JP3552561B2

JP3552561B2 - 排気浄化装置を備えた内燃機関

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Publication number: JP3552561B2
Application number: JP36577398A
Authority: JP
Inventors: 伸治鴨下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP2000186540A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置を備えた内燃機関に係り、さらに詳しくは、機関関連要素を昇温する燃焼式ヒータによる熱で、排気浄化装置の触媒を制御する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、通常、燃料の燃焼に伴って排出される排気ガスの浄化を行うために、排気浄化装置を備えている。
【０００３】
排気浄化装置としては、触媒として例えば吸蔵還元型リーンＮＯｘ触媒を備えた装置がある。この吸蔵還元型リーンＮＯｘ触媒は、リーン雰囲気で窒素酸化物を触媒に一旦吸蔵し、後に酸素濃度の低いリッチ雰囲気の排気を触媒に供給することで、吸蔵した窒素酸化物を触媒から放出させて、排気中の還元成分で還元浄化するものである。
【０００４】
このような触媒は、所定の温度領域で活性化し、所定の温度以下では、十分にＮＯｘを吸蔵還元できないという特性を有している。この触媒の活性領域を触媒浄化ウインドウという。
【０００５】
一方、近年の内燃機関は、例えば直噴エンジンやディーゼルエンジンのように熱効率が高くなっており、余分に排出される熱量が少なくなっている。従って、内燃機関とは別に燃焼式ヒータを設け、機関始動時にヒータコア等の機関関連要素を加熱するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術において、触媒が活性化するためには、内燃機関から排気される排気ガスが所定温度に達し、その排気ガスが触媒を加熱して触媒温度を触媒浄化ウインドウ内にもって行かなければならない。
【０００７】
しかし、内燃機関は、触媒の温度を制御するために稼働しているのではなく、あくまでも、車両の走行のために稼働しているのであって、走行条件によっては、排気ガス温度や量が変動し、触媒温度を触媒浄化ウインドウ内に維持することができない。
【０００８】
一方、これまで、燃焼式ヒータは、主として機関の始動時における暖機のために使用されるのみで、その他の運転時にはその熱量を無駄にしていた。
本発明は、このような背景の下になされたもので、触媒温度の制御をより確実に行うことと、燃焼式ヒータから発生する熱を効果的に利用することを課題とする。
【０００９】
なお、燃焼式ヒータの燃焼ガスを触媒に投入して燃焼ガスを排気ガスとともに浄化する装置が特開昭６０−７８８１９号公報に記載されている。
しかし、この装置では、燃焼式ヒータの燃焼ガスを浄化できるものの、燃焼ガスによる触媒の温度制御を行うものではない。しかも、燃焼式ヒータを稼働している間は、その燃焼ガスを常に触媒に導入するため、触媒温度が必要以上に高くなりすぎ、サルフェートが増加するという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、このような問題にも対処しうる排気浄化装置を備えた内燃機関とすることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関は、以下の手段を採用した。
【００１２】
すなわち、本発明の内燃機関は、基本的構成として、燃料を燃焼することで得られた熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータと、内燃機関の排気系に設けられ前記内燃機関からの排気を浄化する触媒とを備えている。
【００１３】
そして、内燃機関を迂回して燃焼式ヒータの燃焼ガスを触媒の上流に供給し、燃焼ガスによる加熱で触媒を活性化するようにしている。
このため、内燃機関を経由することなく前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記触媒の上流に供給する燃焼ガス導入通路と、この燃焼ガス導入通路に介在し、燃焼ガスの供給と非供給とを選択的に切り換える切換弁とを備えることとした。
【００１４】
さらに好適には、内燃機関を経由することなく前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記触媒の上流に供給する第１の燃焼ガス導入通路と、前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記触媒の下流に供給する第２の燃焼ガス導入通路と、前記第１の燃焼ガス導入通路と第２の燃焼ガス導入通路とに介在し、前記第１・第２の燃焼ガス導入通路を選択的に切り換える切換弁とを備えるようにした。
【００１５】
さらに、前記内燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段を備えるとき、前記切換弁は、排気温度検出手段で検出した排気温度が所定値以上の時に、燃焼ガスを非供給とするために第２の燃焼ガス導入通路を選択する。
【００１６】
ここで、前記排気温度検出手段は、内燃機関に関連するパラメータから排気温度を推定する排気温度推定手段であってもよい。
すなわち、排気温度を直接検出しあるいは推定し、その温度から触媒温度が触媒浄化ウインドウ内にあるか否かを判定し、触媒温度が所定値より低い場合に、燃焼式ヒータからの燃焼ガスを触媒上流に導く。なお、本発明で触媒上流とは、触媒に直接導入する場合も含む概念である。
【００１７】
さらに、排気温度検出手段に代えて、触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、前記切換弁は、触媒温度検出手段で検出した触媒温度が第１の所定値以下の時、例えば、触媒浄化ウインドウの下限値以下の時、触媒の上流側に燃焼ガスを供給する（第１の）燃焼ガス導入通路を選択し、触媒温度が第２の所定値以上の時、例えば、触媒浄化ウインドウの上限値以上の時、燃焼ガスを非供給とし、このため第２の燃焼ガス導入通路を選択する。
【００１８】
ここで、前記触媒温度検出手段は、内燃機関に関連するパラメータから触媒温度を推定する触媒温度推定手段であってもよい。本発明では、排気ガス温度に基づき、あるいは触媒温度から、触媒温度が触媒が機能するに必要な所定温度範囲内にあるか否かを判定する触媒温度判定手段と、この触媒温度判定手段により触媒温度が所定温度範囲より低いと判定されたとき前記切換弁を切り換えて燃焼ガスを触媒上流側の排気管に導入する切換弁切換手段を備えるとよい。
【００１９】
ここで、▲１▼「内燃機関」とは、通常のポート噴射ガソリンエンジンだけでなく、ガソリン直噴リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンあるいはＣＮＧ（ｃｏｍｍｐｒｅｓｓｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓ；圧縮天然ガス）エンジン等、排気系における雰囲気が酸素過剰でかつ炭化水素や一酸化炭素が少ない内燃機関も含む。
【００２０】
▲２▼「燃焼式ヒータ」は、内燃機関本体とは別物として内燃機関に付属するヒータであって、内燃機関本体のシリンダ内での燃焼に何等影響されることなく独自の燃焼を行って燃焼ガスを排出するものである。機関始動前から機関関連要素の温度を高める必要上、内燃機関本体とは別途設けたものである。
【００２１】
▲３▼「燃焼ガス」は、その成分に必要に応じて炭化水素や一酸化炭素等を含むものがよく、そのために燃焼式ヒータの燃焼用燃料にはガソリンや軽油等の内燃機関用燃料を用いるのが好ましい。ガソリン等は炭化水素でできているので、完全燃焼しなければ未燃ガスに炭化水素や一酸化炭素を発生し易いからである。
【００２２】
▲４▼「触媒」は、リーンＮＯｘ触媒であると好適である。リーンＮＯｘ触媒としては、吸蔵還元型リーンＮＯｘ触媒や選択還元型リーンＮＯｘ触媒を例示できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を備えた内燃機関の実施の形態について図１〜図３に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関は、多気筒の水冷式ディーゼルエンジンである。
【００２５】
ディーゼルエンジンは、機関冷却水を含むウォータジャケットを有するエンジン本体１と、エンジン本体１の複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置２と、混合気が燃焼した後の排気ガスを大気中に放出する排気装置３と、エンジン搭載車輌の室内を暖める暖房装置のヒータコア４とを有する。
【００２６】
前記吸気装置２は、吸気を濾過するエアクリーナ５と、このエアクリーナ５を通過した吸気を圧送するターボチャージャ６のコンプレッサ６ａと、このコンプレッサ６ａで圧縮される際に生じる熱で昇温された吸気を冷却するインタークーラ７と、このインタークーラ７を通過した吸気をエンジン本体１の各気筒へと送入するインテークマニホールド８とを備えており、これらは吸気管９で互いに接続されている。また、インタークーラ７とエンジン本体１と間には、吸気絞り弁１１が配置されている。
【００２７】
前記排気装置３は、エンジン本体１の排気ポートに接続されるエキゾーストマニホールド１２と、ターボチャージャ６のタービン６ｂと、排気ガスを浄化する排気浄化触媒１３と、この触媒１３に接続される図示しないマフラーとを排気管１４上に備えている。排気浄化触媒１３として、本例ではＮＯｘ触媒１３ａを上流側に、酸化触媒１３ｂを下流側に備えている。ＮＯｘ触媒としては、選択還元型リーンＮＯｘ触媒、吸蔵還元型リーンＮＯｘ触媒を例示できる。
【００２８】
選択還元型リーンＮＯｘ触媒とは、酸素過剰の雰囲気（リーン雰囲気）で、かつ、炭化水素（ＨＣ）が存在する状態でＮＯｘを還元または分解する触媒であり、例えば、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒や、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒等を例示できる。選択還元型ＮＯｘ触媒は、触媒床温が触媒浄化ウインド内にあって、流入する排気の空燃比がリーン雰囲気であり、更に排気中にＨＣ、好ましくは熱分解されて分子サイズが小さくなったＨＣが存在していれば、ＨＣの一部が部分酸化して活性種を生成し、その活性種が排気中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘをＮ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２等に還元する。
【００２９】
吸蔵還元型リーンＮＯｘ触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路及びＮＯｘ触媒上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をＮＯｘ触媒への流入排気ガスの空燃比と称するとき、このＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出する。
【００３０】
前記酸化触媒としては、酸素及び一酸化炭素、並びに炭化水素の存在下において疎水性を有し、ＮＯｘを減少させるゼオライトを例示できる。この酸化触媒をＮＯｘ触媒の下流に配置することで、ＮＯｘ触媒で浄化しきれなかったＮＯｘを浄化する。
【００３１】
前記選択還元型リーンＮＯｘ触媒は、触媒床温が所定の温度範囲（触媒浄化ウインド）内にある場合に、浄化能力を発揮するが、この点は吸蔵還元型リーンＮＯｘ触媒や酸化触媒も同様である。図２に、触媒に入る排気ガスの温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す。この図から、例えば１６０℃から３００℃の間で、ＮＯｘ浄化率が高いことが理解できる。この触媒の温度範囲すなわち触媒ウインドウはＰｔ系の触媒が活性化する範囲であり、酸化触媒もまた２００℃から３５０℃の触媒ウインドウを有する。
【００３２】
なお、以下の説明では、ＮＯｘ触媒として選択還元型リーンＮＯｘ触媒を使用したものとして説明する。
触媒１３の入り口には、触媒に導入される流入排気ガスの空燃比をリッチにしていわゆるリッチスパイク制御を行うために、燃料添加ノズル１５が設けられている。この燃料添加ノズル１５には燃料ポンプ１６から燃料が圧送されてくるが、その途中に燃料の圧送を制御する電磁弁１７が設けられている。この電磁弁１７はＥＣＵ１８により制御される。
【００３３】
燃料の添加により流入排気ガスの空燃比がリッチになると、排気ガス中の酸素濃度は極度に低下するため、ＮＯｘ触媒は、ＮＯ_２またはＮＯを放出する。放出されたＮＯ_２またはＮＯは、未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元される。このようにして白金Ｐｔ上のＮＯ_２またはＮＯが存在しなくなると、触媒から次から次へとＮＯ_２またはＮＯが放出される。従って、流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間の内にＮＯｘ触媒からＮＯｘが放出される。未燃ＨＣ，ＣＯが残っていれば、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘも、エンジンから排出されたＮＯｘも、この未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００３４】
さらに、触媒１３の上流側の排気管１４内に、排気ガス温度を測定する温度センサ１９が設けられ、この温度センサ１９はＣＰＵ１８と電気的に接続してあり、その検出信号をＣＰＵ１８に送るようになっている。ここで、温度センサ１９は、本発明でいう内燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段を構成する。
【００３５】
また、エンジン本体１には、排気ガスの一部を吸気系に戻す排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）を設けてある。ＥＧＲは、排気管１４のエキゾーストマニホールド１２と吸気管９のインテークマニホールド８とを結ぶＥＧＲ通路２０を備えている。
【００３６】
ＥＧＲ通路２０には、ここを通る流通ガス量を制御するＥＧＲ弁２１が設けられている。ＥＧＲ弁２１は、ＥＣＵ１８に電気的に接続してある。このＥＧＲ弁２１は、エンジンが作動しており、また要求があった時に元来開くようになっている弁ではあるが、エンジンが停止状態でかつ燃焼式ヒータ２２を作動する必要があるときにも開く可変制御可能な弁である。
【００３７】
次に、燃焼式ヒータ２２について説明する。
前記エアクリーナ５とターボチャージャ６のコンプレッサ６ａとを結ぶ吸気管９から分岐して、ヒータ用枝管３１が設けられ、このヒータ用枝管３１に燃焼式ヒータ２２が接続されている。
【００３８】
この燃焼式ヒータ２２は、エンジンとは別途に燃料を燃焼することで発生する熱で熱媒体（冷却水）を加熱し、この熱媒体を機関関連要素として前記ヒータコア４やエンジン本体１を循環させ、その際生じる熱交換によりこれら機関関連要素を加熱する。このため、燃焼式ヒータ２２からヒータコア４やエンジン本体１のウォータージャケットを経由して熱媒体（冷却水）を循環させる熱媒体循環路が設けられている。
【００３９】
このような熱媒体循環路として、前記燃焼式ヒータ２２には、エンジンの冷却水を燃焼式ヒータ２２へ導く冷却水導入通路３２と、燃焼式ヒータ２２内で暖められた冷却水をヒータコア４を経由してエンジン本体１へ導く冷却水排出通路３３とが接続されている。
【００４０】
ここで、燃焼式ヒータ２２の具体的な構成について図３に基づいて説明する。燃焼式ヒータ２２の内部には、前記ウォータジャケットからの冷却水を流すため、冷却水導入通路３２と、冷却水排出通路３３とに連通するヒータ内部冷却水通路２２ａが形成されている。
【００４１】
前記ヒータ内部冷却水通路２２ａは、燃焼式ヒータ２２の内部に形成された燃焼室２２ｄの周りを巡回するよう配置され、ヒータ内部冷却水路２２ａ内を流れる冷却水が燃焼室２２ｄからの熱を受けて昇温するようになっている。
【００４２】
燃焼室２２ｄは、火炎を発生させる燃焼源としての燃焼筒２２ｂと、燃焼筒２２ｂを覆うことで火炎が外部に漏れないようにする円筒状の隔壁２２ｃとから構成されている。このように燃焼筒２２ｂを隔壁２２ｃで覆うことにより、燃焼室２２ｄが隔壁２２ｃ内に画されることになる。そして、隔壁２２ｃは、燃焼式ヒータ２２の外壁２４によって覆われている。尚、隔壁２２ｃと外壁２４との間には、環状の隙間が設けられ、この隙間が前述したヒータ内部冷却水路２２ａとして機能するようになっている。
【００４３】
燃焼式ヒータ２２には、空気供給口２２ｅと排気排出口２２ｆとが形成され、これらの空気供給口２２ｅと排気排出口２２ｆとが燃焼室２２ｄに連通している。そして、前記空気供給口２２ｅには吸気導入のため前記ヒータ用枝管３１が接続され、前記排気排出口２２ｆには、燃焼ガスを排気管１４へと導入する燃焼ガス導入通路４０が接続されている。
【００４４】
前記燃焼筒２２ｂには、燃料導入通路２５が接続され、燃料ポンプ１６から吐出された燃料の一部が燃焼筒２２ｂに供給されるようになっている。さらに、燃焼筒２２ｂには、前記燃料導入通路２５によって供給された燃料を気化するための気化グロープラグ（図示せず）と、気化燃料に着火するための点火グロープラグ（図示せず）とが内装されている。尚、気化グロープラグと点火グロープラグとは、単一のグロープラグで兼用されるようにしてもよい。
【００４５】
このように構成された燃焼式ヒータ２２では、ヒータ用枝管３１から空気供給口２２ｅに流れ込んだ吸気が燃焼室２２ｄに導かれるとともに、燃料導入通路２５によって燃焼筒２２ｂに供給された燃料が気化グロープラグによって気化される。そして、前記吸気と前記気化燃料とが混合して混合気を形成し、その混合気が燃焼室２２ｄ内の点火グロープラグによって着火されて燃焼する。
【００４６】
また、燃焼式ヒータ２２には、前記したように燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスを、排気管１４へと導入する燃焼ガス導入通路４０が設けられているが、この燃焼ガス導入通路４０は、前記燃焼式ヒータ２２の燃焼ガスを前記ＮＯｘ触媒１３ａの上流に供給する第１の燃焼ガス導入通路４０ａと、前記燃焼式ヒータ２２の燃焼ガスを前記酸化触媒の下流に供給する第２の燃焼ガス導入通路４０ｂとに分岐している。この分岐点には、前記第１・第２の燃焼ガス導入通路４０ａ・４０ｂを選択的に切り換える切換弁４１が設けられている。この切換弁４１は、ＥＣＵ１８に電気的に接続され、ＥＣＵ１８からの指令に従って第１・第２の燃焼ガス導入通路４０ａ・４０ｂを選択的に切り換える電磁弁である。第１の燃焼ガス導入通路４０ａと排気管１４との接続点は、ＮＯｘ触媒１３入口と温度センサ１９との間である。従って、触媒上流側といっても、燃焼ガスがエンジン本体３を経由しない位置である。
【００４７】
切換弁４１が第１の燃焼ガス導入通路４０ａを選択しているとき、燃焼ガスは、ＮＯｘ触媒１３上流の排気管１４に導かれる。排気管１４に導入された燃焼ガスは、排気管１４の上流から流れてきた排気と混ざり合いながらＮＯｘ触媒１３ａに流入する。そして、燃焼ガスが持っている熱がＮＯｘ触媒１３ａに伝達され、ＮＯｘ触媒１３ａの触媒床温が上昇する。その際、ＮＯｘ触媒が選択還元型リーンＮＯｘ触媒であるならば、ＮＯｘ触媒１３ａの触媒床温が既に触媒浄化ウインド内にあり、燃焼ガスと排気の混合ガス中に十分な酸素が存在しることを条件に、排気ガス中に含まれていたＨＣが部分酸化して活性種を形成し、その活性種が排気中のＮＯ_Ｘと反応してＮＯ_ＸをＮ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２等に還元する。
【００４８】
また、燃焼式ヒータ２２では、燃焼室２２ｄ内の燃焼によって発生した熱が隔壁２２ｃを介して前記ヒータ内部冷却水通路２２ａ内を流れる冷却水に伝達され、冷却水を昇温させる。
【００４９】
次に、本実施の形態に係る排気浄化制御について述べる。
本実施の形態に係る排気浄化制御は、ＥＣＵ１８が図４に示すような排気浄化制御ルーチンを実行することによって実現される。この排気浄化制御ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【００５０】
排気浄化ルーチンにおいて、先ずＳ１０１で初期化が行われ、取り込むべき排気ガス温度をクリアする。
次いで、Ｓ１０２では、温度センサＳ２で検出した触媒への入りガス温度、すなわち排気温を取り込み、排気温がＮＯｘ触媒ウインド下限温度ａ、ここでは１６０℃より低いか否かを判定する。
【００５１】
例えば、暖機運転中の時などでは排気ガスの温度は低いため、Ｓ１０２で肯定判定される。すると、Ｓ１０３で切換弁をＯＮとすることで、燃焼式ヒータ２２からの燃焼ガスを、第１の燃焼ガス導入通路４０ａから前記ＮＯｘ触媒の上流に供給する一方、第２の燃焼ガス導入通路４０ｂを遮断する。
【００５２】
切換弁４１のＯＮにより、燃焼式ヒータ２２から排出された燃焼ガスは、触媒上流側に導入され、排気ガスと混ざりあって触媒に導入される。従って、燃焼ガスの熱が選択還元型リーンＮＯｘ触媒１３ａに伝達され、触媒床温が上昇する。
【００５３】
例えば、暖機が終了するころ、あるいは加速運転により排気ガスの温度が上昇すると、Ｓ１０２で否定判定される。すると、Ｓ１０４で切換弁をＯＦＦとすることで、第１の燃焼ガス導入通路からの前記ＮＯｘ触媒の上流への燃焼ガス供給を停止する一方、第２の燃焼ガス導入通路を開いて触媒下流に燃焼ガスを排出する。
【００５４】
このように、ＥＣＵ上には、排気ガス温度に基づき、触媒温度が触媒が機能するに必要な所定温度範囲内にあるか否かを判定する触媒温度判定手段と、この触媒温度判定手段により触媒温度が所定温度範囲より低いと判定されたとき前記切換弁を切り換えて燃焼ガスを触媒上流側の排気管に導入する切換弁切換手段が実現されている。
【００５５】
このような排気浄化制御によれば、選択還元型リーンＮＯｘ触媒の触媒床温が低くて触媒が未活性状態にある場合に、燃焼式ヒータからの燃焼ガスを触媒に導入して触媒床温を上昇させることができるので、選択還元型リーンＮＯｘ触媒１３ａを触媒浄化ウインドの範囲内にまで昇温させることができる。
【００５６】
また、エンジン１が加速運転されると、高温且つ多量の排気ガスが触媒に導入されるが、これに燃焼ガスも加わっていると触媒床温が高くなりすぎ、触媒浄化ウインドの上限温度を越えてしまう。そのような時、燃焼ガスは第２の燃焼ガス導入通路から触媒下流側の排気管に導入され、触媒には導入されないので、選択還元型リーンＮＯｘ触媒の触媒床温は触媒浄化ウインド内に維持される。
【００５７】
この結果、触媒１３ｂは速やかに昇温されて活性化し、その後は触媒床温を過剰に上昇させることなく、適正な活性領域に維持することができるため、排気中に含まれる大量のＮＯｘをより確実に処理することが可能となる。
【００５８】
以上は酸化触媒１３ｂについても同様である。
さらに、この例では、リーンＮＯｘ触媒の活性化を図るべく排気系温度を高めるのに燃焼式ヒータの出す燃焼ガスの熱を利用するので、特に内燃機関に外部負荷をかけることによって排気系雰囲気をリッチにせずとも触媒の活性化を図れる。このため、触媒による排気浄化効率が高まる。また、エンジンに外部負荷をかけなくともよいので未燃成分が少なくなりパティキュレートマターの発生を抑制できる。そして、リーンＮＯｘ触媒にパティキュレートマターが付着しても、燃焼式ヒータの燃焼ガス熱によってパティキュレートマターを燃焼することによりリーンＮＯｘ触媒からパティキュレートマターを除去できる。さらに、触媒床温が高くなりすぎるのを燃焼ガスの触媒への導入停止により回避できるので、触媒床温が過剰に高くなることによるサルフェートの発生を回避できる。
【００５９】
なお、この実施形態では、排気ガスの温度を温度センサで検出して燃焼ガスの触媒への導入を制御しているが、排気ガスと燃焼ガスの混合ガス、すなわち、触媒の入りガス温度を温度センサで検出して燃焼ガスの触媒への導入を制御するようにしても、同様な効果を得ることができる。
【００６０】
さらに、排気ガスの温度を、エンジン負荷、エンジン回転数等のパラメータから推定して上記制御を行うようにしてもよい。
また、触媒温度センサを設け、触媒床温を直接検出して上記制御を行うようにしてもよい。さらに、触媒床温を上記パラメータから推定して制御してもよい。
【００６１】
以上の制御は、暖房や暖機性能等の向上を目的として燃焼式ヒータが作動している場合に焼式ヒータから排出される燃焼ガスを利用して行われるが、暖房や暖機性能の向上を目的として燃焼式ヒータを作動させる必要がない場合であっても、触媒を昇温させる必要があるときは、燃焼式ヒータを積極的に作動させて、燃焼式ヒータからの燃焼ガスを利用するようにてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼式ヒータの燃焼ガスを利用して、触媒の触媒温度を制御し、触媒浄化ウインド内に昇温でき、また、触媒温度が高くなりすぎる場合、燃焼ガスの触媒への導入を停止して、触媒の触媒温度を触媒浄化ウインド内に維持することができるので、触媒による排気ガス浄化率を向上させることができる。
【００６３】
また、ディーゼルエンジンなどにおいて触媒温度が過剰に高くなってサルフェートが増加するという問題を避けることができる。
さらには、このような効果を、燃焼式ヒータの余熱を利用して行うことができるので、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の実施形態の概略構成図
【図２】触媒入りガス温度と触媒浄化率との関係を示す図
【図３】燃焼式ヒータの概略断面図
【図４】実施形態に係る触媒温度制御ルーチンを示す図
【符号の説明】
１…エンジン本体
２…吸気装置
３…排気装置
４…ヒータコア
５…エアクリーナ
６…ターボチャージャ
６ａ…コンプレッサ
６ｂ…ターボチャージャのタービン
７…インタークーラ
８…インテークマニホールド
９…吸気管
１１…吸気絞り弁
１２…エキゾーストマニホールド
１３…排気浄化触媒
１３ａ…ＮＯｘ触媒
１３ｂ…酸化触媒
１４…排気管
１５…燃料添加ノズル
１６…燃料ポンプ
１７…電磁弁
１８…ＥＣＵ
１９…温度センサ（排気温度検出手段）
２０…ＥＧＲ通路
２１…ＥＧＲ弁
２２ａ…ヒータ内部冷却水通路
２２ｂ…燃焼筒
２２ｃ…隔壁
２２ｄ…燃焼室
２２ｅ…空気供給口
２２ｆ…排気排出口
２４…外壁
２５…燃料導入通路
３１…ヒータ用枝管
３２…冷却水導入通路
３３…冷却水排出通路
４０…燃焼ガス排出通路
４０ａ…第１の燃焼ガス導入通路
４０ｂ…第２の燃焼ガス導入通路
４１…切換弁

Claims

燃料を燃焼することで得られた熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータと、
内燃機関の排気系に設けられ前記内燃機関からの排気を浄化する触媒と、
内燃機関を経由することなく前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記触媒の上流に供給する第１の燃焼ガス導入通路と、
前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記触媒の下流に供給する第２の燃焼ガス導入通路と、
前記第１の燃焼ガス導入通路と第２の燃焼ガス導入通路とに介在し、前記第１・第２の燃焼ガス導入通路を選択的に切り換える切換弁と、
前記内燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段と、を備え、
前記切換弁は、排気温度検出手段で検出した排気温度が所定値以上の時に、第２の燃焼ガス導入通路を選択することを特徴とする排気浄化装置を備えた内燃機関。
前記排気温度検出手段は、内燃機関に関連するパラメータから排気温度を推定する排気温度推定手段であることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
前記触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、前記切換弁は、触媒温度検出手段で検出した触媒温度が第１の所定値以下の時、第１の燃焼ガス導入通路を選択し、触媒温度が第２の所定値以上の時、第２の燃焼ガス導入通路を選択することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
前記触媒温度検出手段は、内燃機関に関連するパラメータから触媒温度を推定する触媒温度推定手段であることを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
触媒温度が触媒が機能するに必要な所定温度範囲内にあるか否かを判定する触媒温度判定手段と、この触媒温度判定手段により触媒温度が所定温度範囲より低いと判定されたとき前記切換弁を切り換えて燃焼ガスを触媒上流側の排気管に導入する切換弁切換手段を備えた請求項１から４のいずれかに記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。