(57)【要約】【課題】この発明は、複数のパティキュレートフィルタに、燃焼開始温度の相違に応じてＰＭを分別しながら捕集することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。【解決手段】排気ガス中のＰＭの燃焼開始温度が、負荷状態または／およびＥＧＲ量に基づいて推定される。推定されたＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭと、所定の閾値温度ＴＳとの比較に基づいて、切換弁３２が切り換えられる。ＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭが閾値温度ＴＳより低いときフィルタ３４が排気マニホールド１６に連通し、ＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭが閾値温度ＴＳ以上のときフィルタ３６が排気マニホールド１６に連通するように、切換弁３２が制御される。【選択図】図１
2010019140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ポートに上流側部分が接続し、該上流側部分から下流側に向かう途中で複数の通路に分岐している排気通路と、
前記排気ポートと前記排気通路下流側の前記複数の通路のそれぞれとの連通状態を、切り換えることができる切換弁と、
前記複数の通路のそれぞれに備えられ、前記排気通路に合計で２つ以上備えられたパティキュレートフィルタと、
前記内燃機関の負荷状態または／およびＥＧＲ量に基づいて、該内燃機関の排気ガスに含まれるＰＭ（パティキュレートマター）の燃焼開始温度を推定する推定手段と、
前記排気通路に備えられた２つ以上のパティキュレートフィルタのうち前記排気ポートに連通するパティキュレートフィルタが、前記推定手段が推定した燃焼開始温度に応じて変更されるように、前記切換弁を制御する切換制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気通路に備えられた２つ以上のパティキュレートフィルタが、前記複数の通路のうち１つの通路に備えられた第１パティキュレートフィルタと、該複数の通路のうち他の１つの通路に備えられた第２パティキュレートフィルタと、を含み、
前記切換制御手段が、前記第１パティキュレートフィルタが前記推定手段が推定した燃焼開始温度が所定温度よりも低い場合に前記排気ポートと連通させられかつ前記推定手段が推定した燃焼開始温度が該所定温度よりも高い場合に前記排気ポートと遮断されるように、前記切換弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記切換制御手段が、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が前記所定温度と比較して低温側の温度範囲にあるときには前記第１パティキュレートフィルタによりＰＭの捕集が行われ、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が前記所定温度と比較して高温側の温度範囲にあるときには前記第２パティキュレートフィルタによりＰＭの捕集が行われるように、前記切換弁を制御するものであり、かつ、
前記切換制御手段が、遅くとも前記第１パティキュレートフィルタが前記排気ポートと遮断されるタイミングまでに前記第２パティキュレートフィルタが前記排気ポートと連通させられるように、前記切換弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記切換制御手段が、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が所定温度よりも低い場合には前記第１、２パティキュレートフィルタのうち第１パティキュレートフィルタのみが前記排気ポートに連通し、かつ、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が前記所定温度以上の場合には該第１パティキュレートフィルタから前記第２パティキュレートフィルタへと前記排気ポートに連通するパティキュレートフィルタが切り換るように、前記切換弁を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第１、２パティキュレートフィルタの再生時期をそれぞれ検知する検知手段と、
前記第１、２パティキュレートフィルタをそれぞれ加熱することができる加熱手段と、
前記検知手段が再生時期を検知した場合に、前記第１パティキュレートフィルタを第１の温度で再生させ、前記第２パティキュレートフィルタを該第１の温度より高い第２の温度で再生させるように、前記加熱手段を制御する再生制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記再生制御手段による前記第１パティキュレートフィルタの加熱時における、該第１パティキュレートフィルタの目標温度が、前記所定温度と同じ温度または前記所定温度に所定の増分を加えた温度に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記２つ以上のパティキュレートフィルタの再生時期をそれぞれ検知する検知手段と、
前記２つ以上のパティキュレートフィルタをそれぞれ加熱することができる加熱手段と、
前記検知手段が再生時期を検知した場合に、前記２つ以上のパティキュレートフィルタのうち再生時期と判定されたパティキュレートフィルタである再生対象パティキュレートフィルタを再生させるように、前記加熱手段を制御する再生制御手段と、
前記再生対象パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの燃焼開始温度の推定値のうち最も高い温度に基づいて、該再生制御手段の再生制御時における前記再生対象パティキュレートフィルタの目標温度を設定する目標温度設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気通路に備えられた２つ以上のパティキュレートフィルタが、前記複数の通路のうち１つの通路に備えられた第１パティキュレートフィルタと、該複数の通路のうち他の１つの通路に備えられた第２パティキュレートフィルタと、を含み、
前記切換制御手段が、前記第１パティキュレートフィルタに燃焼開始温度が所定の第１温度範囲内にあるＰＭが流入し、かつ、前記第２パティキュレートフィルタに対して該第１温度範囲よりも上限温度が高い第２温度範囲内の燃焼開始温度のＰＭが流入するように、前記切換弁を制御するものであり、
かつ、
前記第２パティキュレートフィルタの下流と前記第１パティキュレートフィルタの上流とを連通させる接続通路と、
前記第２パティキュレートフィルタを再生するように、該第２パティキュレートフィルタを加熱することができる加熱手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter:ＤＰＦ）を備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。ＤＰＦは、排気ガス中のパティキュレートマター（Particulate matter：ＰＭ）を捕集するために設けられている。以下、ディーゼルパティキュレートフィルタを、簡略に「フィルタ」とも称す。
【０００３】
フィルタ内のＰＭの捕集量は、内燃機関の運転が継続されるのに応じて徐々に増加していく。しかしながら、フィルタの捕集能力には限界がある。このため、ＰＭ捕集量がある程度の量に達した段階で、フィルタ内に蓄積されたＰＭを取り除き、捕集能力を回復する処理が必要となる。この点、従来の排気浄化装置では、排気ガスに燃料を添加したりポスト噴射を行ったりしてフィルタの温度を強制的に上昇することにより、ＰＭを酸化除去する処理が行われている。これにより、所望のタイミングでフィルタの能力を再生し、排気ガスの浄化を円滑に進めることができる。
【０００４】
また、特許文献１にかかる排気浄化装置は、排気通路に複数のフィルタを備え、これら複数のフィルタを適宜に使い分けている。具体的には、特許文献１の排気浄化装置には、多量排気用フィルタと、少量排気用フィルタとの２つのフィルタが用意されている。そして、ＰＭの捕集の際には、内燃機関が高負荷の時には多量排気用フィルタが、内燃機関が低負荷の時には少量排気用フィルタが、それぞれ用いられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４１９７５号公報
【特許文献２】特開平６−１０６５０号公報
【特許文献３】特開２００５−３６６６２号公報
【非特許文献１】西澤透  ほか４名、「ディーゼルパティキュレートの燃焼メカニズムに関する研究」、自動車技術会学術講演会前刷集Ｎｏ．８６−０６、２００６年９月２７日自動車技術会秋季学術講演会発表
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１には、内燃機関の負荷状態に応じて、ＰＭの燃焼特性に違いが生じることが記載されている。具体的には、非特許文献１には、高負荷状態で発生したＰＭのほうが、低負荷状態で発生したＰＭよりも、燃焼開始温度が高めになるという記載がある。また、本願発明者は、鋭意研究の結果、内燃機関のＥＧＲ量（言い換えればＥＧＲ率）もＰＭの燃焼開始温度に影響を及ぼすことを見出した。
【０００７】
上述したように、フィルタ再生時には、ＰＭの酸化除去のためにフィルタを加熱する。フィルタ再生を効率よく行う観点からは、様々な燃焼特性のＰＭを一纏めにして取り扱うよりも、燃焼特性が近いＰＭを分別してそれぞれの燃焼特性に合わせて取り扱うことが好ましい。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数のパティキュレートフィルタに、燃焼開始温度の相違に応じてＰＭを分別しながら捕集することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気ポートに上流側部分が接続し、該上流側部分から下流側に向かう途中で複数の通路に分岐している排気通路と、
前記排気ポートと前記排気通路下流側の前記複数の通路のそれぞれとの連通状態を、切り換えることができる切換弁と、
前記複数の通路のそれぞれに備えられ、前記排気通路に合計で２つ以上備えられたパティキュレートフィルタと、
前記内燃機関の負荷状態または／およびＥＧＲ量に基づいて、該内燃機関の排気ガスに含まれるＰＭ（パティキュレートマター）の燃焼開始温度を推定する推定手段と、
前記排気通路に備えられた２つ以上のパティキュレートフィルタのうち前記排気ポートに連通するパティキュレートフィルタが、前記推定手段が推定した燃焼開始温度に応じて変更されるように、前記切換弁を制御する切換制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、
前記排気通路に備えられた２つ以上のパティキュレートフィルタが、前記複数の通路のうち１つの通路に備えられた第１パティキュレートフィルタと、該複数の通路のうち他の１つの通路に備えられた第２パティキュレートフィルタと、を含み、
前記切換制御手段が、前記第１パティキュレートフィルタが前記推定手段が推定した燃焼開始温度が所定温度よりも低い場合に前記排気ポートと連通させられかつ前記推定手段が推定した燃焼開始温度が該所定温度よりも高い場合に前記排気ポートと遮断されるように、前記切換弁を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、上記第２の発明において、
前記切換制御手段が、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が前記所定温度と比較して低温側の温度範囲にあるときには前記第１パティキュレートフィルタによりＰＭの捕集が行われ、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が前記所定温度と比較して高温側の温度範囲にあるときには前記第２パティキュレートフィルタによりＰＭの捕集が行われるように、前記切換弁を制御するものであり、かつ、
前記切換制御手段が、遅くとも前記第１パティキュレートフィルタが前記排気ポートと遮断されるタイミングまでに前記第２パティキュレートフィルタが前記排気ポートと連通させられるように、前記切換弁を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、上記第２の発明において、
前記切換制御手段が、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が所定温度よりも低い場合には前記第１、２パティキュレートフィルタのうち第１パティキュレートフィルタのみが前記排気ポートに連通し、かつ、前記推定手段が推定した燃焼開始温度が前記所定温度以上の場合には該第１パティキュレートフィルタから前記第２パティキュレートフィルタへと前記排気ポートに連通するパティキュレートフィルタが切り換るように、前記切換弁を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、上記第２乃至４の発明のいずれか１つにおいて、
前記第１、２パティキュレートフィルタの再生時期をそれぞれ検知する検知手段と、
前記第１、２パティキュレートフィルタをそれぞれ加熱することができる加熱手段と、
前記検知手段が再生時期を検知した場合に、前記第１パティキュレートフィルタを相対的に低い温度で再生させ、前記第２パティキュレートフィルタを相対的に高い温度で再生させるように、前記加熱手段を制御する再生制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、上記第５の発明において、
前記再生制御手段による前記第１パティキュレートフィルタの加熱時における、該第１パティキュレートフィルタの目標温度が、前記所定温度と同じ温度または前記所定温度に所定の増分を加えた温度に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
また、第７の発明は、上記第１の発明において、
前記２つ以上のパティキュレートフィルタの再生時期をそれぞれ検知する検知手段と、
前記２つ以上のパティキュレートフィルタをそれぞれ加熱することができる加熱手段と、
前記検知手段が再生時期を検知した場合に、前記２つ以上のパティキュレートフィルタのうち再生時期と判定されたパティキュレートフィルタである再生対象パティキュレートフィルタを再生させるように、前記加熱手段を制御する再生制御手段と、
前記再生対象パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの燃焼開始温度の推定値のうち最も高い温度に基づいて、該再生制御手段の再生制御時における前記再生対象パティキュレートフィルタの目標温度を設定する目標温度設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第８の発明は、上記第１の発明において、
前記排気通路に備えられた２つ以上のパティキュレートフィルタが、前記複数の通路のうち１つの通路に備えられた第１パティキュレートフィルタと、該複数の通路のうち他の１つの通路に備えられた第２パティキュレートフィルタと、を含み、
前記切換制御手段が、前記第１パティキュレートフィルタに燃焼開始温度が所定の第１温度範囲内にあるＰＭが流入し、かつ、前記第２パティキュレートフィルタに対して該第１温度範囲よりも上限温度が高い第２温度範囲内の燃焼開始温度のＰＭが流入するように、前記切換弁を制御するものであり、
かつ、
前記第２パティキュレートフィルタの下流と前記第１パティキュレートフィルタの上流とを連通させる接続通路と、
前記第２パティキュレートフィルタを再生するように、該第２パティキュレートフィルタを加熱することができる加熱手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、ＰＭの燃焼開始温度を、内燃機関の負荷状態または／およびＥＧＲ量に基づいて推定することができる。そして、排気ガスが流入するパティキュレートフィルタが、推定された燃焼開始温度に応じて変更される。その結果、燃焼開始温度の違いに応じてＰＭを分別しながら、個々のパティキュレートフィルタ内にＰＭを捕集することができる。
【００１８】
第２の発明によれば、第１パティキュレートフィルタに、燃焼開始温度が所定値温度よりも低いＰＭを、選択的に捕集することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、所定温度を境に、ＰＭを捕集するパティキュレートフィルタを、第１、２パティキュレートフィルタの間で切り換えることができる。つまり、第１パティキュレートフィルタに、燃焼開始温度が低いＰＭを選択的に捕集する低温燃焼ＰＭ捕集用パティキュレートフィルタの役割を、第２パティキュレートフィルタに、燃焼開始温度が高いＰＭを選択的に捕集する高温燃焼ＰＭ捕集用パティキュレートフィルタの役割を、それぞれ分担させることができる。その結果、燃焼開始温度の異なるＰＭを、第１、２パティキュレートフィルタに分別捕集することができる。
【００２０】
第４の発明によれば、所定温度を境にして、第１、２パティキュレートフィルタのうち片方のパティキュレートフィルタのみを、排気ポートに択一的に連通させることができる。これにより、燃焼開始温度の異なるＰＭを、所定の燃焼開始温度を境にして選り分けつつ、第１、２パティキュレートフィルタに捕集することができる。
【００２１】
第５の発明によれば、燃焼開始温度が低いＰＭを捕集した第１パティキュレートフィルタが相対的に少ない熱量で、燃焼開始温度が高いＰＭを捕集した第２パティキュレートフィルタが相対的に多い熱量で、それぞれ再生される。つまり、ＰＭの燃焼開始温度の違いを考慮に入れて、第１、２パティキュレートフィルタに対する再生時の熱量に、差をつけることができる。これにより、燃焼開始温度がばらついた様々なＰＭをひとまとめにして再生制御を行う場合に比して、効率よくパティキュレートフィルタの再生を行うことができる。
【００２２】
第６の発明によれば、第１パティキュレートフィルタを再生する際における、第１パティキュレートフィルタの目標温度が、切換弁の切換を行う基準の温度である所定温度に基づいて決定されている。この所定温度は、すなわち、第１パティキュレートフィルタ内に捕集されるＰＭの推定燃焼開始温度の最も高い値である。第６の発明によれば、所定温度に基づいて第１パティキュレートフィルタの目標温度を適切に定めることができるので、第１パティキュレートフィルタに不必要に高い熱量を与えなくともよい。
【００２３】
第７の発明によれば、再生対象パティキュレートフィルタが再生のために必要とする温度に合わせて、その再生対象パティキュレートフィルタを加熱することができる。これにより、効率よく、パティキュレートフィルタの再生を行うことができる。
【００２４】
第８の発明によれば、燃焼開始温度の推定結果に基づいて、ＰＭを、燃焼開始温度の上限値が異なる複数のグループに振り分けることができる。これにより、第１パティキュレートフィルタに、燃焼開始温度が低いＰＭのみを捕集する低温燃焼ＰＭ捕集用パティキュレートフィルタの役割を、第２パティキュレートフィルタに、燃焼開始温度が高いＰＭのみを捕集する高温燃焼ＰＭ捕集用パティキュレートフィルタの役割を、それぞれ分担させることができる。その上で、第８の発明によれば、加熱手段による加熱を行ったときに第２パティキュレートフィルタから排出される高温のガスを、接続通路を介して、燃焼開始温度が低いＰＭが捕集されている第１パティキュレートフィルタへと流入させることができる。その結果、第２パティキュレートフィルタ再生時に発生させた熱を、第１パティキュレートフィルタの再生にも利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成を示す。実施の形態１の排気浄化装置が接続される内燃機関１０は、エンジン本体１２を備えている。エンジン本体１２は、直列に並んだ４つの気筒を有するディーゼルエンジンである。但し、本発明はこのような直列４気筒ディーゼルエンジンに限らず種々の気筒数、方式の内燃機関に適用可能である。
【００２６】
エンジン本体１２の各気筒の吸気ポートは、吸気マニホールド１４に接続している。吸気マニホールド１４から上流に向かって、スロットル２６、インタークーラ２４、エアフローメータ２２が順次設けられている。エアフローメータ２２側から新気が取り入れられ、吸気マニホールド１４を介してエンジン本体１２の各気筒へと空気が供給される。
【００２７】
エンジン本体１２の各気筒には、１つずつ燃料噴射弁が配置されている。各燃料噴射弁は、いわゆるコモンレールシステム２８を成しており、燃料ポンプ２７から得た燃料を各気筒内に噴射する。
【００２８】
エンジン本体１２の各気筒の排気ポートは、排気マニホールド１６に接続している。排気マニホールド１６下流は、排気管１８に接続している。排気管１８の下流は、切換弁３２を介して管路１８ａ、１８ｂに分岐している。
【００２９】
管路１８ａには、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter:ＤＰＦ）３４が配置されている。また、管路１８ｂには、ディーゼルパティキュレートフィルタ３６が配置されている。以下、ディーゼルパティキュレートフィルタを、「パティキュレートフィルタ」あるいは単に「フィルタ」とも称す。フィルタ３４、３６は、排気ガス中の粒子状物質、いわゆるパティキュレートマター（Particulate matter：ＰＭ）を捕集するために設けられる。実施の形態１では、排気管１８に対して２つのフィルタが備えられている。
【００３０】
切換弁３２は、排気マニホールド１６側に、管路１８ａ、１８ｂを択一的に連通させることができる。従って、切換弁３２の切換により、排気管１８に流れ込んだ排気ガスを、管路１８ａ、１８ｂのいずれかに対して選択的に流すことができる。
【００３１】
排気マニホールド１６には、排気添加弁３８が設けられている。排気添加弁３８は、排気マニホールド１６を流れる排気ガスに燃料を添加するために備えられる。燃料が添加された排気ガスがフィルタ３４、３６に流れ込むことにより、フィルタ３４、３６が例えば５５０℃程度まで加熱される。適宜のタイミングで切換弁３２の制御および排気添加弁３８の燃料添加を実行することで、フィルタ３４、３６に蓄積されたＰＭを酸化除去できる。これにより、フィルタ３４、３６の捕集能力を再生することができる（以下、この動作に関する一連の制御を「再生制御」とも呼称する）。
【００３２】
フィルタ３４付近には、フィルタ３４の上流と下流の圧力の差を検知するための差圧センサ３５が設けられている。また、フィルタ３６付近には、フィルタ３６の上流と下流の圧力の差を検知するための差圧センサ３７が設けられている。
【００３３】
実施の形態１にかかる内燃機関１０は、ＥＧＲを行うためのＥＧＲシステムを備える。図１に示すように、排気マニホールド１６は、ＥＧＲクーラ４０、ＥＧＲバルブ４２を介して、吸気マニホールド１４に接続している。これらの機構を介して、排気ガスを循環させることができる。
【００３４】
実施の形態１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が備えられている。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の図示しない各種アクチュエータおよび各種センサ（例えばクランク角センサ、エンジン水温を検知するためのセンサなど）と接続している。ＥＣＵ５０は、切換弁３２と接続し、切換弁３２を制御することにより管路１８ａ、１８ｂの連通状態を変更することができる。また、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の負荷を算出する。具体的には、実施の形態１では、先ず、ＥＣＵ５０に、機関回転数、燃料噴射量、エンジン水温といった内燃機関１０の運転状況が入力される。ＥＣＵ５０は、これらの運転状況の情報に基づいて、現在の内燃機関１０の負荷を算出する。
【００３５】
ＥＣＵ５０は、差圧センサ３５、３７に接続している。差圧センサ３５、３７の出力に基づいて、フィルタ３４、３６のそれぞれのフィルタ内部に捕集されているＰＭの量が推定される。ＥＣＵ５０には、予め、ＰＭ捕集量の閾値が記憶されている。ＥＣＵ５０は、現在のＰＭ捕集量をこの閾値と比較することにより、現時点でフィルタ３４、３６に対して再生制御を行う必要があるか否かを判定する。このようにして、フィルタ３４、３６の再生が必要な時期（「再生時期」とも称す）が検知される。
【００３６】
［実施の形態１の動作］
実施の形態１では、内燃機関１０の負荷状態に基づいて、排気ガス中のＰＭの燃焼開始温度が推定される。図２は、実施の形態１におけるＰＭ燃焼開始温度の推定に用いられるマップを模式的に示す。実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、図２のマップを記憶している。非特許文献１によれば、ＰＭ燃焼開始温度は、内燃機関の負荷が高いほど、高温になる。図２のマップも、そのような傾向に従って作成されている。ＥＣＵ５０が算出した内燃機関１０の負荷状態に基づいて図２のマップが参照されることにより、現在の排気ガス中のＰＭの燃焼開始温度を推定することができる。
【００３７】
実施の形態１では、ＰＭ燃焼開始温度の違いに応じて、ＰＭを捕集するフィルタが切り換えられる。具体的には、実施の形態１では、図２のマップ中に示した閾値温度ＴＳを基準にして、フィルタ３４とフィルタ３６が使い分けられる。つまり、図２のマップ中央の縦線を境に、高負荷側ではフィルタ３６が、低負荷側ではフィルタ３４が、それぞれ、ＰＭ捕集に用いられる。このような動作によれば、閾値温度ＴＳを境界値として、ＰＭ燃焼開始温度が低いＰＭがフィルタ３４に、ＰＭ燃焼開始温度が高いＰＭがフィルタ３６に、それぞれ分別捕集される。
【００３８】
上記のようにフィルタ３４、３６が使い分けられることにより、フィルタ３４には、閾値温度ＴＳ以下の燃焼開始温度のＰＭが選択的に捕集される。実施の形態１では、閾値温度ＴＳを、フィルタ３４の再生制御を行う際の目標床温として用いる。これにより、フィルタ３４の再生を、必要最小限の熱量で行うことができる。
【００３９】
［実施の形態１の具体的処理］
以下、図３を用いて、実施の形態１の内燃機関の排気浄化装置が行う具体的処理を説明する。図３は、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。ここでは、図３のルーチンが、内燃機関１０の運転中に、繰り返し実行されるものとする。
【００４０】
図３に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転状況が確認される（ステップＳ１００）。このステップでは、具体的には、ＥＣＵ５０により、各種アクチュエータに対する入力信号や各種センサの出力に基づいて、現在のエンジン水温、機関回転数、および燃料噴射量が算出される。
【００４１】
続いて、負荷状態を把握するための処理が実行される（ステップＳ１０２）。このステップでは、具体的には、ステップＳ１００で算出されたエンジン水温、機関回転数、および燃料噴射量に基づいて、内燃機関１０の現在の負荷が算出される。
【００４２】
次いで、ＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭを推定する処理が実行される（ステップＳ１０４）。このステップでは、図２に示したマップが参照され、現在の負荷に対応する燃焼開始温度ＴＰＭが取得される。
【００４３】
次に、ステップＳ１０４で取得されたＴＰＭと閾値温度ＴＳとの比較判定が行われる（ステップＳ１０６）。
【００４４】
ＴＰＭ＜ＴＳが成立した場合には、排気マニホールド１６と管路１８ａとが連通するように、切換弁３２が制御される（ステップＳ１０８）。これにより、排気ガスはフィルタ３４へと流れ込み、フィルタ３４がＰＭを捕集する。このとき、実施の形態１では、フィルタ３６側への排気ガス流れは遮断される。
【００４５】
次いで、ＰＭ捕集量ＶＰＭを推定する処理が実行される（ステップＳ１１０）。このステップでは、差圧センサ３５の出力に基づいて、現在のＰＭ捕集量ＶＰＭが推定される。
【００４６】
その後、ステップＳ１１０で推定されたＶＰＭと所定の閾値ＶＳとの比較判定が行われる（ステップＳ１１２）。ＶＰＭ＜ＶＳが成立した場合には、ステップＳ１１０に処理がループする（ステップＳ１１４）。これにより、フィルタ３４が再生時期に達したことが検知されるまで、繰り返し、ＰＭ捕集量推定および推定値の比較判定が行われる。
【００４７】
ステップＳ１１２においてＶＳ≦ＶＰＭが成立した場合には、ループから抜けてステップＳ１１６へと処理が移行する。この時点で、フィルタ３４が再生時期に達したと判断される。ステップＳ１１６では、排気添加弁３８が制御され、フィルタ３４が加熱される。このとき、フィルタ３４の目標床温ＴＡは、図２に示したように、閾値温度ＴＳである。目標床温ＴＡまでフィルタ３４を加熱することができる程度の量の燃料が排気ガスに添加されるように、排気添加弁３８が制御される。以上の処理により、フィルタ３４を再生することができる。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４８】
一方、ステップＳ１０６におけるＴＰＭと閾値温度ＴＳとの比較判定でＴＳ≦ＴＰＭが成立した場合には、排気マニホールド１６と管路１８ｂとが連通するように、切換弁３２が制御される（ステップＳ１２０）。これにより、排気ガスはフィルタ３６へと流れ込み、フィルタ３６がＰＭを捕集する。このとき、実施の形態１では、フィルタ３４側への排気ガス流れは遮断される。
【００４９】
その後、フィルタ３４に対してステップＳ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４が行われたのと同様に、フィルタ３６に対しても再生時期の検知が行われる（ステップＳ１２２、Ｓ１２４、Ｓ１２６）。フィルタ３６が再生時期にあることが検知されたら、排気添加弁３８が制御され、フィルタ３６が加熱される（Ｓ１２８）。このとき、フィルタ３６の目標床温は、図２に示した目標床温ＴＢである。目標床温ＴＢまでフィルタ３６を加熱することができる程度の量の燃料が排気ガスに添加されるように、排気添加弁３８が制御される。その後、今回のルーチンが終了する。
【００５０】
以上の処理によれば、内燃機関１０の負荷状態に基づいて、ＰＭ燃焼開始温度を推定することができる。そして、排気ガスが流入するフィルタが、推定されたＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭに応じて変更される。その結果、燃焼開始温度の違いに応じてＰＭを分別しながら、フィルタ３４、３６のそれぞれにＰＭを捕集することができる。
【００５１】
また、実施の形態１によれば、フィルタ３４に、燃焼開始温度が閾値温度ＴＳよりも低いＰＭを、選択的に捕集することができる。また、実施の形態１によれば、フィルタ３４に燃焼開始温度が低いＰＭを選択的に捕集し、フィルタ３６に燃焼開始温度が高いＰＭを選択的に捕集することができる。このように、実施の形態１によれば、燃焼開始温度の異なるＰＭを、フィルタ３４、３６に分別捕集することができる。
【００５２】
更に、実施の形態１によれば、低い燃焼開始温度のＰＭを捕集したフィルタ３４が相対的に低い熱量で、高い燃焼開始温度のＰＭを捕集したフィルタ３６が相対的に高い熱量で、それぞれ再生される。つまり、ＰＭの燃焼開始温度の違いを考慮に入れて、フィルタ３４、３６に対する再生時の熱量に、差をつけることができる。これにより、燃焼開始温度がばらついた様々なＰＭをひとまとめにして再生制御を行う場合に比して、効率よくフィルタの再生を行うことができる。すなわち、燃費向上およびＣＯ２排出量抑制などといった効果が得られる。つまり、図２中に矢印で示したように、再生制御時にフィルタ３４へと投入する熱量を、フィルタ３６よりも少なく抑えることができる。
【００５３】
また、実施の形態１によれば、燃焼開始温度が低いＰＭを捕集したフィルタ３４の目標床温ＴＡが、閾値温度ＴＳと同じ温度に定められている。よって、フィルタ３４に不必要に高い熱量を与えなくともよい。
【００５４】
尚、図３のルーチンの変形例として、ステップＳ１１２において現時点でＰＭ捕集量が閾値ＶＳに達していなかった場合には、そのまま今回のルーチンを終了しても良い。この場合には、図３のルーチンが繰り返し実行される中でＰＭ捕集量が閾値ＶＳに達したら、ステップＳ１１６の処理が実行されることによりフィルタ３４が再生される。また、図３のルーチンが繰り返し実行されている間にＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭが閾値温度ＴＳ以上になったら、フィルタ３４の捕集能力に余裕があったとしても、排気ガスの流れがフィルタ３６側に切り換わる。ステップＳ１２２〜Ｓ１２６についても同様である。
【００５５】
尚、上述した実施の形態１では、排気管１８が、前記第１の発明における「排気通路」に、管路１８ａ、１８ｂが、前記第１の発明における「複数の通路」に、切換弁３２が、前記第１の発明における「切換弁」に、フィルタ３４、３６が、前記第１の発明における「パティキュレートフィルタ」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１では、図３のフローチャートのステップＳ１０２、Ｓ１０４の処理が実行されることにより、前記第１の発明における「推定手段」が、図３のフローチャートのステップＳ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１２０の処理が実行されることにより、前記第１の発明における「切換制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５６】
また、上述した実施の形態１では、フィルタ３４が、前記第２の発明および前記第３の発明における「第１パティキュレートフィルタ」に、フィルタ３６が、前記第２の発明および前記第３の発明における「第２パティキュレートフィルタ」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１では、閾値温度ＴＳが、前記第２の発明および前記第４の発明における「所定温度」に相当している。
【００５７】
また、上述した実施の形態１では、差圧センサ３５、３７が、前記第５の発明における「検知手段」に、排気添加弁３８が、前記第５の発明における「加熱手段」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１では、図３のフローチャートのステップＳ１１６、Ｓ１２８の処理が実行されることにより、前記第５の発明における「再生制御手段」が実現されている。
【００５８】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、排気管１８が２つの管路（管路１８ａ、１８ｂ）に分岐しており、この排気管１８に合計で２つのフィルタ（フィルタ３４、３６）が備えられた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。例えば、排気管１８を、３つ以上の管路に分岐させてもよい。この場合、各管路に１つずつフィルタを設けて、排気管１８に対して合計で３つ以上のフィルタを設けることができる。この場合に、例えば、閾値温度を２つ設定して、高温領域、中温領域、低温領域を設定してもよい。高温領域、中温領域、低温領域のそれぞれに対して、３つのフィルタを１つずつ割り当てて、燃焼開始温度の異なるＰＭを分別捕集してもよい。また、本発明が適用される対象となる内燃機関は、実施の形態１のエンジン本体１２の構成を有するものに限られるものではない。つまり、気筒数が４つ以外の種々の内燃機関に、本発明を適用することができる。また、気筒の配置方式も、直列式に限られるものではない。
【００５９】
（第２変形例）
実施の形態１では、再生制御時におけるフィルタ３４の目標床温ＴＡを、閾値温度ＴＳと同じ温度とした。目標床温ＴＡを閾値温度ＴＳと一致させることにより、できるだけ少ない熱量によりフィルタ３４の再生を行うことができる。このため、燃費向上の観点から好ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。閾値温度ＴＳをある程度上回る熱量をフィルタ３４に与えてもよい。例えば、所定の増分ΔＴを定め、ＴＡ＝ＴＳ＋ΔＴと設定しても良い。
【００６０】
（第３変形例）
実施の形態１では、目標床温ＴＡ、ＴＢが、図２に示すマップに規定された温度に設定されている。ここで、実施の形態１に対して、次のような変形を行ってもよい。
【００６１】
既述したように、実施の形態１では、図２のマップに基づいて、現在の排気ガス中のＰＭの燃焼開始温度を継続的に推定することができる。そこで、第３変形例では、先ず、ＥＣＵ５０に、ＰＭ燃焼開始温度の履歴に基づいて現時点までにフィルタ３４、３６のそれぞれに流入したＰＭの燃焼開始温度の範囲を特定する処理を実行させる（ステップＳ１５０）。その結果、フィルタ３４、３６のそれぞれについて、ＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭの範囲の上限値（つまり、ＰＭ燃焼開始温度の推定値のうち最も高い温度）が、特定される。第３変形例では、フィルタ３４、３６のそれぞれについて特定された上限値が、図３のフローチャートのステップＳ１１６、Ｓ１２８におけるフィルタ３４、３６のそれぞれの目標床温として設定される（ステップＳ１５２）。以下、上記の一連の処理を、「目標温度設定処理」とも称す。
【００６２】
これにより、再生制御の対象となっているフィルタ（再生対象フィルタ）を再生するための必要最小限の熱量を、再生対象フィルタに供給することができる。これにより、過不足のない熱量で、効率よく、フィルタ３４、３６の再生を行うことができる。
【００６３】
尚、この第３変形例では、差圧センサ３５、３７が、前記第７の発明における「検知手段」に、排気添加弁３８および切換弁３２が、前記第７の発明における「加熱手段」に、それぞれ相当している。また、図３のフローチャートにおけるステップＳ１１６、Ｓ１２８により、前記第７の発明における「再生制御手段」が実現され、上述した目標温度設定処理により、前記第７の発明における「目標温度設定手段」が実現されている。
【００６４】
（第４変形例）
実施の形態１では、ＥＣＵ５０の制御により、切換弁３２が、管路１８ａ、１８ｂのいずれかを択一的に排気マニホールド１６に連通させた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。
【００６５】
切換弁３２は、択一的に管路１８ａ、１８ｂを切り換える機構に限らない。例えば、管路１８ａ、１８ｂ側にそれぞれバルブ機構を設け、個々のバルブ機構の開度を調節できるようにしてもよい。つまり、排気管１８に流入した排気ガスのうち、一部（例えば６０％）を管路１８ａに流し、残部（例えば残りの４０％）を管路１８ｂに流すといった動作ができるような機構を、切換弁３２に用いてもよい。
【００６６】
また、実施の形態１では、閾値温度ＴＳを境に、管路１８ａ、１８ｂの連通状態が瞬時に切り換えられた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。例えば、閾値温度ＴＳよりも若干低めの温度から、管路１８ｂへの排気ガスの流入を開始しても良い。つまり、閾値温度ＴＳ近傍において管路１８ａ、１８ｂの双方に排気ガスが流れる状況が生じうるように、切換弁３２の制御が行われても良い。この場合、具体的には、例えば、ＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭが閾値温度ＴＳに近づくにつれて、管路１８ａ側への排気ガス流入量が１００％→８０％→６０％→４０％→２０％→０％となり、逆に、管路１８ｂ側への排気ガス流入量が０％→２０％→４０％→６０％→８０％→１００％となるように、切換弁３２を制御してもよい。
【００６７】
（第５変形例）
図４に、本発明の実施の形態１の第５変形例の構成を示す。第５変形例は、図４に示すように、フィルタ３６の下流が、バルブ１３２、接続管路１３４を介して、フィルタ３４の上流と連通している。内燃機関１０の通常運転中は、バルブ１３２は、接続管路１３４側に排気ガスが流れない状態に置かれる。フィルタ３６の再生制御時には、図４の矢印のようにフィルタ３６から排出されるガスがフィルタ３４へと流入するように、バルブ１３２が制御される。なお、図４では、差圧センサ３５、３７は省略している。
【００６８】
既述したように、実施の形態１によれば、フィルタ３６には相対的に高い燃焼開始温度のＰＭが捕集されている。フィルタ３６の再生制御に必要な熱量は、フィルタ３４内のＰＭを酸化除去するために必要な熱量よりも多い。この点、第５変形例によれば、再生制御が行われたときにフィルタ３６から排出される高温のガスを、接続管路１３４を介して、フィルタ３４へと流入させることができる。従って、第５変形例によれば、フィルタ３６再生時に発生させた熱を、フィルタ３４の再生にも利用することができる。
【００６９】
なお、排気添加弁３８ではなく、いわゆるポスト噴射を行うことにより、フィルタ３４、３６の再生制御を行っても良い。
【００７０】
なお、実施の形態１の排気浄化装置は、内燃機関１０が軽負荷（低負荷）中心の運転を行っているときに、特に優れた燃費向上効果を発揮する。
【００７１】
実施の形態２．
実施の形態１では、内燃機関１０の負荷状態に基づいて、ＰＭ燃焼開始温度が推定された。これに対し、実施の形態２では、内燃機関１０のＥＧＲ量に基づいて、ＰＭ燃焼開始温度が推定される。
【００７２】
実施の形態２は、実施の形態１と同じハードウェア構成を有している。従って、構成の説明は省略する。
【００７３】
本願発明者は、鋭意研究の結果、ＥＧＲ量（言い換えればＥＧＲ率）もＰＭの燃焼開始温度に影響を及ぼすことを見出した。ＥＧＲ量が多いと、気筒内での燃焼具合が悪化する。これに起因して、ＥＧＲ量が多いほど、ＰＭの結晶化の進み具合が悪くなる。結晶化の進み具合が悪いＰＭは、より燃焼しやすい、つまり、燃焼開始温度が低い。このように、ＥＧＲ量が多いほど、ＰＭ燃焼開始温度が低下する。
【００７４】
そこで、実施の形態２では、ＥＧＲ量とＰＭ燃焼開始温度との関係を定めたマップを用いて、ＰＭ燃焼開始温度を推定する。図５は、実施の形態２におけるＰＭ燃焼開始温度の推定に用いられるマップを模式的に示す。図５のマップは、上記説明した傾向を反映させて、ＥＧＲ量が多いほど、ＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭが低くなるように、定められている。
【００７５】
図６は、実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図６のフローチャートは、図３のフローチャートのステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４を、ステップＳ２００、Ｓ２０２、Ｓ２０４に変更したものである。ここでは、図３のフローチャートつまり実施の形態１の具体的制御との相違点である、ステップＳ２００、Ｓ２０２、Ｓ２０４の処理内容を説明する。
【００７６】
図６に示すルーチンでは、先ず、運転状況の確認（ステップＳ２００）およびＥＧＲ量の検知（ステップＳ２０２）が行われる。ステップＳ２００の内容は、ステップＳ１００と同様である。ステップＳ２０２では、ＥＧＲ量が、ステップＳ２００で得られた運転状況の情報や、ＥＧＲシステムの動作量などに基づいて、算出される。ＥＧＲ量の算出方法は、新規な事項ではないため、これ以上の説明は省略する。
【００７７】
その後、ＥＧＲ量に基づいてＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭを推定する処理が実行される（ステップＳ２０４）。このステップでは、図５に示したマップが参照され、現在のＥＧＲ量に応じたＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭが取得される。
【００７８】
これ以降の処理は、実施の形態１において図３のフローチャートについて説明した内容と同じである。このため、説明を省略する。
【００７９】
以上の処理によれば、内燃機関１０のＥＧＲ量に基づいて、ＰＭ燃焼開始温度を推定することができる。そして、排気ガスが流入するフィルタが、推定されたＰＭ燃焼開始温度ＴＰＭに応じて変更される。その結果、実施の形態１と同様に、燃焼開始温度の違いに応じてＰＭを分別しながら、フィルタ３４、３６のそれぞれにＰＭを捕集することができる。
【００８０】
なお、実施の形態２に、実施の形態１の変形例と同様の変形を行うことができる。また、内燃機関１０の負荷状態とＥＧＲ量の双方の情報に基づいて、マップを作成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるＰＭ燃焼開始温度の推定に用いられるマップを模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１の第５変形例の構成を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態２におけるＰＭ燃焼開始温度の推定に用いられるマップを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１０  内燃機関
１２  エンジン本体
１４  吸気マニホールド
１６  排気マニホールド
１８  排気管
１８ａ  管路
１８ｂ  管路
２２  エアフローメータ
２４  インタークーラ
２６  スロットル
２７  燃料ポンプ
３２  切換弁
３４、３６  フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
３５、３７  差圧センサ
３８  排気添加弁
４０  ＥＧＲクーラ
４２  ＥＧＲバルブ
１３２  バルブ
１３４  接続管路
【図１】
2010019140.tif 000003
【図２】
2010019140.tif 000004
【図３】
2010019140.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010019140.tif 000007
【図６】
2010019140.tif 000008