内燃機関の排気加熱装置
【課題】排気通路に配された受け板に向けて燃料を噴射する従来の排気加熱装置は、偏向板に付着した燃料の蒸発が円滑に行われない場合がある。
【解決手段】内燃機関から排気浄化装置１１に導かれる排気を加熱するための本発明による排気加熱装置２５は、排気浄化装置１１よりも上流側の排気通路２３ａに燃料を供給するための燃料供給弁２６と、この燃料供給弁２６と対向するように排気通路２３ａに配されて燃料供給弁２６から供給される燃料を受ける燃料受け板２７と、この燃料受け板２７を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段２８と、燃料供給弁２６から供給された燃料を着火させるための発熱部２９ａを有する着火手段とを具える。
【解決手段】内燃機関から排気浄化装置１１に導かれる排気を加熱するための本発明による排気加熱装置２５は、排気浄化装置１１よりも上流側の排気通路２３ａに燃料を供給するための燃料供給弁２６と、この燃料供給弁２６と対向するように排気通路２３ａに配されて燃料供給弁２６から供給される燃料を受ける燃料受け板２７と、この燃料受け板２７を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段２８と、燃料供給弁２６から供給された燃料を着火させるための発熱部２９ａを有する着火手段とを具える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置が設けられた内燃機関において、排気浄化装置を活性化および活性状態の維持のために排気の温度を高める排気加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に対する厳しい排気規制に対処するため、内燃機関の始動時に排気浄化装置の活性化を促進させたり、内燃機関の運転中にその活性状態を維持したりすることが必要となっている。このため、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気加熱装置を組み込んだ内燃機関が特許文献１などで提案されている。この排気加熱装置は、排気中に加熱ガスを生成し、この生成された加熱ガスを下流側の排気浄化装置に供給することにより、排気浄化装置の活性化を促進させたり、活性状態を維持するものである。このため、排気加熱装置は、燃料を排気通路中に供給する燃料供給弁と、この燃料を加熱して着火させることにより、加熱ガスを生成させるグロープラグなどの着火装置とを一般的に有する。また、この特許文献１に開示された従来の排気加熱装置においては、着火装置が燃料供給弁に近接して配されているため、燃料供給弁から排気通路に供給される燃料と排気との混合が充分になされず、着火した燃料が不完全燃焼となる場合がある。このため、燃料供給弁から噴射された燃料を受けてこれを排気通路に飛散させる受け板を排気通路に組み込むことが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で開示された排気加熱装置において、燃料供給弁から噴射された燃料を受けてこれを排気通路に飛散させる受け板を追加した場合、受け板の表面に気化せずに残留した燃料滴がここを通過する排気からの熱を受けて変成する。また、排気に含まれる粒子状物質がこの変成物と混ざり合って受け板に付着し、これらがスラッジとして受け板に次第に堆積する結果、受け板に本来の機能を発揮させることができなくなってしまうという可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、受け板を所望の温度に設定することにより、受け板における燃料蒸発を促進させて燃焼性能を向上した排気加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を加熱するための排気加熱装置であって、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を供給するための燃料供給弁と、この燃料供給弁と対向するように前記排気通路に配されて当該燃料供給弁から供給される燃料を受ける燃料受け板と、この燃料受け板を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段と、前記燃料供給弁から供給された燃料を着火させるための発熱部を有する着火手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料供給弁から燃料が供給され、この燃料供給弁と対向するように排気通路に配された燃料受け板が燃料供給弁から供給された燃料を受ける。燃料受け板は受け板加熱手段によって所定温度範囲に加熱され、これによって燃料の気化が促進される。気化した燃料は着火手段の発熱部によって着火し、燃焼することによって排気通路を流れる排気の温度を上昇させ、加熱された排気が排気浄化装置へと送り込まれる。
【０００８】
本発明による排気加熱装置において、受け板加熱手段は燃料受け板に組み込まれて電源に接続するヒーターと、このヒーターと電源とを接続する接続回路の途中に組み込まれたオン／オフスイッチと、このオン／オフスイッチの作動を制御するスイッチ駆動手段と、燃料受け板の温度を検出するための温度センサーとを含み、スイッチ駆動手段は、温度センサーからの検出情報に基づいて燃料受け板が所定温度範囲に収まるようにオン／オフスイッチのオン／オフを制御するものであってよい。
【０００９】
所定温度範囲が燃料の沸点±５０℃か、あるいは燃料の５０％分留点±５０℃であってよい。
【００１０】
着火手段が受け板加熱手段を兼ね、着火手段の発熱部と燃料受け板の表面との間隔を０.５から２mmまでの範囲に設定することが可能である。この場合、着火手段がグロープラグであってよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の排気加熱装置によると、排気温が低温であっても燃料受け板にて燃料の気化が促進される結果、着火手段によってこれを確実に着火させることができる。
【００１２】
受け板加熱手段が温度センサーからの検出情報に基づいてオン／オフスイッチのオン／オフを制御するスイッチ駆動手段を具え、燃料受け板を所定温度範囲に収めるようにした場合、燃料受け板を效率よく加熱することができる。
【００１３】
所定温度範囲が燃料の沸点±５０℃または燃料の５０％分留点±５０℃の場合、燃料を極めて効率よく気化させることができる。
【００１４】
着火手段が受け板加熱手段を兼ね、着火手段の発熱部と燃料受け板の表面との間隔を０.５から２mmまでの範囲に設定した場合、受け板加熱手段を着火手段と別に設ける必要がなくなり、その製造コストを下げることができる。特に、グロープラグを着火手段として用いた場合、構造をより簡略化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による排気加熱装置の一実施形態の概念図である。
【図２】図１に示した実施形態の制御ブロック図である。
【図３】図１に示した実施形態における主要部の抽出拡大断面図である。
【図４】図３中のIV−IV矢視に沿った断面図である。
【図５】温度と燃料の蒸発量との関係を模式的に表すグラフである。
【図６】図１に示した実施形態における排気加熱装置の操作の流れを表すフローチャートである。
【図７】グロープラグに対する通電時間と燃料受け板の表面温度との関係を表すグラフである。
【図８】排気温と燃料受け板の表面温度との関係を表すグラフである。
【図９】排気の平均流速と燃料受け板の表面温度との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を圧縮点火方式の内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火式内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００１７】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを図２に模式的に示す。なお、図１にはエンジン１０の吸排気のための動弁機構や消音器の他に、このエンジン１０の補機として一般的な排気ターボ式過給機やＥＧＲ装置の他にスロットル弁なども省略されている。また、エンジン１０の円滑な運転や、後述する排気浄化装置１１の再生処理のために必要とされる各種センサー類もその一部が便宜的に省略されている。
【００１８】
本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１２から圧縮状態にある燃焼室１０ａ内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。
【００１９】
燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１３ａおよび排気ポート１３ｂが形成されたシリンダーヘッド１３には、吸気ポート１３ａを開閉する吸気弁１４ａおよび排気ポート１３ｂを開閉する排気弁１４ｂを含む図示しない動弁機構が組み込まれている。燃焼室１０ａの上端中央に臨む先の燃料噴射弁１２もまた、これら吸気弁１４ａおよび排気弁１４ｂに挟まれるようにシリンダーヘッド１３に組み付けられている。燃料噴射弁１２から燃焼室１０ａ内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１５の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１６により制御される。アクセルペダル１５の踏み込み量は、アクセル開度センサー１７により検出され、その検出情報がＥＣＵ１６に出力される。
【００２０】
ＥＣＵ１６は、このアクセル開度センサー１７や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１６ａと、燃料噴射設定部１６ｂと、燃料噴射弁駆動部１６ｃとを有する。燃料噴射設定部１６ｂは、運転状態判定部１６ａでの判定結果に基づいて燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１６ｃは、燃料噴射設定部１６ｂにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１２から噴射されるように、燃料噴射弁１２の作動を制御する。
【００２１】
ピストン１８ａが往復動するシリンダーブロック１８には、連接棒１８ｂを介してピストン１８ａが連結されるクランク軸１８ｃの回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１６に出力するクランク角センサー１９が取り付けられている。ＥＣＵ１６の運転状態判定部１６ａは、このクランク角センサー１９からの情報に基づき、クランク軸１８ｃの回転位相やエンジン回転数の他に車両の走行速度などを実時間で把握する。
【００２２】
吸気ポート１３ａに連通するようにシリンダーヘッド１３に連結される吸気管２０は、吸気ポート１３ａと共に吸気通路２０ａを画成する。途中にサージタンク２１が形成された吸気管２０の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路２０ａに導くためのエアークリーナー２２が設けられている。
【００２３】
排気ポート１３ｂに連通するようにシリンダーヘッド１３に連結される排気管２３は、排気ポート１３ｂと共に排気通路２３ａを画成する。下流端側に取り付けられた図示しない消音器よりも上流側の排気管２３の途中には、燃焼室１０ａ内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置１１が取り付けられている。本実施形態における排気浄化装置１１は、酸化触媒１１ａと、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)１１ｂとを有し、これらは排気通路２３ａの上流側、つまり排気管２３の基端側から順に間隔をあけて設けられている。酸化触媒１１ａは、主として排気中に含まれる未燃ガスを酸化、つまり燃焼させるためのものであり、ＤＰＦ１１ｂは、排気中に含まれる粒子状物質を捕集してこれを無害化させるためのものである。酸化触媒１１ａにはその温度（以下、これを触媒温度と記述する）Ｔnを検出してこれをＥＣＵ１６に出力する触媒温度センサー２４が組み込まれている。ＥＣＵ１６の運転状態判定部１６ａは、この触媒温度センサー２４からの情報に基づき、酸化触媒１１ａの活性状態を把握する。
【００２４】
吸気通路２０ａから燃焼室１０ａ内に供給される吸気は、燃料噴射弁１２から燃焼室１０ａ内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン１８ａの圧縮上死点近傍にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置１１を通って排気管２３から大気中に排出される。
【００２５】
この排気浄化装置１１よりも上流側の排気管２３の途中には、排気加熱装置２５が配されている。排気加熱装置２５は、加熱ガスを生成してこれらを下流側に配された排気浄化装置１１に供給し、その活性化および活性状態を維持するためのものである。この排気加熱装置２５の部分を図３に抽出拡大して示し、そのIV−IV矢視に沿った断面構造を図４に示す。本実施形態における排気加熱装置２５は、排気浄化装置１１よりも上流側の排気通路２３ａに燃料を供給するための燃料供給弁２６と、この燃料供給弁２６から供給される燃料を受ける燃料受け板２７と、受け板加熱手段２８と、グロープラグ２９とを具えている。
【００２６】
燃料供給弁２６から排気通路２３ａに供給される燃料の量は、排気温や酸化触媒１１ａの温度を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ１６により制御される。このため、燃料供給弁２６よりも上流側の排気通路２３ａを流れる排気の温度を検出してその検出情報をＥＣＵ１６に出力する排気温センサー３０が設けられている。ＥＣＵ１６の燃料供給量設定部１６ｄは、この排気温センサー３０および先の触媒温度センサー２４からの情報を介した運転状態判定部１６ａでの判定結果に基づいて燃料供給弁２６からの燃料の供給量を設定する。ＥＣＵ１６の燃料供給弁駆動部１６ｅは、燃料供給量設定部１６ｄにて設定された量の燃料が燃料供給弁２６から排気通路２３ａに供給されるように、燃料供給弁２６の作動を制御する。
【００２７】
燃料を効率よく気化させてグロープラグ２９による着火性を高めるための燃料受け板２７は、ホルダー２５ａを介して排気管２３に取り付けられた燃料供給弁２６と対向するように排気通路２３ａに配されている。
【００２８】
この燃料受け板２７を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段２８は、車載の電源３１に接続するヒーター２８ａと、オン／オフスイッチ２８ｂと、ＥＣＵ１６のヒーター駆動部１６ｆと、受け板温度センサー３２とを含む。第１のオン／オフスイッチ２８ｂ（以下、便宜的に第１のオン／オフスイッチと記述する）は、燃料受け板２７に組み込まれたヒーター２８ａと電源３１とを接続する接続回路２５ｂの途中に組み込まれている。また、燃料受け板２７に取り付けられた受け板温度センサー３２は、燃料受け板２７の温度ＴVを検出してこれをＥＣＵ１６に出力する。本発明におけるスイッチ駆動手段としてのＥＣＵ１６のヒーター駆動部１６ｆは、受け板温度センサー３２からの検出情報に基づいて燃料受け板２７の温度が所定温度範囲に収まるように、第１のオン／オフスイッチ２８ｂのオン／オフを制御する。
【００２９】
ここで燃料の沸騰曲線を模式的に図５に示す。周知のように、燃料の蒸発量は燃料の沸点ＴB近傍で最大となる。より厳密には、燃料の温度が上昇し、液体の状態から核沸騰状態となる温度領域になるに連れてその蒸発量が増大し、燃料の沸点ＴBを越えて熱流束が最大となる極大熱流束点ＴMにてその蒸発量が最大となる。つまり、極大熱流束点ＴMよりも温度が低すぎても高すぎても蒸発量が低下する。従って、燃料受け板２７の温度を燃料の沸点ＴBに応じた核沸騰領域となるように制御することが最も効率のよい加熱方法であり、本実施形態ではこの所定温度範囲を便宜的に燃料の沸点ＴB±５０℃に設定している。しかしながら、この所定温度範囲を燃料の５０％分留点±５０℃に設定することも有効である。
【００３０】
本発明における着火手段としてのグロープラグ２９は、燃料供給弁２６から排気通路２３ａに供給された燃料を着火させるための発熱部２９ａを有する。このグロープラグ２９２７は、その発熱部２９ａが燃料供給弁２６から噴射される燃料の噴射領域に臨むように、燃料受け板２７の表面に近接した状態で先の燃料受け板２７と共に排気管２３にホルダー２５ｃを介して固定されている。排気通路２３ａを横切るように配されたグロープラグ２９は、先の接続回路２５ｂおよび第２のオン／オフスイッチ３３を介して電源３１に接続している。また、この第２のオン／オフスイッチ３３の開閉動作は、予め設定されたプログラムに従ってＥＣＵ１６のグロープラグ駆動部１６ｇにより制御される。
【００３１】
従って、燃料供給弁２６から燃料が排気通路２３ａの燃料受け板２７に向けて供給され、ヒーター２８ａによって加熱状態にある燃料受け板２７の表面に達した燃料がここで効率よく気化する。このようにして気化状態となった燃料は、排気通路２３ａを流れる排気の流れに乗ってグロープラグ２９の発熱部２９ａの方へと導かれ、発熱部２９ａによって加熱されて着火し、これによって温度の上昇した排気が排気浄化装置１１へと導かれる。
【００３２】
このような本実施形態における排気加熱装置２５の制御手順の一例を図６のフローチャートに示す。まずＳ１１のステップにてエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度Ｎi以上であるか否かを判定する。ここでエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度Ｎi以上である、すなわち排気通路２３ａを排気が流れていると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して今度は触媒温度ＴCが触媒加熱開始温度ＴL以下であるか否かを判定する。なお、この触媒加熱開始温度ＴLは、酸化触媒１１ａの活性化が損なわれる可能性のある最低温度である。Ｓ１２のステップにて触媒温度ＴCが触媒加熱開始温度ＴL以下である、すなわち排気を加熱して酸化触媒１１ａの活性化を行う必要があると判断した場合には、Ｓ１３のステップに移行する。そして、触媒温度ＴCと触媒加熱開始温度ＴLとの差に基づいて燃料供給量を算出すると共に第２のオン／オフスイッチ３３をオン状態に切り換えてグロープラグ２９の発熱部２９ａを加熱する。次いでＳ１４のステップにて燃料受け板２７を加熱するためのヒーター２８ａの通電状態を示すＨフラグがセットされているか否かを判定する。最初はＨフラグがセットされていないので、Ｓ１５のステップに移行して燃料受け板２７の温度ＴVが予め設定した閾温度ＴRL、すなわち(ＴB−５０)℃未満であるか否かを判定する。ここで、燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRL未満である、すなわち燃料受け板２７を加熱する必要があると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行する。そして、第１のオン／オフスイッチ２８ｂをオン状態に切り換え、ヒーター２８ａに対する通電を行って燃料受け板２７を加熱する。さらにＳ１７のステップにてＨフラグをセットした後、Ｓ１１のステップに戻る。
【００３３】
先のＳ１４のステップにてＨフラグがセットされている、すなわちヒーター２８ａへの通電により燃料受け板２７を加熱していると判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行して燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRL以上であるか否かを判定する。ここで、燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRL以上である、すなわち燃料の蒸発を効率よく行うことができると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行する。そして、燃料受け板２７の温度ＴVが予め設定した閾温度ＴRH、すなわち(ＴB＋５０)℃以下であるか否かを判定する。ここで、燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRH以下である、すなわち燃料受け板２７を必要以上に加熱していないと判断した場合には、Ｓ２０のステップに移行して燃料供給弁２６から排気通路２３ａへの燃料の供給を行う。そして、Ｓ２１のステップにて燃料供給が行われていることを示すＦフラグをセットし、Ｓ２２のステップにて触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高いか否かを判定する。なお、この触媒加熱停止温度ＴHは、酸化触媒１１ａが熱損傷を受ける可能性がある最低温度である。ここで触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高い、すなわち酸化触媒１１ａが熱損傷を受ける可能性があると判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行する。そして、燃料供給弁２６からの燃料の供給を停止すると共に第１および第２のオン／オフスイッチ２８ｂ，３３をオフ状態に切り換え、グロープラグ２９の発熱部２９ａおよび燃料受け板２７の加熱を停止する。さらに、Ｓ２４のステップに移行してＨフラグおよびＦフラグをそれぞれリセットし、再びＳ１１のステップに戻る。
【００３４】
また、先のＳ１９のステップにて燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRHを越えている、すなわち燃料受け板２７を加熱し続けても燃料の蒸発効率が悪くなると判断した場合には、Ｓ２５のステップに移行する。そして、第１のオン／オフスイッチ２８ｂをオフ状態に切り換え、燃料受け板２７の加熱を停止し、Ｓ２６のステップにてＨフラグをリセットした後、Ｓ２０のステップに移行して排気通路２３ａへの燃料の供給を行う。
【００３５】
このように、ＴRL≦ＴV≦ＴRHとなるようにヒーター２８ａに対する通電のオン／オフを制御することにより、燃料の蒸発効率が最も良好となる燃料受け板２７の温度を最小のエネルギー消費にて実現することができる。
【００３６】
一方、Ｓ１１のステップにてエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度Ｎi未満である、すなわち充分な量の排気が排気通路２３ａ２２ａを流れていないと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行する。ここで、触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高いか否かを判定し、触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高い、すなわち酸化触媒１１ａが熱損傷を受ける可能性があると判断した場合には、Ｓ２８のステップに移行する。Ｓ２８のステップではＦフラグがセットされているか否かを判定し、ここでＦフラグがセットされている、すなわち燃料を排気通路２３ａに供給中であると判断した場合には、先のＳ２３のステップに移行する。そして、燃料供給弁２６からの燃料の供給を停止すると共にグロープラグ２９およびヒーター２８ａに対する通電を停止する。
【００３７】
また、先のＳ２８のステップにてＦフラグがセットされていない、すなわち燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給が行われていないと判断した場合には、Ｓ２９のステップに移行して今度はＨフラグがセットされているか否かをさらに判定する。ここでＨフラグがセットされている、すなわち燃料受け板２７を加熱中であると判断した場合には、Ｓ３０のステップに移行してヒーター２８ａを非通電状態に切り換え、Ｓ３１のステップにてＨフラグをリセットした後、Ｓ１１のステップに戻る。
【００３８】
さらに、Ｓ２７のステップにて触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴH以下である、すなわち酸化触媒１１ａは活性状態の可能性があると判断した場合には、何もせずにＳ１１のステップに戻る。同様に、Ｓ２９のステップにてＨフラグがリセットされている、すなわちヒーター２８ａが非通電状態であると判断した場合にも、何もせずにＳ１１のステップに戻る。
【００３９】
このように、排気通路２３ａを所定量以上の排気が流れている状態において、酸化触媒１１ａの温度が触媒加熱開始温度ＴL未満の場合、燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料が供給される。この結果、エンジン１０の運転状態の如何にかかわらず、酸化触媒１１ａの活性状態を維持することができる。
【００４０】
上述した実施形態では、燃料受け板２７にヒーター２８ａを組み込んでこれを加熱するようにしたが、グロープラグ２９を本発明の受け板加熱手段として兼用させることも可能である。より具体的には、グロープラグ２９の発熱部２９ａを燃料受け板２７の表面の中央部に近接状態に配置し、発熱部２９ａからの輻射熱によって燃料受け板２７を加熱する。この場合、燃料受け板２７の表面温度を所定温度範囲、例えば燃料の沸点ＴB±５０℃に維持するため、燃料受け板２７の表面と発熱部２９ａとの間隔を０.５〜２mm程度に設定することが有効である。これによって、着火手段としてのグロープラグ２９を受け板加熱手段としても機能させることが可能となり、燃料受け板２７に組み込まれるヒーター２８ａを省略することができる。
【００４１】
上述のように、グロープラグ２９を本発明の受け板加熱手段として兼用させる場合、グロープラグ２９に対する通電条件が特定の運転条件となっていることから、先の実施形態で用いた受け板温度センサー３２をさらに省略することも可能である。すなわち、グロープラグ２９に対する通電時間と排気温が１００℃の場合における燃料受け板２７の表面温度との関係を図７に示し、排気温と燃料受け板２７の表面温度との関係を図８に示し、排気の平均流速と燃料受け板２７の表面温度との関係を図９に示す。これらのグラフから明らかなように、燃料受け板２７の表面温度を例えば２００〜３００℃の間に保つためには、例えばグロープラグ２９の通電開始から６０秒経過した後、かつ排気温が７５〜２００℃かつ排気の平均流速が毎秒０.５〜３ｍの範囲にある場合、燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給を行えばよいことが理解されよう。ただし、酸化触媒１１ａの活性化処理のために燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給が行われるような排気温および排気の平均流速は、一般的に７５〜１５０℃および毎秒１.５〜３ｍの範囲にある。従って、酸化触媒１１ａの活性化処理のために燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給を行う場合、グロープラグ２９の通電開始から所定時間後（例えば６０秒後）に燃料の供給を開始するだけで、燃料受け板２７の表面温度を目的とする温度に自ずと維持することが可能となる。
【００４２】
このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００４３】
１０ エンジン
１０ａ 燃焼室
１１ 排気浄化装置
１１ａ 酸化触媒
１１ｂ ＤＰＦ
１２ 燃料噴射弁
１３ シリンダーヘッド
１３ａ 吸気ポート
１３ｂ 排気ポート
１４ａ 吸気弁
１４ｂ 排気弁
１５ アクセルペダル
１６ ＥＣＵ
１６ａ 運転状態判定部
１６ｂ 燃料噴射設定部
１６ｃ 燃料噴射弁駆動部
１６ｄ 燃料供給量設定部
１６ｅ 燃料供給弁駆動部
１６ｆ ヒーター駆動部
１６ｇ グロープラグ駆動部
１７ アクセル開度センサー
１８ シリンダーブロック
１８ａ ピストン
１８ｂ 連接棒
１８ｃ クランク軸
１９ クランク角センサー
２０ 吸気管
２０ａ 吸気通路
２１ サージタンク
２２ エアークリーナー
２３ 排気管
２３ａ 排気通路
２４ 触媒温度センサー
２５ 排気加熱装置
２５ａ ホルダー
２５ｂ 接続回路
２５ｃ ホルダー
２６ 燃料供給弁
２７ 燃料受け板
２８ 受け板加熱手段
２８ａ ヒーター
２８ｂ 第１のオン／オフスイッチ
２９ グロープラグ
２９ａ 発熱部
３０ 排気温センサー
３１ 電源
３２ 受け板温度センサー
３３ 第２のオン／オフスイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置が設けられた内燃機関において、排気浄化装置を活性化および活性状態の維持のために排気の温度を高める排気加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に対する厳しい排気規制に対処するため、内燃機関の始動時に排気浄化装置の活性化を促進させたり、内燃機関の運転中にその活性状態を維持したりすることが必要となっている。このため、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気加熱装置を組み込んだ内燃機関が特許文献１などで提案されている。この排気加熱装置は、排気中に加熱ガスを生成し、この生成された加熱ガスを下流側の排気浄化装置に供給することにより、排気浄化装置の活性化を促進させたり、活性状態を維持するものである。このため、排気加熱装置は、燃料を排気通路中に供給する燃料供給弁と、この燃料を加熱して着火させることにより、加熱ガスを生成させるグロープラグなどの着火装置とを一般的に有する。また、この特許文献１に開示された従来の排気加熱装置においては、着火装置が燃料供給弁に近接して配されているため、燃料供給弁から排気通路に供給される燃料と排気との混合が充分になされず、着火した燃料が不完全燃焼となる場合がある。このため、燃料供給弁から噴射された燃料を受けてこれを排気通路に飛散させる受け板を排気通路に組み込むことが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で開示された排気加熱装置において、燃料供給弁から噴射された燃料を受けてこれを排気通路に飛散させる受け板を追加した場合、受け板の表面に気化せずに残留した燃料滴がここを通過する排気からの熱を受けて変成する。また、排気に含まれる粒子状物質がこの変成物と混ざり合って受け板に付着し、これらがスラッジとして受け板に次第に堆積する結果、受け板に本来の機能を発揮させることができなくなってしまうという可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、受け板を所望の温度に設定することにより、受け板における燃料蒸発を促進させて燃焼性能を向上した排気加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を加熱するための排気加熱装置であって、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を供給するための燃料供給弁と、この燃料供給弁と対向するように前記排気通路に配されて当該燃料供給弁から供給される燃料を受ける燃料受け板と、この燃料受け板を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段と、前記燃料供給弁から供給された燃料を着火させるための発熱部を有する着火手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料供給弁から燃料が供給され、この燃料供給弁と対向するように排気通路に配された燃料受け板が燃料供給弁から供給された燃料を受ける。燃料受け板は受け板加熱手段によって所定温度範囲に加熱され、これによって燃料の気化が促進される。気化した燃料は着火手段の発熱部によって着火し、燃焼することによって排気通路を流れる排気の温度を上昇させ、加熱された排気が排気浄化装置へと送り込まれる。
【０００８】
本発明による排気加熱装置において、受け板加熱手段は燃料受け板に組み込まれて電源に接続するヒーターと、このヒーターと電源とを接続する接続回路の途中に組み込まれたオン／オフスイッチと、このオン／オフスイッチの作動を制御するスイッチ駆動手段と、燃料受け板の温度を検出するための温度センサーとを含み、スイッチ駆動手段は、温度センサーからの検出情報に基づいて燃料受け板が所定温度範囲に収まるようにオン／オフスイッチのオン／オフを制御するものであってよい。
【０００９】
所定温度範囲が燃料の沸点±５０℃か、あるいは燃料の５０％分留点±５０℃であってよい。
【００１０】
着火手段が受け板加熱手段を兼ね、着火手段の発熱部と燃料受け板の表面との間隔を０.５から２mmまでの範囲に設定することが可能である。この場合、着火手段がグロープラグであってよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の排気加熱装置によると、排気温が低温であっても燃料受け板にて燃料の気化が促進される結果、着火手段によってこれを確実に着火させることができる。
【００１２】
受け板加熱手段が温度センサーからの検出情報に基づいてオン／オフスイッチのオン／オフを制御するスイッチ駆動手段を具え、燃料受け板を所定温度範囲に収めるようにした場合、燃料受け板を效率よく加熱することができる。
【００１３】
所定温度範囲が燃料の沸点±５０℃または燃料の５０％分留点±５０℃の場合、燃料を極めて効率よく気化させることができる。
【００１４】
着火手段が受け板加熱手段を兼ね、着火手段の発熱部と燃料受け板の表面との間隔を０.５から２mmまでの範囲に設定した場合、受け板加熱手段を着火手段と別に設ける必要がなくなり、その製造コストを下げることができる。特に、グロープラグを着火手段として用いた場合、構造をより簡略化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による排気加熱装置の一実施形態の概念図である。
【図２】図１に示した実施形態の制御ブロック図である。
【図３】図１に示した実施形態における主要部の抽出拡大断面図である。
【図４】図３中のIV−IV矢視に沿った断面図である。
【図５】温度と燃料の蒸発量との関係を模式的に表すグラフである。
【図６】図１に示した実施形態における排気加熱装置の操作の流れを表すフローチャートである。
【図７】グロープラグに対する通電時間と燃料受け板の表面温度との関係を表すグラフである。
【図８】排気温と燃料受け板の表面温度との関係を表すグラフである。
【図９】排気の平均流速と燃料受け板の表面温度との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を圧縮点火方式の内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火式内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００１７】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを図２に模式的に示す。なお、図１にはエンジン１０の吸排気のための動弁機構や消音器の他に、このエンジン１０の補機として一般的な排気ターボ式過給機やＥＧＲ装置の他にスロットル弁なども省略されている。また、エンジン１０の円滑な運転や、後述する排気浄化装置１１の再生処理のために必要とされる各種センサー類もその一部が便宜的に省略されている。
【００１８】
本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１２から圧縮状態にある燃焼室１０ａ内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。
【００１９】
燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１３ａおよび排気ポート１３ｂが形成されたシリンダーヘッド１３には、吸気ポート１３ａを開閉する吸気弁１４ａおよび排気ポート１３ｂを開閉する排気弁１４ｂを含む図示しない動弁機構が組み込まれている。燃焼室１０ａの上端中央に臨む先の燃料噴射弁１２もまた、これら吸気弁１４ａおよび排気弁１４ｂに挟まれるようにシリンダーヘッド１３に組み付けられている。燃料噴射弁１２から燃焼室１０ａ内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１５の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１６により制御される。アクセルペダル１５の踏み込み量は、アクセル開度センサー１７により検出され、その検出情報がＥＣＵ１６に出力される。
【００２０】
ＥＣＵ１６は、このアクセル開度センサー１７や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１６ａと、燃料噴射設定部１６ｂと、燃料噴射弁駆動部１６ｃとを有する。燃料噴射設定部１６ｂは、運転状態判定部１６ａでの判定結果に基づいて燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１６ｃは、燃料噴射設定部１６ｂにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１２から噴射されるように、燃料噴射弁１２の作動を制御する。
【００２１】
ピストン１８ａが往復動するシリンダーブロック１８には、連接棒１８ｂを介してピストン１８ａが連結されるクランク軸１８ｃの回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１６に出力するクランク角センサー１９が取り付けられている。ＥＣＵ１６の運転状態判定部１６ａは、このクランク角センサー１９からの情報に基づき、クランク軸１８ｃの回転位相やエンジン回転数の他に車両の走行速度などを実時間で把握する。
【００２２】
吸気ポート１３ａに連通するようにシリンダーヘッド１３に連結される吸気管２０は、吸気ポート１３ａと共に吸気通路２０ａを画成する。途中にサージタンク２１が形成された吸気管２０の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路２０ａに導くためのエアークリーナー２２が設けられている。
【００２３】
排気ポート１３ｂに連通するようにシリンダーヘッド１３に連結される排気管２３は、排気ポート１３ｂと共に排気通路２３ａを画成する。下流端側に取り付けられた図示しない消音器よりも上流側の排気管２３の途中には、燃焼室１０ａ内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置１１が取り付けられている。本実施形態における排気浄化装置１１は、酸化触媒１１ａと、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)１１ｂとを有し、これらは排気通路２３ａの上流側、つまり排気管２３の基端側から順に間隔をあけて設けられている。酸化触媒１１ａは、主として排気中に含まれる未燃ガスを酸化、つまり燃焼させるためのものであり、ＤＰＦ１１ｂは、排気中に含まれる粒子状物質を捕集してこれを無害化させるためのものである。酸化触媒１１ａにはその温度（以下、これを触媒温度と記述する）Ｔnを検出してこれをＥＣＵ１６に出力する触媒温度センサー２４が組み込まれている。ＥＣＵ１６の運転状態判定部１６ａは、この触媒温度センサー２４からの情報に基づき、酸化触媒１１ａの活性状態を把握する。
【００２４】
吸気通路２０ａから燃焼室１０ａ内に供給される吸気は、燃料噴射弁１２から燃焼室１０ａ内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン１８ａの圧縮上死点近傍にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置１１を通って排気管２３から大気中に排出される。
【００２５】
この排気浄化装置１１よりも上流側の排気管２３の途中には、排気加熱装置２５が配されている。排気加熱装置２５は、加熱ガスを生成してこれらを下流側に配された排気浄化装置１１に供給し、その活性化および活性状態を維持するためのものである。この排気加熱装置２５の部分を図３に抽出拡大して示し、そのIV−IV矢視に沿った断面構造を図４に示す。本実施形態における排気加熱装置２５は、排気浄化装置１１よりも上流側の排気通路２３ａに燃料を供給するための燃料供給弁２６と、この燃料供給弁２６から供給される燃料を受ける燃料受け板２７と、受け板加熱手段２８と、グロープラグ２９とを具えている。
【００２６】
燃料供給弁２６から排気通路２３ａに供給される燃料の量は、排気温や酸化触媒１１ａの温度を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ１６により制御される。このため、燃料供給弁２６よりも上流側の排気通路２３ａを流れる排気の温度を検出してその検出情報をＥＣＵ１６に出力する排気温センサー３０が設けられている。ＥＣＵ１６の燃料供給量設定部１６ｄは、この排気温センサー３０および先の触媒温度センサー２４からの情報を介した運転状態判定部１６ａでの判定結果に基づいて燃料供給弁２６からの燃料の供給量を設定する。ＥＣＵ１６の燃料供給弁駆動部１６ｅは、燃料供給量設定部１６ｄにて設定された量の燃料が燃料供給弁２６から排気通路２３ａに供給されるように、燃料供給弁２６の作動を制御する。
【００２７】
燃料を効率よく気化させてグロープラグ２９による着火性を高めるための燃料受け板２７は、ホルダー２５ａを介して排気管２３に取り付けられた燃料供給弁２６と対向するように排気通路２３ａに配されている。
【００２８】
この燃料受け板２７を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段２８は、車載の電源３１に接続するヒーター２８ａと、オン／オフスイッチ２８ｂと、ＥＣＵ１６のヒーター駆動部１６ｆと、受け板温度センサー３２とを含む。第１のオン／オフスイッチ２８ｂ（以下、便宜的に第１のオン／オフスイッチと記述する）は、燃料受け板２７に組み込まれたヒーター２８ａと電源３１とを接続する接続回路２５ｂの途中に組み込まれている。また、燃料受け板２７に取り付けられた受け板温度センサー３２は、燃料受け板２７の温度ＴVを検出してこれをＥＣＵ１６に出力する。本発明におけるスイッチ駆動手段としてのＥＣＵ１６のヒーター駆動部１６ｆは、受け板温度センサー３２からの検出情報に基づいて燃料受け板２７の温度が所定温度範囲に収まるように、第１のオン／オフスイッチ２８ｂのオン／オフを制御する。
【００２９】
ここで燃料の沸騰曲線を模式的に図５に示す。周知のように、燃料の蒸発量は燃料の沸点ＴB近傍で最大となる。より厳密には、燃料の温度が上昇し、液体の状態から核沸騰状態となる温度領域になるに連れてその蒸発量が増大し、燃料の沸点ＴBを越えて熱流束が最大となる極大熱流束点ＴMにてその蒸発量が最大となる。つまり、極大熱流束点ＴMよりも温度が低すぎても高すぎても蒸発量が低下する。従って、燃料受け板２７の温度を燃料の沸点ＴBに応じた核沸騰領域となるように制御することが最も効率のよい加熱方法であり、本実施形態ではこの所定温度範囲を便宜的に燃料の沸点ＴB±５０℃に設定している。しかしながら、この所定温度範囲を燃料の５０％分留点±５０℃に設定することも有効である。
【００３０】
本発明における着火手段としてのグロープラグ２９は、燃料供給弁２６から排気通路２３ａに供給された燃料を着火させるための発熱部２９ａを有する。このグロープラグ２９２７は、その発熱部２９ａが燃料供給弁２６から噴射される燃料の噴射領域に臨むように、燃料受け板２７の表面に近接した状態で先の燃料受け板２７と共に排気管２３にホルダー２５ｃを介して固定されている。排気通路２３ａを横切るように配されたグロープラグ２９は、先の接続回路２５ｂおよび第２のオン／オフスイッチ３３を介して電源３１に接続している。また、この第２のオン／オフスイッチ３３の開閉動作は、予め設定されたプログラムに従ってＥＣＵ１６のグロープラグ駆動部１６ｇにより制御される。
【００３１】
従って、燃料供給弁２６から燃料が排気通路２３ａの燃料受け板２７に向けて供給され、ヒーター２８ａによって加熱状態にある燃料受け板２７の表面に達した燃料がここで効率よく気化する。このようにして気化状態となった燃料は、排気通路２３ａを流れる排気の流れに乗ってグロープラグ２９の発熱部２９ａの方へと導かれ、発熱部２９ａによって加熱されて着火し、これによって温度の上昇した排気が排気浄化装置１１へと導かれる。
【００３２】
このような本実施形態における排気加熱装置２５の制御手順の一例を図６のフローチャートに示す。まずＳ１１のステップにてエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度Ｎi以上であるか否かを判定する。ここでエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度Ｎi以上である、すなわち排気通路２３ａを排気が流れていると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して今度は触媒温度ＴCが触媒加熱開始温度ＴL以下であるか否かを判定する。なお、この触媒加熱開始温度ＴLは、酸化触媒１１ａの活性化が損なわれる可能性のある最低温度である。Ｓ１２のステップにて触媒温度ＴCが触媒加熱開始温度ＴL以下である、すなわち排気を加熱して酸化触媒１１ａの活性化を行う必要があると判断した場合には、Ｓ１３のステップに移行する。そして、触媒温度ＴCと触媒加熱開始温度ＴLとの差に基づいて燃料供給量を算出すると共に第２のオン／オフスイッチ３３をオン状態に切り換えてグロープラグ２９の発熱部２９ａを加熱する。次いでＳ１４のステップにて燃料受け板２７を加熱するためのヒーター２８ａの通電状態を示すＨフラグがセットされているか否かを判定する。最初はＨフラグがセットされていないので、Ｓ１５のステップに移行して燃料受け板２７の温度ＴVが予め設定した閾温度ＴRL、すなわち(ＴB−５０)℃未満であるか否かを判定する。ここで、燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRL未満である、すなわち燃料受け板２７を加熱する必要があると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行する。そして、第１のオン／オフスイッチ２８ｂをオン状態に切り換え、ヒーター２８ａに対する通電を行って燃料受け板２７を加熱する。さらにＳ１７のステップにてＨフラグをセットした後、Ｓ１１のステップに戻る。
【００３３】
先のＳ１４のステップにてＨフラグがセットされている、すなわちヒーター２８ａへの通電により燃料受け板２７を加熱していると判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行して燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRL以上であるか否かを判定する。ここで、燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRL以上である、すなわち燃料の蒸発を効率よく行うことができると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行する。そして、燃料受け板２７の温度ＴVが予め設定した閾温度ＴRH、すなわち(ＴB＋５０)℃以下であるか否かを判定する。ここで、燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRH以下である、すなわち燃料受け板２７を必要以上に加熱していないと判断した場合には、Ｓ２０のステップに移行して燃料供給弁２６から排気通路２３ａへの燃料の供給を行う。そして、Ｓ２１のステップにて燃料供給が行われていることを示すＦフラグをセットし、Ｓ２２のステップにて触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高いか否かを判定する。なお、この触媒加熱停止温度ＴHは、酸化触媒１１ａが熱損傷を受ける可能性がある最低温度である。ここで触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高い、すなわち酸化触媒１１ａが熱損傷を受ける可能性があると判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行する。そして、燃料供給弁２６からの燃料の供給を停止すると共に第１および第２のオン／オフスイッチ２８ｂ，３３をオフ状態に切り換え、グロープラグ２９の発熱部２９ａおよび燃料受け板２７の加熱を停止する。さらに、Ｓ２４のステップに移行してＨフラグおよびＦフラグをそれぞれリセットし、再びＳ１１のステップに戻る。
【００３４】
また、先のＳ１９のステップにて燃料受け板２７の温度ＴVが閾温度ＴRHを越えている、すなわち燃料受け板２７を加熱し続けても燃料の蒸発効率が悪くなると判断した場合には、Ｓ２５のステップに移行する。そして、第１のオン／オフスイッチ２８ｂをオフ状態に切り換え、燃料受け板２７の加熱を停止し、Ｓ２６のステップにてＨフラグをリセットした後、Ｓ２０のステップに移行して排気通路２３ａへの燃料の供給を行う。
【００３５】
このように、ＴRL≦ＴV≦ＴRHとなるようにヒーター２８ａに対する通電のオン／オフを制御することにより、燃料の蒸発効率が最も良好となる燃料受け板２７の温度を最小のエネルギー消費にて実現することができる。
【００３６】
一方、Ｓ１１のステップにてエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度Ｎi未満である、すなわち充分な量の排気が排気通路２３ａ２２ａを流れていないと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行する。ここで、触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高いか否かを判定し、触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴHよりも高い、すなわち酸化触媒１１ａが熱損傷を受ける可能性があると判断した場合には、Ｓ２８のステップに移行する。Ｓ２８のステップではＦフラグがセットされているか否かを判定し、ここでＦフラグがセットされている、すなわち燃料を排気通路２３ａに供給中であると判断した場合には、先のＳ２３のステップに移行する。そして、燃料供給弁２６からの燃料の供給を停止すると共にグロープラグ２９およびヒーター２８ａに対する通電を停止する。
【００３７】
また、先のＳ２８のステップにてＦフラグがセットされていない、すなわち燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給が行われていないと判断した場合には、Ｓ２９のステップに移行して今度はＨフラグがセットされているか否かをさらに判定する。ここでＨフラグがセットされている、すなわち燃料受け板２７を加熱中であると判断した場合には、Ｓ３０のステップに移行してヒーター２８ａを非通電状態に切り換え、Ｓ３１のステップにてＨフラグをリセットした後、Ｓ１１のステップに戻る。
【００３８】
さらに、Ｓ２７のステップにて触媒温度ＴCが触媒加熱停止温度ＴH以下である、すなわち酸化触媒１１ａは活性状態の可能性があると判断した場合には、何もせずにＳ１１のステップに戻る。同様に、Ｓ２９のステップにてＨフラグがリセットされている、すなわちヒーター２８ａが非通電状態であると判断した場合にも、何もせずにＳ１１のステップに戻る。
【００３９】
このように、排気通路２３ａを所定量以上の排気が流れている状態において、酸化触媒１１ａの温度が触媒加熱開始温度ＴL未満の場合、燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料が供給される。この結果、エンジン１０の運転状態の如何にかかわらず、酸化触媒１１ａの活性状態を維持することができる。
【００４０】
上述した実施形態では、燃料受け板２７にヒーター２８ａを組み込んでこれを加熱するようにしたが、グロープラグ２９を本発明の受け板加熱手段として兼用させることも可能である。より具体的には、グロープラグ２９の発熱部２９ａを燃料受け板２７の表面の中央部に近接状態に配置し、発熱部２９ａからの輻射熱によって燃料受け板２７を加熱する。この場合、燃料受け板２７の表面温度を所定温度範囲、例えば燃料の沸点ＴB±５０℃に維持するため、燃料受け板２７の表面と発熱部２９ａとの間隔を０.５〜２mm程度に設定することが有効である。これによって、着火手段としてのグロープラグ２９を受け板加熱手段としても機能させることが可能となり、燃料受け板２７に組み込まれるヒーター２８ａを省略することができる。
【００４１】
上述のように、グロープラグ２９を本発明の受け板加熱手段として兼用させる場合、グロープラグ２９に対する通電条件が特定の運転条件となっていることから、先の実施形態で用いた受け板温度センサー３２をさらに省略することも可能である。すなわち、グロープラグ２９に対する通電時間と排気温が１００℃の場合における燃料受け板２７の表面温度との関係を図７に示し、排気温と燃料受け板２７の表面温度との関係を図８に示し、排気の平均流速と燃料受け板２７の表面温度との関係を図９に示す。これらのグラフから明らかなように、燃料受け板２７の表面温度を例えば２００〜３００℃の間に保つためには、例えばグロープラグ２９の通電開始から６０秒経過した後、かつ排気温が７５〜２００℃かつ排気の平均流速が毎秒０.５〜３ｍの範囲にある場合、燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給を行えばよいことが理解されよう。ただし、酸化触媒１１ａの活性化処理のために燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給が行われるような排気温および排気の平均流速は、一般的に７５〜１５０℃および毎秒１.５〜３ｍの範囲にある。従って、酸化触媒１１ａの活性化処理のために燃料供給弁２６から排気通路２３ａに燃料の供給を行う場合、グロープラグ２９の通電開始から所定時間後（例えば６０秒後）に燃料の供給を開始するだけで、燃料受け板２７の表面温度を目的とする温度に自ずと維持することが可能となる。
【００４２】
このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００４３】
１０ エンジン
１０ａ 燃焼室
１１ 排気浄化装置
１１ａ 酸化触媒
１１ｂ ＤＰＦ
１２ 燃料噴射弁
１３ シリンダーヘッド
１３ａ 吸気ポート
１３ｂ 排気ポート
１４ａ 吸気弁
１４ｂ 排気弁
１５ アクセルペダル
１６ ＥＣＵ
１６ａ 運転状態判定部
１６ｂ 燃料噴射設定部
１６ｃ 燃料噴射弁駆動部
１６ｄ 燃料供給量設定部
１６ｅ 燃料供給弁駆動部
１６ｆ ヒーター駆動部
１６ｇ グロープラグ駆動部
１７ アクセル開度センサー
１８ シリンダーブロック
１８ａ ピストン
１８ｂ 連接棒
１８ｃ クランク軸
１９ クランク角センサー
２０ 吸気管
２０ａ 吸気通路
２１ サージタンク
２２ エアークリーナー
２３ 排気管
２３ａ 排気通路
２４ 触媒温度センサー
２５ 排気加熱装置
２５ａ ホルダー
２５ｂ 接続回路
２５ｃ ホルダー
２６ 燃料供給弁
２７ 燃料受け板
２８ 受け板加熱手段
２８ａ ヒーター
２８ｂ 第１のオン／オフスイッチ
２９ グロープラグ
２９ａ 発熱部
３０ 排気温センサー
３１ 電源
３２ 受け板温度センサー
３３ 第２のオン／オフスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を加熱するための排気加熱装置であって、
排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を供給するための燃料供給弁と、
この燃料供給弁と対向するように前記排気通路に配されて当該燃料供給弁から供給される燃料を受ける燃料受け板と、
この燃料受け板を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段と、
前記燃料供給弁から供給された燃料を着火させるための発熱部を有する着火手段と
を具えたことを特徴とする排気加熱装置。
【請求項２】
前記受け板加熱手段は、前記燃料受け板に組み込まれて電源に接続するヒーターと、このヒーターと電源とを接続する接続回路の途中に組み込まれたオン／オフスイッチと、このオン／オフスイッチの作動を制御するスイッチ駆動手段とを含み、前記スイッチ駆動手段は、前記燃料受け板が所定温度範囲に収まるように前記オン／オフスイッチのオン／オフを制御することを特徴とする請求項１に記載の排気加熱装置。
【請求項３】
前記所定温度範囲が燃料の沸点±５０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気加熱装置。
【請求項４】
前記所定温度範囲が燃料の５０％分留点±５０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気加熱装置。
【請求項５】
前記着火手段が前記受け板加熱手段を兼ねており、前記着火手段の発熱部と前記燃料受け板の表面との間隔が０.５から２mmまでの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の排気加熱装置。
【請求項６】
前記着火手段がグロープラグであることを特徴とする請求項５に記載の排気加熱装置。
【請求項１】
内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を加熱するための排気加熱装置であって、
排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を供給するための燃料供給弁と、
この燃料供給弁と対向するように前記排気通路に配されて当該燃料供給弁から供給される燃料を受ける燃料受け板と、
この燃料受け板を所定温度範囲に加熱するための受け板加熱手段と、
前記燃料供給弁から供給された燃料を着火させるための発熱部を有する着火手段と
を具えたことを特徴とする排気加熱装置。
【請求項２】
前記受け板加熱手段は、前記燃料受け板に組み込まれて電源に接続するヒーターと、このヒーターと電源とを接続する接続回路の途中に組み込まれたオン／オフスイッチと、このオン／オフスイッチの作動を制御するスイッチ駆動手段とを含み、前記スイッチ駆動手段は、前記燃料受け板が所定温度範囲に収まるように前記オン／オフスイッチのオン／オフを制御することを特徴とする請求項１に記載の排気加熱装置。
【請求項３】
前記所定温度範囲が燃料の沸点±５０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気加熱装置。
【請求項４】
前記所定温度範囲が燃料の５０％分留点±５０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気加熱装置。
【請求項５】
前記着火手段が前記受け板加熱手段を兼ねており、前記着火手段の発熱部と前記燃料受け板の表面との間隔が０.５から２mmまでの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の排気加熱装置。
【請求項６】
前記着火手段がグロープラグであることを特徴とする請求項５に記載の排気加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５００４６（Ｐ２０１３−５００４６Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７３２１（Ｐ２０１１−１８７３２１）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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