下流側の酸化触媒６内で本格的に酸化、燃焼され、排気温度の一層の昇温等に用いられる。

なおグロープラグ２１の着火によって生成された火炎や加熱ガスを利用して、バーナー触媒８の出口から排出された改質燃料を燃焼させることもできる。

この第２変形例によれば、バーナー装置３０にバーナー触媒８と衝突板２０を設けたので、バーナー装置３０の性能をより一層向上させることができる。

以上、本発明の好適実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、前記実施形態では着火装置と燃料添加装置の両方の異常を特定できるようにしたが、何れか一方のみの異常しか特定できないようにしてもよい。また排気管内の異物を異常原因として特定することを省略しても良い。

燃料添加量の増大は、燃料添加弁の通電時間を長くすることに代えて、あるいはこれに加えて、添加燃料の圧力を増大することによって行ってもよい。着火装置として、スパークプラグなどの火花点火式装置を使用し、当該装置を周期的あるいは間欠的に点火させて着火を行うことができる。この場合、着火装置の着火能力を増大する際に、点火毎の周期あるいは間隔を短くするようにしてもよい。

上述の数値、形状等は一例であり、任意に変更が可能である。例えばバーナー触媒及び排気管のうち少なくとも一方は、断面が楕円形や長円形など、非円形であってもよい。排気処理装置の種類や配列順序は任意である。内燃機関の用途、形式等も任意であり、車載用等に限定されない。

以上、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、クレームされた発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。本発明の実施態様は上述の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含む。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。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。

１ エンジン本体
３ 排気管
５ ターボチャージャ
５Ｔ タービン
５Ｃ コンプレッサ
５Ａ ベーンアクチュエータ
６ 酸化触媒
７ 燃料添加弁
８ バーナー触媒
９ 筒内燃料噴射弁
１０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１５ 導入板
１８ スロットルバルブ
２０ 衝突板
２１ グロープラグ
２１ａ 発熱部
２６ ＮＯｘ触媒
３０ バーナー装置
２７ 排気温センサ（第１排気温センサ）
２８ 排気温センサ（第２排気温センサ）

Claims (7)

1. 排気通路に設けられた排気処理装置と、
   前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置であって、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加装置と、前記燃料添加装置から添加された燃料を着火する着火装置とを含むバーナー装置と、
   前記バーナー装置を診断する診断手段であって、前記バーナー装置が正常か異常かを判定し、且つ、前記バーナー装置を異常と判定したとき異常原因を特定する診断手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記診断手段は、異常原因を特定する際、前記着火装置の着火能力増大および前記燃料添加装置の燃料添加量増大の少なくとも一方を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記診断手段は、異常原因を特定する際、前記着火装置の着火能力増大を行いつつ前記バーナー装置の再度の正異常判定を行い、これにより前記バーナー装置を正常と判定したとき、前記着火装置を異常原因と特定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記診断手段は、異常原因を特定する際、前記燃料添加装置の燃料添加量増大を行いつつ前記バーナー装置の再度の正異常判定を行い、これにより前記バーナー装置を正常と判定したとき、前記燃料添加装置を異常原因と特定する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 前記診断手段は、前記着火装置および前記燃料添加装置のいずれも異常原因でないと判断したとき、前記排気通路内に堆積した異物を異常原因と特定し、当該異物を除去するよう、前記内燃機関の制御および警告の少なくとも一方を実行する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 前記診断手段は、前記バーナー装置の正異常判定を実行する際、前記バーナー装置を所定時間作動させると共に、前記バーナー装置から排出された排気ガスの前記所定時間当たりの昇温量を検出し、当該昇温量が所定値未満であるときに前記バーナー装置を異常と判定する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。
7. 前記診断手段は、前記バーナー装置の正異常判定を実行する際、前記バーナー装置を所定時間作動させると共に、前記バーナー装置から排出された排気ガスの前記所定時間当たりの第１昇温量と、前記排気処理装置から排出された排気ガスの前記所定時間当たりの第２昇温量とを検出し、前記第１昇温量が第１所定値未満で且つ前記第２昇温量が第２所定値以上であるときに、前記燃料添加装置以外の箇所で前記バーナー装置を異常と判定する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。

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