JP2010248943A

JP2010248943A - 排ガス昇温装置

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Publication number: JP2010248943A
Application number: JP2009096946A
Authority: JP
Inventors: Taiji Nagaoka; 大治長岡; Teruo Nakada; 輝男中田; Hiroyuki Yuza; 裕之遊座
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-13
Also published as: JP5625257B2

Abstract

【課題】排ガス浄化触媒に流入する排ガスを素早く昇温することができ、かつ昇温のために消費する燃料を抑制することができる排ガス昇温装置を提供する。
【解決手段】燃料と２次空気とを供給し、その反応熱で排ガス浄化触媒２に流入する排ガスを昇温する排ガス昇温装置１において、排ガス浄化触媒２よりも上流の排気通路１３に設けられ燃料を分解すると共にその分解された燃料を２次空気と酸化反応させるための分解触媒３と、分解触媒３に燃料を供給するための排気燃料噴射弁４と、分解触媒３に２次空気を供給するための２次空気供給手段５と、分解触媒３を加熱するための電気ヒータ６と、制御手段７とを備え、制御手段７は、排ガス浄化触媒２に流入する排ガスの温度が目標温度よりも低いときに電気ヒータ６により分解触媒３を加熱して活性化させた後に排気燃料噴射弁４による燃料の供給と２次空気供給手段５による２次空気の供給とを開始するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンからの排ガスを浄化する排ガス浄化触媒に流入する排ガスを昇温するための排ガス昇温装置に関するものである。

近年、排気ガス規制強化に伴い、排ガス試験モードのＣＯＬＤ条件では、排気通路に設けられた排ガス浄化触媒の温度を、エンジン始動後に早期に昇温させることが必須となっている。

触媒温度を上昇させるためには、例えば、ポスト噴射などのエンジンの燃焼制御を行うことが考えられるが、ディーゼルエンジンでは、始動直後に燃焼制御による昇温を行うことは、エンジンの燃焼安定性の面から厳しい。

そこで、従来、バーナーなどの外部デバイスによる昇温が実用化されはじめている（例えば、特許文献１参照）。

一般的に、バーナーによる昇温は、エンジンの排気通路に燃料を噴射し、その燃料と２次空気とを混合して点火し、その燃焼熱で、排ガス浄化触媒に流入する排ガスを暖めるようにしている。

また、排気燃料噴射と組み合わせ、排気噴射と２次エアとを混合させてグロープラグで点火するシステムもある。

特開２００８−２９１７６０号公報

しかしながら、上述のバーナーやグロープラグにより燃料（混合気）を点火するものは、どちらもエンジンアウト排ガスを全て昇温するため、昇温しなければならない排ガスボリュームが多く、排ガス浄化触媒が活性化する温度（１５０〜２００℃）まで排ガスを暖めるには多大な燃料を必要とする。また、グロープラグによる昇温は放熱面積が小さく効率が悪いと予想される。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガス浄化触媒に流入する排ガスを素早く昇温することができ、かつ昇温のために消費する燃料を抑制することができる排ガス昇温装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気通路に排ガス浄化触媒が設けられ、その排ガス浄化触媒よりも上流の排気通路に燃料と２次空気とを供給し反応させて、その反応熱により上記排ガス浄化触媒に流入する排ガスを予め昇温する排ガス昇温装置において、上記排ガス浄化触媒よりも上流の排気通路に設けられ、上記燃料を分解すると共に、その分解された燃料を上記２次空気と酸化反応させるための分解触媒と、上記分解触媒に燃料を供給するための排気燃料噴射弁と、上記分解触媒に２次空気を供給するための２次空気供給手段と、上記分解触媒を加熱するための電気ヒータと、上記排気燃料噴射弁と上記２次空気供給手段と上記電気ヒータとを制御するための制御手段とを備え、上記制御手段は、上記排ガス浄化触媒に流入する排ガスの温度が所定の目標温度よりも低いときに、上記電気ヒータにより上記分解触媒を加熱して活性化させた後に、上記排気燃料噴射弁による燃料の供給と上記２次空気供給手段による２次空気の供給とを開始するものである。

好ましくは、上記分解触媒が、上記排気通路に設けられた筒状のケーシング内に収容され、そのケーシングは、一端部に下流側の排気通路が接続されると共に他端部に上流側の排気通路が接続され、その上流側の排気通路は、該上流側の排気通路から上記ケーシングに導入される排ガスが上記ケーシング内でスワール流を形成するように、上記ケーシングに対して傾斜されたものである。

好ましくは、上記制御手段は、上記燃料と上記２次空気との混合気の空気過剰率が１以上となるように、上記２次空気供給手段による２次空気の供給量を決定するものである。

好ましくは、上記排気燃料噴射弁と上記分解触媒とが、上記排気燃料噴射弁から上記分解触媒まで延びる導入路により接続され、上記２次空気供給手段は、上記導入路に接続され該導入路内に２次空気を導入する供給路を有し、その供給路は、該供給路から上記導入路に導入される２次空気が該導入路内でスワール流を形成するように、上記導入路に対して傾斜されたものである。

本発明によれば、排ガス浄化触媒に流入する排ガスを素早く昇温することができ、かつ昇温のために消費する燃料を抑制することができるという優れた効果を発揮するものである。

図１は、本発明に係る一実施形態による排ガス昇温装置の概略図である。図２は、図１のＩＩ方向矢視図である。図３は、本実施形態のエンジンの概略構成図である。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態の排ガス昇温装置は、例えば、車両に搭載され軽油を燃料とするディーゼルエンジン（以下、エンジンという）などに適用される。

図３に基づき本実施形態が対象とするエンジンの概略構造を説明する。

図３に示すように、エンジン１０は、燃焼室が形成されたエンジン本体１１と、そのエンジン本体１１に吸気を供給するための吸気通路１２と、エンジン本体１１からの排ガスを排出するための排気通路１３と、エンジン本体１１への吸気を加圧、圧縮するためのターボチャージャ１４と、エンジン本体１１からの排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒２と、その排ガス浄化触媒２に流入する排ガスを昇温させるための排ガス昇温装置１とを備える。

エンジン本体１１には、燃焼室に燃料（軽油燃料）を噴射、供給するための図示しないインジェクタが設けられ、そのインジェクタにエンジン１０の燃料系統（燃料ポンプやコモンレールなど）からの燃料が供給される。

ターボチャージャ１４は、排気通路１３に設けられエンジン本体１１からの排ガス（排気エネルギ）により回転するタービン１４１と、吸気通路１２に設けられタービン１４１により回転駆動されるコンプレッサ１４２とを有する。

排気通路１３には、上流側（エンジン本体１１側）から順に、ターボチャージャ１４のタービン１４１と、排ガス昇温装置１と、排ガス浄化触媒２とが設けられる。

排ガス浄化触媒２は、例えば、排ガス中のＮＯｘを還元して除去するＮＯｘ還元触媒、３元触媒、酸化触媒などである。排ガス浄化触媒２は、触媒としての機能が活性化する所定のライトオフ温度を有する。本実施形態の排ガス浄化触媒２のライトオフ温度は約２００℃である。

排ガス昇温装置１は、排ガス浄化触媒２よりも上流の排気通路１３に燃料と２次空気とを供給すると共にそれら燃料と２次空気とを反応させて、その反応熱により排ガス浄化触媒２に流入する排ガスを予め昇温するものである。

本実施形態の排ガス昇温装置１では、排ガス浄化触媒２の上流の排気通路１３に排気噴射が行われる軽油分解触媒３を設け、その軽油分解触媒３の前面にメタル担体の電気ヒータ６を配置し冷間時のみ使用する。なお、排気噴射とは排気通路１３への燃料噴射をいい、２次空気とは排気通路１３に供給される新たな空気をいう。

その排ガス昇温装置１は、排ガス浄化触媒２に流入する排ガスの温度を検出するための排ガス温度センサ７１と、タービン１４１と排ガス浄化触媒２との間の排気通路１３に設けられたケーシング８と、そのケーシング８内に収容された分解触媒（以下、軽油分解触媒という）３と、その軽油分解触媒３に燃料（昇温剤）を供給するための排気燃料噴射弁４と、軽油分解触媒３に２次空気を供給するための２次空気供給手段５と、軽油分解触媒３を加熱するための電気ヒータ６と、軽油分解触媒３の温度を検出するための触媒温度センサ７２と、上記排気燃料噴射弁４と２次空気供給手段５の後述する調整バルブ５２と電気ヒータ６とを制御するための制御手段をなす電子コントロールユニット（以下、ＥＣＵという）７とを備える。

図１に示すように、ケーシング８は、ほぼ円筒状に形成される。より具体的には、ケーシング８は、左右に延びる大径部８１と、その大径部８１の右端から右方に連続して延びると共に右方に至るにつれ縮径されたテーパ部８２と、そのテーパ部８２の右端から右方に連続して延びる小径部８３とを有する。

ケーシング８の一端部（右端部）には、下流側（排ガス浄化触媒２側）の排気通路１３をなす排ガス流出管１３１が接続される。図例の排ガス流出管１３１は、ケーシング８と同心的に配置され小径部８３の右端に接合される。

ケーシング８の他端部（大径部８１の左端部）には、上流側（タービン１４１側）の排気通路１３をなす排ガス流入管１３２が接続される。

その排ガス流入管１３２は、入口からの排ガスを偏心させてケーシング８内に入れてスワール効果を持たせるように構成される。より詳細には、排ガス流入管１３２は、排ガス流入管１３２からケーシング８に導入される排ガスがケーシング８内でスワール流Ｓ１を形成するように、ケーシング８の外周面に対して径方向かつ軸方向に傾斜させて外周面に接合される。図２に示すように、図例の排ガス流入管１３２は、入口がケーシング８の中心に対して径方向にオフセットされ、その入口からケーシング８のほぼ接線方向に沿って上方に延びる。

このスワール流Ｓ１によって、排ガスは、ケーシング８内をケーシング８の中心軸Ｃまわりに旋回しつつ中心軸Ｃに沿って右方に下流側（排ガス流出管１３１側）へと流れることになる。

排ガス流入管１３２には、上記排ガス温度センサ７１（図３参照）が取り付けられ、その排ガス温度センサ７１により排ガス流入管１３２内を流れる排ガスの温度が検出される。その排ガス温度センサ７１はＥＣＵ７に通信可能に接続され、ＥＣＵ７に検出値（排ガス温度）を送信する。

ケーシング８（大径部８１）の左端には、その左端を塞ぐように端板８４が設けられる。図例の端板８４は、大径部８１よりも大径の円板状に形成され、大径部８１の左端に接合される。端板８４の中心部には、ケーシング８の内外を連通する貫通穴９２が形成される。

この貫通穴９２に近接させて、貫通穴９２の右方（ケーシング８の内方）に軽油分解触媒３が配置され、左方（ケーシング８の外方）に排気燃料噴射弁４と２次空気供給手段５とが配置される。

軽油分解触媒３は、排気燃料噴射弁４からの燃料を分解すると共に、その分解された燃料を２次空気供給手段５からの２次空気と酸化反応させるためのものであり、軽油を軽質ＨＣ、ＣＯ、Ｈに分解（改質）するための触媒成分と、その触媒成分が担持されたメタル製の担体３１、３２とを有する。

本実施形態では、軽油分解触媒３の触媒成分に、Ｐｄ主体の触媒成分で軽油分解特性に優れているものを使用する。また、担体３１、３２の材質を、熱容量の小さい材質（薄膜メタルハニカムなど）とし、排ガス熱で積極的に暖める。さらに、軽油分解触媒３と電気ヒータ６は一体型とし、低温時には電気ヒータ６で触媒成分の昇温をアシストする。軽油分解触媒３の触媒成分は、所定のライトオフ温度を有し、図例では、排ガス浄化触媒２のライトオフ温度と同じ温度（約２００℃）である。

より具体的には、軽油分解触媒３は、大径部８１の内部の左端側に排ガス流入管１３２の出口よりもわずかに右側（下流側）に、かつ貫通穴９２と並ぶようにケーシング８の中心軸Ｃ上に配置される。図例の軽油分解触媒３は、後述する内導入管９３を介して端板８４に固定される。

軽油分解触媒３の担体は、断面ハニカム形状でケーシング８の中心軸Ｃに沿って左右に延びる円柱状の基体３１（例えばステンレス基体）と、その基体３１の外周を覆う円筒状の外筒３２とを有する。

詳しくは後述するが、軽油分解触媒３には左端から燃料と２次空気との混合気が流入するようになっており、本実施形態では、軽油分解触媒３における混合気の流入側の端部が電気ヒータ６をなす。

すなわち、軽油分解触媒３の左端から所定長さに亘る部分（図１の２点鎖線Ｄよりも左側の部分）では、基体３１に触媒成分が担持されず、その非担持部分よりも右側の部分の基体３１にのみ触媒成分が担持される。また、非担持部分の外筒３２には、通電加熱のための一対の電極６１が取り付けられる。それら電極６１は、図示しない電源（車両のバッテリーなど）に接続されて電力が供給されると共に、ＥＣＵ７に通信可能に接続され、そのＥＣＵ７により通電のオン、オフや電気量が制御される。

この電気ヒータ６では、電極６１に電力が供給されて外筒３２の左端部（非担持部分）が抵抗加熱されると、その左端部の熱が右方の外筒３２に伝達して外筒３２および基体３１が全体的に加熱され、触媒成分が加熱されるようになっている。

また、外筒３２には触媒温度センサ７２（図３参照）が取り付けられる。その触媒温度センサ７２はＥＣＵ７に通信可能に接続され、ＥＣＵ７に検出値（触媒温度）を送信する。

排気燃料噴射弁４は、ケーシング８の外部にケーシング８から左方に離間させて設けられる。排気燃料噴射弁４は、燃料の噴射方向を軽油分解触媒３（ケーシング８の貫通穴９２）に向けて、かつ軽油分解触媒３（貫通穴９２）と並ぶようにケーシング８の中心軸Ｃ上に配置される。図例では、排気燃料噴射弁４と端板８４の貫通穴９２との間に、後述する外導入管９１が設けられており、その外導入管９１を介して排気燃料噴射弁４が端板８４に固定される。その排気燃料噴射弁４には、熱損傷を防止するための冷却ジャケット４１が設けられる。その冷却ジャケット４１は、排気燃料噴射弁４を囲うように形成された冷却液路４１１を有し、その冷却液路４１１を冷却水などの冷却液が流通する。

排気燃料噴射弁４は、エンジン本体１１のインジェクタと同様に、エンジン１０の燃料系統に接続されて燃料が供給される。排気燃料噴射弁４は、ＥＣＵ７に通信可能に接続され、ＥＣＵ７により噴射量や噴射タイミングが制御される。

この排気燃料噴射弁４と上記軽油分解触媒３とが、排気燃料噴射弁４から軽油分解触媒３まで延びる導入路９により接続される。

導入路９は、排気燃料噴射弁４からケーシング８の端板８４まで右方に延び端板８４の貫通穴９２に連通する外導入管９１と、貫通穴９２と、その貫通穴９２に連通し端板８４から軽油分解触媒３まで右方に延びる内導入管９３とで構成される。これら外導入管９１と貫通穴９２と内導入管９３とは、ケーシング８と同心的にケーシング８の中心軸Ｃ上に並べて配置される。

外導入管９１の内部には、断面ほぼ円形でケーシング８の中心軸Ｃに沿って延びる通路が形成される。その外導入管９１は、左端に排気燃料噴射弁４が挿入されると共に、右端が貫通穴９２を囲うように端板８４の外面に接合される。

内導入管９３は、右方が拡径された漏斗状に形成される。内導入管９３の左端は、貫通穴９２を囲うと共に縁部にフランジ８１１が形成され、そのフランジ８１１により端板８４の内面に接合（例えばボルト接合）される。内導入管９３は、その左端から右方に拡径しつつ延び、右端が軽油分解触媒３の外筒３２とほぼ同径に形成され外筒３２の左端に接合される。

この内導入管９３によって軽油分解触媒３は左端の入口が覆れており、軽油分解触媒３にケーシング８内の排ガスが流入しないようになっている。また、軽油分解触媒３に供給される混合気が導入路９を通ることから、その混合気はケーシング８内の排ガスと混合することがない。

２次空気供給手段５は、排気燃料噴射弁４から噴射された燃料を２次空気で攪拌かつ噴出させるものであり、本実施形態では、２次空気としてターボチャージャ１４のコンプレッサ１４２から吐出された過給気が用いられる。

図３に示すように、２次空気供給手段５は、上流端がコンプレッサ１４２の出口に接続されると共に下流端が導入路９に接続された供給路５１と、その供給路５１に設けられ供給路５１を流れる２次空気の流量を調整するための調整バルブ５２とを有する。

図１に示すように、図例の供給路５１は下流側で２本の分岐管５１１に分岐し、それら２本の分岐管５１１が導入路９の外導入管９１に各々接続される。

分岐管５１１は、分岐管５１１から外導入管９１（通路）に導入される２次空気（すなわち、コンプレッサ１４２からの加圧空気）が外導入管９１内でスワール流Ｓ２を形成するように、外導入管９１に対して径方向かつ軸方向に傾斜させて外導入管９１に各々接合される。図２に示すように、図例では、分岐管５１１が外導入管９１の両側に各々接続されると共に、外導入管９１の接線方向に沿って互いに上下反対に延びる。

このスワール流Ｓ２によって、２次空気は導入路９内を中心軸Ｃまわりに旋回しつつ軸方向に貫通穴９２側へと流れることになる。

調整バルブ５２（図３参照）は、バルブ開度を全閉と全開との間で連続的に調整可能なように構成され、例えばバタフライバルブである。調整バルブ５２は、ＥＣＵ７に通信可能に接続され、そのＥＣＵ７により開度制御される。

ＥＣＵ７は、排ガス温度センサ７１と触媒温度センサ７２との検出値を基に、電気ヒータ６と排気燃料噴射弁４と調整バルブ５２とを制御する。

本実施形態のＥＣＵ７は、排ガス温度センサ７１により検出された排ガスの温度が所定の目標温度よりも低いときに、まず電気ヒータ６により軽油分解触媒３を加熱して活性化させ、軽油分解触媒３が活性化した後に排気燃料噴射弁４による燃料の供給と２次空気供給手段５による２次空気の供給とを開始する。ここで、目標温度としては、排ガス浄化触媒２のライトオフ温度よりも高い温度（本実施形態では約２２０℃）が考えられる。目標温度は、排ガスが排ガス温度センサ７１からに排ガス浄化触媒２に至るまでの間の温度低下などを考慮して適宜設定される。

また、ＥＣＵ７は、燃料と２次空気との混合気のλ（空気過剰率）が目標λ以上となるように、２次空気供給手段５による２次空気の供給量（調整バルブ５２のバルブ開度）を決定する。目標λは１以上であり、より好ましくは１．１である。

次に、図１および図２に基づき本実施形態の排ガス昇温装置１の作用を説明する。

図１に示すように、排ガス昇温装置１のケーシング８内には、排ガス流入管１３２を通りエンジン本体１１から排出された排ガスが流入する。この排ガスは、例えばエンジン始動時や寒冷地でのアイドリング運転中などに、低温となる場合がある。このような場合に、その排ガスの昇温が軽油分解触媒３により行われる。

具体的には、ケーシング８に流入する排ガスが低温の際に、まず、電気ヒータ６の電極６１に電力を供給して軽油分解触媒３を通電加熱する。これにより、軽油分解触媒３の温度が上昇して軽油分解触媒３の触媒成分が活性化される。

次に、活性化された軽油分解触媒３に燃料と２次空気とを供給すべく、排気燃料噴射弁４から燃料を噴射させると共に、２次空気供給手段５の調整バルブ５２を開いて導入路９に２次空気を流入させる。

それら噴射された燃料と流入した２次空気とは導入路９内で混合され、その導入路９を通り軽油分解触媒３に流入する。軽油分解触媒３に流入した燃料は軽油分解触媒３の上流側で分解されて軽質ＨＣなどになり、それら軽質ＨＣなどが軽油分解触媒３に流入した２次空気と酸化反応される。その酸化反応の酸化熱により軽油分解触媒３が昇温され、その昇温された軽油分解触媒３が、ケーシング８内の排ガスと熱交換することで排ガスが昇温される。

また、軽油分解触媒３では、酸化反応により高温のガス（ＣＯ₂やＨ₂Ｏなど）が生成され、その高温ガスが軽油分解触媒３から流出してケーシング８内の排ガスに混合される。この高温ガスとの混合によっても排ガスが昇温される。

これら昇温された排ガスは、排ガス流出管１３１から流出した後、排ガス浄化触媒２に流入する。その昇温された排ガスにより排ガス浄化触媒２が昇温、活性化され、その排ガス浄化触媒２により排ガスの浄化（ＮＯｘ除去など）が行われる。

このように本実施形態によれば、エンジン始動直後より電気ヒータ６による軽油分解触媒３の直接加熱と排気燃料噴射を行うことで排ガスの急速昇温を可能とし、排ガス浄化触媒２を早期に活性できる。同時に、バーナーなどの排ガスを直接暖める方式と比べ、軽油分解触媒３を温めるだけの電気を供給するので、燃費悪化を最小限にできる。

ここで、軽油分解触媒３は排ガス浄化触媒２よりも小容量に形成される。好ましくは、軽油分解触媒３の容量は１００ｃｃ以上３００ｃｃ未満である。これは、容量が１００ｃｃ未満だと、軽油分解触媒３から発生する単位時間当たりの熱量が小さく排ガスの昇温に時間が掛かってしまうためであり、３００ｃｃを超えると、軽油分解触媒３を活性化させるために必要な電気量が増大してしまうためである。なお、軽油分解触媒３の容量はこれに限定されず、昇温すべき排ガスの体積（アイドリング運転中の流量）や目標温度などにより適宜設定される。

また、本実施形態では、排ガス流入管１３２からの排ガスをケーシング８内でスワール流Ｓ１とすることで、排ガスを効率的に昇温することができる。

すなわち、排ガス流入管１３２は、その入口の向きがケーシング８の中心に対してずれており、排ガス流入管１３２からの排ガスがケーシング８内でスワール流Ｓ１となる。

そのスワール流Ｓ１によって、排ガスは、軽油分解触媒３の外筒３２の表面をらせん状に周方向に旋回しつつ軸方向に流れることになる。そのため、排ガスと外筒３２との接触時間および接触面積が、排ガスが外筒３２まわりを旋回しない場合に比べて大きくなり、外筒３２から排ガスに伝達する熱量が多くなる。また、スワール流Ｓ１を形成していることから、そのスワール流Ｓ１によって排ガスと軽油分解触媒３からの高温ガス（ＣＯ₂やＨ₂Ｏなど）とが攪拌され、それらガスの混合が促進される。

その他にも、導入路９に流入する２次空気をスワール流Ｓ２とすることで、排気燃料噴射弁４から外導入管９１内に噴射された燃料が、分岐管５１１からの２次空気と混合される際に、その燃料と２次空気との混合を促進することができる。

また、上流側の導入路９（外導入管９１）でスワール流Ｓ２を形成すると共に下流端（内導入管９３の下流端）を軽油分解触媒３の外筒３２と同径に拡径することで、軽油分解触媒３の全面に混合気を流入させることができる。

すなわち、外導入管９１内の混合気は、端板８４の貫通穴９２と内導入管９３とを順次通り軽油分解触媒３へと流れるが、スワール流を形成していない場合、混合気は貫通穴９２からほぼ直線状に軽油分解触媒３に向かうことになる。その場合、混合気は、軽油分解触媒３の中心部に貫通穴９２の径とほぼ同じ範囲でしか供給されなくなる虞がある。

これに対して、本実施形態では、混合気をスワール流Ｓ２としていることから混合気が内導入管９３を通る際に、その内導入管９３のテーパ状の内壁面に沿って混合気が周方向に旋回して径方向に広がり、拡散される。そのため混合気は、軽油分解触媒３の全面にほぼ均一な状態で供給され、これにより軽油分解触媒３の全体を有効に利用することができる。

次に、本実施形態の排ガス昇温装置１による排ガス昇温制御の一例を説明する。以下のステップ１からステップ４は、エンジン１０の運転中にＥＣＵ７により実行される。

１．排ガス温度を測定して排ガスの昇温を行う必要があるか否かを判断。

ステップ１では、ＥＣＵ７は、排ガス温度センサ７１により検出された排ガスの温度（以下、検出排ガス温度という）が目標温度（２２０℃などであり、排ガス浄化触媒２による排気噴射分解温度）以下か否か判断し、以下のときにステップ２に進む。

２．目標温度以下の場合、電気ヒータ６による加熱開始。

ステップ２では、軽油分解触媒３が活性化しているか否か判断し、活性化していないときに電気ヒータ６により活性化させる。具体的には、ステップ２では、ＥＣＵ７は、触媒温度センサ７２により検出された軽油分解触媒３の温度（以下、検出触媒温度という）が所定の分解触媒目標温度以下か否か判断し、以下のときに電気ヒータ６の電極６１への通電を行いステップ３に進み、超えていたときに通電を行わずステップ３に進む。

ここで、ステップ２の分解触媒目標温度は、軽油分解触媒３のライトオフ温度よりも高い温度であり、本実施形態ではステップ１における目標温度と同じ温度（約２２０℃）に設定される。

３．軽油分解触媒３が目標温度に達したら排気噴射開始。触媒成分が活性化しているので、電気アシストは不要なので通電は停止。

ステップ３では、ＥＣＵ７は、触媒温度センサ７２の検出触媒温度が目標温度以下か否か判断し、以下のときにステップ２に戻る。一方、検出触媒温度が目標温度を超えていたとき、ＥＣＵ７は、電気ヒータ６の通電を終了し、排気燃料噴射弁４を制御して燃料を噴射させると共に２次空気供給手段５の調整バルブ５２を開弁する。

本実施形態では、排気燃料噴射弁４の噴射量が、排ガス温度センサ７１の検出排ガス温度と目標温度との差や排ガスの流量などに基づき求められる。具体的には、ＥＣＵ７は、排ガス温度と目標温度から必要熱量を計算し、その必要熱量が得られるような噴射量を決定し、その噴射量を排気燃料噴射弁４の目標噴射量とする。

また、調整バルブ５２のバルブ開度は、排気燃料噴射弁４から噴射された燃料が基本的には全て軽油分解触媒３で酸化するように決定される。

ＥＣＵ７は、排気燃料噴射弁４の目標噴射量と上記目標λ（最小λ＝１．１程度、図例ではこれ以下だと酸素不足となる）より、２次空気の供給量を算出、決定し、必要な量を噴射する。２次空気は、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４２出口より得られ、排気噴射時のみ供給される。

４．メイン触媒の排ガス温度が目標温度（２２０℃など）に達したら、燃料と２次空気の供給を停止。

ステップ４では、ＥＣＵ７は、排ガス温度センサ７１の検出排ガス温度が目標温度以下か否か判断し、以下のときにステップ３に戻る。一方、検出排ガス温度が目標温度を超えていたき、ＥＣＵ７は、排気燃料噴射弁４による燃料噴射を終了すると共に調整バルブ５２を閉弁する。

以上のように本実施形態によれば、排ガス浄化触媒２に流入する排ガスを素早く昇温することができ、かつ昇温のために消費する燃料を抑制することができる。

その結果、エンジン始動時などであっても、排ガス浄化触媒２を機能させることができ、エンジン始動時の排ガス処理性能を向上させることができる。

また、電気ヒータ６と軽油分解触媒３を一体のメタル担体とすることで軽油分解触媒３自体が加熱されるので応答性がよい。小さな軽油分解触媒３自体を暖めるだけの通電をすればよいので消費電力も小さくできる。軽油分解触媒３は、酸化反応により加熱されるのでライトオフ以降は電気ヒータ６によって加熱する必要がなく、これによっても消費電力を小さくできる。

軽油分解触媒３は、放熱面が大きいので効率のよい排ガス昇温が可能であり、グロープラグに比べると放熱面積も大きく効率がよい。

排気噴射と２次エアの混合気のみを昇温すればよいので、排ガスボリュームが少なく燃費への影響も極力抑えられる。

一般に排気噴射は、ＰＯＳＴ（ポスト噴射）に比べて低温時に軽油を分解しきれず、重質ＨＣがスリップ（流出）し易い傾向があるが、本実施形態では、軽油分解触媒３で軽油を軽質ＨＣ、ＣＯ、Ｈに分解して触媒で利用し易くすることで、低温から利用できるようになる。その結果、ＨＣのスリップを抑え、エンジン始動後すぐに排気噴射を使用して排ガスの昇温を行える。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

例えば、分解触媒に供給する燃料に軽油に限定されず、様々な燃料を用いることができる。また、上述の実施形態では、インジェクタから噴射される燃料と同じ種類の燃料を排気燃料噴射弁から噴射させたが、異なる種類の燃料を噴射させてもよい。その場合、分解触媒は排気燃料噴射弁から供給される燃料を分解（改質）できるものが好ましい。

また、上述の実施形態では、軽油分解触媒３と電気ヒータ６とを一体としたが、これに限定されない。例えば、軽油分解触媒３の上流（入口など）に別体の電気ヒータを設けることも可能である。

上述の実施形態では、排ガス温度センサ７１をケーシング８よりも上流の排気通路１３に設けたがこれに限定されず、ケーシング８と排ガス浄化触媒２との間の排気通路１３や排ガス浄化触媒２の入口に設けてもよい。また、排ガス浄化触媒２に流入する排ガスの温度を、例えば、外気温センサなどの検出値（外気温）から推定するようにしてもよい。その場合、上記所定の目標温度に対応する所定の外気温が予め求められ、ＥＣＵ７は、エンジン始動時に外気温センサの検出値が所定の外気温よりも低いときに、電気ヒータ６による通電加熱を行った後に、所定時間の間（例えばエンジン始動から暖機終了までの期間）だけ、排気燃料噴射弁４による燃料噴射と２次空気供給手段５による２次空気の供給とを行うことが考えられる。

ケーシング８の形状は円筒に限定されず、角筒（断面矩形状の筒）など様々形状が考えられる。

２次空気供給手段５の調整バルブ５２は、上述のものに限定されない。調整バルブ５２は、全開と全閉とのいずれかに切り替えられるように構成されＥＣＵ７により開閉制御されるバルブ（例えばソレノイドバルブなど）でもよい。その場合、調整バルブが全開のときに混合気のλが目標λ以上となるように２次空気供給手段５の供給路５１を形成することが好ましい。

軽油分解触媒３に供給する２次空気は、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４２からの加圧空気に限定されない。例えば、ターボチャージャのないエンジンでは、エアタンクなどからの加圧空気を軽油分解触媒３に供給することも考えられる。

上述の実施形態では、触媒温度センサ７２の検出温度に基づいて電気ヒータ６のオン、オフを切り替えたがこれに限定されない。例えば、電気ヒータ６のオン、オフを時間に基づき制御するようにしてもよい。その場合、ＥＣＵ７は、排ガス浄化触媒２に流入する排ガスの温度が所定の目標温度よりも低いときに、電気ヒータ６の通電を開始して、通電開始後ある程度の時間（軽油分解触媒３が活性化したと推定される時間）経過後に通電を終了するようにしてもよい。

１排ガス昇温装置
２排ガス浄化触媒
３軽油分解触媒（分解触媒）
４排気燃料噴射弁
５２次空気供給手段
６電気ヒータ
７ＥＣＵ（制御手段）
８ケーシング
９導入路
１３排気通路

Claims

エンジンの排気通路に排ガス浄化触媒が設けられ、その排ガス浄化触媒よりも上流の排気通路に燃料と２次空気とを供給し反応させて、その反応熱により上記排ガス浄化触媒に流入する排ガスを予め昇温する排ガス昇温装置において、
上記排ガス浄化触媒よりも上流の排気通路に設けられ、上記燃料を分解すると共に、その分解された燃料を上記２次空気と酸化反応させるための分解触媒と、
上記分解触媒に燃料を供給するための排気燃料噴射弁と、
上記分解触媒に２次空気を供給するための２次空気供給手段と、
上記分解触媒を加熱するための電気ヒータと、
上記排気燃料噴射弁と上記２次空気供給手段と上記電気ヒータとを制御するための制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記排ガス浄化触媒に流入する排ガスの温度が所定の目標温度よりも低いときに、上記電気ヒータにより上記分解触媒を加熱して活性化させた後に、上記排気燃料噴射弁による燃料の供給と上記２次空気供給手段による２次空気の供給とを開始することを特徴とする排ガス昇温装置。
上記分解触媒が、上記排気通路に設けられた筒状のケーシング内に収容され、そのケーシングは、一端部に下流側の排気通路が接続されると共に他端部に上流側の排気通路が接続され、その上流側の排気通路は、該上流側の排気通路から上記ケーシングに導入される排ガスが上記ケーシング内でスワール流を形成するように、上記ケーシングに対して傾斜された請求項１記載の排ガス昇温装置。
上記制御手段は、上記燃料と上記２次空気との混合気の空気過剰率が１以上となるように、上記２次空気供給手段による２次空気の供給量を決定する請求項１または２記載の排ガス昇温装置。
上記排気燃料噴射弁と上記分解触媒とが、上記排気燃料噴射弁から上記分解触媒まで延びる導入路により接続され、
上記２次空気供給手段は、上記導入路に接続され該導入路内に２次空気を導入する供給路を有し、その供給路は、該供給路から上記導入路に導入される２次空気が該導入路内でスワール流を形成するように、上記導入路に対して傾斜された請求項１から３いずれかに記載の排ガス昇温装置。