JP5282851B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

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

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

特許文献１には、ＤＰＦの排気入口通路に、排気ガスに燃料を添加する燃料添加インジェクタと、この燃料添加インジェクタから供給される燃料の着火を補助するセラミックグロープラグとを設け、セラミックグロープラグの昇温完了後に燃料添加インジェクタからの燃料及び着火用エアを供給するようにしたＤＰＦの再生装置が開示されている。

ところで、バーナー装置の着火性能および燃焼性能は、内燃機関の吸入空気量が増大したとき低下する傾向にある。その理由は次の通りである。

吸入空気量が増大すると、バーナー装置に供給される排気ガスの流量および流速が増大する。すると、添加燃料が着火手段の周りに滞留する間もなく下流側に流されてしまい、着火自体を良好に行えない（失火状態に陥る）ことがある。あるいは、着火が行われたとしても、その着火直後に火炎が排気ガスによって吹き消されてしまい、火炎を十分に成長させることができないことがある。吸入空気量が増大すると、バーナー装置に供給される排気ガスの温度が低下するので、添加燃料の気化が悪化し、このことが上記問題を助長させる。

そこで本発明の一の目的は、吸入空気量が増大したときでもバーナー装置の十分な着火性能および燃焼性能を確保することができる内燃機関を提供することにある。

特開２００９−１６７９５０号公報

本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた排気処理装置と、
前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置であって、少なくとも、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料を着火する着火手段とを含むバーナー装置と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する検出手段と、
前記燃料添加弁からの燃料添加時に前記燃料添加弁を開弁駆動する制御手段であって、前記検出手段によって検出された吸入空気量が所定の閾値を超えたとき、前記燃料添加弁から単位時間当たりに添加される燃料の量を所定の基準量より増大する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関が提供される。

燃料添加弁から単位時間当たりに添加される燃料の量を増大すると、添加燃料を着火手段の周りにより長く滞留させることができ、着火の確率を上げ、着火自体を良好に行うことができる（失火を防止あるいは抑制できる）。あるいは、着火が行われた場合に、着火直後の火炎の吹き消しを追加の燃料により防止あるいは抑制でき、火炎を十分に成長させることができる。このように着火および燃焼が向上するので、排気ガス温度が低下してもその影響を大幅に低減することができる。こうして、吸入空気量が増大したときでもバーナー装置の十分な着火性能および燃焼性能を確保することが可能となる。

好ましくは、前記制御手段は、前記燃料添加弁を間欠的に開弁駆動して前記燃料添加弁から間欠的に燃料を添加させると共に、前記吸入空気量が前記閾値を超えたとき、複数回の開弁駆動を１セットとするセット駆動を行い、且つ、１セットのうちのＮ回目（Ｎは１以上の整数）の開弁駆動の駆動時間を所定の基準時間より長くする。

好ましくは、前記閾値が、段階的に大きくなる複数の閾値からなり、前記制御手段は、前記吸入空気量が増大して前記複数の閾値のそれぞれを超える度に、１セットの合計駆動時間を次第に長くする。

好ましくは、前記制御手段は、前記吸入空気量が前記複数の閾値のうちの少なくとも一つを超えたとき、前記Ｎ回目の開弁駆動の駆動時間を長くする。

好ましくは、前記制御手段は、前記吸入空気量が前記複数の閾値のうちの少なくとも一つを超えたとき、１セットのうちの前記Ｎ回目に加え、前記Ｎ回目とは異なるＭ回目（Ｍは１以上の整数）の開弁駆動の駆動時間をも前記基準時間より長くする。

好ましくは、前記制御手段は、前記Ｎ回目の開弁駆動の駆動時間と前記Ｍ回目の開弁駆動の駆動時間とを異ならせる。

好ましくは、前記バーナー装置が、前記燃料添加弁から添加された燃料を酸化させる前処理触媒コンバータをさらに含む。

図１は、本発明の実施形態の概略図である。 図２は、バーナー装置を示す縦断側面図である。 図３は、バーナー装置を上流側から見たときの縦断正面図である。 図４は、燃料添加弁の制御に関する第１の例を示すタイムチャートである。 図５は、燃料添加弁の制御に関する第２の例を示すタイムチャートである。

本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。ただし、本発明の実施態様は下記の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含むことに注意しなければならない。実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は実施形態におけるエンジン本体１と、その吸排気系の概略構成を示す。エンジン本体１は、車載の４サイクル・ディーゼルエンジンである。エンジン本体１には、吸気管２（吸気通路）および排気管３（排気通路）が接続されている。吸気管２の途中には、吸気管２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、エンジン本体１に単位時間当たりに流入する吸入空気量（すなわち吸気流量）が検出される。なお、エンジン本体１は複数の気筒を有し、各気筒には筒内燃料噴射弁９が設けられているが、図１では単一の筒内燃料噴射弁９のみを示している。

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

酸化触媒コンバータ６は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ_２と反応させてＣＯ，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏ等とする。触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ_２、Ｍｎ／ＣｅＯ_２、Ｆｅ／ＣｅＯ_２、Ｎｉ／ＣｅＯ_２、Ｃｕ／ＣｅＯ_２等を用いることができる。

ＮＯｘ触媒コンバータ２６は、好ましくは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒コンバータ（NSR: NOx Storage Reduction）からなる。ＮＯｘ触媒コンバータ２６は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元成分（例えば、燃料等）が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒コンバータ２６は、アルミナＡｌ_２Ｏ_３等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。なお、ＮＯｘ触媒コンバータ２６は選択還元型ＮＯｘ触媒コンバータ（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。

これら酸化触媒コンバータ６およびＮＯｘ触媒コンバータ２６に加えて、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設けられてもよい。好ましくはＤＰＦは、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼する連続再生式のものである。好ましくはＤＰＦは、少なくとも酸化触媒コンバータ６の下流側であって、且つＮＯｘ触媒コンバータ２６の上流側若しくは下流側に配置される。なお火花点火式内燃機関の場合、排気通路に三元触媒が設けられるのが好ましい。これら酸化触媒コンバータ６、ＮＯｘ触媒コンバータ２６、ＤＰＦおよび三元触媒が、本発明の排気処理装置に該当する。

排気管３における酸化触媒コンバータ６の上流側にはバーナー装置３０が配置されている。バーナー装置３０は、燃料添加弁７と、着火手段あるいは着火装置としてのグロープラグ２１とを含む。また本実施形態のバーナー装置３０は、前処理触媒コンバータ８をも含む。バーナー装置３０は、エンジン本体１に接続された排気マニホールド（不図示）の集合部よりも下流側に配置されている。

図２および図３に詳しく示すように、燃料添加弁７は、排気中に液体の燃料（軽油）を添加或いは噴射することができる。燃料添加弁７は単一の噴孔７ａを有している。噴孔７ａの中心軸は、排気管３を横断する方向の成分を含み、且つ排気管３の下流に向けて斜め下に傾斜している。なお噴孔は複数であってもよい。

排気管３における燃料添加弁７と酸化触媒コンバータ６との間の部分に、燃料添加弁７から噴射された燃料を改質する前処理触媒コンバータ８が設けられている。この前処理触媒コンバータ８は、例えばゼオライト製の担体にロジウム等を担持させた酸化触媒コンバータとして構成することができる。

燃料が前処理触媒コンバータ８に供給されると、そのとき前処理触媒コンバータ８が活性化していれば、前処理触媒コンバータ８内で燃料が酸化させられ、このとき発生する酸化反応熱によって、前処理触媒コンバータ８が昇温させられる。よって前処理触媒コンバータ８を通過する排気ガスを昇温することができる。

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

換言すれば、前処理触媒コンバータ８は、一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では、改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。また、燃料添加弁７から添加された燃料の一部又は全部は、グロープラグ２１により着火され、これによっても排気ガスの昇温が促進される。

前処理触媒コンバータ８の外径は、排気管３の内径よりも小さく、前処理触媒コンバータ８が排気管３に収容されると、前処理触媒コンバータ８の外周面と排気管３の内周面との隙間である触媒迂回路３ａに排気が通過することが可能になる。前処理触媒コンバータ８は、個々のセルが上流から下流へと連通した所謂ストレートフロー型である。前処理触媒コンバータ８は概ね円筒状の外枠８ａ内に配置されており、この外枠８ａは、概ね放射状に配置された複数のステー８ｂによって排気管３内に支持されている。前処理触媒コンバータ８は、ステー８ｂの取付部を除く実質的に全周にわたって、触媒迂回路３ａに囲まれている。

排気管３は、概ね円筒形状に形成されている。前処理触媒コンバータ８における排気流れ方向の軸心は、排気管３の排気流れ方向の軸心よりも図中下方に偏在している。このため、前述した触媒迂回路３ａは、図中上側が広い広大側迂回路３ｂであり、かつ下側が狭い狭小側迂回路３ｃとなっている。

グロープラグ２１は、その発熱部２１ａが、燃料添加弁７よりも下流側で且つ前処理触媒コンバータ８よりも上流側に位置するように設置されている。グロープラグ２１は、図示しない昇圧回路を経て車載直流電源に接続されており、通電された際に発熱部２１ａが発熱する。発熱部２１ａで発生した熱により、燃料添加弁７から添加された燃料に着火して火炎Ｆを生じさせることが可能である。グロープラグ２１は、その軸心が排気管３の上流に向けて傾斜しているが、例えば流れ方向に直交させたり、後に述べる衝突板２０の長手方向と平行に配置するなど、任意の姿勢で配置することができる。なお、着火手段としては、セラミックヒータやスパークプラグなどの他の装置、とくに電熱式または火花着火式の装置を用いることができる。

前処理触媒コンバータ８を収容している外枠８ａの前端部の下部は、上流側に向けて突出した樋状の突出部８ｃになっている。突出部８ｃの先端部（上流端部）且つ上端部には、平板からなる衝突板２０が固定されている。衝突板２０は、排気管３の軸心より下側に位置され、且つ上流端より下流端が下側に位置するよう若干傾斜させられている。

衝突板２０は、ＳＵＳなどの耐熱性及び耐衝撃性に優れた材料から形成することができる。燃料添加弁７は、衝突板２０に向けて、斜め後方下向きに燃料を噴射する。燃料添加弁７の噴孔７ａの中心軸は、衝突板２０の上面の中心２０ａに向けられている。燃料添加弁７から供給される燃料の軌道は、排気管３を横断する方向の成分を含む。衝突板２０は、燃料が衝突することによって燃料の微粒化、霧化を促進させ、分散性、拡散性を向上させる。衝突板２０に衝突した燃料は、排気流によって下流側に偏向される。衝突板２０に衝突した燃料は、前処理触媒コンバータ８及びグロープラグ２１の発熱部２１ａに供給される。

グロープラグ２１の発熱部２１ａは、前処理触媒コンバータ８の近傍、かつ前処理触媒コンバータ８の前端面に対しやや上流側且つ上方に配置され、これによって前処理触媒コンバータ８と熱交換可能にされている。すなわち、グロープラグ２１は、前処理触媒コンバータ８が昇温するとその熱輻射および対流よりその発熱部２１ａの近傍が昇温されて、燃料添加弁７から供給された燃料の着火が促進されるような位置に配置されている。ただし、グロープラグ２１の発熱部２１ａの流れ方向の位置は、前処理触媒コンバータ８の前端面と同じであっても、これより下流側であってもよい。

図１に示すように、エンジン本体１には、エンジン本体１の運転状態や運転者の要求等に応じて各種デバイスを制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成される。

ＥＣＵ１０には、上述したエアフローメータ４の他、エンジン本体１のクランク角を検出するクランク角センサ２４、アクセル開度に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２５を含む各種センサ類が、電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。またＥＣＵ１０には、筒内燃料噴射弁９、燃料添加弁７、及びグロープラグ２１を含む各種デバイスが電気配線を介して接続され、これらがＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４の出力値に基づいて吸入空気量を検出し、クランク角センサ２４の出力値に基づいて機関回転数を検出し、アクセル開度センサ２５の出力値に基づいてエンジン本体１の要求負荷を検出することができる。

本実施形態では、バーナー装置３０を用いた昇温制御を実施する際に、ＥＣＵ１０が燃料添加弁７およびグロープラグ２１を制御する。すなわち、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７を適宜開弁駆動（オン）し、燃料添加弁７から適宜燃料を噴射させる。またＥＣＵ１０は、グロープラグ２１を適宜通電して十分な高温とする。噴射燃料はグロープラグ２１により着火、燃焼され、これによって火炎Ｆが生成され、高温の加熱ガスが生成される。この加熱ガスが酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６に供給される。また火炎Ｆや加熱ガスを利用して、前処理触媒コンバータ８の出口から排出された改質燃料を燃焼させることもできる。

本実施形態では、エンジンの所定運転領域、例えば低・中速回転域（例えば最大回転数の４０％以下の領域）且つ低・中速負荷域（例えば最大要求負荷の４０％以下の領域）において、バーナー装置３０を用いた昇温制御を実施する（あるいはバーナー装置３０を作動させる）ようにしている。エンジンの実際の運転状態がこの所定運転領域にあるか否かは、クランク角センサ２４を用いて検出された機関回転数と、アクセル開度センサ２５を用いて検出された要求負荷とを、各々に対する所定の閾値と比較してなされる。

さて、上述したように、バーナー装置３０の着火性能および燃焼性能は、吸入空気量が増大したとき低下する傾向にある。その理由は次の通りである。

吸入空気量が増大すると、バーナー装置３０に供給される排気ガスの流量および流速が増大する。すると、添加燃料がグロープラグ２１の発熱部２１ａの周りに滞留する間もなく下流側に流されてしまい、着火自体を良好に行えない（失火状態に陥る）ことがある。あるいは、着火が行われたとしても、その着火直後に火炎Ｆが排気ガスによって吹き消されてしまい、火炎Ｆを十分に成長させることができないことがある。吸入空気量が増大すると、バーナー装置３０に供給される排気ガスの温度が低下するので、添加燃料の気化が悪化し、このことが上記問題を助長させる。

特に本実施形態の場合、昇温制御を実施する上記所定運転領域のうち、高回転・低負荷側において、上記問題が発生する傾向にある。

そこで本実施形態では、この対策として、検出手段としてのエアフローメータ４およびＥＣＵ１０によって検出された吸入空気量が所定の閾値を超えたとき、燃料添加弁７から単位時間当たりに添加される燃料の量（以下、単位時間当たり添加燃料量ともいう）を所定の基準量より増大することとしている。

単位時間当たり添加燃料量を増大すると、添加燃料をグロープラグ２１の発熱部２１ａの周りにより長く滞留させることができ、着火の確率を上げ、着火自体を良好に行うことができる（失火を防止あるいは抑制できる）。あるいは、着火が行われた場合に、着火直後の火炎Ｆの吹き消しを追加の燃料により防止あるいは抑制でき、火炎Ｆを十分に成長させることができる。このように着火および燃焼が向上するので、排気ガス温度が低下してもその影響を大幅に低減することができる。こうして、吸入空気量が増大したときでもバーナー装置３０の十分な着火性能および燃焼性能を確保することが可能となる。

本実施形態において、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７を間欠的に開弁駆動して燃料添加弁７から間欠的に燃料を添加させる。そしてＥＣＵ１０は、吸入空気量が所定の閾値を超えたとき、複数回の開弁駆動を１セットとするセット駆動を行い、且つ、１セットのうちのＮ回目（Ｎは１以上の整数）の開弁駆動の駆動時間を所定の基準時間より長くする。

以下、これについて説明する。図４には燃料添加弁の制御に関する第１の例を示す。（Ａ）は燃料添加弁７の駆動状態の推移を示し、図４（Ｂ）は吸入空気量の推移を示す。

（Ａ）に示すように、ＥＣＵ１０は燃料添加弁７に周期的なパルス信号を送って燃料添加弁７を間欠的に開弁駆動する。ＥＣＵ１０が燃料添加弁７をオンしたときに燃料添加弁７が開弁駆動され、燃料添加が実行され、ＥＣＵ１０が燃料添加弁７をオフしたときに燃料添加弁７が閉弁され、燃料添加が停止される。

（Ｂ）に示すように、図示例では、吸入空気量ＧａがＧａ１から増大して単一の閾値Ｘを超え、Ｇａ２になり、その後閾値Ｘを下回ってＧａ３となっている（Ｇａ３＜Ｇａ１＜Ｘ＜Ｇａ２）。この閾値Ｘを超えている期間ｔ１〜ｔ２で、（Ａ）に示すように、３回の開弁駆動を１セットとするセット駆動が行われ、１セットのうちの３回目（すなわちＮ＝３）の開弁駆動の駆動時間Ｔ２が、所定の基準時間Ｔ１より長くされている。

より詳しくは、吸入空気量Ｇａが閾値Ｘを超える前（ｔ１より前）と、吸入空気量Ｇａが閾値Ｘ以下になった後（ｔ２以降）とでは、基準時間Ｔ１の開弁と所定時間Ｔ０の閉弁とを交互に繰り返す駆動方式（以下、基準方式という）が採用される。開弁時の燃料噴射率ｑ（ｍｍ^３／ｓ）はｑ０で一定であり、閉弁時間もＴ０で一定である。基準時間Ｔ１の開弁を行うことにより、１回の開弁当たりにＱ１＝ｑ０×Ｔ１の燃料が添加される。また閉時間Ｔ０も考慮した１周期（＝Ｔ１＋Ｔ０）当たりに添加される燃料量もＱ１である。よって、単位時間当たりに添加される燃料の量はＲ１＝Ｑ１／（Ｔ１＋Ｔ０）＝３×Ｑ１／｛３×（Ｔ１＋Ｔ０）｝（ｍｍ^３／ｓ）であり、これを基準量という。ここで、燃料噴射率ｑは、単位は同じであるが、単位時間当たりに添加される燃料の量とは別種の値であることに留意すべきである。

これに対し、吸入空気量Ｇａが閾値Ｘを超えている期間（ｔ１〜ｔ２）では、上記セット駆動が実行される。このセット駆動では、基準時間Ｔ１の開弁と時間Ｔ０の閉弁とが交互に２回ずつ行われた後、３回目の開弁で、基準時間Ｔ１より長いＴ２という時間だけ開弁が行われる。そしてこの時間Ｔ２の開弁後、時間Ｔ０の閉弁が行われ、１セットが終了する。開弁時の燃料噴射率ｑは基準方式と同様に一定のｑ０である。３回目の開弁で添加される燃料量Ｑ２はＱ２＝ｑ０×Ｔ２である。

図示例では、時刻ｔ１以降、１セット目と２セット目のセット駆動が行われている。そして３セット目の途中、１回目の閉弁中の時刻ｔ２に、Ｇａ＞Ｘの条件を満たさなくなったので、セット駆動が終了され、基準方式に戻されている。

１セット期間は２×Ｔ１＋Ｔ２＋３×Ｔ０である。またこの１セット期間中に添加される燃料の量は２×Ｑ１＋Ｑ２である。よって、単位時間当たりに添加される燃料の量Ｒ２はＲ２＝（２×Ｑ１＋Ｑ２）／（２×Ｔ１＋Ｔ２＋３×Ｔ０）（ｍｍ^３／ｓ）である。Ｑ１＜Ｑ２なので、この単位時間当たり添加燃料量Ｒ２が、吸入空気量Ｇａが閾値Ｘを超えてないときの単位時間当たり添加燃料量Ｒ１よりも多いことが理解されるであろう。

次に、図５には燃料添加弁７の制御に関する第２の例を示す。先と同様、（Ａ）は燃料添加弁７の駆動状態の推移を示し、（Ｂ）は吸入空気量の推移を示す。

（Ｂ）に示すように、ここでは吸入空気量Ｇａに関する複数の閾値、具体的には三つの閾値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３が予め設定されている。これら三つの閾値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は段階的に大きくなり、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３である。

図示例では、吸入空気量ＧａがＧａ１から増大して三つの閾値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を順次超え、Ｇａ２になり、その後三つの閾値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を下回ってＧａ３となっている（Ｇａ３＜Ｇａ１＜Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３＜Ｇａ２）。

そして（Ａ）に示すように、吸入空気量Ｇａが増大して三つの閾値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３のそれぞれを超える度に、１セットの合計駆動時間が次第に長くされている。

より詳しくは、吸入空気量Ｇａが時刻ｔ１で最小の第１閾値Ｘ１を超えたのに対応して、駆動方式が基準方式から、３回の開弁駆動を１セットとするセット駆動に切り替えられる。１セット目では、前記基準方式と同様、３回目（すなわちＮ＝３）の開弁駆動の駆動時間Ｔ２が基準時間Ｔ１より長くされている。図示例では、基準方式の基準時間Ｔ１の開弁中にＧａ＞Ｘ１となっており、この開弁終了後、閉時間Ｔ０を経てから、１セット目のセット駆動が開始されている。

この１セット目のセット駆動中、３回目の開弁が始まるのとほぼ同時期の時刻ｔ２において、吸入空気量Ｇａが最小から２番目の第２閾値Ｘ２を超えている。するとこれに対応して、１セット目の終了と同時に２セット目が開始される。この２セット目では、３回目（すなわちＮ＝３）の開弁駆動の駆動時間Ｔ３が、先の長期化された駆動時間Ｔ２より長くされている（Ｔ２＜Ｔ３）。この２セット目の３回目の開弁で添加される燃料量Ｑ３はＱ３＝ｑ０×Ｔ３である。

このように、吸入空気量Ｇａが第２閾値Ｘ２を超えたとき、３回目の開弁駆動の駆動時間はＴ２からＴ３へと長くされている。

この２セット目のセット駆動中、３回目の開弁が始まる直前の時刻ｔ３において、吸入空気量Ｇａが最小から３番目の第３閾値Ｘ３を超えている。するとこれに対応して、２セット目の終了と同時に３セット目が開始される。この３セット目では、３回目に加え、３回目とは異なるＭ回目（本実施形態ではＭ＝２）の開弁駆動の駆動時間Ｔ２も、基準時間Ｔ１より長くされている。

３回目の開弁駆動の駆動時間は２セット目と同様にＴ３である。他方、２回目の開弁駆動の駆動時間は、１セット目の３回目の開弁駆動時間と等しいＴ２である。

このように、３回目の開弁駆動の駆動時間Ｔ３と２回目の開弁駆動の駆動時間Ｔ２とは異なっている。またこれらのうち一方は他方よりも長く、本実施形態ではＴ３がＴ２よりも長くされている。

この３セット目のセット駆動中、２回目の開弁中の時刻ｔ４において、吸入空気量Ｇａが最小の第１閾値Ｘ１以下となる。するとこれに対応して、３セット目の終了と同時に、駆動方式が基準方式に戻される。

吸入空気量Ｇａが第１閾値Ｘ１を超える前と、吸入空気量Ｇａが第１閾値Ｘ１以下となった後とに行われる基準方式において、単位時間当たりに添加される燃料の量は基準量Ｒ１＝Ｑ１／（Ｔ１＋Ｔ０）＝３×Ｑ１／｛３×（Ｔ１＋Ｔ０）｝（ｍｍ^３／ｓ）である。

これに対し、吸入空気量Ｇａが第１閾値Ｘ１を超えたのに対応して行われる１セット目では、単位時間当たりに添加される燃料の量Ｒ２はＲ２＝（２×Ｑ１＋Ｑ２）／（２×Ｔ１＋Ｔ２＋３×Ｔ０）（ｍｍ^３／ｓ）である。Ｑ１＜Ｑ２なので、この単位時間当たり添加燃料量Ｒ２が基準の単位時間当たり添加燃料量Ｒ１よりも多いことが理解されるであろう。また１セット目の合計駆動時間ΣＴ２はΣＴ２＝２×Ｔ１＋Ｔ２である。

吸入空気量Ｇａが第２閾値Ｘ２を超えたのに対応して行われる２セット目では、単位時間当たりに添加される燃料の量Ｒ３はＲ３＝（２×Ｑ１＋Ｑ３）／（２×Ｔ１＋Ｔ３＋３×Ｔ０）（ｍｍ^３／ｓ）である。Ｑ２＜Ｑ３なので、この単位時間当たり添加燃料量Ｒ３が１セット目の単位時間当たり添加燃料量Ｒ２よりも多いことが理解されるであろう。また２セット目の合計駆動時間ΣＴ３はΣＴ３＝２×Ｔ１＋Ｔ３であり、１セット目の合計駆動時間ΣＴ２よりも長くされる。

吸入空気量Ｇａが第３閾値Ｘ３を超えたのに対応して行われる３セット目では、単位時間当たりに添加される燃料の量Ｒ４はＲ４＝（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３）／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋３×Ｔ０）（ｍｍ^３／ｓ）であり、この単位時間当たり添加燃料量Ｒ４が２セット目の単位時間当たり添加燃料量Ｒ３よりも多いことが理解されるであろう。また３セット目の合計駆動時間ΣＴ４はΣＴ４＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３であり、２セット目の合計駆動時間ΣＴ３よりも長くされる。

このように、吸入空気量Ｇａが増大して複数の閾値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３のそれぞれを超える度に、単位時間当たりに添加される燃料の量が次第に増大され、また、１セットの合計駆動時間が次第に長くされる。吸入空気量Ｇａの増大につれ、バーナー装置３０の着火性能および燃焼性能が次第に低下していくが、このようにすることで十分な着火性能および燃焼性能を安定して確保することが可能となる。また、吸入空気量Ｇａの値に対して適切な量、すなわち過不足のない量の燃料を添加することができ、燃料過多によるスモーク発生や燃費悪化も防止できる。

特に、本実施形態のように間欠的に燃料を添加する方法だと、燃料添加弁７の閉弁時に燃料供給が途絶え、その間に着火及び燃焼が不成功に陥ることがある。しかし、上記のような駆動方式を採用することで、着火及び燃焼不成功の確率を大幅に減じ、着火性能および燃焼性能を改善することが可能である。

なお、図５には吸入空気量ＧａがＧａ２から一気にＧａ３まで低下する例を示した。しかしながら、より緩やかな低下が行われる場合には、吸入空気量Ｇａが複数の閾値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３のそれぞれ以下となる度に、単位時間当たりに添加される燃料の量が次第に減少され、また、１セットの合計駆動時間が次第に短くされる。例えば３セット目の実行中に吸入空気量Ｇａが第３閾値Ｘ３以下となって第３閾値Ｘ３と第２閾値Ｘ２の間に維持されるような場合には、３セット目の次の４セット目（およびそれ以降）では、２セット目と同様の開弁駆動制御がなされる。

以上、本発明の好適実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途、形式等は任意であり、車載用等に限定されない。上記の各数値も一例であり、適宜変更可能である。

セット駆動に関し、１セットで２回あるいは４回などの異なる回数の開弁駆動を行ってもよい。また１セット中、１回目や２回目の開弁駆動の駆動時間を長期化してもよく、Ｎの値は３に限定されない。同様に、Ｎ回目に加えてＭ回目も長期化する場合、Ｍの値も２に限定されない。

複数の閾値を設ける場合、閾値の数は３に限定されない。閾値を超える度に、或いはセット毎に、１セット当たりの駆動回数を変えても良い。図５に示した例では１セット目と２セット目で、同一の３回目の開弁駆動の駆動時間を長期化したが、セット毎に長期化する開弁駆動を異ならせ、例えば１セット目では２回目の開弁駆動の駆動時間を長期化し、２セット目では３回目の開弁駆動の駆動時間を長期化してもよい。

図５に示した例では、２セット目で３回目のみの開弁駆動の駆動時間を長期化し、３セット目で２回目と３回目の開弁駆動の駆動時間を長期化した。しかしながら、これに限らず、例えば２セット目と３セット目の両方でＮ回目のみの開弁駆動の駆動時間を長期化したり、２セット目と３セット目の両方でＮ回目とＭ回目の両方の開弁駆動の駆動時間を長期化してもよい。

このように、セット駆動に関しては様々な変形例、応用例、組み合わせが可能である。またセット駆動以外の方法で、単位時間当たりに添加される燃料の量を増大することも可能である。例えば、吸入空気量が閾値を超えたときにも基準方式を採用し、且つ、毎回の開弁駆動の駆動時間を長期化してもよい。

バーナー装置に関して、前処理触媒コンバータ及び排気管のうち少なくとも一方は、断面が楕円形や長円形など、非円形であってもよい。前処理触媒コンバータよりも下流側に存在する排気処理装置の種類や配列順序は任意である。

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

Claims (6)

1. 排気通路に設けられた排気処理装置と、
   前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置であって、少なくとも、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料を着火する着火手段とを含むバーナー装置と、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する検出手段と、
   前記燃料添加弁からの燃料添加時に前記燃料添加弁を開弁駆動する制御手段であって、前記検出手段によって検出された吸入空気量が所定の閾値を超えたとき、前記燃料添加弁から単位時間当たりに添加される燃料の量を所定の基準量より増大する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記燃料添加弁を間欠的に開弁駆動して前記燃料添加弁から間欠的に燃料を添加させ、このときに開弁時の燃料噴射率と閉弁時間を一定にすると共に、前記吸入空気量が前記閾値を超えたとき、複数回の開弁駆動を１セットとするセット駆動を行い、且つ、１セットのうちのＮ回目（Ｎは１以上の整数）の開弁駆動の駆動時間を所定の基準時間より長くする
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記閾値が、段階的に大きくなる複数の閾値からなり、
   前記制御手段は、前記吸入空気量が増大して前記複数の閾値のそれぞれを超える度に、１セットの合計駆動時間を次第に長くする
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御手段は、前記吸入空気量が前記複数の閾値のうちの少なくとも一つを超えたとき、前記Ｎ回目の開弁駆動の駆動時間を長くする
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
4. 前記制御手段は、前記吸入空気量が前記複数の閾値のうちの少なくとも一つを超えたとき、１セットのうちの前記Ｎ回目に加え、前記Ｎ回目とは異なるＭ回目（Ｍは１以上の整数）の開弁駆動の駆動時間をも前記基準時間より長くする
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記制御手段は、前記Ｎ回目の開弁駆動の駆動時間と前記Ｍ回目の開弁駆動の駆動時間とを異ならせる
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
6. 前記バーナー装置が、前記燃料添加弁から添加された燃料を酸化させる前処理触媒コンバータをさらに含む
   ことを特徴とする請求項１、３〜６の何れか一項に記載の内燃機関。

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