JP2012047059A

JP2012047059A - Exhaust air heating device for internal combustion engine, and method therefor

Info

Publication number: JP2012047059A
Application number: JP2010187218A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Ariizumi; 義記有泉; Tametoshi Mizuta; 為俊水田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-03-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that, in a conventional exhaust air heating device, a fuel that ignites in an exhaust passage is likely to be combusted incompletely, which results in generating soot dust to increase the burden on an exhaust emission control device arranged downstream in the exhaust passage.SOLUTION: An exhaust air heating device 24 is provided for heating an exhaust air led from an engine 10 to an exhaust emission control device 11. The exhaust air heating device 24 includes: a fuel supply valve 25 for supplying fuel to the exhaust passage 23a upstream of the exhaust emission control device 11; an oxidation catalyst 26 disposed in the exhaust passage 23a downstream of the supply point of the fuel by the fuel supply valve 25 and upstream of the exhaust emission control device 11; a gap 23b provided between the oxidation catalyst 26 and the inner wall 23c of an exhaust pipe 23 defining the exhaust passage 23a, and for guiding the exhaust and partially the fuel to the exhaust emission control device 11 side without via the oxidation catalyst 26; and an circular electric heater 29 arranged in the gap 23b to enclose the oxidation catalyst 26, and for igniting the fuel passing through the gap 23b along with the exhaust and from the fuel supply valve 25.

Description

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および方法に関する。 The present invention relates to an exhaust heating apparatus and method for increasing the temperature of exhaust gas in order to activate and maintain the exhaust purification device in an internal combustion engine provided with the exhaust purification device.

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。さらに、この加熱ガスの昇温を図るために小型の酸化触媒を着火装置よりも下流側の排気通路に配したものも知られている。この酸化触媒は、それ自体の発熱機能と低炭素成分への燃料の改質機能とを有するものであるが、排気浄化装置の一部として用いられる酸化触媒とは構成が相違する。 In recent years, in order to cope with strict exhaust regulations for an internal combustion engine, it is necessary to promote activation of an exhaust purification device at the start of the internal combustion engine or to maintain the active state during operation of the internal combustion engine. . For this reason, Patent Document 1 and the like propose an internal combustion engine in which an exhaust heating device is incorporated in an exhaust passage upstream of the exhaust purification device. The exhaust gas heating device generates a heating gas in the exhaust gas, and supplies the generated heating gas to the exhaust gas purification device on the downstream side, thereby promoting activation of the exhaust gas purification device or maintaining an active state. Is. For this reason, the exhaust heating device generally includes a fuel supply valve that supplies fuel into the exhaust passage, and an ignition device such as a glow plug that generates heated gas by heating and igniting the fuel. Furthermore, there is also known one in which a small oxidation catalyst is arranged in the exhaust passage downstream of the ignition device in order to increase the temperature of the heated gas. This oxidation catalyst has its own heat generation function and fuel reforming function to a low carbon component, but is different in configuration from the oxidation catalyst used as part of the exhaust purification device.

特開２００６−１１２４０１号公報JP 2006-112401 A

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、大量の煤が発生して排気浄化装置よりも上流側に配された小型の酸化触媒と排気管との間の隙間や、排気浄化装置の一部を構成する触媒コンバーターに目詰まりを生じさせてしまう不具合を招く。結果として、触媒コンバーターの再生処理を頻繁に行う必要が生じ、そのための燃料の消費に伴って燃費が悪化してしまう。 In the conventional exhaust heating device disclosed in Patent Document 1, since the ignition device is disposed in the vicinity of the fuel supply valve, the fuel and exhaust gas supplied from the fuel supply valve to the exhaust passage are sufficiently mixed. Otherwise, the ignited fuel may be incompletely combusted. For this reason, a large amount of soot is generated and clogs the gap between the small oxidation catalyst disposed upstream of the exhaust purification device and the exhaust pipe, and the catalytic converter that forms part of the exhaust purification device. This causes a problem that may occur. As a result, it is necessary to frequently perform the regeneration process of the catalytic converter, and the fuel consumption is deteriorated as the fuel is consumed.

本発明の目的は、排気浄化装置よりも上流側の排気通路にここを流れる排気を加熱するための排気加熱装置が組み込まれた内燃機関において、煤の発生を極力抑えるようにした排気加熱装置および排気加熱方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an exhaust heating device that suppresses generation of soot as much as possible in an internal combustion engine in which an exhaust heating device for heating the exhaust flowing through the exhaust passage upstream of the exhaust purification device is incorporated. It is to provide an exhaust heating method.

本発明の第１の形態は、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、この排気加熱装置は、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、この燃料供給弁による燃料の供給位置よりも下流側かつ前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に配される酸化触媒と、この酸化触媒と前記排気通路を画成する排気管の内壁との間に形成され、当該酸化触媒を介さずに排気の一部および燃料の一部を前記排気浄化装置側へと導く間隙部と、前記酸化触媒を囲むようにこの間隙部に配され、排気と共に当該間隙部を通過する前記燃料供給弁からの燃料を着火させるための環状をなす電熱体とを具えたことを特徴とするものである。 A first aspect of the present invention is an exhaust heating device for heating exhaust gas led from an internal combustion engine to an exhaust purification device, and the exhaust heating device supplies fuel to an exhaust passage upstream of the exhaust purification device. A fuel supply valve for supplying, an oxidation catalyst disposed in the exhaust passage downstream from the fuel supply position by the fuel supply valve and upstream from the exhaust purification device, and the oxidation catalyst and the exhaust passage Between the inner wall of the exhaust pipe that defines the exhaust pipe and surrounding the oxidation catalyst with a gap that guides part of the exhaust and part of the fuel to the exhaust purification device without passing through the oxidation catalyst. And an annular electric heater for igniting the fuel from the fuel supply valve passing through the gap together with the exhaust gas.

本発明においては、燃料噴射弁から排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料が供給される。この燃料は、排気通路を流れる排気と混ざり合ってその一部が燃料供給弁による燃料の供給位置よりも下流側かつ排気浄化装置よりも上流側の排気通路に配された酸化触媒に導かれる。残りは、酸化触媒と排気通路を画成する排気管の内壁との間に形成された間隙部に導かれる。この間隙部に導かれた燃料は、酸化触媒を通らずに排気浄化装置側へと流動するが、この間隙部に配された環状をなす電熱体によって着火する結果、加熱された排気が排気浄化装置へと供給される。 In the present invention, fuel is supplied from the fuel injection valve to the exhaust passage upstream of the exhaust purification device. This fuel is mixed with the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and a part of the fuel is guided to the oxidation catalyst disposed in the exhaust passage downstream from the fuel supply position by the fuel supply valve and upstream from the exhaust purification device. The rest is led to a gap formed between the oxidation catalyst and the inner wall of the exhaust pipe defining the exhaust passage. The fuel guided to the gap flows to the exhaust purification device without passing through the oxidation catalyst, but is ignited by the annular electric heating element disposed in the gap, so that the heated exhaust is purified. Supplied to the device.

本発明による排気加熱装置において、酸化触媒から排気通路の上流側に向けて延在するフードをさらに具え、このフードと排気管の内壁との間にも間隙部を延在させることができる。この場合、電熱体がフードをも囲むように排気管の長手方向に沿って配されるようにしてもよい。 The exhaust heating apparatus according to the present invention can further include a hood extending from the oxidation catalyst toward the upstream side of the exhaust passage, and a gap can be extended between the hood and the inner wall of the exhaust pipe. In this case, the electric heater may be arranged along the longitudinal direction of the exhaust pipe so as to surround the hood.

イグニッションキースイッチのオン信号から所定時間だけ電熱体が通電されるように、電熱体に対する通電のオン／オフを制御する手段をさらに具えることができる。 Means for controlling on / off of energization of the electric heating body may be further provided so that the electric heating body is energized for a predetermined time from the ON signal of the ignition key switch.

本発明の第２の形態は、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方法であって、前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路のほぼ全域に拡散状態で燃料を供給するステップと、前記排気通路を流れる排気の一部と共に前記燃料の一部を前記燃料の供給位置よりも下流側かつ前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に配された酸化触媒へと導くステップと、残りの燃料を残りの排気と共に前記酸化触媒と前記排気通路を画成する排気管の内壁との間に形成された間隙部へと導くステップと、前記間隙部に導かれた燃料をこの間隙部の通過中に着火させるステップと前記間隙部を通過する燃料を前記間隙部に配された電熱体の発熱によって着火させるステップとを具えたことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for heating exhaust gas introduced from an internal combustion engine to an exhaust gas purification device, wherein fuel is supplied in a diffused state over substantially the entire exhaust passage upstream of the exhaust gas purification device. And an oxidation catalyst disposed in the exhaust passage on the downstream side of the fuel supply position and on the upstream side of the exhaust purification device together with a part of the exhaust flowing through the exhaust passage. Guiding the remaining fuel together with the remaining exhaust gas to a gap formed between the oxidation catalyst and the inner wall of the exhaust pipe defining the exhaust passage, and the fuel guided to the gap And a step of igniting the fuel passing through the gap portion by the heat generated by the electric heating element disposed in the gap portion.

本発明による排気加熱方法において、イグニッションキースイッチのオン信号に基づいて前記電熱体に対する通電を開始するステップと、電熱体に対する通電を開始してから所定時間後に前記電熱体に対する通電を停止するステップとをさらに具えることができる。 In the exhaust heating method according to the present invention, a step of starting energization of the electric heating body based on an ON signal of an ignition key switch, and a step of stopping energization of the electric heating body after a predetermined time from the start of energization of the electric heating body; Can further comprise.

本発明によると、燃料供給弁から発熱体までの距離が離れているため、燃料供給弁から排気通路に供給された燃料を排気と充分に撹拌させてこれを微細化させることが可能となる結果、不完全燃焼による煤の発生を抑制することができる。しかも、電熱体が酸化触媒を囲むように環状をなしているため、間隙部を通過する燃料のほとんどを確実に着火させることが可能であり、排気を効率よく昇温させることができる。 According to the present invention, since the distance from the fuel supply valve to the heating element is large, the fuel supplied from the fuel supply valve to the exhaust passage can be sufficiently agitated with the exhaust gas, thereby making it possible to refine the fuel. The generation of soot due to incomplete combustion can be suppressed. Moreover, since the electric heating element has an annular shape so as to surround the oxidation catalyst, most of the fuel passing through the gap can be reliably ignited, and the temperature of the exhaust can be raised efficiently.

酸化触媒から排気通路の上流側に向けて延在するフードを具え、このフードと排気管の内壁との間にも間隙部が延在している場合、微細化が不十分な燃料滴をフードに付着させてその不完全燃焼を阻止することができる。また、間隙部を通る排気の流れにより、フードに付着した燃料滴の気化を促進させることができ、最終的に燃料を微細化させることが可能となる。特に、電熱体がフードをも囲むように排気管の長手方向に沿って配されている場合、気化した燃料の着火を効率よく行うことができる。 When a hood that extends from the oxidation catalyst toward the upstream side of the exhaust passage is provided and a gap extends between the hood and the inner wall of the exhaust pipe, fuel droplets that are insufficiently refined are hooded. The incomplete combustion can be prevented. Further, the flow of exhaust gas passing through the gap can promote vaporization of the fuel droplets adhering to the hood, and finally the fuel can be miniaturized. In particular, when the electric heating element is arranged along the longitudinal direction of the exhaust pipe so as to surround the hood, the vaporized fuel can be efficiently ignited.

イグニッションキースイッチのオン信号から所定時間だけ電熱体が通電されるように、電熱体に対する通電のオン／オフを制御する手段を具えている場合、電熱体の無駄な電力消費を防止することができる。 In the case where a means for controlling on / off of energization to the heating element is provided so that the heating element is energized for a predetermined time from the ON signal of the ignition key switch, wasteful power consumption of the heating element can be prevented. .

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。It is a conceptual diagram of one Embodiment of the exhaust-gas heating apparatus by this invention. 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。It is an extraction expanded sectional view of the principal part in the embodiment shown in FIG. 図２中のIII−III矢視に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III arrow in FIG.

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３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。 Embodiments in which the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the configuration can be freely changed according to required characteristics. For example, the present invention is also effective for a spark ignition type internal combustion engine in which gasoline, alcohol, LNG (liquefied natural gas) or the like is used as fuel and is ignited by a spark plug.

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、その排気加熱装置の部分を図２に抽出拡大して示し、そのIII−III矢視に沿った断面構造を図３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装置が省略されている。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便宜的に省略されている。 The main part of the engine system in the present embodiment is schematically shown in FIG. 1, the exhaust heating device portion is extracted and enlarged in FIG. 2, and the cross-sectional structure along the line III-III is shown in FIG. . In FIG. 1, in addition to a valve operating mechanism and a silencer for intake and exhaust of the engine 10, a general exhaust turbocharger and an EGR device are omitted as auxiliary equipment of the engine 10. Various sensors required for smooth operation of the engine 10 and regeneration processing of the exhaust purification device 11 described later are also omitted for convenience.

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１３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。 The engine 10 in the present embodiment is a compression ignition type multi-cylinder internal combustion engine that spontaneously ignites by directly injecting light oil, which is fuel, from a fuel injection valve 12 into a combustion chamber 13 in a compressed state. However, a single cylinder internal combustion engine may be used due to the characteristics of the present invention.

燃焼室１３にそれぞれ臨む吸気ポート１４ａおよび排気ポート１４ｂが形成されたシリンダーヘッド１４には、吸気ポート１４ａを開閉する吸気弁１５および排気ポート１４ｂを開閉する排気弁１６を含む図示しない動弁機構が組み込まれている。燃焼室１３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１５および排気弁１６に挟まれるようにシリンダーヘッド１４に組み付けられている。燃料噴射弁１２から燃焼室１３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１７の踏み込み量と、車両の運転状態とに基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１８により制御される。なお、アクセルペダル１７の踏み込み量はアクセル開度センサー１９により検出され、その検出情報がＥＣＵ１８に出力され、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量などを設定するために用いられる。 The cylinder head 14 in which the intake port 14a and the exhaust port 14b facing the combustion chamber 13 are formed has a valve operating mechanism (not shown) including an intake valve 15 for opening and closing the intake port 14a and an exhaust valve 16 for opening and closing the exhaust port 14b. It has been incorporated. The previous fuel injection valve 12 facing the center of the upper end of the combustion chamber 13 is also assembled to the cylinder head 14 so as to be sandwiched between the intake valve 15 and the exhaust valve 16. The amount and injection timing of fuel from the fuel injection valve 12 is supplied to the combustion chamber 13, and the depression amount of the accelerator pedal 17 by the driver, ECU on the basis of the operating state of the vehicle (E lectronic C ontrol U nit) 18 Controlled by The amount of depression of the accelerator pedal 17 is detected by an accelerator opening sensor 19, and the detected information is output to the ECU 18 and used for setting the injection amount of fuel from the fuel injection valve 12.

吸気ポート１４ａに連通するようにシリンダーヘッド１４に連結される吸気管２０は、吸気ポート１４ａ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。 The intake pipe 20 connected to the cylinder head 14 so as to communicate with the intake port 14a defines an intake passage 20a together with the intake port 14a. An air cleaner 22 is provided on the upstream end side of the intake pipe 20 in which the surge tank 21 is formed in the middle to remove dust contained in the atmosphere and guide it to the intake passage 20a.

排気ポート１４ｂに連通するようにシリンダーヘッド１４に連結される排気管２３は、排気ポート１４ｂ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１３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とを少なくとも有し、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を捕捉するためのものである。 The exhaust pipe 23 connected to the cylinder head 14 so as to communicate with the exhaust port 14b defines an exhaust passage 23a together with the exhaust port 14b. An exhaust purification device 11 for detoxifying harmful substances generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 13 is provided in the middle of the exhaust pipe 23 upstream of the silencer (not shown) attached to the downstream end side. It is attached. Exhaust purification apparatus 11 of this embodiment, the oxidation catalyst 11a, a DPF (D iesel P articulate F ilter ) and 11b at least, these upstream side of the exhaust passage 23a, i.e. in order from the base end side of the exhaust pipe 23 It is provided at intervals. The oxidation catalyst 11a is mainly for oxidizing unburned gas contained in the exhaust, that is, burning it, and the DPF 11b is for capturing particles contained in the exhaust.

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２４が配されている。この排気加熱装置２４は、燃料の改質ならびに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。本実施形態における排気加熱装置２４は、燃料供給弁２５と、酸化触媒２６と、フード２７と、間隙部２３ｂと、車載の直流電源２８に接続する電熱体２９と、この電熱体２９に対する通電のオン／オフを制御する手段３０とを具えている。 An exhaust heating device 24 is disposed in the middle of the exhaust pipe 23 upstream of the exhaust purification device 11. The exhaust heating device 24 is for reforming fuel and generating heated gas and supplying them to the exhaust purification device 11 arranged on the downstream side, and maintaining the activation and active state thereof. The exhaust heating device 24 in this embodiment includes a fuel supply valve 25, an oxidation catalyst 26, a hood 27, a gap 23 b, an electric heater 29 connected to an in-vehicle DC power supply 28, and energization of the electric heater 29. And means 30 for controlling on / off.

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２５は、排気浄化装置１１の活性状態の有無と車両の運転状態とに基づいてＥＣＵ１８によりその供給タイミングや供給量が制御されるようになっている。この燃料供給弁２５は、排気浄化装置１１よりも上流側の排気通路２３ａのほぼ全域に拡散状態で燃料を噴射し、排気との均一な混合を図っている。 The fuel supply valve 25 for supplying fuel to the exhaust passage 23a upstream of the exhaust purification device 11 is supplied by the ECU 18 based on the presence / absence of the activated state of the exhaust purification device 11 and the operating state of the vehicle. The amount is to be controlled. The fuel supply valve 25 injects fuel in a diffused state almost over the entire exhaust passage 23a upstream of the exhaust purification device 11 to achieve uniform mixing with the exhaust.

酸化触媒（排気浄化装置１１の酸化触媒１１ａと区別するため、以下、便宜的に補助酸化触媒と記述する）２６は、燃料供給弁２５による燃料の供給位置よりも下流側かつ排気浄化装置１１よりも上流側の排気通路２３ａに配されている。この補助酸化触媒２６は、排気通路２３ａの断面積よりも小さな断面積を有し、従って排気の一部がこの補助酸化触媒２６を通らずに通過することを可能にする。つまり、補助酸化触媒２６を通る排気の流速は、ここを通らない排気の流速よりも低速となり、補助酸化触媒２６を通る排気をさらに昇温させることが可能となる。補助酸化触媒２６が充分に高温、つまり活性化した状態では、後述する電熱体２９に対する通電を遮断し、補助酸化触媒２６内で混合気を直接燃焼させることも可能である。しかしながら、エンジン１０の冷態始動時など、補助酸化触媒２６が活性化していない場合には、電熱体２９に対して通電を行うことが必要である。なお、補助酸化触媒２６が高温になると、未燃混合気中の炭素数の多い炭化水素が分解し、炭素数の少ない反応性の高い炭化水素に改質される。換言すれば、この補助酸化触媒２６は、一方ではそれ自体が急速に発熱する急速発熱体として機能し、他方では改質された燃料を生成させる燃料改質触媒としても機能する。なお、補助酸化触媒２６は、そのハウジング２６ａと排気管２３の内壁２３ｃとの間に放射状に配されたブラケット３１により、排気管２３の中央部分に安定状態で保持されている。 An oxidation catalyst 26 (hereinafter referred to as an auxiliary oxidation catalyst for convenience in order to distinguish it from the oxidation catalyst 11a of the exhaust purification device 11) is located downstream of the fuel supply position by the fuel supply valve 25 and from the exhaust purification device 11. Is also disposed in the upstream exhaust passage 23a. The auxiliary oxidation catalyst 26 has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the exhaust passage 23 a, and thus allows a part of the exhaust gas to pass without passing through the auxiliary oxidation catalyst 26. In other words, the flow rate of the exhaust gas that passes through the auxiliary oxidation catalyst 26 is lower than the flow rate of the exhaust gas that does not pass here, and the exhaust gas that passes through the auxiliary oxidation catalyst 26 can be further heated. When the auxiliary oxidation catalyst 26 is at a sufficiently high temperature, that is, in an activated state, it is possible to cut off energization to an electric heating element 29 described later and directly burn the air-fuel mixture in the auxiliary oxidation catalyst 26. However, when the auxiliary oxidation catalyst 26 is not activated, such as when the engine 10 is cold-started, it is necessary to energize the electric heater 29. When the auxiliary oxidation catalyst 26 reaches a high temperature, the hydrocarbon having a large number of carbons in the unburned mixture is decomposed and reformed into a highly reactive hydrocarbon having a small number of carbons. In other words, the auxiliary oxidation catalyst 26 functions as a rapid heating element that generates heat rapidly on the one hand, and also functions as a fuel reforming catalyst that generates reformed fuel on the other hand. The auxiliary oxidation catalyst 26 is held in a stable state at the central portion of the exhaust pipe 23 by brackets 31 that are radially arranged between the housing 26 a and the inner wall 23 c of the exhaust pipe 23.

フード２７は、排気通路２３ａの上流側を向く補助酸化触媒２６の一端側（図２中、左側）から排気通路２３ａの上流側に向けて延在し、本実施形態では円筒状なす補助酸化触媒２６のハウジング２６ａと一体的に形成されている。このフード２７は、燃料供給弁２５から噴射された燃料と排気との均一な混合をもたらすと同時にこれら混合気の整流効果を持たせるためのものであるが、これを省略することも可能である。 The hood 27 extends from one end side (left side in FIG. 2) of the auxiliary oxidation catalyst 26 facing the upstream side of the exhaust passage 23a toward the upstream side of the exhaust passage 23a. In the present embodiment, the hood 27 is a cylindrical auxiliary oxidation catalyst. 26 is formed integrally with the housing 26a. The hood 27 is provided to uniformly mix the fuel injected from the fuel supply valve 25 and the exhaust gas, and at the same time to have a rectifying effect on the air-fuel mixture. However, this can be omitted. .

円筒状をなす間隙部２３ｂは、補助酸化触媒２６およびフード２７と排気通路２３ａを画成する排気管２３の内壁２３ｃとの間に形成され、補助酸化触媒２６を介さずに排気の一部および燃料の一部を排気浄化装置１１側へと導く。従って、間隙部２３ｂは排気通路２３ａの一部を画成する。 The cylindrical gap portion 23b is formed between the auxiliary oxidation catalyst 26 and the hood 27 and the inner wall 23c of the exhaust pipe 23 that defines the exhaust passage 23a. Part of the fuel is guided to the exhaust purification device 11 side. Therefore, the gap 23b defines a part of the exhaust passage 23a.

環状をなす電熱体２９は、補助酸化触媒２６およびフード２７を囲むようにこの間隙部２３ｂに配され、排気と共に間隙部２３ｂを通過する燃料供給弁２５からの燃料を着火させるためのものである。本実施形態においては補助酸化触媒２６およびフード２７を螺旋状に囲むセラミックヒーターを用いているが、単純なリングヒーターを採用することも可能である。排気通路２３ａの長手方向に沿った電熱体２９の長さを充分に確保することができない場合、燃料の不完全燃焼を回避するため、電熱体２９を補助酸化触媒２６の他端側（図２中、右側）に近づけて配することが好ましい。つまり、燃料供給弁２５と電熱体２９との距離を離すことによって、燃料と排気とをより均一に混合させるようにする。 An annular electric heating element 29 is disposed in the gap 23b so as to surround the auxiliary oxidation catalyst 26 and the hood 27, and ignites the fuel from the fuel supply valve 25 that passes through the gap 23b together with the exhaust gas. . In the present embodiment, a ceramic heater that spirally surrounds the auxiliary oxidation catalyst 26 and the hood 27 is used. However, a simple ring heater can also be adopted. When the length of the electric heating element 29 along the longitudinal direction of the exhaust passage 23a cannot be secured sufficiently, the electric heating element 29 is connected to the other end side of the auxiliary oxidation catalyst 26 (FIG. 2) in order to avoid incomplete combustion of the fuel. (Middle, right side) That is, the fuel and the exhaust gas are mixed more uniformly by separating the distance between the fuel supply valve 25 and the electric heating element 29.

電熱体２９に対する通電のオン／オフを制御する手段３０は、電熱体２９と直流電源２８とを接続する電気回路の途中に配される開閉スイッチ３２と、図示しないタイマーと、先のＥＣＵ１８とを含む。電気回路のオン／オフを行う開閉スイッチ３２は、ＥＣＵ１８によってその作動が制御される。また、タイマーは、イグニッションキースイッチ３３のオン信号によってカウントを開始する。ＥＣＵ１８は、イグニッションキースイッチ３３のオン信号から所定時間だけ電熱体２９が通電されるように、イグニッションキースイッチ３３のオン信号と、タイマーのカウント情報とに基づいて開閉スイッチ３２の作動を制御する。本実施形態では、イグニッションキースイッチ３３のオン信号に基づいて電熱体２９に対する通電を開始し、電熱体２９に対する通電を開始してから所定時間後に電熱体２９に対する通電を停止する。タイマーによってカウントされるこの所定時間は、燃料の燃焼によって電熱体２９自体が加熱され、その温度が燃料の着火温度以上に昇温するまでの時間を見込んで設定される。従って、電熱体２９に対する通電を切っても、燃料を着火させ続けることができ、電力の無駄な消費を避けることが可能となる。 The means 30 for controlling on / off of energization to the electric heating element 29 includes an open / close switch 32 arranged in the middle of an electric circuit connecting the electric heating element 29 and the DC power supply 28, a timer (not shown), and the previous ECU 18. Including. The opening / closing switch 32 for turning on / off the electric circuit is controlled by the ECU 18. The timer starts counting in response to an ON signal of the ignition key switch 33. The ECU 18 controls the operation of the open / close switch 32 based on the ON signal of the ignition key switch 33 and the count information of the timer so that the electric heater 29 is energized for a predetermined time from the ON signal of the ignition key switch 33. In the present embodiment, energization to the electric heating element 29 is started based on an ON signal of the ignition key switch 33, and energization to the electric heating element 29 is stopped after a predetermined time from the start of energization to the electric heating element 29. The predetermined time counted by the timer is set in consideration of the time until the electric heater 29 itself is heated by the combustion of the fuel and the temperature rises above the ignition temperature of the fuel. Therefore, the fuel can continue to be ignited even when the energization of the electric heating element 29 is cut off, and wasteful consumption of electric power can be avoided.

燃料供給弁２５から排気通路２３ａ内への燃料の供給動作は、基本的に排気浄化装置１１が不活性状態の場合に行われる。しかしながら、排気浄化装置１１や補助酸化触媒２６が活性化している場合、必要に応じて排気加熱装置２４の燃料供給弁２５から燃料を排気通路２３ａ内に供給することも可能である。 The fuel supply operation from the fuel supply valve 25 into the exhaust passage 23a is basically performed when the exhaust purification device 11 is in an inactive state. However, when the exhaust purification device 11 and the auxiliary oxidation catalyst 26 are activated, it is possible to supply fuel into the exhaust passage 23a from the fuel supply valve 25 of the exhaust heating device 24 as necessary.

このようにして、排気通路２３ａを流れる排気の一部と共に燃料の一部を燃料の供給位置よりも下流側かつ排気浄化装置１１よりも上流側の排気通路２３ａに配された補助酸化触媒２６へと導く。そして、未燃ガスをこの補助酸化触媒２６によって活性の高い炭化水素に改質するか、あるいは燃焼させる。一方、残りの燃料を残りの排気と共に補助酸化触媒２６と排気通路２３ａを画成する排気管２３の内壁２３ｃとの間に形成された間隙部２３ｂへと導き、間隙部２３ｂに導かれた燃料をこの間隙部２３ｂの通過中に着火させて高温のガスを生成させる。そして、これらを排気浄化装置１１へと供給する。 In this way, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 23 a and a part of the fuel to the auxiliary oxidation catalyst 26 disposed in the exhaust passage 23 a downstream of the fuel supply position and upstream of the exhaust purification device 11. Lead. Then, the unburned gas is reformed by the auxiliary oxidation catalyst 26 into a highly active hydrocarbon or burned. On the other hand, the remaining fuel is guided to the gap 23b formed between the auxiliary oxidation catalyst 26 and the inner wall 23c of the exhaust pipe 23 defining the exhaust passage 23a together with the remaining exhaust, and the fuel guided to the gap 23b. Is ignited while passing through the gap 23b to generate a high-temperature gas. These are supplied to the exhaust gas purification device 11.

この結果、排気浄化装置１１の活性化および活性状態の維持を迅速に行うことができる。特にこの排気加熱装置２４は、エンジン１０の冷態始動直後のいわゆるコールドエミッションの状態を改善するのに極めて有利である。また、燃料の着火位置が燃料供給弁２５から遠く離れているため、燃料と排気との均一な混合が可能となり、燃料の不完全燃焼を従来の排気加熱装置２４よりも大幅に少なくすることができる。 As a result, the exhaust purification device 11 can be activated and maintained in an active state quickly. In particular, the exhaust heating device 24 is extremely advantageous for improving a so-called cold emission state immediately after the engine 10 is cold-started. Further, since the fuel ignition position is far from the fuel supply valve 25, the fuel and the exhaust gas can be uniformly mixed, and the incomplete combustion of the fuel can be significantly reduced as compared with the conventional exhaust heating device 24. it can.

なお、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。 It should be noted that the present invention should be construed only from the matters described in the claims, and in the above-described embodiment, all the changes and modifications included in the concept of the present invention are other than those described. Is possible. That is, all matters in the above-described embodiment are not intended to limit the present invention, and include any configuration not directly related to the present invention. To get.

１０エンジン
１１排気浄化装置
１１ａ酸化触媒
１１ｂＤＰＦ
１２燃料噴射弁
１３燃焼室
１４シリンダーヘッド
１４ａ吸気ポート
１４ｂ排気ポート
１５吸気弁
１６排気弁
１７アクセルペダル
１８ＥＣＵ
１９アクセル開度センサー
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
２３ｂ間隙部
２３ｃ内壁
２４排気加熱装置
２５燃料供給弁
２６ (補助)酸化触媒
２６ａハウジング
２７フード
２８直流電源
２９電熱体
３０電熱体に対する通電のオン／オフを制御する手段
３１ブラケット
３２開閉スイッチ
３３イグニッションキースイッチ 10 Engine 11 Exhaust gas purification device 11a Oxidation catalyst 11b DPF
12 Fuel Injection Valve 13 Combustion Chamber 14 Cylinder Head 14a Intake Port 14b Exhaust Port 15 Intake Valve 16 Exhaust Valve 17 Accelerator Pedal 18 ECU
19 Accelerator opening sensor 20 Intake pipe 20a Intake passage 21 Surge tank 22 Air cleaner 23 Exhaust pipe 23a Exhaust passage 23b Gap 23c Inner wall 24 Exhaust heating device 25 Fuel supply valve 26 (auxiliary) oxidation catalyst 26a Housing 27 Hood 28 DC power supply 29 Electric heating element 30 Means for controlling on / off of electric conduction to electric heating element 31 Bracket 32 Open / close switch 33 Ignition key switch

Claims

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、この排気加熱装置は、
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、
この燃料供給弁による燃料の供給位置よりも下流側かつ前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に配される酸化触媒と、
この酸化触媒と前記排気通路を画成する排気管の内壁との間に形成され、当該酸化触媒を介さずに排気の一部および燃料の一部を前記排気浄化装置側へと導く間隙部と、
前記酸化触媒を囲むようにこの間隙部に配され、排気と共に当該間隙部を通過する前記燃料供給弁からの燃料を着火させるための環状をなす電熱体と
を具えたことを特徴とする排気加熱装置。 An exhaust gas heating device for heating exhaust gas led from an internal combustion engine to an exhaust gas purification device,
A fuel supply valve for supplying fuel to the exhaust passage upstream of the exhaust purification device;
An oxidation catalyst disposed in the exhaust passage downstream from the fuel supply position by the fuel supply valve and upstream from the exhaust purification device;
A gap formed between the oxidation catalyst and an inner wall of an exhaust pipe that defines the exhaust passage, and guides a part of the exhaust and a part of the fuel to the exhaust purification device without passing through the oxidation catalyst. ,
An exhaust heating system comprising: an annular electric heating element disposed in the gap so as to surround the oxidation catalyst and igniting fuel from the fuel supply valve passing through the gap together with the exhaust gas apparatus.

前記酸化触媒から前記排気通路の上流側に向けて延在するフードをさらに具え、このフードと前記排気管の内壁との間にも前記間隙部が延在し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。 The hood further extending from the oxidation catalyst toward the upstream side of the exhaust passage, and the gap extends between the hood and the inner wall of the exhaust pipe. The exhaust heating apparatus according to 1.

前記電熱体は、前記フードをも囲むように前記排気管の長手方向に沿って配されていることを特徴とする請求項２に記載の排気加熱装置。 The exhaust heating apparatus according to claim 2, wherein the electric heating body is disposed along a longitudinal direction of the exhaust pipe so as to surround the hood.

イグニッションキースイッチのオン信号から所定時間だけ前記電熱体が通電されるように、前記電熱体に対する通電のオン／オフを制御する手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の排気加熱装置。 4. The apparatus according to claim 1, further comprising means for controlling on / off of energization of the electric heating body such that the electric heating body is energized for a predetermined time from an ON signal of an ignition key switch. The exhaust heating apparatus according to any one of the above.

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方法であって、
前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路のほぼ全域に拡散状態で燃料を供給するステップと、
前記排気通路を流れる排気の一部と共に前記燃料の一部を前記燃料の供給位置よりも下流側かつ前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に配された酸化触媒へと導くステップと、
残りの燃料を残りの排気と共に前記酸化触媒と前記排気通路を画成する排気管の内壁との間に形成された間隙部へと導くステップと、
前記間隙部に導かれた燃料をこの間隙部の通過中に着火させるステップと
を具えたことを特徴とする排気加熱方法。 A method for heating exhaust gas led from an internal combustion engine to an exhaust purification device,
Supplying fuel in a diffused state over substantially the entire exhaust passage upstream of the exhaust purification device;
Guiding a part of the fuel together with a part of the exhaust flowing through the exhaust passage to an oxidation catalyst disposed in the exhaust passage downstream of the fuel supply position and upstream of the exhaust purification device;
Guiding the remaining fuel together with the remaining exhaust gas to a gap formed between the oxidation catalyst and an inner wall of an exhaust pipe defining the exhaust passage;
An exhaust heating method comprising: igniting the fuel guided to the gap while passing through the gap.

イグニッションキースイッチのオン信号に基づいて前記電熱体に対する通電を開始するステップと、
電熱体に対する通電を開始してから所定時間後に前記電熱体に対する通電を停止するステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項５に記載の排気加熱方法。 Starting energization of the electric heating body based on an ON signal of an ignition key switch;
The exhaust heating method according to claim 5, further comprising a step of stopping energization of the electric heating body after a predetermined time from the start of energization of the electric heating body.