专利名称：内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，特别是涉及在排气通路中的排气处理装置的上游侧设置有燃烧器装置的内燃机，该燃烧器装置用于使排气温度升温。
背景技术：
在内燃机的排气通路中，有时在排气处理装置(催化剂等)的上游侧设置燃烧器装置，利用由燃烧器装置产生的加热气体使排气温度升温，对排气处理装置进行加热，促进排气处理装置的暖机。典型的燃烧器装置是通过对向排气通路内添加的燃料进行点火、使其燃烧，而生成包含火焰的加热气体。有时在排气通路内设置小型氧化催化剂，利用该小型氧化催化剂对添加燃料进行改质或者使其燃烧。例如，在专利文献I所记载的装置中，通过向排气通路内的小型氧化催化剂直接 且间歇地供给燃料，在小型氧化催化剂的下游侧间歇地产生火焰。在内燃机起动后的暖机中，最好相比下游侧的排气处理装置，先使上游侧的小型氧化催化剂活化。因此，最好相比排气处理装置，使加热气体更积极地向小型氧化催化剂供给。另一方面，最好在小型氧化催化剂活化后，相比小型氧化催化剂，将加热气体更积极地向排气处理装置供给，以促进排气处理装置的暖机。但是，一般情况下，丝毫不控制添加燃料的点火点的位置。因此，即使在想向小型氧化催化剂积极地供给加热气体的情况下，实际上也有可能发生向排气处理装置积极地供给加热气体等相反的情况。由此，难以高效地进行小型氧化催化剂和排气处理装置的暖机。因此，本发明的一个目的是提供一种能够高效地进行小型氧化催化剂和排气处理装置的暖机的内燃机。在先技术文献专利文献专利文献I日本特开2010-59886号公报
发明内容
根据本发明的一个方案,提供一种内燃机,其特征在于,备有设置于排气通路的排气处理装置；设置于上述排气处理装置的上游侧，用于使排气温度升高的燃烧器装置；对上述燃烧器装置进行控制的控制单元，上述燃烧器装置包括向上述排气通路内添加燃料的燃料添加阀、对从上述燃料添加阀添加的燃料进行加热的加热单元、设置于上述加热单元的下游侧的上述排气通路内的小型氧化催化剂，上述控制单元控制每规定的单位时间从上述燃料添加阀添加的燃料的量，由此控制添加燃料点火的点火点的位置。优选的是，上述内燃机还备有判定上述小型氧化催化剂的活化状态的判定单元。
优选的是，上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂未活化时，与上述小型氧化催化剂活化的场合相比，减少每上述单位时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更靠近上述加热单元的位置。优选的是，上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂活化时，与上述小型氧化催化剂未活化的场合相比，增加每上述单位时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更远离上述加热单元的位置。优选的是，上述判定单元也判定上述排气处理装置的活化状态，上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂以及上述排气处理装置未活化时，与上述小型氧化催化剂活化的场合相比，减少每上述单位时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更靠近上述加热单元的位置。
优选的是，上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂活化且上述排气处理装置未活化时，与上述小型氧化催化剂未活化的场合相比，增加每上述单位 时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更远离上述加热单元的位置。优选的是，废气流量越多，上述控制单元越增加每上述单位时间的燃料添加量。优选的是，废气的氧浓度越高，上述控制单元越增加每上述单位时间的燃料添加量。优选的是，上述控制单元将上述点火点的位置控制成比上述小型氧化催化剂的前端面更靠前方的位置。优选的是，上述控制单元为了燃烧除去堆积在上述燃料添加阀及其附近的位置的炭烟，而定期地利用上述燃料添加阀、以较少的规定值以下的每上述单位时间的燃料添加量进行燃料添加，并且使上述加热单元动作。优选的是，上述控制单元，间歇地对上述燃料添加阀进行开阀驱动、从上述燃料添加阀间歇地添加燃料，并且控制每一次添加的添加量以及添加间隔中的至少一方，由此控制每上述单位时间的燃料添加量。根据本发明，可以获得能够高效地进行小型氧化催化剂和排气处理装置的暖机这一优异的作用效果。
图I是本发明的实施方式的内燃机的概略图。图2是表示燃烧器装置中的燃料添加阀的开阀驱动状态和添加燃料的点火状态的图。图3是表示混合气体的空燃比与火焰温度的关系的图表。图4是表示混合气体的空燃比与在小型氧化催化剂的测温点测定的最大温度的关系的图表。图5是表示燃烧器装置的控制程序的流程图。
具体实施例方式下面对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。但是，必须注意的是，本发明的实施方式并不仅限于下述的各方案，本发明包括由权利要求书限定的、包含于本发明的思想的所有的变形例、应用例。实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别地进行限定性记载，发明的技术范围就不仅由它们限定。在下面的说明中，也将上游侧称为「前」、将下游侧称为「后」。图I表示本实施方式中的内燃机(发动机)的概略结构。发动机是车载的4冲程 柴油发动机。在发动机本体I上连接有形成进气通路的进气管2和形成排气通路的排气管3。在进气管2的途中设置有空气流量计4，该空气流量计4输出与在进气管2内流通的进气的流量相对应的信号。通过该空气流量计4，检测每单位时间流入发动机本体I的吸入空气量(即，进气流量)。发动机本体I具有多个气缸，在各气缸中设置有向缸内直接喷射燃料的燃料喷射阀、即缸内喷射阀5。另外，在图I中仅表示一个缸内喷射阀5。未图示的排气管3的出口部经由消音器向大气开放。另外，如图所示，在排气管3的中途，从上游侧开始按顺序串联配置有氧化催化剂6以及NOx催化剂7。
氧化催化剂6使HC、C0等的未燃成分与O2反应，生成C0、C02、H20等。作为催化剂物质，例如能够使用 Pt/Ce02、Mn/Ce02、Fe/Ce02、Ni/Ce02、Cu/Ce02 等。NOx催化剂7最好由吸藏还原型NOx催化剂(NSR N0X StorageReduction)构成。NOx催化剂7具有在流入的排气的氧浓度高时吸藏排气中的NOx，在流入的排气的氧浓度降低并且存在还原成分(例如，燃料等)时还原吸藏的功能。NOx催化剂7在由氧化铝Al2O3等的氧化物构成的基材表面载持作为催化剂成分的白金Pt那样的贵金属NOx吸收成分而构成。NOx吸收成分由从例如钾K、钠Na、锂Li、铯Cs那样的碱金属，钡Ba、钙Ca那样的碱土类，镧La、钇Y那样的稀土类中选择的至少一种构成。另外，NOx催化剂7也可以为选择还原型 NOx 催化转化器(SCR !Selective Catalytic Reduction)。除了这些氧化催化剂6以及NOx催化剂7，还可以设置用于捕集排气中的炭烟等的微粒子(PM，颗粒物质)的颗粒物质过滤器(DPF)。优选的是，DPF是载持由贵金属构成的催化剂且对捕集的微粒子连续地进行氧化燃烧的连续再生式的过滤器。优选的是，DPF配置在至少氧化催化剂6的下游侧且NOx催化剂7的上游侧或者下游侧。另外，发动机也可以为火花点火式内燃机，在这种情况下，最好在排气通路中设置三元催化剂。这些氧化催化剂6、N0X催化剂7、DPF以及三元催化剂，相当于本发明的排气处理装置。在排气管3中的氧化催化剂6的上游侧，配置有用于使排气温度上升的燃烧器装置8。燃烧器装置8包括燃料添加阀9、作为加热装置或者加热单元的加热器或者火花塞
10、小型氧化催化剂11。燃烧器装置8配置在相比形成在排气管3的上游端部的排气歧管(未图示)的集合部更靠下游侧的位置。燃料添加阀9向排气管3内喷射、供给或者添加液体燃料F。作为该燃料F，能够直接共用作为发动机用燃料的轻油，但是也可以使用其它种类的燃料。燃料添加阀9从排气管3中的周方向规定位置的外周部朝向中心部，并且朝向下游侧在倾斜方向喷射燃料F。在图示例中，燃料添加阀9从排气管3的上部朝向中心部、并且朝向下游侧向斜下方向喷射燃料F。火花塞10是用于对从燃料添加阀9添加的燃料F、更具体地说是对包含燃料F的混合气体进行加热的装置。火花塞10相比燃料添加阀9配置在下游侧的位置，其轴心线与燃料添加阀9的轴心线垂直，以从排气管3的侧部插入的方式进行设置。另外，火花塞10的前端的发热部以与喷射燃料F大致相向的方式进行配置。即，燃料添加阀9朝向火花塞10的发热部喷射燃料F。火花塞10经由未图示的升压回路与车载电池连接，在通电时其发热部进行发热。另外，火花塞10能够以任意的姿势配置。优选的是，火花塞10配置在作为从燃料添加阀9喷射的液滴的燃料F不能够到达的、从燃料添加阀9离开的位置。但是，也能够设置在燃料F能够到达的较近的位置。小型氧化催化剂11相比火花塞10设置在下游侧的位置的排气管3内。小型氧化催化剂11的外径比排气管3的内径小，小型氧化催化剂11的轴心方向与排气管3的轴心方向平行。小型氧化催化剂11与排气管3大致同轴地配置。小型氧化催化剂11的大小为，其截面积占据排气管3的截面积的一部分那样的大小。小型氧化催化剂11通过未图示的多个撑杆以悬空状态设置在排气管3内。小型氧化催化剂11是各个小室从上游向下游连通的所谓的直流型，可以形成为与下游侧的氧化催化剂6相同的结构或不同的结构。例如，小型氧化催化剂11能够通过在沸石制的载持体载持铑等而构成。小型氧化催化剂11的内部的气体通路称作催化剂内通 路 11A。另一方面，在小型氧化催化剂11的径向外侧，即，在小型氧化催化剂11与排气管6之间，划定用于使废气流通的外周通路12。特别是，在设置有燃料添加阀9的周方向规定位置，在图示例中，在上部侧的位置，也划定作为外周通路12的一部分的添加阀侧外周通路、即上部外周通路12A。在小型氧化催化剂11的前端面11B，以在其外周端缘部的全周向前方延长的方式设置有引导管13。从引导管13的前端开始到规定长度的后方为止，切除引导管13的上半部分，由此形成流水管状或者半圆管状的引导板13A。引导管13的前端也处于火花塞10的下游侧位置。引导管13的详细情况如后所述，其用于引导因燃料添加而生成的混合气体或火焰向小型氧化催化剂11的导入。在引导管13中以横贯引导板13A的方式设置有碰撞板14。碰撞板14由平板构成，其一面、即上面以大致朝向燃料添加阀9以及火花塞10的方式倾斜。碰撞板14的详细情况如后所述，其用于使因燃料喷射而生成的混合气体或火焰碰撞、以便易于将其导入小型氧化催化剂11。在发动机中设置有用于对其进行总括控制的控制单元、即电子控制单元(下面，称为ECU) 100。ECU100具有实施与发动机控制相关的各种运算处理的CPU、存储该控制所需的程序、数据的ROM、暂时存储CPU的运算结果等的RAM、用于在与外部之间输入输出信号的输入输出端口等。在E⑶100中，除了上述的空气流量计4之外，还连接有用于检测发动机的曲柄角的曲柄角传感器15、用于检测加速踏板开度的加速踏板开度传感器16。ECU100根据曲柄角传感器15的输出值计算出发动机转速，并根据加速踏板开度传感器16的输出值计算出对发动机的要求负荷。另外，在排气管3中的燃烧器装置8的前后的位置，设置有上游侧排气温度传感器17和下游侧排气温度传感器18，这些上游侧排气温度传感器17和下游侧排气温度传感器18连接于E⑶100。这些传感器用于检测废气的温度。在排气管3中的燃烧器装置8的上游侧设置有氧浓度传感器19。氧浓度传感器19用于检测废气的氧浓度，例如能够由线性A/F传感器或O2传感器等构成。
缸内喷射阀5、燃料添加阀9以及火花塞10与E⑶100连接，这些装置由E⑶100控制。该燃烧器装置8主要在发动机的冷起动后的暖机过程中使用或者动作，以尽早地使作为主排气处理装置的氧化催化剂6以及NOx催化剂7 (特别是，上游侧的氧化催化剂6)活化。另外，即使不为暖机过程中，在氧化催化剂6以及NOx催化剂7的温度降低、这些催化剂未活化时，也使用燃烧器装置8或者使其动作。在燃烧器装置8动作时，开启燃料添加阀9和火花塞10，从燃料添加阀9向排气通路内喷射或者添加的燃料，与废气(特别是包含于其中的氧)混合而形成混合气体。该混合气体利用火花塞10的加热效果而点火、燃烧，由此生成包含火焰的加热气体。该加热气体，与周围的废气混合，并依次加热氧化催化剂6和NOx催化剂7而升温。 一旦氧化催化剂6活化，则接着利用氧化催化剂6使废气中的CO、HC氧化、燃烧，能够利用该氧化热保持氧化催化剂6的高温状态，并且能够从氧化催化剂6排出高温的气体。另外，能够将该高温气体向NOx催化剂7输送、使NOx催化剂7活化。若至少氧化催化剂6活化，则能够停止燃烧器装置8。在该燃烧器装置8动作时，小型氧化催化剂11在开始期间处于低温且未活化状态。但是，利用周围的废气或包含火焰的加热气体而被逐渐加热、升温，接近活化。小型氧化催化剂11的容量较小，与流过小型氧化催化剂11的周围的气体相比，流过催化剂内通路IlA的气体的流速慢。由此，小型氧化催化剂11能够比较早地、特别是比氧化催化剂6早地活化。一旦小型氧化催化剂11活化，则接着与氧化催化剂6同样地，能够利用小型氧化催化剂11使废气中的CO、HC氧化、燃烧，同时，利用小型氧化催化剂11也能够使导入的添加燃料F和氧的混合气体氧化、燃烧。特别是，利用后者的氧化热，小型氧化催化剂11急速地升温至显著的高温。能够利用小型氧化催化剂11使混合气体燃烧、生成火焰。利用来自于这样的小型氧化催化剂11的高温的加热气体，能够进一步促进氧化催化剂6的暖机、活化。另外，小型氧化催化剂11具有对导入的混合气体的燃料成分进行改质的功能。具体地说，燃料成分中的含碳量多的碳氢化合物分解，形成含碳量少、反应性高的碳氢化合物，由此将燃料成分改质成反应性高的物质。该被改质了的燃料成分，与未改质的物质相t匕，在下游侧的氧化催化剂6中能够更容易氧化，因此特别有助于氧化催化剂6的早期活化。这样，例如在发动机起动后的暖机中，在小型氧化催化剂11、氧化催化剂6都未活化时，最好使上游侧的小型氧化催化剂11先于或优先于下游侧的氧化催化剂6活化。换言之，最好相比氧化催化剂6更积极地向小型氧化催化剂11供给加热气体，利用该加热气体对小型氧化催化剂11更积极地进行加热。另一方面，在小型氧化催化剂11活化之后，最好相比小型氧化催化剂11更积极地向氧化催化剂6供给加热气体，利用该加热气体更积极地加热氧化催化剂6，促进氧化催化剂6的暖机。一般情况下，丝毫不控制添加燃料的点火点的位置。因此，即使在想向小型氧化催化剂11积极地供给加热气体的场合，也有可能实际上积极地向氧化催化剂6供给了加热气体，或者进行了相反的动作。由此，难以高效地进行小型氧化催化剂11和氧化催化剂6的暖机。但是，在本实施方式中，能够控制添加燃料的点火点的位置，高效地进行小型氧化催化剂11和氧化催化剂6的暖机。下面，对这一点进行详细说明。在本实施方式中，ECU100控制每规定的单位时间从燃料添加阀9添加的燃料的量(下面，也称为每单位时间的燃料添加量)，由此控制添加燃料F点火的点火点的位置。在图2中，(Al)表示燃料添加阀9的开阀驱动的状态，(A2)表示与(Al)的开阀驱动对应的添加燃料的点火的状态。(BI)以及(B2)也表示同样的状态。但是，(Al)以及(A2)为每单位时间的燃料添加量多的场合，(BI)以及(B2)为每单位时间的燃料添加量少的场合。如(Al)以及(BI)所示，E⑶100向燃料添加阀9输送周期性的脉冲信号、间歇地对燃料添加阀7进行开阀驱动，从燃料添加阀9间歇地添加燃料。换言之，E⑶100交替地反复进行燃料添加阀9的开启和关闭，并交替地反复进行燃料添加阀9的开阀和闭阀、即燃 料添加的实施和停止。在(Al)、(BI)两种情况下，开阀时的燃料喷射率q(mm3/s)为q0、是一定的，开阀时间为Tl (S)、也是一定的。每一次开阀或者添加，添加Ql = qOXTl的燃料。在此，应该注意的是，对于燃料喷射率q，单位虽然相同，但是是与每单位时间的燃料添加量不同种类的值。燃料喷射率q是因喷射压力、喷孔直径等的因素而变化的值。但是，在每单位时间的燃料添加量多的(Al)的情况下，与每单位时间的燃料添加量少的(BI)的场合相比，添加停止时间、即添加间隔变短。(Al)的场合的添加间隔为一定值TOa，(BI)的场合的添加间隔为一定且比TOa长的值TOb。在将例如(Al)所示的从5次添加的开始到结束为止的时间设为单位时间Tu的场合，(Al)的场合的每单位时间的燃料添加量为5XQ1。与此相对，在(BI)的示例中，在同一单位时间Tu内仅进行3次添加。由此，每单位时间的燃料添加量为3XQ1，比(Al)的场合少。另外，对于每单位时间的燃料添加量的控制，代替这样的控制单位时间Tu内的添加间隔的方法或者除此之外，还可以采用控制单位时间Tu内的每一次添加的添加量的方法。例如，通过使每单位时间的燃料添加量多的场合和少的场合的添加间隔相等，进行相同次数的添加，并且使前者的燃料喷射率比后者大，能够使前者的每单位时间的燃料添加量多于后者。或者，通过使前者的开阀时间比后者长、使前者的添加间隔比后者的添加间隔短，能够在维持相同数量的添加的状态下，使前者的每单位时间的燃料添加量多于后者。接着，对例如(Al)所示那样的每单位时间的燃料添加量多的场合的点火点的位置进行说明。如(A2)所示，若实施燃料添加，则添加燃料F通过废气而向下游侧流动、扩散，同时在火花塞10的周边的比较宽阔的区域，形成氧浓度低的浓的混合气体M。该混合气体M，通过开启的火花塞10进行加热，但如果就这样则处于氧不足的状态，不能够直接进行点火。混合气体M，一边通过废气向下游侧流动一边逐渐地扩散，氧浓度提高，成为稀薄的空燃比。在空燃比成为适合点火的值的位置以及时刻，发生点火，产生图示那样的点火点X。一旦点火，则生成火焰H，火焰H通过废气而朝向下游侧的氧化催化剂6流动。Zl表不沿着排气管3的长度方向或者排气流动方向的火花塞10的位置，Z3表不点火点X的位置。特别是，点火点X有在上部外周通路12A或者其延长线上产生的倾向。这是因为，添加燃料F以及混合气体M的大部分在该路径上前进。在(A2)的示例中，点火点位置Z3位于小型氧化催化剂11的前端入口面IlB的跟前。另一方面，对(BI)所示那样的每单位时间的燃料添加量少的场合的点火点的位置进行说明。如(B2)所示，若实施燃料添加，则添加燃料F—边通过废气向下游侧流动、扩散，一边在火花塞10的周边的比较狭窄的区域，形成氧浓度低的浓的混合气体M。该混合气体M，虽然通过开启的火花塞10进行加热，但如果就这样则处于氧不足的状态，不能够直接进行点火。混合气体M —边通过废气向下游侧流动一边逐渐地扩散，氧浓度提高，成为稀薄的空燃比。但是，原本也存在每单位时间的燃料添加量少的情况，该 场合的混合气体M的空燃比成为适合比较早地点火的值。由此，在比(A2)的场合更靠前方的位置Z2发生点火，产生图示那样的点火点X。然后，同样地生成火焰H，火焰H通过废气朝向下游侧的氧化催化齐U 6流动。通过改变每单位时间的燃料添加量，火花塞10周边的混合气体浓度分布或者氧浓度分布改变，这一点根据上述说明可以理解。(B2)的情况下的点火点X的位置Z2，与(A2)的情况下的点火点位置Z3相比，处于前方或者上游侧。点火点X具有在上部外周通路12A或者其延长线上产生的倾向这一点与上述相同。在(B2)的示例中，点火点位置Z2处于从小型氧化催化剂11的前端入口面IlB离开的前方。另外，在(A2)的示例中，虽然点火点位置Z3位于小型氧化催化剂11的前端入口面IlB的前方，但是位于比较接近的位置。这样，通过控制每单位时间的燃料添加量，能够控制沿着排气流动方向的点火点X的位置。例如，在想向小型氧化催化剂11积极地供给加热气体的场合，通过如(B2)所示那样将点火点X的位置控制在前方位置Z2，能够如箭头Hl所示那样将与点火点X连续的火焰积极地向小型氧化催化剂11引导，能够促进小型氧化催化剂11的暖机。相反，在想向下游侧的氧化催化剂6积极地供给加热气体的场合，通过如(A2)所示那样将点火点X的位置控制在后方，能够向氧化催化剂6积极地引导与点火点X连续的火焰H，能够促进氧化催化剂6的暖机。这样，能够改变小型氧化催化剂11与向氧化催化剂6供给的加热气体或火焰的供给平衡，能够高效地进行小型氧化催化剂11和氧化催化剂6的暖机。在此，对基于试验的检验结果进行说明。首先，图3表示混合气体的空燃比(横轴)、与该混合气体燃烧而获得的火焰的温度(纵轴)的理论上的关系。理论上，随着空燃比增大(向稀薄侧变化)，火焰温度应该从化学计量空燃比(理论空燃比，在图示例中为
14.5)、即峰值减少，图3表示那样的关系。图4表示根据试验结果获得的火花塞10的位置处的混合气体的空燃比(横轴)、与在小型氧化催化剂11的前端面上端的测温点(在图2(B2)中由点P表示)测定的最大温度(纵轴)的关系。根据该结果，与上述理论相反，随着空燃比增大，测温点最大温度单调地增加。从该结果可以理解，空燃比越增大，即，每单位时间的燃料添加量越少，则点火点X的位置越向前方移动，小型氧化催化剂11越被进一步加热。接着，参照图5说明本实施方式的具体的控制。图示的控制程序，由ECU100以规定的运算周期反复实施。例如，能够使运算周期与图2所示的单位时间Tu相等。单位时间Tu例如能够设定为I秒。在步骤SlOl中，取得由空气流量计4检测的吸入空气量Ga的值。该吸入空气量Ga的值，用作为废气流量的代用值。在步骤S102中，取得由氧浓度传感器19检测的废气的氧浓度(排气氧浓度)C的值。另外，在本实施方式中，虽然由氧浓度传感器19直接检测排气氧浓度，但是也可以由ECU100推定排气氧浓度。在该场合，例如根据吸入空气量Ga以及向缸内的燃料喷射量推定排气氧浓度。除此之外，推定参数中也可以包括实施EGR的场合的EGR阀开度、设置有喷嘴可变式的涡轮增压器时的喷嘴隔片开度等。 在步骤S103中，判定氧化催化剂6的活化状态，即，判定氧化催化剂6是否未活化。该判定根据氧化催化剂6的温度进行。氧化催化剂6的温度，虽然可以由温度传感器直接检测，但在本实施方式中，根据设置于氧化催化剂6的跟前的下游侧排气温度传感器18的检测值推定。由于该推定方法已为公众所知，因此省略说明。若氧化催化剂6的推定温度在规定的活化下限值以上，则判定为氧化催化剂6活化，若氧化催化剂6的推定温度不到活化下限值，则判定为氧化催化剂6未活化。在判定氧化催化剂6活化的场合，由于不需要使燃烧器装置8动作，因此结束程序。另一方面，在判定氧化催化剂6未活化的场合，进入步骤S104。在步骤S104中，判定小型氧化催化剂11的活化状态，即，判定小型氧化催化剂11是否未活化。该判定也根据小型氧化催化剂11的温度进行。小型氧化催化剂11的温度，虽然可以由温度传感器直接检测，但在本实施方式中，根据设置于小型氧化催化剂11的前后的上游侧排气温度传感器17以及下游侧排气温度传感器18中的至少一方的检测值推定。例如，根据规定的设定表计算出本次的运算时期的小型氧化催化剂11的净化率Jo净化率J作为小型氧化催化剂11的上游侧的排气温度，与废气流量的代用值、即吸入空气量Ga的函数而予先确定。ECU100根据设定表计算出与由上游侧排气温度传感器17检测出的排气温度、和在步骤SlOl中取得的吸入空气量Ga相对应的净化率J。另外，计算出从前次的运算时期到本次的运算时期为止的I个运算周期内从燃料添加阀9添加的燃料量Qf，并且，根据发动机运转状态(例如，发动机转速和加速踏板开度)、利用规定的设定表推定在该I个运算周期内从发动机排出的HC量Qhc。接着，根据下一式(I)，计算出该I个运算周期内的小型氧化催化剂11的温度变化量ATc。式中的Kh是规定的发热系数。式IATc = JX (Qf+Qhc) XKh. . . (I)在每个运算时期对该I个运算周期内的温度变化量Λ Tc进行累计，由此推定小型氧化催化剂11的温度。另外，小型氧化催化剂11的温度推定方法并不局限于此，可以采用各种推定方法。也可以根据上游侧排气温度传感器17以及下游侧排气温度传感器18的检测值的差量推定小型氧化催化剂11的温度。在步骤S104中，若小型氧化催化剂11的推定温度不到规定的活化下限值，则判定为小型氧化催化剂11未活化，进入步骤S105。另一方面，若小型氧化催化剂11的推定温度为活化下限值以上，则判定为小型氧化催化剂11活化，进入步骤S109。在判定小型氧化催化剂11未活化的场合，首先，在步骤S105中，从ECU100的规定的存储区域读出、取得未活化时的每单位时间的燃料添加量的基本值(下面，称为未活化时基本添加量)。特别是，该未活化时基本添加量为比后述的活化时的每单位时间的燃料添加量的基本值(下面，称为活化时基本添加量)小的值。接着，在步骤S106中，根据在步骤SlOl中取得的吸入空气量Ga的值修正未活化时基本添加量。根据该修正，能够修正未活化时基本添加量，以使吸入空气量Ga的值越大，则未活化时基本添加量的值越大。吸入空气量Ga的值越大，则废气流量越多，获得所希望的混合气体空燃比所需的·每单位时间的燃料添加量也越多。因此，通过实施这样的修正，不管废气流量如何都能够获得所希望的混合气体空燃比。接着，在步骤S107中，根据在步骤S102中取得的排气氧浓度C的值进一步修正未活化时基本添加量。根据该修正，能够修正未活化时基本添加量，以使排气氧浓度C的值越大，则未活化时基本添加量的值越大。排气氧浓度越高，则获得所希望的混合气体空燃比所需的每单位时间的燃料添加量越多。因此，通过实施这样的修正，不管排气氧浓度如何都能够一直获得所希望的混合气体空燃比。接着，在步骤S108中，从燃料添加阀9实际添加如下的每单位时间的燃料添加量，该每单位时间的燃料添加量与由吸入空气量Ga以及排气氧浓度C修正的未活化时基本添加量(修正后添加量)相等。并且，开启火花塞10，使燃烧器装置8处于动作状态。然后，结束程序。另一方面，在步骤S104中，在判定小型氧化催化剂11活化的场合，首先，在步骤S109中，从ECU100的规定的存储区域读出、取得活化时基本添加量。接着，在步骤SllO中，根据在步骤SlOl中取得的吸入空气量Ga的值修正活化时基本添加量。在该修正中，也修正活化时基本添加量，以使吸入空气量Ga的值越大则活化时基本添加量的值越大。接着，在步骤Slll中，根据在步骤S102中取得的排气氧浓度C的值修正活化时基本添加量。在该修正中，也修正活化时基本添加量，以使排气氧浓度C的值越大，则活化时基本添加量的值越大。接着，在步骤S112中，从燃料添加阀9实际上添加如下的每单位时间的燃料添加量，该每单位时间的燃料添加量与修正后的活化时基本添加量(修正后添加量)相等。并且，开启火花塞10，使燃烧器装置8处于动作状态。然后，结束程序。根据上述控制，能够产生如下那样的作用效果。首先，根据上述控制，在判定为小型氧化催化剂11未活化时(步骤S104 :是)，与小型氧化催化剂11活化的场合相比，每单位时间的燃料添加量减少。这是因为，未活化时基本添加量比活化时基本添加量少。另外，由于在小型氧化催化剂11未活化时和活化时同程度地进行之后的基于吸入空气量Ga以及排气氧浓度C的修正，因此对两者的大小关系不产生影响。由此，如图2 (BI)、(B2)所示，能够将点火点X的位置控制在更接近火花塞10的前方的位置Z2。这样，如图2(B2)中的箭头Hl所示，能够将在点火点X处产生的火焰积极且直接地导入小型氧化催化剂11 (特别是其前端面11B)。换言之，在产生于点火点X的火焰中，在考虑朝向上部外周通路12A的火焰H的比例、和朝向小型氧化催化剂11的火焰Hl的比例的场合，能够使后者的比例比小型氧化催化剂11活化的场合多。由此，能够促进小型氧化催化剂11的加热以及暖机，实现其早期活化。此时，由于以某种程度的比例也存在朝向上部外周通路12A的火焰H，所以能够同时确保基于该火焰H的氧化催化剂6的加热效果。但是，此时，小型氧化催化剂11相比氧化催化剂6被优先加热。另外，小型氧化催化剂11的各小室比较微小，即使向其前端面IlB直接供给火焰H1，火焰Hl也将在前端面IlB的位置熄灭，存在火焰Hl不能够通过各小室(催化剂内部) 的场合。在该场合，与火焰Hl能够通过各小室的场合相比升温效率降低，但是即便如此，由于火焰熄灭后的极高温的气体通过各小室，所以也能够确保充分的升温效率。另外，由于在火花塞10附近的前方位置Z2进行点火、产生火焰，因此能够通过该火焰对火花塞10的前端的发热部进行加热、抑制其温度降低。并且，也能够避免因该温度降低而引起的问题。S卩，若从图2(B2)所示的燃料添加阀9向火花塞10添加燃料，则火花塞10的发热部的热被燃料的气化潜热夺去，有时发热部的温度将降低。这将带来点火效率以及燃烧稳定性的降低。为了维持发热部的温度，有时必须提高向火花塞10施加的电压，这将导致耗油率的恶化。但是，通过在火花塞10附近的前方位置Z2产生火焰，能够抑制发热部的温度降低。如果保持发热部的温度，则能够确保点火效率以及燃烧稳定性，也不需要增大施加电压，能够防止耗油率恶化。另外，由于前方位置Z2靠近燃料添加阀9，因此通过在该位置产生火焰，燃料添加阀9 (特别是其喷孔)以及其附近的位置被加热而升温，具有能够通过火焰燃烧除去堆积在该位置的炭烟的效果。由此，特别能够防止因炭烟而引起燃料添加阀9的喷孔的堵塞。关于该炭烟燃烧效果，也可以在参照图5说明的小型氧化催化剂11以及氧化催化剂6的暖机控制以外(即，即使在这些的暖机之后)，另外定期地进行以炭烟燃烧为目的的单独的控制。即，也可以定期地进行如下的燃烧器装置8的控制，S卩，通过燃料添加阀9以比较少的规定值以下的每单位时间的燃料添加量进行燃料添加，并且开启火花塞10(使加热单元动作)。另一方面，根据上述控制，在判定小型氧化催化剂11活化时(步骤S104 :否)，与小型氧化催化剂11未活化的场合相比，每单位时间的燃料添加量变多。这是因为，活化时基本添加量比未活化时基本添加量多。由此，如图2(A1)、(A2)所示，能够将点火点X的位置控制在从火花塞10进一步离开的后方的位置Z3。这样,如图2(A2)所示,能够使在点火点X产生的火焰H积极地朝向上部外周通路12A，并且能够将该火焰H积极地向氧化催化剂6供给。换言之，能够使朝向上部外周通路12A的火焰H的比例，比朝向小型氧化催化剂11的火焰Hl的比例高。由此，能够促进氧化催化剂6的加热以及暖机，能够实现其早期活化。氧化催化剂6相比小型氧化催化剂11被优先加热。另外，由于能够减小朝向小型氧化催化剂11的火焰Hl的比例，并且能够基本消除这样的火焰H1，因此具有能够抑制小型氧化催化剂11的过度升温的效果。即，在小型氧化催化剂11活化时，已经没必要向小型氧化催化剂11供给火焰Hl，如果相反地供给，则小型氧化催化剂11的前端面IlB有可能过度升温。根据上述控制，由于在小型氧化催化剂11活化后，对小型氧化催化剂11的加热效果显著地减少，所以能够避免该问题。另外，即使在小型氧化催化剂11未活化、将点火点位置控制在前方位置Z2时，由于火焰Hl直接与小型氧化催化剂11的前端面IlB接触，所以该前端面IlB也有可能过度升温。由此，可以通过温度传感器检测小型氧化催化剂11的前端面IlB或者其附近的温
度，若该检测温度为规定值以上，则增加每单位时间的燃料添加量，使点火点位置向后方位置Z3移动。由此，能够防止小型氧化催化剂11的前端面IlB的过度升温。根据上述控制，在小型氧化催化剂11和氧化催化剂6双方未活化时(S103、S104都为是)，能够将点火点位置控制在前方位置Z2，并且能够优先于氧化催化剂6对小型氧化催化剂11进行加热。由此，能够相比氧化催化剂6先使小型氧化催化剂11活化。另外，在小型氧化催化剂11活化且氧化催化剂6未活化时(S103为是且S104为否)，能够将点火点位置控制在后方位置Z3，能够优先于小型氧化催化剂11对氧化催化剂6进行加热，促进氧化催化剂6的暖机。由此，能够依次高效地进行小型氧化催化剂11和氧化催化剂6的暖机。本发明的实施方式，还可以考虑其它各种各样的方案。例如，配置于小型氧化催化齐IJ的下游侧的排气处理装置的数量、种类、排列顺序等是任意的。以上，以某种程度的具体性对本发明进行了说明，但是在不脱离本发明所要求保护的精神和范围的基础上，能够进行各种改变和变更，这一点必须理解。本发明的实施方式并不仅限于上述各个方案，本发明包括包含于由权利要求限定的本发明的思想范围内的所有变形例、应用例。因此，本发明不应该被解释为限定性的，本发明也能够适用于属于本发明的思想的范围内的其它任意的技术。本发明中的用于解决课题的手段，在可能的前提下能够组合使用。
权利要求
1.一种内燃机，其特征在于，备有 设置于排气通路的排气处理装置； 设置于上述排气处理装置的上游侧，用于使排气温度升高的燃烧器装置； 对上述燃烧器装置进行控制的控制单元， 上述燃烧器装置包括向上述排气通路内添加燃料的燃料添加阀、对从上述燃料添加阀添加的燃料进行加热的加热单元、设置于上述加热单元的下游侧的上述排气通路内的小型氧化催化剂， 上述控制单元控制每规定的单位时间从上述燃料添加阀添加的燃料的量，由此控制添加燃料点火的点火点的位置。
2.如权利要求I所述的内燃机，其特征在于，还备有判定上述小型氧化催化剂的活化状态的判定单元。
3.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于，上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂未活化时，与上述小型氧化催化剂活化的场合相比，减少每上述单位时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更靠近上述加热单元的位置。
4.如权利要求2或3所述的内燃机，其特征在于，上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂活化时，与上述小型氧化催化剂未活化的场合相比，增加每上述单位时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更远离上述加热单元的位置。
5.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于，上述判定单元也判定上述排气处理装置的活化状态， 上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂以及上述排气处理装置未活化时，与上述小型氧化催化剂活化的场合相比，减少每上述单位时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更靠近上述加热单元的位置。
6.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于，上述控制单元，在由上述判定单元判定为上述小型氧化催化剂活化且上述排气处理装置未活化时，与上述小型氧化催化剂未活化的场合相比，增加每上述单位时间的燃料添加量，由此将上述点火点的位置控制成更远离上述加热单元的位置。
7.如权利要求I 6中任一项所述的内燃机，其特征在于，废气流量越多，上述控制单元越增加每上述单位时间的燃料添加量。
8.如权利要求I 7中任一项所述的内燃机，其特征在于，废气的氧浓度越高，上述控制单元越增加每上述单位时间的燃料添加量。
9.如权利要求I 8中任一项所述的内燃机，其特征在于，上述控制单元将上述点火点的位置控制成比上述小型氧化催化剂的前端面更靠前方的位置。
10.如权利要求I 9中任一项所述的内燃机，其特征在于，上述控制单元为了燃烧除去堆积在上述燃料添加阀及其附近的位置的炭烟，而定期地利用上述燃料添加阀、以较少的规定值以下的每上述单位时间的燃料添加量进行燃料添加，并且使上述加热单元动作。
11.如权利要求I 10中任一项所述的内燃机，其特征在于，上述控制单元，间歇地对上述燃料添加阀进行开阀驱动、从上述燃料添加阀间歇地添加燃料，并且控制每一次添加的添加量以及添加间隔中的至少一方，由此控制每上述单位时间的燃料添加量。
全文摘要
本发明提供一种内燃机，其具有设置于排气通路的排气处理装置，和设置于排气处理装置的上游侧的燃烧器装置。燃烧器装置包括向排气通路内添加燃料的燃料添加阀、对从燃料添加阀添加的燃料进行加热的加热单元、设置于加热单元的下游侧的排气通路内的小型氧化催化剂。控制每规定的单位时间从燃料添加阀添加的燃料的量，由此控制添加燃料点火的点火点的位置。本发明的内燃机能够高效地进行小型氧化催化剂和废气处理装置的暖机。
文档编号F01N3/02GK102803674SQ20118000160
公开日2012年11月28日 申请日期2011年2月7日 优先权日2011年2月7日
发明者布施英孝 申请人:丰田自动车株式会社