排気浄化装置および内燃機関
【課題】排気通路の排気の状態が異なる場合であっても、排気通路へ添加された燃料を適切に加熱または燃焼させる。
【解決手段】本発明に係る排気浄化装置は、排気通路１４に設けられた排気浄化用部材２０、２２、２４よりも上流側の排気通路に燃料を供給するように設けられた燃料添加手段３４と、該燃料添加手段３４と前記排気浄化用部材との間に配置された加熱手段３６と、排気温度および排気流量に基づいて前記加熱手段３６への供給電力量を制御する制御手段とを備える。
【解決手段】本発明に係る排気浄化装置は、排気通路１４に設けられた排気浄化用部材２０、２２、２４よりも上流側の排気通路に燃料を供給するように設けられた燃料添加手段３４と、該燃料添加手段３４と前記排気浄化用部材との間に配置された加熱手段３６と、排気温度および排気流量に基づいて前記加熱手段３６への供給電力量を制御する制御手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を浄化するための排気浄化装置およびそれを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、内燃機関の排気浄化装置の一例を開示する。この排気浄化装置は、排気浄化触媒よりも上流側の排気通路に、小型酸化触媒と、燃料供給弁と、これらの間に配置されたグロープラグとを備えている。燃料供給弁の噴射口は小型酸化触媒の端面を向き、グロープラグはその先端が燃料供給弁から噴射される燃料と接触する位置に配置されている。燃料供給弁およびグロープラグの各作動は制御され、それらは第１〜第３の制御状態を有し得る。第１の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されつつグロープラグによる加熱が行われ、燃料供給弁からの燃料は着火する。第２の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されつつグロープラグによる加熱が行われるが、燃料供給弁からの燃料は着火しない。第３の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されているがグロープラグによる加熱は停止している。第１の制御状態または第３の制御状態は着火が可能な運転領域において選択され得、第２の制御状態または第３の制御状態は着火が不可能な運転領域において選択され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の排気浄化装置では上記グロープラグは排気通路に設けられているので、グロープラグによる加熱は排気により影響され得る。例えば、グロープラグに対する排気による冷却の程度は排気温度によって変化する。しかし、排気浄化触媒の温度を適切に制御するためには、排気温度等が異なる場合であっても、同じように排気通路へ添加された燃料を加熱または燃焼させることが望まれる。
【０００５】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、排気通路の排気の状態が異なる場合であっても、排気通路へ添加された燃料を適切に加熱または燃焼させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、排気通路に設けられた排気浄化用部材と、該排気浄化用部材よりも上流側の排気通路に燃料を供給するように設けられた燃料添加手段と、該燃料添加手段と前記排気浄化用部材との間に配置された加熱手段と、排気温度および排気流量に基づいて前記加熱手段への供給電力量を制御する制御手段とを備えた、排気浄化装置を提供する。
【０００７】
前記制御手段は、排気温度が低いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くするとよい。
【０００８】
前記制御手段は、排気流量が多いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くするとよい。
【０００９】
前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量に基づいて、前記加熱手段への供給電力量を補正制御するとよい。前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量が多いほど前記加熱手段への供給電力量を多くするように、前記加熱手段への供給電力量を補正制御するとよい。
【００１０】
本発明は、上記したような排気浄化装置を備えた、内燃機関にも存する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態における燃料添加弁およびグロープラグの作動制御を説明するためのフローチャートである。
【図３】第２実施形態における燃料添加弁およびグロープラグの作動制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態に係る排気浄化装置１が適用された内燃機関（以下、エンジン）１０の概略図である。エンジン１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンであり、図１では、エンジン本体１０´から延出した、その排気系の一部が誇張して表されている（吸気系およびエンジン内部機構等は省略されている）。
【００１４】
エンジン１０の排気管１２によって区画形成された排気通路１４には、上流側から順に、第１触媒コンバータ１６と、第２触媒コンバータ１８とが直列的に設けられている。そして、第１触媒コンバータ１６内には、第１排気浄化用部材（以下、第１浄化部材）２０と第２排気浄化用部材（以下、第２浄化部材）２２とが直列的に収容されている。また、第２触媒コンバータ１８内には、第３排気浄化用部材（以下、第３浄化部材）２４が収容されている。なお、第１浄化部材２０、第２浄化部材２２および第３浄化部材２４は排気浄化装置１に含まれる。
【００１５】
ここでは、第１浄化部材２０は酸化触媒を含む。第１浄化部材２０は、例えば白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持したモノリス触媒として形成されている。
【００１６】
また、第２浄化部材２２は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタである。第２浄化部材２２であるパティキュレートフィルタは貴金属触媒を担持していない。しかしながらパティキュレートフィルタ上に白金Ｐｔのような貴金属触媒等を担持させることもできる。
【００１７】
また、第３浄化部材２４はＮＯｘ浄化用の触媒、ここではＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む。第３浄化部材２４では、その基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。触媒担体の表面上には白金Ｐｔなどの貴金属触媒が分散して担持されていて、さらに触媒担体の表面上にはＮＯｘ吸収剤の層が形成されている。ＮＯｘ吸収剤は排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。このような第３浄化部材２４は、排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下すると例えば排気の空燃比がリッチになったときに吸蔵したＮＯｘを放出してＮＯｘを還元させる。なお、第３浄化部材２４は、アンモニアとＮＯｘとの化学反応（還元反応）を促進させるＮＯｘ浄化用の触媒を備えることが可能である。この場合には、アンモニア供給用に例えば尿素水添加装置が第１コンバータ１６と第２コンバータ１８との間に設けられ得る。
【００１８】
さて、エンジン１０に設けられた排気浄化装置１はさらに温度制御装置３０を備えている。温度制御装置３０は上記した排気浄化用部材２０、２２、２４の温度を制御するべく、具体的には加熱するべく設けられている。温度制御装置３０は、加熱用ガスを生成して下流側の第１〜第３浄化部材２０、２２、２４、特に第２浄化部材２２および第３浄化部材２４に供給し、それら排気浄化用部材の暖機または加熱およびその活性状態を維持促進するためのものである。
【００１９】
特に、ここでは、温度制御装置３０は、それら３つの排気浄化用部材のうちの第３浄化部材２４を第３浄化部材２４の所定活性温度域の温度まで加熱してそれがその所定活性温度域内の温度を有し続けるように作動する。また、温度制御装置３０は、第２浄化部材２２に捕集されたＰＭを除去するべく、所定時期に、所定時間、作動する。例えば、エンジン１０の累積作動時間が所定時間を越えるたびに、温度制御装置３０は作動する。なお、温度制御装置３０は、第２浄化部材２２の前後の差圧が所定圧以上になったときに、働くこともできる。この場合、第２浄化部材２２前後の差圧を検出するための圧力センサつまり差圧センサが備えられるとよい。
【００２０】
温度制御装置３０は、それぞれ上述の排気浄化用部材よりも上流側に設けられた酸化促進部材３２と、燃料添加弁３４と、グロープラグ３６とを有する。グロープラグ３６は、燃料添加弁３４の下流側に位置付けられている。酸化促進部材３２と燃料添加弁３４とは、酸化促進部材３２に向かって燃料添加弁３４から燃料が噴射可能に配設されている。また、燃料添加弁３４とグロープラグ３６とは、グロープラグ３６の加熱部である先端部３６ａに向かって燃料添加弁３４から燃料が噴射可能に配設されている。つまり、燃料添加弁３４は、グロープラグ３６よりも上流側に燃料を供給するように設けられている。
【００２１】
酸化促進部材３２は、酸化機能を有する触媒を含み、具体的には酸化触媒を含んで構成されていて、白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持したメタル触媒として形成されている触媒部材３２ａを含む。酸化促進部材３２のそのような触媒部材３２ａは筒状部材３２ｂを含む支持部材（一部不図示）によって排気通路１４に固定支持されている。ただし、酸化促進部材３２は、排気通路１４における排気の流れを阻害しないように定められた大きさおよび形状を有する。酸化促進部材３２は、特に触媒部材３２ａは、第１浄化部材２０等の排気浄化用部材よりも小型であり、小型酸化触媒と称される場合もある。
【００２２】
燃料添加弁３４は燃料添加手段として備えられている。燃料添加弁３４は排気通路に直接的にその噴射口が位置するように備えられることができるが、ここでは排気通路１４から突出するように設けられた燃料添加用延出通路（以下、燃料通路）３７に設けられている。燃料通路３７は、燃料添加弁３４から添加された燃料を排気通路１４へ導くための通路であり、特にグロープラグ３６の先端部３６ａおよび酸化促進部材３２の触媒部材３２ａに向けて燃料添加弁３４から添加された燃料を導くように設計されている。そして、燃料添加弁３４は、エンジン本体１０´の燃料噴射弁を備えた燃料供給装置に含まれる燃料タンク３８からポンプ４０によって圧送された燃料を排気通路に添加供給するように設けられている。したがって、ここでは、燃料添加弁３４、燃料タンク３８およびポンプ４０は燃料添加装置４２に含まれる。ただし、燃料添加装置４２には、燃料添加弁３４およびポンプ４０の作動を制御するための制御手段として機能する後述される制御装置の一部も含まれる。燃料添加弁３４の燃料噴射圧は可変とすることもできるが、本実施形態では一定とされる。ポンプ４０は燃料添加弁３４の噴射圧が一定となるように作動する。なお、燃料添加装置４２は、余剰の燃料を燃料タンク３８に戻す機構を備える。ただし、燃料添加弁３４は、燃料供給装置とは完全に独立して構成されることもできる。
【００２３】
また、グロープラグ３６は加熱手段として備えられている。グロープラグ３６が通電されることで、そのグロープラグ３６の加熱部である先端部３６ａは発熱して排気および上記燃料添加弁３４から添加された燃料を加熱することができる。加熱手段であるグロープラグ３６は加熱装置４４に含まれる。加熱装置４４には、グロープラグ３６の作動つまり発熱を制御する制御手段として機能する後述される制御装置の一部も含まれる。加熱装置４４に含まれるその制御手段は、グロープラグ３６の作動つまりグロープラグ３６への通電を制御する。具体的には、加熱装置４４に含まれるその制御手段は、グロープラグ制御ユニット（以下、ＧＣＵ）４６を制御することで、グロープラグ３６への供給電力量を制御し、その先端部３６ａの発熱量を制御する。ＧＣＵ４６は、グロープラグ３６に対するデューティー制御におけるデューティー比を制御するべく設けられている。ＧＣＵ４６への制御により、グロープラグ３６への印加電圧は一定であるが、デューティー比が変えられ得、結果としてグロープラグ３６への供給電力量は変えられ得る。なお、ＧＣＵ４６とグロープラグ３６とは、電源４８を介してつながれている。ただし、グロープラグ３６への印加電圧の大きさを可変とする構成を備える場合、例えばグロープラグ３６への印加電圧の大きさを変えて、グロープラグ３６への供給電力量を変化させるとしてもよい。なお、グロープラグ３６に代えて加熱手段としてセラミックヒータが用いられてもよい。
【００２４】
燃料添加弁３４から噴射された燃料はグロープラグ３６の先端部３６ａ周囲を通過して酸化促進部材３２およびその周囲に至ることができる。グロープラグ３６への通電により先端部３６ａが発熱しているときには、燃料はグロープラグ３６から熱を受けて、場合によっては燃焼し、酸化促進部材３２およびその周囲に到達する。そして、酸化促進部材３２でその燃料の酸化、例えば燃焼が促される。特に、酸化促進部材３２はここでは酸化触媒を含むので、酸化促進部材３２の温度がその所定活性温度域内にあるとき、酸化促進部材３２で燃料の酸化はより好適に促進される。なお、酸化促進部材３２での燃料の酸化によって酸化促進部材３２自体の温度が上昇し、これにより酸化促進部材３２は昇温される。こうして加熱用ガスは生成されて上記排気浄化用部材２０、２２、２４に流れる。このような加熱用ガスは燃料の酸化により高温を有することができる。
【００２５】
また、このような加熱用ガスは改質燃料を含むことがある。酸化促進部材３２の温度が高くなると、酸化促進部材３２で未燃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、酸化促進部材３２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。なお、このような改質燃料を生成させるように、燃料添加弁３４から燃料を添加しているとき、グロープラグ３６による加熱を行わない場合もある。
【００２６】
このような燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動は、エンジン運転状態、排気浄化用部材の温度等に応じて、それらの作動を制御するための制御手段としての機能を有する制御装置５０により制御される。それらの作動状態には大きく分けて次の２つの状態がある。燃料添加弁３４から燃料添加を行いながら、グロープラグ３６による加熱を行ってその燃料の燃焼または改質を促す第１作動状態がある。また、燃料添加弁３４から燃料添加を行うが、グロープラグ３６による加熱を停止している第２作動状態がある。なお、グロープラグ３６の先端部３６ａがある程度発熱するまで、燃料添加を行わない状態（第３作動状態）もある。ただし、通常は、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６は、非作動状態に維持される。
【００２７】
このような構成を備えるエンジン１０は、制御装置５０に、各種値を検出する（推定することを含む）ための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ５２が備えられている。また、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ５４が備えられている。なお、エンジン負荷センサ５４として、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ、エアフローメーター、吸気圧センサ等が使用可能である。さらに、排気通路１４における排気の流量つまり流速を検出するための流量センサ５６が設けられている。流量センサ５６として、吸気通路に設けられた吸入空気量を検出するためのエアフローメーターが使用可能である。また、図示しないが、排気中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサや、排気中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサ等が設けられている。そして、排気通路１４の排気の温度を検出するための第１温度センサ５８が設けられている。さらに、第３浄化部材２４の温度を検出するための第２温度センサ６０が設けられている。
【００２８】
制御装置５０は、ＣＰＵ、記憶装置（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、上記各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号または検出信号に基づき、予め設定されたプログラム等にしたがって円滑なエンジン１０の運転ないし作動がなされるように、制御装置５０は出力インタフェースから電気的に作動信号または駆動信号を出力する。こうして、燃料噴射弁の作動、燃料添加弁３４の作動、グロープラグ３６の作動（グロープラグ３６への通電）、ポンプ４０の作動などが制御される。
【００２９】
制御装置５０はエンジン１０全般の制御機能を有し、温度制御装置３０における制御手段（制御装置）の機能を有する。つまり、燃料添加手段である燃料添加弁３４の作動を制御する燃料添加制御手段、加熱手段であるグロープラグ３６の作動を制御する発熱制御手段または加熱制御手段、ポンプ４０の作動を制御するポンプ制御手段の各々として、制御装置５０の一部は機能することができる。また、排気通路１４における排気の状態つまり排気状態を検出する排気状態検出装置は、ここでは、排気温度検出手段としての上記第１温度センサ５８と制御装置５０の一部とを含む排気温度検出装置と、排気流量検出手段としての上記流量センサ５６と制御装置５０の一部とを含む排気流量検出装置とを含んで構成される。
【００３０】
エンジン１０では、吸入空気量、エンジン回転速度など、すなわちエンジン負荷およびエンジン回転速度で表されるエンジン運転状態に基づいて、所望の出力を得るように、燃料噴射量（燃料量）、燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁からの燃料の噴射が行われる。
【００３１】
そして、温度制御装置３０では、例えば、エンジン始動時、排気浄化用部材の温度が所定温度以上に早期に上がるように、特にここでは第３浄化部材２４の温度が第３浄化部材２４の所定活性温度域内に早期に達するように、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６が作動させられる。つまり、グロープラグ３６に通電され、その先端部３６ａに向けて燃料添加弁３４から燃料が噴射される。この燃料を含むまたはこの燃料に起因して生じたガスは酸化促進部材３２やその周囲を通過して排気浄化用部材に至る。このようなエンジン始動時の排気浄化用部材へのガスの供給は、エンジン始動開始時から行われ、第３浄化部材２４の温度がその所定活性温度域内の所定温度以上になるまで実行される。なお、ここでは第３浄化部材の所定活性温度域内の所定温度は、その所定活性温度域の下限温度であり、例えば２００℃に設定されている。ただし、このようなエンジン始動時の排気浄化用部材への加熱用ガスの供給は、排気浄化用部材の温度が早期に高まったとしても、エンジン暖機が完了するまで継続されるとよい。この場合、エンジン暖機完了はエンジン１０の冷却水温に基づいて判断される。例えば、排気浄化用部材の温度が早期に高まって、その後、エンジン１０の冷却水温が所定温度（例えば７０℃）以上になってエンジン暖機完了と制御装置５０が判定したとき、制御装置５０は、燃料添加弁３４の作動とグロープラグ３６の作動とを共に停止する。
【００３２】
さらに、第３浄化部材２４の温度が上記した所定活性温度域内に達した後、第３浄化部材２４の温度をその所定活性温度域内に保つように、温度制御装置３０が機能する。具体的には、第３浄化部材２４の温度がその所定活性温度域内の下限温度域（例えば２００℃以上２５０℃以下の温度域）にあるとき、燃料添加弁３４から燃料が添加されると共にグロープラグ３６に通電される（グロープラグが作動される）。
【００３３】
このように加熱用ガスを供給する必要があるとき、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６は作動されるが、燃料添加弁３４から添加された燃料をより適切に加熱等するために、ここではグロープラグ３６の作動制御に排気の状態つまり排気状態が考慮される。排気通路１４における排気状態に応じて、グロープラグ３６の冷え方は変化し得る。これは、排気状態に応じて、グロープラグ３６の発熱または加熱作用が変化することを意味する。例えば、排気温度が低いほど、グロープラグ３６は排気により冷やされ易い。また、吸入空気量が多いほどつまり排気流量が多いほど、グロープラグ３６周囲を流れる排気流速は速く、グロープラグ３６は排気により冷やされ易い。そこで、以下に説明するように、排気状態に応じて、グロープラグ３６への供給電力量が制御される。
【００３４】
図２のフローチャートにしたがって、燃料添加弁３４からの燃料添加制御およびグロープラグ３６による加熱制御を説明する。ただし、図２のフローチャートは、所定時間毎に繰り返される。
【００３５】
制御装置５０は、排気浄化用部材の加熱が必要か否かを判定する（ステップＳ２０１）。排気浄化用部材の加熱が必要なときには、ここでは、上記したように、エンジン始動時、排気浄化用部材の温度が上記したように低いときまたは低くなりそうなとき、および、第２浄化部材２２に捕集されたＰＭを除去するときが含まれる。そのようなとき、排気浄化用部材の加熱が必要であると判定される（ステップＳ２０１で肯定判定）。
【００３６】
排気浄化用部材の加熱が必要であるとき（ステップＳ２０１で肯定判定）、第１温度センサ５８の出力および流量センサ５６の出力が取得される（ステップＳ２０３）。これは、排気温度および排気通量を検出することを意味する。
【００３７】
そして、この取得された出力に基づいてグロープラグ３６への供給電力量が算出される（ステップＳ２０５）。これは、排気温度および排気流量に基づいてグロープラグ３６への供給電力量を求めることを意味する。ここでは、供給電力量の算出は、予め実験等により求められて設定されたマップ化されたデータに基づいて行われる。ただし、供給電力量の算出は、予め実験等により求められて設定された演算式に基づいて行われてもよく、そのようなデータと演算式との両方に基づいて行われてもよい。そのようなデータや演算式は、排気温度が低いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第１関係および排気流量が多いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第２関係に従う。なお、上記したように、グロープラグ３６への供給電力量の算出は、エンジン状態、排気浄化用部材の温度等に基づく。
【００３８】
求められた供給電力量に基づいてグロープラグ３６の作動が制御される（ステップＳ２０７）。このとき、燃料添加弁３４も作動される（ステップＳ２０７）。ただし、燃料添加弁３４からの燃料添加量は可変とされることもできるが、ここでは一定とされている。例えば、燃料添加弁３４からの燃料添加量は排気浄化用部材の温度に基づいて変えられることができる。なお、ステップＳ２０７での燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動制御により、それらは上記第１作動状態または上記第２作動状態にされ得る。
【００３９】
他方、排気浄化用部材の加熱が必要でないとき（ステップＳ２０１で否定判定）、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の両方の作動が停止される（ステップＳ２０９）。つまり、それらは非作動状態にされる。
【００４０】
以上述べたように、燃料添加弁３４から燃料が添加されるとき、排気状態、特に排気温度および排気流量に基づいてグロープラグ３６への供給電力量が可変制御される。したがって、排気状態にかかわらず、添加燃料を適切に加熱または燃焼させることが可能になる。また、このようにグロープラグ３６への供給電力量が制御されるので、グロープラグ３６への総供給電力量を抑制できる。したがって、消費電力の減少により、燃費向上を図ることができる。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る排気浄化装置１０１は、上記した第１実施形態に係る排気浄化装置１と同様にエンジンに適用されている。しかし、第２実施形態に係る排気浄化装置１０１は、上記した第１実施形態に係る排気浄化装置１に対して、燃料添加弁３４とグロープラグ３６との作動制御の点で相違する。そこで、以下では、その相違点について主に説明する。ただし、第２実施形態に係る排気浄化装置１０１の構成は、第１実施形態に係る排気浄化装置１の構成と概ね同じであるので、既に説明した構成要素に対応する構成要素には、既に説明した構成要素と同じ符号を付して、重複説明を省略する。
【００４２】
なお、以下に第２実施形態での制御が説明されるが、グロープラグ３６への供給電力量は、排気状態および燃料添加量に基づいて制御される。これは、燃料添加弁３４から添加された燃料によってグロープラグ３６は冷やされ得、その燃料添加量によってその発熱または加熱作用が変化し得るからである。
【００４３】
制御装置５０は、まず、上記ステップＳ２０１と同様に、排気浄化用部材の加熱が必要か否かを判定する（ステップＳ３０１）。排気浄化用部材の加熱が必要であるとき（ステップＳ３０１で肯定判定）、上記ステップＳ２０３と同様に、第１温度センサ５８の出力および流量センサ５６の出力が取得される（ステップＳ３０３）。そして、この出力に基づいてグロープラグ３６に加えられる基準電力量が算出される（ステップＳ３０５）。この基準電力量の算出は、上記ステップＳ２０５での供給電力量の算出に相当する。
【００４４】
さらに、制御装置５０は、燃料添加弁３４から添加される燃料の添加量を算出する（ステップＳ３０７）。これは、上記ステップＳ３０１での加熱判定の結果に基づくと共に予め実験等により求められて設定されているデータ等に基づいて、実行される。具体的には、第３浄化部材２４の温度を上記所定温度にまで高めたいときにはそれに対する燃料添加量が算出され、第２浄化部材２２のＰＭ除去を図るときにはそれに対する燃料添加量が算出される。なお、ステップＳ３０７での燃料添加量の算出は、エンジン運転状態、排気浄化用部材の温度および／または排気状態等に基づいてより精密に行われることもできる。
【００４５】
そして、制御装置５０の補正係数算出手段として機能する部分は、補正係数を算出する（ステップＳ３０９）。この補正係数は、ステップＳ３０３で取得された第１温度センサ５８の出力およびステップＳ３０７で算出された燃料添加量に基づいて、算出される。これは、排気温度および燃料添加量に基づいて補正係数を求めることを意味する。ここでは、補正係数の算出は、予め実験等により求められて設定されたマップ化されたデータに基づいて行われる。ただし、補正係数の算出は、予め実験等により求められて設定された演算式に基づいて行われてもよく、そのようなデータと演算式との両方に基づいて行われてもよい。そのようなデータや演算式は、排気温度が低いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第３関係および燃料添加量が多いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第４関係に従う。なお、補正係数の算出は、ステップＳ３０７で算出された燃料添加量にのみ基づいて行われることも可能である。
【００４６】
そして、ステップＳ３０５で求められた基準電力量と、ステップＳ３０９で求められた補正係数とに基づいて、グロープラグ３６への供給電力量が算出される（ステップＳ３１１）。ここでは、基準電力量と補正係数との積によりグロープラグ３６への供給電力量が算出される。
【００４７】
その結果、ステップＳ３０７で求められた燃料添加量およびステップＳ３１１で求められた供給電力量に基づいて燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動が制御される（ステップＳ３１３）。なお、ステップＳ３１３での燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動制御により、それらは上記第１作動状態または上記第２作動状態にされ得る。
【００４８】
他方、排気浄化用部材の加熱が必要でないとき（ステップＳ３０１で否定判定）、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の両方の作動が停止される（ステップＳ３１５）。
【００４９】
以上、本発明を２つの実施形態に基づいて説明したが、本発明はそれらに限定されず、他の実施形態を許容する。例えば、上記実施形態では、排気温度および排気流量の検出用にセンサを用いたが、エンジン運転状態等に基づいてそれらの検出つまり推定が行われてもよい。また、排気浄化用部材の温度もエンジン運転状態等に基づいて検出つまり推定されてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、燃料添加手段として燃料添加弁を用いて、該燃料添加弁から内燃機関の燃料と同じ燃料を添加した。しかし、他の燃料を用いることができ、例えば、添加剤として、エタノール、メタノール等のアルコールを用いることができる。
【００５１】
また、排気通路に設けられる排気浄化用部材の数、種類、構成および配列順序は、上記実施形態に限定されない。排気浄化用部材の数は１つでも、２つでも、４つ以上でもよい。例えば、上記第３浄化部材よりも下流側に、酸化触媒を含む排気浄化用部材がさらに備えられてもよい。排気浄化用部材として、種々の触媒、フィルタ等が用いられ得る。また、上記酸化促進部材は、上記した構成を有する酸化触媒を含まなくてもよく、別の酸化機能を有する触媒を含むことができる。なお、上記酸化促進部材は設けられなくてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、本発明はディーゼルエンジンに適用されたが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリンエンジン、筒内噴射形式のガソリンエンジン等の各種のエンジンに適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でもよい。また、本発明が適用されるエンジンの気筒数、気筒配列形式などは如何なるものであってもよい。
【００５３】
また、本発明に係る排気浄化装置は、エンジン以外の技術に適用可能である。例えば、本発明は、プラント設備に用いることも可能である。
【００５４】
本発明については、特許請求の範囲に記載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。すなわち、本発明には、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、均等物が含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 排気浄化装置
１０ 内燃機関
１４ 排気通路
２０ 第１排気浄化用部材（第１浄化部材）
２２ 第２排気浄化用部材（第２浄化部材）
２４ 第３排気浄化用部材（第３浄化部材）
３０ 温度制御装置
３２ 酸化促進部材
３４ 燃料添加弁
３６ グロープラグ
４２ 燃料添加装置
４４ 加熱装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を浄化するための排気浄化装置およびそれを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、内燃機関の排気浄化装置の一例を開示する。この排気浄化装置は、排気浄化触媒よりも上流側の排気通路に、小型酸化触媒と、燃料供給弁と、これらの間に配置されたグロープラグとを備えている。燃料供給弁の噴射口は小型酸化触媒の端面を向き、グロープラグはその先端が燃料供給弁から噴射される燃料と接触する位置に配置されている。燃料供給弁およびグロープラグの各作動は制御され、それらは第１〜第３の制御状態を有し得る。第１の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されつつグロープラグによる加熱が行われ、燃料供給弁からの燃料は着火する。第２の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されつつグロープラグによる加熱が行われるが、燃料供給弁からの燃料は着火しない。第３の制御状態では、燃料供給弁から燃料が供給されているがグロープラグによる加熱は停止している。第１の制御状態または第３の制御状態は着火が可能な運転領域において選択され得、第２の制御状態または第３の制御状態は着火が不可能な運転領域において選択され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の排気浄化装置では上記グロープラグは排気通路に設けられているので、グロープラグによる加熱は排気により影響され得る。例えば、グロープラグに対する排気による冷却の程度は排気温度によって変化する。しかし、排気浄化触媒の温度を適切に制御するためには、排気温度等が異なる場合であっても、同じように排気通路へ添加された燃料を加熱または燃焼させることが望まれる。
【０００５】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、排気通路の排気の状態が異なる場合であっても、排気通路へ添加された燃料を適切に加熱または燃焼させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、排気通路に設けられた排気浄化用部材と、該排気浄化用部材よりも上流側の排気通路に燃料を供給するように設けられた燃料添加手段と、該燃料添加手段と前記排気浄化用部材との間に配置された加熱手段と、排気温度および排気流量に基づいて前記加熱手段への供給電力量を制御する制御手段とを備えた、排気浄化装置を提供する。
【０００７】
前記制御手段は、排気温度が低いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くするとよい。
【０００８】
前記制御手段は、排気流量が多いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くするとよい。
【０００９】
前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量に基づいて、前記加熱手段への供給電力量を補正制御するとよい。前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量が多いほど前記加熱手段への供給電力量を多くするように、前記加熱手段への供給電力量を補正制御するとよい。
【００１０】
本発明は、上記したような排気浄化装置を備えた、内燃機関にも存する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態における燃料添加弁およびグロープラグの作動制御を説明するためのフローチャートである。
【図３】第２実施形態における燃料添加弁およびグロープラグの作動制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態に係る排気浄化装置１が適用された内燃機関（以下、エンジン）１０の概略図である。エンジン１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンであり、図１では、エンジン本体１０´から延出した、その排気系の一部が誇張して表されている（吸気系およびエンジン内部機構等は省略されている）。
【００１４】
エンジン１０の排気管１２によって区画形成された排気通路１４には、上流側から順に、第１触媒コンバータ１６と、第２触媒コンバータ１８とが直列的に設けられている。そして、第１触媒コンバータ１６内には、第１排気浄化用部材（以下、第１浄化部材）２０と第２排気浄化用部材（以下、第２浄化部材）２２とが直列的に収容されている。また、第２触媒コンバータ１８内には、第３排気浄化用部材（以下、第３浄化部材）２４が収容されている。なお、第１浄化部材２０、第２浄化部材２２および第３浄化部材２４は排気浄化装置１に含まれる。
【００１５】
ここでは、第１浄化部材２０は酸化触媒を含む。第１浄化部材２０は、例えば白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持したモノリス触媒として形成されている。
【００１６】
また、第２浄化部材２２は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタである。第２浄化部材２２であるパティキュレートフィルタは貴金属触媒を担持していない。しかしながらパティキュレートフィルタ上に白金Ｐｔのような貴金属触媒等を担持させることもできる。
【００１７】
また、第３浄化部材２４はＮＯｘ浄化用の触媒、ここではＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む。第３浄化部材２４では、その基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。触媒担体の表面上には白金Ｐｔなどの貴金属触媒が分散して担持されていて、さらに触媒担体の表面上にはＮＯｘ吸収剤の層が形成されている。ＮＯｘ吸収剤は排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。このような第３浄化部材２４は、排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下すると例えば排気の空燃比がリッチになったときに吸蔵したＮＯｘを放出してＮＯｘを還元させる。なお、第３浄化部材２４は、アンモニアとＮＯｘとの化学反応（還元反応）を促進させるＮＯｘ浄化用の触媒を備えることが可能である。この場合には、アンモニア供給用に例えば尿素水添加装置が第１コンバータ１６と第２コンバータ１８との間に設けられ得る。
【００１８】
さて、エンジン１０に設けられた排気浄化装置１はさらに温度制御装置３０を備えている。温度制御装置３０は上記した排気浄化用部材２０、２２、２４の温度を制御するべく、具体的には加熱するべく設けられている。温度制御装置３０は、加熱用ガスを生成して下流側の第１〜第３浄化部材２０、２２、２４、特に第２浄化部材２２および第３浄化部材２４に供給し、それら排気浄化用部材の暖機または加熱およびその活性状態を維持促進するためのものである。
【００１９】
特に、ここでは、温度制御装置３０は、それら３つの排気浄化用部材のうちの第３浄化部材２４を第３浄化部材２４の所定活性温度域の温度まで加熱してそれがその所定活性温度域内の温度を有し続けるように作動する。また、温度制御装置３０は、第２浄化部材２２に捕集されたＰＭを除去するべく、所定時期に、所定時間、作動する。例えば、エンジン１０の累積作動時間が所定時間を越えるたびに、温度制御装置３０は作動する。なお、温度制御装置３０は、第２浄化部材２２の前後の差圧が所定圧以上になったときに、働くこともできる。この場合、第２浄化部材２２前後の差圧を検出するための圧力センサつまり差圧センサが備えられるとよい。
【００２０】
温度制御装置３０は、それぞれ上述の排気浄化用部材よりも上流側に設けられた酸化促進部材３２と、燃料添加弁３４と、グロープラグ３６とを有する。グロープラグ３６は、燃料添加弁３４の下流側に位置付けられている。酸化促進部材３２と燃料添加弁３４とは、酸化促進部材３２に向かって燃料添加弁３４から燃料が噴射可能に配設されている。また、燃料添加弁３４とグロープラグ３６とは、グロープラグ３６の加熱部である先端部３６ａに向かって燃料添加弁３４から燃料が噴射可能に配設されている。つまり、燃料添加弁３４は、グロープラグ３６よりも上流側に燃料を供給するように設けられている。
【００２１】
酸化促進部材３２は、酸化機能を有する触媒を含み、具体的には酸化触媒を含んで構成されていて、白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持したメタル触媒として形成されている触媒部材３２ａを含む。酸化促進部材３２のそのような触媒部材３２ａは筒状部材３２ｂを含む支持部材（一部不図示）によって排気通路１４に固定支持されている。ただし、酸化促進部材３２は、排気通路１４における排気の流れを阻害しないように定められた大きさおよび形状を有する。酸化促進部材３２は、特に触媒部材３２ａは、第１浄化部材２０等の排気浄化用部材よりも小型であり、小型酸化触媒と称される場合もある。
【００２２】
燃料添加弁３４は燃料添加手段として備えられている。燃料添加弁３４は排気通路に直接的にその噴射口が位置するように備えられることができるが、ここでは排気通路１４から突出するように設けられた燃料添加用延出通路（以下、燃料通路）３７に設けられている。燃料通路３７は、燃料添加弁３４から添加された燃料を排気通路１４へ導くための通路であり、特にグロープラグ３６の先端部３６ａおよび酸化促進部材３２の触媒部材３２ａに向けて燃料添加弁３４から添加された燃料を導くように設計されている。そして、燃料添加弁３４は、エンジン本体１０´の燃料噴射弁を備えた燃料供給装置に含まれる燃料タンク３８からポンプ４０によって圧送された燃料を排気通路に添加供給するように設けられている。したがって、ここでは、燃料添加弁３４、燃料タンク３８およびポンプ４０は燃料添加装置４２に含まれる。ただし、燃料添加装置４２には、燃料添加弁３４およびポンプ４０の作動を制御するための制御手段として機能する後述される制御装置の一部も含まれる。燃料添加弁３４の燃料噴射圧は可変とすることもできるが、本実施形態では一定とされる。ポンプ４０は燃料添加弁３４の噴射圧が一定となるように作動する。なお、燃料添加装置４２は、余剰の燃料を燃料タンク３８に戻す機構を備える。ただし、燃料添加弁３４は、燃料供給装置とは完全に独立して構成されることもできる。
【００２３】
また、グロープラグ３６は加熱手段として備えられている。グロープラグ３６が通電されることで、そのグロープラグ３６の加熱部である先端部３６ａは発熱して排気および上記燃料添加弁３４から添加された燃料を加熱することができる。加熱手段であるグロープラグ３６は加熱装置４４に含まれる。加熱装置４４には、グロープラグ３６の作動つまり発熱を制御する制御手段として機能する後述される制御装置の一部も含まれる。加熱装置４４に含まれるその制御手段は、グロープラグ３６の作動つまりグロープラグ３６への通電を制御する。具体的には、加熱装置４４に含まれるその制御手段は、グロープラグ制御ユニット（以下、ＧＣＵ）４６を制御することで、グロープラグ３６への供給電力量を制御し、その先端部３６ａの発熱量を制御する。ＧＣＵ４６は、グロープラグ３６に対するデューティー制御におけるデューティー比を制御するべく設けられている。ＧＣＵ４６への制御により、グロープラグ３６への印加電圧は一定であるが、デューティー比が変えられ得、結果としてグロープラグ３６への供給電力量は変えられ得る。なお、ＧＣＵ４６とグロープラグ３６とは、電源４８を介してつながれている。ただし、グロープラグ３６への印加電圧の大きさを可変とする構成を備える場合、例えばグロープラグ３６への印加電圧の大きさを変えて、グロープラグ３６への供給電力量を変化させるとしてもよい。なお、グロープラグ３６に代えて加熱手段としてセラミックヒータが用いられてもよい。
【００２４】
燃料添加弁３４から噴射された燃料はグロープラグ３６の先端部３６ａ周囲を通過して酸化促進部材３２およびその周囲に至ることができる。グロープラグ３６への通電により先端部３６ａが発熱しているときには、燃料はグロープラグ３６から熱を受けて、場合によっては燃焼し、酸化促進部材３２およびその周囲に到達する。そして、酸化促進部材３２でその燃料の酸化、例えば燃焼が促される。特に、酸化促進部材３２はここでは酸化触媒を含むので、酸化促進部材３２の温度がその所定活性温度域内にあるとき、酸化促進部材３２で燃料の酸化はより好適に促進される。なお、酸化促進部材３２での燃料の酸化によって酸化促進部材３２自体の温度が上昇し、これにより酸化促進部材３２は昇温される。こうして加熱用ガスは生成されて上記排気浄化用部材２０、２２、２４に流れる。このような加熱用ガスは燃料の酸化により高温を有することができる。
【００２５】
また、このような加熱用ガスは改質燃料を含むことがある。酸化促進部材３２の温度が高くなると、酸化促進部材３２で未燃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、酸化促進部材３２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。なお、このような改質燃料を生成させるように、燃料添加弁３４から燃料を添加しているとき、グロープラグ３６による加熱を行わない場合もある。
【００２６】
このような燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動は、エンジン運転状態、排気浄化用部材の温度等に応じて、それらの作動を制御するための制御手段としての機能を有する制御装置５０により制御される。それらの作動状態には大きく分けて次の２つの状態がある。燃料添加弁３４から燃料添加を行いながら、グロープラグ３６による加熱を行ってその燃料の燃焼または改質を促す第１作動状態がある。また、燃料添加弁３４から燃料添加を行うが、グロープラグ３６による加熱を停止している第２作動状態がある。なお、グロープラグ３６の先端部３６ａがある程度発熱するまで、燃料添加を行わない状態（第３作動状態）もある。ただし、通常は、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６は、非作動状態に維持される。
【００２７】
このような構成を備えるエンジン１０は、制御装置５０に、各種値を検出する（推定することを含む）ための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ５２が備えられている。また、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ５４が備えられている。なお、エンジン負荷センサ５４として、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ、エアフローメーター、吸気圧センサ等が使用可能である。さらに、排気通路１４における排気の流量つまり流速を検出するための流量センサ５６が設けられている。流量センサ５６として、吸気通路に設けられた吸入空気量を検出するためのエアフローメーターが使用可能である。また、図示しないが、排気中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサや、排気中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサ等が設けられている。そして、排気通路１４の排気の温度を検出するための第１温度センサ５８が設けられている。さらに、第３浄化部材２４の温度を検出するための第２温度センサ６０が設けられている。
【００２８】
制御装置５０は、ＣＰＵ、記憶装置（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、上記各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号または検出信号に基づき、予め設定されたプログラム等にしたがって円滑なエンジン１０の運転ないし作動がなされるように、制御装置５０は出力インタフェースから電気的に作動信号または駆動信号を出力する。こうして、燃料噴射弁の作動、燃料添加弁３４の作動、グロープラグ３６の作動（グロープラグ３６への通電）、ポンプ４０の作動などが制御される。
【００２９】
制御装置５０はエンジン１０全般の制御機能を有し、温度制御装置３０における制御手段（制御装置）の機能を有する。つまり、燃料添加手段である燃料添加弁３４の作動を制御する燃料添加制御手段、加熱手段であるグロープラグ３６の作動を制御する発熱制御手段または加熱制御手段、ポンプ４０の作動を制御するポンプ制御手段の各々として、制御装置５０の一部は機能することができる。また、排気通路１４における排気の状態つまり排気状態を検出する排気状態検出装置は、ここでは、排気温度検出手段としての上記第１温度センサ５８と制御装置５０の一部とを含む排気温度検出装置と、排気流量検出手段としての上記流量センサ５６と制御装置５０の一部とを含む排気流量検出装置とを含んで構成される。
【００３０】
エンジン１０では、吸入空気量、エンジン回転速度など、すなわちエンジン負荷およびエンジン回転速度で表されるエンジン運転状態に基づいて、所望の出力を得るように、燃料噴射量（燃料量）、燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁からの燃料の噴射が行われる。
【００３１】
そして、温度制御装置３０では、例えば、エンジン始動時、排気浄化用部材の温度が所定温度以上に早期に上がるように、特にここでは第３浄化部材２４の温度が第３浄化部材２４の所定活性温度域内に早期に達するように、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６が作動させられる。つまり、グロープラグ３６に通電され、その先端部３６ａに向けて燃料添加弁３４から燃料が噴射される。この燃料を含むまたはこの燃料に起因して生じたガスは酸化促進部材３２やその周囲を通過して排気浄化用部材に至る。このようなエンジン始動時の排気浄化用部材へのガスの供給は、エンジン始動開始時から行われ、第３浄化部材２４の温度がその所定活性温度域内の所定温度以上になるまで実行される。なお、ここでは第３浄化部材の所定活性温度域内の所定温度は、その所定活性温度域の下限温度であり、例えば２００℃に設定されている。ただし、このようなエンジン始動時の排気浄化用部材への加熱用ガスの供給は、排気浄化用部材の温度が早期に高まったとしても、エンジン暖機が完了するまで継続されるとよい。この場合、エンジン暖機完了はエンジン１０の冷却水温に基づいて判断される。例えば、排気浄化用部材の温度が早期に高まって、その後、エンジン１０の冷却水温が所定温度（例えば７０℃）以上になってエンジン暖機完了と制御装置５０が判定したとき、制御装置５０は、燃料添加弁３４の作動とグロープラグ３６の作動とを共に停止する。
【００３２】
さらに、第３浄化部材２４の温度が上記した所定活性温度域内に達した後、第３浄化部材２４の温度をその所定活性温度域内に保つように、温度制御装置３０が機能する。具体的には、第３浄化部材２４の温度がその所定活性温度域内の下限温度域（例えば２００℃以上２５０℃以下の温度域）にあるとき、燃料添加弁３４から燃料が添加されると共にグロープラグ３６に通電される（グロープラグが作動される）。
【００３３】
このように加熱用ガスを供給する必要があるとき、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６は作動されるが、燃料添加弁３４から添加された燃料をより適切に加熱等するために、ここではグロープラグ３６の作動制御に排気の状態つまり排気状態が考慮される。排気通路１４における排気状態に応じて、グロープラグ３６の冷え方は変化し得る。これは、排気状態に応じて、グロープラグ３６の発熱または加熱作用が変化することを意味する。例えば、排気温度が低いほど、グロープラグ３６は排気により冷やされ易い。また、吸入空気量が多いほどつまり排気流量が多いほど、グロープラグ３６周囲を流れる排気流速は速く、グロープラグ３６は排気により冷やされ易い。そこで、以下に説明するように、排気状態に応じて、グロープラグ３６への供給電力量が制御される。
【００３４】
図２のフローチャートにしたがって、燃料添加弁３４からの燃料添加制御およびグロープラグ３６による加熱制御を説明する。ただし、図２のフローチャートは、所定時間毎に繰り返される。
【００３５】
制御装置５０は、排気浄化用部材の加熱が必要か否かを判定する（ステップＳ２０１）。排気浄化用部材の加熱が必要なときには、ここでは、上記したように、エンジン始動時、排気浄化用部材の温度が上記したように低いときまたは低くなりそうなとき、および、第２浄化部材２２に捕集されたＰＭを除去するときが含まれる。そのようなとき、排気浄化用部材の加熱が必要であると判定される（ステップＳ２０１で肯定判定）。
【００３６】
排気浄化用部材の加熱が必要であるとき（ステップＳ２０１で肯定判定）、第１温度センサ５８の出力および流量センサ５６の出力が取得される（ステップＳ２０３）。これは、排気温度および排気通量を検出することを意味する。
【００３７】
そして、この取得された出力に基づいてグロープラグ３６への供給電力量が算出される（ステップＳ２０５）。これは、排気温度および排気流量に基づいてグロープラグ３６への供給電力量を求めることを意味する。ここでは、供給電力量の算出は、予め実験等により求められて設定されたマップ化されたデータに基づいて行われる。ただし、供給電力量の算出は、予め実験等により求められて設定された演算式に基づいて行われてもよく、そのようなデータと演算式との両方に基づいて行われてもよい。そのようなデータや演算式は、排気温度が低いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第１関係および排気流量が多いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第２関係に従う。なお、上記したように、グロープラグ３６への供給電力量の算出は、エンジン状態、排気浄化用部材の温度等に基づく。
【００３８】
求められた供給電力量に基づいてグロープラグ３６の作動が制御される（ステップＳ２０７）。このとき、燃料添加弁３４も作動される（ステップＳ２０７）。ただし、燃料添加弁３４からの燃料添加量は可変とされることもできるが、ここでは一定とされている。例えば、燃料添加弁３４からの燃料添加量は排気浄化用部材の温度に基づいて変えられることができる。なお、ステップＳ２０７での燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動制御により、それらは上記第１作動状態または上記第２作動状態にされ得る。
【００３９】
他方、排気浄化用部材の加熱が必要でないとき（ステップＳ２０１で否定判定）、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の両方の作動が停止される（ステップＳ２０９）。つまり、それらは非作動状態にされる。
【００４０】
以上述べたように、燃料添加弁３４から燃料が添加されるとき、排気状態、特に排気温度および排気流量に基づいてグロープラグ３６への供給電力量が可変制御される。したがって、排気状態にかかわらず、添加燃料を適切に加熱または燃焼させることが可能になる。また、このようにグロープラグ３６への供給電力量が制御されるので、グロープラグ３６への総供給電力量を抑制できる。したがって、消費電力の減少により、燃費向上を図ることができる。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る排気浄化装置１０１は、上記した第１実施形態に係る排気浄化装置１と同様にエンジンに適用されている。しかし、第２実施形態に係る排気浄化装置１０１は、上記した第１実施形態に係る排気浄化装置１に対して、燃料添加弁３４とグロープラグ３６との作動制御の点で相違する。そこで、以下では、その相違点について主に説明する。ただし、第２実施形態に係る排気浄化装置１０１の構成は、第１実施形態に係る排気浄化装置１の構成と概ね同じであるので、既に説明した構成要素に対応する構成要素には、既に説明した構成要素と同じ符号を付して、重複説明を省略する。
【００４２】
なお、以下に第２実施形態での制御が説明されるが、グロープラグ３６への供給電力量は、排気状態および燃料添加量に基づいて制御される。これは、燃料添加弁３４から添加された燃料によってグロープラグ３６は冷やされ得、その燃料添加量によってその発熱または加熱作用が変化し得るからである。
【００４３】
制御装置５０は、まず、上記ステップＳ２０１と同様に、排気浄化用部材の加熱が必要か否かを判定する（ステップＳ３０１）。排気浄化用部材の加熱が必要であるとき（ステップＳ３０１で肯定判定）、上記ステップＳ２０３と同様に、第１温度センサ５８の出力および流量センサ５６の出力が取得される（ステップＳ３０３）。そして、この出力に基づいてグロープラグ３６に加えられる基準電力量が算出される（ステップＳ３０５）。この基準電力量の算出は、上記ステップＳ２０５での供給電力量の算出に相当する。
【００４４】
さらに、制御装置５０は、燃料添加弁３４から添加される燃料の添加量を算出する（ステップＳ３０７）。これは、上記ステップＳ３０１での加熱判定の結果に基づくと共に予め実験等により求められて設定されているデータ等に基づいて、実行される。具体的には、第３浄化部材２４の温度を上記所定温度にまで高めたいときにはそれに対する燃料添加量が算出され、第２浄化部材２２のＰＭ除去を図るときにはそれに対する燃料添加量が算出される。なお、ステップＳ３０７での燃料添加量の算出は、エンジン運転状態、排気浄化用部材の温度および／または排気状態等に基づいてより精密に行われることもできる。
【００４５】
そして、制御装置５０の補正係数算出手段として機能する部分は、補正係数を算出する（ステップＳ３０９）。この補正係数は、ステップＳ３０３で取得された第１温度センサ５８の出力およびステップＳ３０７で算出された燃料添加量に基づいて、算出される。これは、排気温度および燃料添加量に基づいて補正係数を求めることを意味する。ここでは、補正係数の算出は、予め実験等により求められて設定されたマップ化されたデータに基づいて行われる。ただし、補正係数の算出は、予め実験等により求められて設定された演算式に基づいて行われてもよく、そのようなデータと演算式との両方に基づいて行われてもよい。そのようなデータや演算式は、排気温度が低いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第３関係および燃料添加量が多いほどグロープラグ３６への供給電力量を多くする第４関係に従う。なお、補正係数の算出は、ステップＳ３０７で算出された燃料添加量にのみ基づいて行われることも可能である。
【００４６】
そして、ステップＳ３０５で求められた基準電力量と、ステップＳ３０９で求められた補正係数とに基づいて、グロープラグ３６への供給電力量が算出される（ステップＳ３１１）。ここでは、基準電力量と補正係数との積によりグロープラグ３６への供給電力量が算出される。
【００４７】
その結果、ステップＳ３０７で求められた燃料添加量およびステップＳ３１１で求められた供給電力量に基づいて燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動が制御される（ステップＳ３１３）。なお、ステップＳ３１３での燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の作動制御により、それらは上記第１作動状態または上記第２作動状態にされ得る。
【００４８】
他方、排気浄化用部材の加熱が必要でないとき（ステップＳ３０１で否定判定）、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６の両方の作動が停止される（ステップＳ３１５）。
【００４９】
以上、本発明を２つの実施形態に基づいて説明したが、本発明はそれらに限定されず、他の実施形態を許容する。例えば、上記実施形態では、排気温度および排気流量の検出用にセンサを用いたが、エンジン運転状態等に基づいてそれらの検出つまり推定が行われてもよい。また、排気浄化用部材の温度もエンジン運転状態等に基づいて検出つまり推定されてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、燃料添加手段として燃料添加弁を用いて、該燃料添加弁から内燃機関の燃料と同じ燃料を添加した。しかし、他の燃料を用いることができ、例えば、添加剤として、エタノール、メタノール等のアルコールを用いることができる。
【００５１】
また、排気通路に設けられる排気浄化用部材の数、種類、構成および配列順序は、上記実施形態に限定されない。排気浄化用部材の数は１つでも、２つでも、４つ以上でもよい。例えば、上記第３浄化部材よりも下流側に、酸化触媒を含む排気浄化用部材がさらに備えられてもよい。排気浄化用部材として、種々の触媒、フィルタ等が用いられ得る。また、上記酸化促進部材は、上記した構成を有する酸化触媒を含まなくてもよく、別の酸化機能を有する触媒を含むことができる。なお、上記酸化促進部材は設けられなくてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、本発明はディーゼルエンジンに適用されたが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリンエンジン、筒内噴射形式のガソリンエンジン等の各種のエンジンに適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でもよい。また、本発明が適用されるエンジンの気筒数、気筒配列形式などは如何なるものであってもよい。
【００５３】
また、本発明に係る排気浄化装置は、エンジン以外の技術に適用可能である。例えば、本発明は、プラント設備に用いることも可能である。
【００５４】
本発明については、特許請求の範囲に記載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。すなわち、本発明には、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、均等物が含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 排気浄化装置
１０ 内燃機関
１４ 排気通路
２０ 第１排気浄化用部材（第１浄化部材）
２２ 第２排気浄化用部材（第２浄化部材）
２４ 第３排気浄化用部材（第３浄化部材）
３０ 温度制御装置
３２ 酸化促進部材
３４ 燃料添加弁
３６ グロープラグ
４２ 燃料添加装置
４４ 加熱装置
【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用部材と、
該排気浄化用部材よりも上流側の排気通路に燃料を供給するように設けられた燃料添加手段と、
該燃料添加手段と前記排気浄化用部材との間に配置された加熱手段と、
排気温度および排気流量に基づいて前記加熱手段への供給電力量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、排気温度が低いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、排気流量が多いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くすることを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量に基づいて、前記加熱手段への供給電力量を補正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排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量が多いほど前記加熱手段への供給電力量を多くするように、前記加熱手段への供給電力量を補正制御することを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の排気浄化装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項１】
排気通路に設けられた排気浄化用部材と、
該排気浄化用部材よりも上流側の排気通路に燃料を供給するように設けられた燃料添加手段と、
該燃料添加手段と前記排気浄化用部材との間に配置された加熱手段と、
排気温度および排気流量に基づいて前記加熱手段への供給電力量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、排気温度が低いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、排気流量が多いほど、前記加熱手段への供給電力量を多くすることを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量に基づいて、前記加熱手段への供給電力量を補正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排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記燃料添加手段からの燃料添加量が多いほど前記加熱手段への供給電力量を多くするように、前記加熱手段への供給電力量を補正制御することを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の排気浄化装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−８２７０８（Ｐ２０１２−８２７０８Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７４５６（Ｐ２０１０−２２７４５６）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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