(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を備える内燃機関に適用され、前記燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置であって、
前記燃焼室から排出された排気ガスが通る排気用通路であって、基幹通路と前記基幹通路に接続された環状通路とを含む、前記排気用通路と、
前記基幹通路と前記環状通路との接続部分に設けられ、排気ガスの経路を変更するための切替弁を含む経路変更部と、
前記環状通路に設けられ、少なくとも排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して浄化するためのフィルタを有する第１の浄化部と、
前記経路変更部よりも下流側の前記基幹通路に設けられ、少なくとも排気ガス中に含まれる特定のガス状物質を浄化するための第２の浄化部と、
前記第１および第２の浄化部の浄化機能を再生させるための再生剤を前記環状通路内に供給する再生剤供給部と、
を備え、
前記環状通路は、
前記フィルタの一方の面側に通じる第１の部分環状通路と、
前記フィルタの他方の面側に通じる第２の部分環状通路と、
を含んでおり、
前記環状通路内の排気ガスは、
前記切替弁が第１の状態に設定される場合には、前記第１の部分環状通路と前記第２の部分環状通路とをこの順序で通り、
前記切替弁が第２の状態に設定される場合には、前記第２の部分環状通路と前記第１の部分環状通路とをこの順序で通り、
前記再生剤供給部は、前記第１および第２の部分環状通路のうちの少なくとも一方の通路内に前記再生剤を供給することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記再生剤供給部は、前記第１の部分環状通路内のみに前記再生剤を供給する、排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２記載の排気ガス浄化装置であって、さらに、
前記経路変更部と前記再生剤供給部とを制御するための制御部を備え、
前記制御部は、前記経路変更部を制御して、前記第１の部分環状通路と前記第２の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合に、前記再生剤供給部を制御して、前記第１の部分環状通路内に前記再生剤を供給させることにより、少なくとも前記第１の浄化部の浄化機能を再生させる、排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項３記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記経路変更部を制御して、前記第２の部分環状通路と前記第１の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合に、前記再生剤供給部を制御して、前記第１の部分環状通路内に前記再生剤を供給させることにより、前記第２の浄化部の浄化機能を再生させる、排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項４記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記第１の部分環状通路と前記第２の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合と、前記第２の部分環状通路と前記第１の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合とで、前記再生剤の供給量を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記第１の浄化部は、前記排気ガス中に含まれる粒子状物質と窒素酸化物とを浄化し、
前記第２の浄化部は、前記排気ガス中に含まれる窒素酸化物を浄化する、排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関の排気ガス中には、通常、黒煙（スス）などの粒子状物質や窒素酸化物などが含まれている。近年、これらの大気汚染物質の低減が、強く要請されている。このため、ディーゼル機関には、通常、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置が設けられている。
【０００３】
排気ガス浄化装置としては、例えば、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタが用いられる。捕集された粒子状物質がフィルタ内に堆積すると、フィルタの浄化機能が阻害されるため、浄化機能を再生させる必要がある。特公平７−１０６２９０号公報では、フィルタに白金族金属とアルカリ土類金属酸化物とを担持させ、捕集された粒子状物質をディーゼル機関の排気ガス温度で燃焼させることにより、フィルタの浄化機能を再生する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなフィルタを用いる場合にも、ディーゼル機関の運転条件によっては、フィルタの浄化機能を充分再生させることができない場合があった。
【０００５】
なお、上記の問題は、排気ガス浄化装置が、排気ガス中の粒子状物質を浄化する場合に限らず、他の大気汚染物質を浄化する場合にも、同様に生じ得る。
【０００６】
また、上記の問題は、ディーゼル機関に限らず、燃焼室内に直接ガソリンを噴射する方式のいわゆる筒内噴射ガソリン機関などの内燃機関と共通する問題である。
【０００７】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、排気ガス浄化装置の浄化機能を、内燃機関の運転条件に依らずに再生させることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、燃焼室を備える内燃機関に適用され、前記燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置であって、
前記燃焼室から排出された排気ガスが通る排気用通路であって、基幹通路と前記基幹通路に接続された環状通路とを含む、前記排気用通路と、
前記基幹通路と前記環状通路との接続部分に設けられ、排気ガスの経路を変更するための切替弁を含む経路変更部と、
前記環状通路に設けられ、少なくとも排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して浄化するためのフィルタを有する第１の浄化部と、
前記経路変更部よりも下流側の前記基幹通路に設けられ、少なくとも排気ガス中に含まれる特定のガス状物質を浄化するための第２の浄化部と、
前記第１および第２の浄化部の浄化機能を再生させるための再生剤を前記環状通路内に供給する再生剤供給部と、
を備え、
前記環状通路は、
前記フィルタの一方の面側に通じる第１の部分環状通路と、
前記フィルタの他方の面側に通じる第２の部分環状通路と、
を含んでおり、
前記環状通路内の排気ガスは、
前記切替弁が第１の状態に設定される場合には、前記第１の部分環状通路と前記第２の部分環状通路とをこの順序で通り、
前記切替弁が第２の状態に設定される場合には、前記第２の部分環状通路と前記第１の部分環状通路とをこの順序で通り、
前記再生剤供給部は、前記第１および第２の部分環状通路のうちの少なくとも一方の通路内に前記再生剤を供給することを特徴とする。
【０００９】
この装置では、切替弁によって排気ガスの経路を変更することにより、環状通路に設けられた第１の浄化部を通過する排気ガスの流れを逆転させることができるので、第１の浄化部に粒子状物質が堆積するのを低減させることができる。また、基幹通路に、第２の浄化部が設けられているため、排気ガスをさらに浄化することができる。そして、この装置では、第１および第２の浄化部の浄化機能を再生させるための再生剤を環状通路内に供給する再生剤供給部が設けられている。これにより、排気ガス浄化装置の浄化機能を、内燃機関の運転条件に依らずに再生させることが可能となる。
【００１０】
上記の装置において、
前記再生剤供給部は、前記第１の部分環状通路内のみに前記再生剤を供給することが好ましい。
【００１１】
こうすれば、再生剤供給部を比較的簡単に構成することができる。
【００１２】
さらに、上記の装置において、
前記経路変更部と前記再生剤供給部とを制御するための制御部を備え、
前記制御部は、前記経路変更部を制御して、前記第１の部分環状通路と前記第２の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合に、前記再生剤供給部を制御して、前記第１の部分環状通路内に前記再生剤を供給させることにより、少なくとも前記第１の浄化部の浄化機能を再生させることが好ましい。
【００１３】
第１の部分環状通路と第２の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように切替弁が設定される場合には、再生剤は、第１の浄化部を通った後に、第２の浄化部を通る。したがって、上記のようにすれば、少なくとも第１の浄化部の浄化機能を再生させることができる。
【００１４】
なお、切替弁の切替途中では、排気ガスが基幹通路のみを流れ、環状通路を流れない第３の状態に設定される。「第１の部分環状通路と第２の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在する」状態は、切替弁が第１の状態に設定される場合に実現されるとともに、切替弁を第２の状態から第１の状態に切り替える際に、切替弁が第３の状態から第１の状態までの中間状態に設定される場合にも実現される。
【００１５】
そして、切替弁が上記の中間状態に設定される場合には、排気ガスは、第１の部分環状通路内を比較的ゆっくりと流れる。このため、第１の部分環状通路内の排気ガスは、比較的ゆっくりと第１の浄化部を通過し、その後、徐々に第２の浄化部を通過する。したがって、切替弁が上記の中間状態に設定される場合に再生剤を供給すれば、少なくとも第１の浄化部の浄化機能を充分に再生させるために必要な再生剤の供給量を低減させることができるという利点もある。
【００１６】
上記の装置において、
前記制御部は、前記経路変更部を制御して、前記第２の部分環状通路と前記第１の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合に、前記再生剤供給部を制御して、前記第１の部分環状通路内に前記再生剤を供給させることにより、前記第２の浄化部の浄化機能を再生させることが好ましい。
【００１７】
第２の部分環状通路と第１の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように切替弁が設定される場合には、再生剤は、第１の浄化部を通らずに、第２の浄化部のみを通る。したがって、上記のようにすれば、第２の浄化部の浄化機能のみを再生させることができる。また、再生剤を第２の浄化部のみに供給することができるので、第１および第２の浄化部の双方の浄化機能を充分に再生させる場合と比べ、少量の再生剤で、第２の浄化部の浄化機能を充分に再生させることができる。
【００１８】
なお、「第２の部分環状通路と第１の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在する」状態は、切替弁が第２の状態に設定される場合に実現されるとともに、切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える際に、切替弁が第３の状態から第２の状態までの中間状態に設定される場合にも実現される。
【００１９】
上記の装置において、
前記制御部は、前記第１の部分環状通路と前記第２の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合と、前記第２の部分環状通路と前記第１の部分環状通路とをこの順序で通る排気ガスが存在するように前記切替弁を設定する場合とで、前記再生剤の供給量を変更することが好ましい。
【００２０】
例えば、制御部は、切替弁を第３の状態から第１の状態までの中間状態に設定されたときに再生剤を供給することによって少なくとも第１の浄化部の浄化機能を再生する。この場合には、排気ガスは第１の浄化部を比較的ゆっくりと通過する。また、制御部は、切替弁が第２の状態に設定されたときに再生剤を供給することによって第２の浄化部の浄化機能を再生する。この場合には、排気ガスは第２の浄化部を比較的速く通過する。これは、基幹通路には、切替弁の状態に関わらず、常に、燃焼室から排出されたすべての排気ガスが流れるためである。そして、排気ガスの流れが速い第２の再生部の浄化機能を充分に再生させるために必要な再生剤の供給量は、比較的多くなる場合が多い。したがって、上記のように、再生剤の供給量を変更可能とすれば、２つの浄化部の浄化機能を比較的少量の再生剤を用いて効率よく再生させることが可能となる。
【００２１】
上記の装置において、
前記第１の浄化部は、前記排気ガス中に含まれる粒子状物質と窒素酸化物とを浄化し、
前記第２の浄化部は、前記排気ガス中に含まれる窒素酸化物を浄化するようにしてもよい。
【００２２】
こうすれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質と窒素酸化物とを浄化することができるので、ディーゼル機関に好適である。
【００２３】
なお、この発明は、排気ガス浄化装置、排気ガス浄化装置を搭載した移動体などの装置、排気ガスの浄化方法、その方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の種々の態様で実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．全体構成：
Ａ−２．燃焼の概要：
Ａ−３．浄化ユニット：
Ａ−４：浄化ユニットにおける排気ガスの流れの逆転：
Ａ−５．浄化ユニットにおける還元剤の注入：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
【００２５】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．全体構成：
図１は、本発明の排気ガス浄化装置を適用したディーゼルエンジン１００の概略構成を示す説明図である。このディーゼルエンジン１００は、いわゆる４気筒エンジンであり、シリンダブロックとシリンダヘッドとを含むエンジン本体１０は、４つの燃焼室＃１〜＃４を有している。各燃焼室＃１〜＃４には、吸気用通路２０を介して空気が供給される。燃料供給ポンプ１３から供給された燃料が燃料噴射ノズル１４によって各燃焼室＃１〜＃４内に噴射されると、各燃焼室内で、空気と燃料との混合ガスが燃焼する。排気ガスは、排気用通路３０を介して外部に排出される。
【００２６】
排気用通路３０と吸気用通路２０との間には、過給器４０が設けられている。過給器４０は、排気用通路３０内に設けられたタービン４１と、吸気用通路２０内に設けられたコンプレッサ４２と、タービン４１とコンプレッサ４２とを連結するシャフト４３と、を備えている。各燃焼室＃１〜＃４から排出された排気ガスがタービン４１を回すと、シャフト４３を介して、コンプレッサ４２が回転する。コンプレッサ４２は、上流側に設けられたエアクリーナ２２を介して流入した空気を圧縮する。なお、過給器４０には、タービン４１の入口の開口面積を調整するためのアクチュエータ４５が設けられており、開口面積を小さくすると、コンプレッサ４２による空気の圧縮率が向上する。圧縮により温度が上昇した空気は、コンプレッサ４２の下流側に設けられたインタークーラ２４で冷却された後に、各燃焼室＃１〜＃４内に供給される。
【００２７】
また、排気用通路３０と吸気用通路２０との間は、ＥＧＲ通路６０によって接続されている。ここで、「ＥＧＲ」とは、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ）の略語である。排気用通路３０内の排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路６０を介して、吸気用通路２０内に還流する。こうすれば、混合ガスが燃焼する際の最高燃焼温度が低くなるので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量を減少させることができる。ＥＧＲ通路６０には、還流する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６２と、排気ガスの還流量を調整するためのＥＧＲ弁６４とが設けられている。なお、吸気用通路２０には、スロットル弁２６が設けられており、ＥＧＲ弁６４の開度とスロットル弁２６の開度とを調整することにより、燃焼室＃１〜＃４の全吸気量のうちの排気ガス還流量の占める割合を調整することができる。
【００２８】
また、排気用通路３０の下流側には、燃焼室＃１〜＃４から排出される排気ガスを浄化するための浄化ユニット２００が設けられている。浄化ユニット２００は、排気ガス中に含まれる黒煙（スス）などの粒子状物質（以下、「含炭素微粒子」とも呼ぶ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する。なお、浄化ユニット２００については、さらに後述する。
【００２９】
なお、燃料供給ポンプ１３と燃料噴射ノズル１４とアクチュエータ４５とＥＧＲ弁６４とスロットル弁２６と浄化ユニット２００とは、電子制御ユニット（ＥＣＵ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ  ）９０によって制御される。ＥＣＵ９０は、エンジン回転速度やアクセル開度などのエンジンの運転条件を検出し、検出結果に応じて上記の制御を実行する。
【００３０】
Ａ−２．燃焼の概要：
図２は、ディーゼルエンジン１００（図１）の燃焼の概要を示す説明図である。図２では、ＥＧＲ率を変化させたときの排気ガスのＮＯｘ濃度と、スモークと、ＣＯ（一酸化炭素）濃度と、ＨＣ（炭化水素系化合物）濃度と、排気ガス空燃比との変化が示されている。
【００３１】
ここで、ＥＧＲ率は、燃焼室＃１〜＃４の全吸気量のうちの排気ガス還流量の占める割合である。スモークは、含炭素微粒子の濃度を示す指標である。排気ガス空燃比は、排気ガス中の空気と還元物質（ＨＣやＣＯなど）との組成比を示している。なお、排気ガス中の還元物質を全て燃焼させても酸素が余るような排気ガスの組成を、「排気ガス空燃比がリーンである」と言う。逆に、排気ガス中の還元物質を全て燃焼させると酸素が不足するような排気ガスの組成を、「排気ガス空燃比がリッチである」と言う。また、排気ガス中に還元物質と酸素とが過不足なく含まれている排気ガスの組成を、「排気ガス空燃比がストイキオ（理論空燃比）である」と言う。排気ガス空燃比の値は、燃料の性状にも依存するが、ストイキオの場合には、通常、約１４．７〜約１４．８である。
【００３２】
図２に示すように、排気ガス空燃比は、ＥＧＲ率が高くなると、次第に小さくなる（リッチ側にシフトする）。排気ガスの酸素濃度は、空気の酸素濃度より低い。このため、ＥＧＲ率が高くなると（すなわち、排気ガス還流量が増加すると）、燃焼室に供給される混合ガスの酸素濃度は低下する。この結果、燃焼室から排出される排気ガスの酸素濃度が低下し、排気ガス空燃比は小さくなる。
【００３３】
ＮＯｘ濃度は、ＥＧＲ率が高くなると、次第に低くなる。これは、前述のように、混合ガスが燃焼する際の最高燃焼温度が低下するためである。
【００３４】
ＨＣ濃度およびＣＯ濃度は、ＥＧＲ率が高くなると、次第に高くなる。また、スモーク（すなわち、含炭素微粒子）は、ＥＧＲ率が高くなると、次第に増大し、その後、次第に減少する。具体的には、スモークは、ＥＧＲ率が約４０％を越えると増大し始め、約６０％付近でピークとなる。さらにＥＧＲ率を高くするとスモークは次第に減少し、ＥＧＲ率が約６５％付近でスモークは殆ど発生しなくなる。なお、ＥＧＲ率が約６０％を超えると、スモークが急激に減少するとともに、ＣＯ濃度およびＨＣ濃度が急激に増加している。これは、ＥＧＲ率が比較的高いと、燃焼温度が低くなり、高級の炭化水素系化合物である燃料が、燃焼によりススなど含炭素微粒子に変化する前の段階で、低級の炭化水素系化合物ＨＣやＣＯとして排出されるためであると考えられる。
【００３５】
従来のディーゼルエンジンでは、ＥＧＲ率は、例えば、約４０％以下の比較的低い範囲に設定されている。一方、本実施例のディーゼルエンジンでは、ＥＧＲ率は、例えば、約４０％以下の比較的低い範囲、または、約６５％以上の比較的高い範囲に設定可能である。ＥＧＲ率が比較的低い範囲に設定されるときの燃焼を、以下では、「通常燃焼」と呼ぶ。また、ＥＧＲ率が比較的高い範囲に設定されるときの燃焼を、以下では、「低温燃焼」と呼ぶ。
【００３６】
なお、還流する排気ガスを冷却すれば、比較的小さなＥＧＲ率で上記の低温燃焼を実施することができる。このため、本実施例のディーゼルエンジン１００（図１）では、ＥＧＲクーラ６２が設けられている。
【００３７】
上記のように、ディーゼルエンジンにおいて通常燃焼が実施される場合には、排気ガス中には、主に、含炭素微粒子やＮＯｘなどの大気汚染物質が含まれ、低温燃焼が実施される場合には、主に、ＨＣやＣＯなどの大気汚染物質が含まれる。すなわち、低温燃焼を実施すれば、従来のディーゼルエンジンにおいて特に問題となる含炭素微粒子およびＮＯｘの排出量を減少させることができる。しかしながら、エンジンの負荷が比較的高い場合に低温燃焼を実施することは困難である。これは、エンジンを高負荷で運転するためには、燃料の噴射量と吸入する空気量とを増加させる必要があり、空気量を増加させるために排気ガス還流量を減少させる必要があるためである。
【００３８】
そこで、本実施例のディーゼルエンジン１００（図１）は、エンジン運転条件に応じて、通常燃焼と低温燃焼とを実施する。そして、浄化ユニット２００は、通常燃焼と低温燃焼とに関わらず、大気汚染物質を無害なガスに化学変化させて排出する。
【００３９】
Ａ−３．浄化ユニット：
図３は、浄化ユニット２００（図１）の外観を模式的に示す説明図である。図３（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ浄化ユニット２００の平面図と側面図とを示している。また、図４，図５，図６は、図３に示す浄化ユニット２００内部の排気ガスの流れを模式的に示す説明図である。なお、図４（Ａ）〜図６（Ａ）は、浄化ユニット２００を図３（Ｂ）に示す一点鎖線Ｂを面内に含むｘｙ平面で切断したときの排気ガスの流れを示している。また、図４（Ｂ）〜図６（Ｂ）は、浄化ユニット２００を図３（Ａ）に示す一点鎖線Ａを面内に含むｙｚ平面で切断したときの排気ガスの流れを示している。
【００４０】
図３〜図６に示すように、浄化ユニット２００は、基幹通路３０ａと、基幹通路に接続された環状通路３０ｂとを備えている。なお、基幹通路３０ａと環状通路３０ｂとは、図１に示す排気用通路３０の一部を構成する。基幹通路３０ａと環状通路３０ｂとの接続部分には、経路変更部２５０が設けられている。経路変更部２５０は、排気ガスの経路を変更するための切替弁２５１と、切替弁２５１を駆動するための駆動部２５２とを備えている。経路変更部２５０は、４つの通路が接続された２組の対向面を有している。一方の組の対向面には、基幹通路３０ａを構成する２つの部分基幹通路３０ａ１，３０ａ２が接続されており、他方の組の対向面には、環状通路３０ｂを構成する２つの部分環状通路３０ｂ１，３０ｂ２が接続されている。
【００４１】
環状通路３０ｂには、第１の浄化部２１０が設けられている。第１の部分環状通路３０ｂ１は、第１の浄化部２１０の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路３０ｂ２は、第２の面Ｓ２側に通じている。また、下流側の部分基幹通路３０ａ２には、第２の浄化部２２０が設けられている。下流側の部分基幹通路３０ａ２は、第２の浄化部２２０よりも下流側において、第１の浄化部２１０付近の環状通路３０ｂを囲むように形成されている。
【００４２】
第１の浄化部２１０は、主に、排気ガス中に含まれる含炭素微粒子とＮＯｘとを浄化する機能を有している。また、第２の浄化部２２０は、主に、排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する機能を有している。なお、２つの浄化部２１０，２２０については、さらに後述する。
【００４３】
また、浄化ユニット２００は、２つの浄化部２１０，２２０の浄化機能を再生させるための還元剤を、第１の部分環状通路３０ｂ１内に供給するための還元剤供給部２６０を備えている。還元剤供給部２６０は、還元剤噴射ノズル２６１と還元剤供給ポンプ２６８とを備えており、還元剤供給ポンプ２６８から供給された還元剤は、還元剤噴射ノズル２６１によって第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入される。なお、還元剤としては、炭化水素系化合物を用いることができ、例えば、ディーゼルエンジン１００の燃料（すなわち、軽油など）を用いることができる。
【００４４】
なお、図３（Ａ）に示すように、経路変更部２５０と還元剤供給部２６０とは、ＥＣＵ９０（図１）によって制御される。具体的には、ＥＣＵ９０は、経路変更部２５０の駆動部２５２に接続されており、駆動部２５２を制御することにより、切替弁２５１の切替動作を制御する。また、ＥＣＵ９０は、還元剤供給部２６０の還元剤噴射ノズル２６１に接続されており、還元剤噴射ノズル２６１を制御することにより、還元剤噴射ノズル２６１の還元剤の注入動作を制御する。
【００４５】
浄化ユニット２００に流入した排気ガスは、以下のように、必ず基幹通路３０ａを通り、選択的に環状通路３０ｂを通る。
【００４６】
図４（Ａ），（Ｂ）は、切替弁２５１が第１の状態に設定された場合の排気ガスの流れを示す。浄化ユニット２００に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路３０ａ１を通って、経路変更部２５０に流入する。そして、排気ガスは、第１の部分環状通路３０ｂ１と第２の部分環状通路３０ｂ２とをこの順序で通って、経路変更部２５０に戻る。このとき、排気ガスは、第１の浄化部２１０を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる。経路変更部２５０に戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路３０ａ２に流入し、第２の浄化部２２０を通過した後に、浄化ユニット２００から排出される。なお、第２の浄化部２２０を通過した排気ガスは、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１の浄化部２１０の周囲に形成された下流側の部分基幹通路３０ａ２を通る。
【００４７】
図５（Ａ），（Ｂ）は、切替弁２５１が第２の状態に設定された場合の排気ガスの流れを示す。排気ガスは、図４（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様に流れるが、環状通路３０ｂを流れる方向が逆転している。すなわち、経路変更部２５０に流入した排気ガスは、第２の部分環状通路３０ｂ２と第１の部分環状通路３０ｂ１とをこの順序で通って、経路変更部２５０に戻る。このとき、排気ガスは、第１の浄化部２１０を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流れる。
【００４８】
図６（Ａ），（Ｂ）は、切替弁２５１が第３の状態に設定される場合の排気ガスの流れを示す。なお、切替弁２５１を切り替える際には、切替弁２５１は一時的に第３の状態に設定される。このとき、経路変更部２５０に流入した排気ガスは、そのまま下流側の部分基幹通路３０ａ２に流入し、第２の浄化部２２０を通過した後に、浄化ユニット２００から排出される。
【００４９】
上記のように、切替弁２５１が第１または第２の状態である場合には、排気ガスは、第１の浄化部２１０と第２の浄化部２２０との双方を通過する。一方、切替弁２５１が第３の状態である場合には、排気ガスは、第１の浄化部２１０を通過せずに第２の浄化部２２０のみを通過する。
【００５０】
図７は、第１の浄化部２１０（図４〜図６）を示す説明図である。図７（Ａ）は、第１の浄化部２１０の外観を示しており、図７（Ｂ）は、第１の浄化部２１０を排気ガスの流れ方向（図７（Ａ）に示すｘ方向）に沿って切断したときの概略断面を示している。
【００５１】
第１の浄化部２１０は、排気ガス中の含炭素微粒子を捕集可能なモノリス型のフィルタであり、多孔質のセラミックで形成されている。具体的には、第１の浄化部２１０は、ハニカム状に配列された複数の小通路２１２を含んでいる。小通路２１２の隔壁２１４は、排気ガスが流通可能な多孔質構造を有している。そして、各小通路２１２のいずれか一方の端部には、交互に封止板２１６が設けられている。すなわち、隣接する２つの小通路２１２のうちの一方の小通路の封止板２１６は、第１の浄化部２１０の第１の面Ｓ１側に設けられており、他方の小通路の封止板２１６は、第１の浄化部２１０の第２の面Ｓ２側に設けられている。排気ガスは、入口が封止板で塞がれていない小通路に流入するが、この小通路の出口は、封止板で塞がれている。このため、排気ガスは、隔壁を通り抜けて、出口が塞がれていない隣の小通路から流出する。このように、排気ガスは、第１の浄化部２１０を通過する際に、必ず隔壁２１４を通過するので、第１の浄化部２１０は、排気ガス中の含炭素微粒子を効率よく捕集することができる。
【００５２】
なお、セラミック材料としては、コーディエライトや、炭化珪素、窒化珪素などを用いることができる。
【００５３】
また、第１の浄化部２１０の隔壁２１４には、基材層と活性金属と助触媒とで構成される活性成分が担持されている。具体的には、隔壁２１４には、アルミナを主成分とする基材層が形成され、基材層上に、活性金属としての白金Ｐｔと助触媒としてのカリウムＫとが担持されている。これにより、第１の浄化部２１０は、捕集した含炭素微粒子を酸化することができるとともに、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵することができる。
【００５４】
なお、活性金属としては、白金Ｐｔの他にパラジウムＰｄなどの酸化活性を有する貴金属を用いることができる。また、助触媒としては、カリウムＫの他に、リチウムＬｉ，ナトリウムＮａ，ルビジウムＲｂ，セシウムＣｓなどのアルカリ金属や、カルシウムＣａ，ストロンチウムＳｒ，バリウムＢａなどのアルカリ土類金属、イットリウムＹ，ランタンＬａ，セリウムＣｅなどの希土類、遷移金属などから選択された少なくとも１種類の元素を用いることができる。なお、助触媒としては、カルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属やアルカリ土類金属を用いることが好ましい。
【００５５】
図８は、排気ガスの酸素濃度が比較的高い状態における第１の浄化部２１０の隔壁２１４に担持された活性金属２１８と助触媒２１９との機能を模式的に示す説明図である。なお、この状態は、図２に示す通常燃焼が実施される場合に実現される。通常燃焼が実施される場合には、排気ガス中には、主に含炭素微粒子とＮＯｘとが含まれており、ＨＣとＣＯとは殆ど含まれていない。また、通常燃焼が実施される場合には、排気ガス空燃比はリーンであり、排気ガス中には過剰の酸素が存在している。
【００５６】
なお、図中、「ＮＯ」は、ＮＯｘの殆どを構成する一酸化窒素を示しており、「Ｃ」は、含炭素微粒子を示している。
【００５７】
図示するように、排気ガス中のＮＯは、活性金属２１８上で排気ガス中の酸素Ｏ２  と反応して、硝酸イオンＮＯ３−となる。硝酸イオンは、「スピルオーバ」と呼ばれる現象によって、助触媒２１９に移動する。助触媒２１９は、硝酸イオンを硝酸塩（ＫＮＯ３  ）の形で蓄え、この際、活性酸素を放出する。活性酸素は極めて反応性に富んでいる。このため、捕集された含炭素微粒子Ｃは、活性酸素（および排気ガス中の酸素）によって酸化されて二酸化炭素ＣＯ２  になる。
【００５８】
このように、第１の浄化部２１０は、排気ガスの酸素濃度が比較的高い状態において、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵することができる。そして、第１の浄化部２１０は、ＮＯｘを吸蔵する際に発生する活性酸素を用いて、捕集した含炭素微粒子Ｃを酸化除去することができる。
【００５９】
ところで、助触媒２１９のＮＯｘ吸蔵量には制限がある。このため、通常燃焼が長期間実施されると、第１の浄化部２１０のＮＯｘ浄化機能は、次第に低下する。本実施例では、排気ガスの酸素濃度を比較的低い状態にすることによって、第１の浄化部２１０のＮＯｘ浄化機能を再生している。
【００６０】
図９は、排気ガスの酸素濃度が比較的低い状態における第１の浄化部２１０の隔壁２１４に担持された活性金属２１８と助触媒２１９との機能を模式的に示す説明図である。なお、この状態は、例えば、図２に示す低温燃焼が実施される場合に実現される。低温燃焼が実施される場合には、排気ガス中には、主にＨＣとＣＯとが含まれており、含炭素微粒子とＮＯｘとは殆ど含まれていない。また、低温燃焼が実施される場合には、排気ガス空燃比はリッチ側にシフトし（ストイキオまたはリッチになり）、排気ガス中には余剰の酸素は存在しない。
【００６１】
図示するように、排気ガスの酸素濃度が比較的低い状態になると、活性金属２１８は、助触媒２１９に蓄えられた硝酸イオンＮＯ３−を分解して、活性酸素を放出する。具体的には、助触媒２１９に蓄えられていた硝酸イオンＮＯ３−は、活性金属２１８上に移動する。活性金属２１８上では、硝酸イオンの窒素原子と酸素原子との結合が切れ易い状態になっている。この状態は、図９において、「Ｎ＋３・Ｏ」で示されている。この状態で、ＨＣやＣＯなどの還元物質が存在すると、窒素原子と酸素原子との結合が切断されて窒素Ｎ２  と活性酸素とが発生する。活性酸素は、排気ガス中の還元物質ＨＣ，ＣＯを酸化し、二酸化炭素ＣＯ２  や水（水蒸気）Ｈ２Ｏ  が生成される。また、活性酸素は、捕集された含炭素微粒子Ｃを酸化し、二酸化炭素ＣＯ２  が生成される。なお、この現象は、図８においても局所的に生じ得る。すなわち、排気ガスの酸素濃度は比較的高い状態であるが、捕集された含炭素微粒子Ｃの周辺が酸素欠乏状態となった場合にも、同様の現象が生じ得る。
【００６２】
このように、第１の浄化部２１０は、排気ガスの酸素濃度が比較的低い状態において、吸蔵したＮＯｘを窒素Ｎ２  に還元して放出することにより、ＮＯｘ浄化機能を再生することができる。そして、第１の浄化部２１０は、この際に発生する活性酸素を用いて、捕集した含炭素微粒子Ｃを酸化除去することができる。
【００６３】
図１０は、第２の浄化部２２０（図４〜図６）を示す説明図である。図１０（Ａ）は、第２の浄化部２２０の外観を示しており、図１０（Ｂ）は、第２の浄化部２２０を排気ガスの流れ方向（図１０（Ａ）に示すｙ方向）に沿って切断したときの概略断面を示している。
【００６４】
第２の浄化部２２０は、図７に示す第１の浄化部２１０と同様に、セラミックで形成されており、ハニカム状に配列された複数の小通路２２２を含んでいる。しかしながら、第２の浄化部２２０では、各小通路２２２の端部には封止板が設けられておらず、各小通路２２２の端部は開放されている。これは、第２の浄化部２２０に流入する排気ガスには、含炭素微粒子があまり含まれていないためである。すなわち、排気ガスは、通常、第１の浄化部２１０を通過する。切替弁２５１が図６に示す第３の状態となる場合には、排気ガスは、第１の浄化部２１０を通過せずに第２の浄化部２２０に直接流入する。しかしながら、切替弁２５１の切り替えの際に、排気ガスが第２の浄化部２２０に直接流入する時間は、僅かである。このため、第２の浄化部２２０では、封止板が省略されている。なお、封止板を省略することにより、第２の浄化部２２０における圧力損失を比較的小さくすることができるので、機関性能の低下を低減させることができる。
【００６５】
第２の浄化部２２０の各小通路２２２の隔壁２２４には、ＮＯｘ触媒が担持されている。本実施例では、ＮＯｘ触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が用いられている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒としては、第１の浄化部２１０と同様に、活性金属としての白金Ｐｔと助触媒としてのカリウムＫとを用いることができる。
【００６６】
このように、第２の浄化部２２０は、第１の浄化部２１０とほぼ同様に構成されている。このため、第２の浄化部２２０は、図８で説明したように、排気ガスの酸素濃度が比較的高い状態で、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵することができる。また、第２の浄化部２２０は、図９で説明したように、排気ガスの酸素濃度が比較的低い状態で、吸蔵したＮＯｘを窒素Ｎ２  に還元して放出することにより、ＮＯｘ浄化機能を再生することができる。
【００６７】
なお、本実施例では、第２の浄化部２２０は、ＮＯｘ触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持しているが、これに代えて、ＮＯｘ選択還元触媒を担持するようにしてもよい。
【００６８】
Ａ−４：浄化ユニットにおける排気ガスの流れの逆転：
ところで、浄化ユニット２００において、第１の浄化部２１０が単位時間あたりに酸化除去可能な含炭素微粒子量は限られている。このため、排気ガス中に酸化除去可能な量を越える含炭素微粒子が含まれている場合には、第１の浄化部２１０の隔壁２１４には、次第に含炭素微粒子が堆積する。含炭素微粒子が多量に堆積すると、隔壁２１４内の細孔が閉塞する。このとき、第１の浄化部２１０の圧力損失が増大し、機関性能の低下を引き起こす。
【００６９】
そこで、本実施例の浄化ユニット２００では、第１の浄化部２１０に堆積する含炭素微粒子量を低減させるために、第１の浄化部２１０を通過する排気ガスの流れ方向を逆転させている。具体的には、浄化ユニット２００は、図４，図５に示すように、切替弁２５１を切り替えることにより、第１の浄化部２１０の隔壁２１４を通過する排気ガスの流れ方向を逆転させている。
【００７０】
図１１は、第１の浄化部２１０（図７）の隔壁２１４を拡大して示す説明図である。図中、隔壁２１４を形成するセラミック部分には、ハッチングが付されている。
【００７１】
図１１（Ａ）では、排気ガスは、隔壁２１４内を第１面Ｓａから第２面Ｓｂに向かって流れている。このとき、排気ガスは、セラミック部分の第１面Ｓａ側に衝突するので、排気ガス中の含炭素微粒子は、主に、セラミック部分の第１面Ｓａ側に堆積する。図１１（Ｂ）では、排気ガスは、隔壁２１４内を第２面Ｓｂから第１面Ｓａに向かって流れている。図示するように、排気ガスの流れ方向を逆転させると、セラミック部分の第１面Ｓａ側に堆積した含炭素微粒子を容易に粉砕することができる。また、排気ガスの流れ方向を逆転させると、排気ガスは、含炭素微粒子があまり堆積していないセラミック部分の第２面Ｓｂ側に衝突し、ここで活性酸素が活発に放出される。そして、発生した活性酸素の一部は、セラミック部分の第１面Ｓａ側に堆積した含炭素微粒子を酸化する。
【００７２】
このように、第１の浄化部２１０を通過する排気ガスの流れ方向を逆転させることにより、第１の浄化部２１０に堆積する含炭素微粒子量を低減させることができる。
【００７３】
Ａ−５．浄化ユニットにおける還元剤の注入：
しかしながら、第１の浄化部２１０を通過する排気ガスの流れ方向を逆転させても、第１の浄化部２１０に堆積した含炭素微粒子を充分に除去できない場合がある。また、含炭素微粒子が多量に堆積すると、活性金属の機能が炭素被毒により阻害される。堆積する含炭素微粒子は、当初は非晶質の炭素であるが、やがてグラファイトに変質し、より深刻な被毒状態を引き起こす。このような場合には、第１の浄化部２１０のＮＯｘ浄化機能が阻害される。また、前述のように、第１および第２の浄化部２１０，２２０の浄化機能は、低温燃焼を実施することによって再生するが、エンジン１００の運転条件によっては、低温燃焼を実施するのが困難な場合もある。そこで、本実施例の浄化ユニット２００では、還元剤供給部２６０が第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を注入することにより、第１および第２の浄化部２１０，２２０の浄化機能を積極的に再生させている。
【００７４】
図１２，図１３は、還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入の様子を示す説明図である。なお、図１２は、図４（Ａ）に対応し、図１３は、図５（Ａ）に対応する。
【００７５】
図１２では、還元剤噴射ノズル２６１は、切替弁２５１が第１の状態に設定されているときに、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を注入している。第１の浄化部２１０内部の排気ガスの酸素濃度は、還元剤が注入される前まで、図８に示すように、比較的高い状態（排気ガス空燃比はリーン）になっている。そして、注入された還元剤が排気ガスの流れによって第１の浄化部２１０に供給されると、還元剤ＨＣは、第１の浄化部２１０に担時された活性金属２１８の作用により、排気ガス中の酸素Ｏ２  と反応して燃焼する。これにより、第１の浄化部２１０内部の排気ガスの酸素濃度は、図９に示すように、比較的低い状態になる（排気ガス空燃比はリッチに移行する）。このとき、図９で説明したように、第１の浄化部２１０は、吸蔵したＮＯｘを窒素Ｎ２  に還元して放出することにより、ＮＯｘ浄化機能を再生する。なお、第１の浄化部２１０は、この際に発生する活性酸素を用いて、捕集した含炭素微粒子Ｃを酸化除去する。
【００７６】
同様に、第２の浄化部２２０内部の排気ガスの酸素濃度は、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤が注入される前まで、図８に示すように、比較的高い状態（排気ガス空燃比はリーン）になっている。そして、第２の浄化部２２０には、第１の浄化部２１０を通過した排気ガスが流入するので、第２の浄化部２２０内部の排気ガスの酸素濃度は、図９に示すように、比較的低い状態（排気ガス空燃比はリッチ）になっている。このとき、第２の浄化部２２０は、吸蔵したＮＯｘを窒素Ｎ２  に還元して放出することにより、ＮＯｘ浄化機能を再生する。なお、第２の浄化部２２０は、この際に発生する活性酸素を用いて、排気ガス中に含まれる含炭素微粒子Ｃや、還元剤ＨＣなどの還元物質を酸化除去する。
【００７７】
このように、還元剤供給部２６０は、切替弁２５１が第１の状態に設定されているときに、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を供給することにより、第１および第２の浄化部２１０，２２０の双方の浄化機能を再生させることができる。
【００７８】
図１３では、還元剤噴射ノズル２６１は、切替弁２５１が第２の状態に設定されているときに、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を注入している。第２の浄化部２２０内部の排気ガスの酸素濃度は、還元剤が注入される前まで、比較的高い状態（排気ガス空燃比はリーン）になっている。そして、注入された還元剤が排気ガスの流れによって第２の浄化部２２０に供給されると、還元剤ＨＣは、第２の浄化部２２０に担時された活性金属の作用により、排気ガス中の酸素Ｏ２  と反応して燃焼する。これにより、第２の浄化部２２０内部の排気ガスの酸素濃度は、比較的低い状態になる（排気ガス空燃比はリッチに移行する）。このとき、第２の浄化部２２０は、吸蔵したＮＯｘを窒素Ｎ２  に還元して放出することにより、ＮＯｘ浄化機能を再生する。なお、第２の浄化部２２０は、この際に発生する活性酸素を用いて、排気ガス中に含まれる含炭素微粒子Ｃや、還元剤ＨＣなどの還元物質を酸化除去する。
【００７９】
このように、還元剤供給部２６０は、切替弁２５１が第２の状態に設定されているときに、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を供給することにより、第２の浄化部２２０のみの浄化機能を再生させることができる。また、還元剤は、第２の浄化部２２０のみに供給されるので、第１および第２の浄化部２１０，２２０の双方の浄化機能を充分に再生させる場合と比べ、少量の還元剤で、第２の浄化部２２０の浄化機能を充分に再生させることができる。
【００８０】
図１２，図１３に示すように、切替弁２５１の状態に応じて還元剤を注入すれば、２つの浄化部２１０，２２０の双方の浄化機能、または、第２の浄化部２２０のみの浄化機能を再生させることができる。換言すれば、少なくとも第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させる必要がある場合には、切替弁２５１を第１の状態に設定して還元剤を注入すればよく、第２の浄化部２２０のみの浄化機能を再生させる必要がある場合には、切替弁２５１を第２の状態に設定して還元剤を注入すればよい。こうにすれば、各浄化部２１０，２２０の浄化機能を効率よく再生させることができる。
【００８１】
前述のように、切替弁２５１の切替動作と還元剤噴射ノズル２６１の還元剤注入動作とは、ＥＣＵ９０（図３（Ａ））によって制御されている。具体的には、ＥＣＵ９０は、エンジン１００の運転条件の履歴から、含炭素微粒子やＮＯｘなどの排出量を推定する。そして、ＥＣＵ９０は、切替弁２５１による切替動作が必要か否かを判断するとともに、還元剤噴射ノズル２６１による還元剤注入動作が必要か否かを判断し、必要ならば、切替弁２５１の切替動作と還元剤噴射ノズル２６１の還元剤注入動作とを実行させる。このようにすれば、ＥＣＵ９０は、切替弁２５１の状態に応じて、還元剤の注入を実行させることができる。なお、切替弁２５１が第１の状態に設定されている場合に、第２の浄化部２２０のみの浄化機能を再生する必要が生じたときには、ＥＣＵ９０は、切替弁２５１を第２の状態に切り替えた後に、還元剤を注入させる。通常、第２の浄化部２２０のみを再生するための還元剤の注入頻度は、２つの浄化部２１０，２２０の双方を再生するための還元剤の注入頻度よりも低い。
【００８２】
以上説明したように、本実施例の排気ガス浄化装置は、浄化ユニット２００を備えている。そして、浄化ユニット２００は、基幹通路３０ａと、基幹通路に接続された環状通路３０ｂと、基幹通路と環状通路との接続部分に設けられ、排気ガスの経路を変更するための切替弁２５１を含む経路変更部２５０と、を備えている。環状通路３０ｂには、排気ガス中に含まれる含炭素微粒子とＮＯｘとを浄化するための第１の浄化部２１０が設けられており、経路変更部２５０よりも下流側の部分基幹通路３０ａ２には、排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化するための第２の浄化部２２０が設けられている。また、浄化ユニット２００は、第１および第２の浄化部２１０，２２０の浄化機能を再生させるための還元剤を第１の部分環状通路３０ｂ１内に供給する還元剤供給部２６０を備えている。
【００８３】
このように、本実施例の浄化ユニット２００では、切替弁２５１によって排気ガスの経路を変更することにより、環状通路３０ｂに設けられた第１の浄化部２１０を通過する排気ガスの流れを逆転させることができるので、第１の浄化部２１０に含炭素微粒子が堆積するのを低減させることができる。また、基幹通路３０ａに、第２の浄化部２２０が設けられているため、排気ガスをさらに浄化することができる。そして、この浄化ユニット２００では、第１および第２の浄化部２１０，２２０の浄化機能を再生させるための還元剤を環状通路３０ｂ内に供給する還元剤供給部２６０が設けられているため、浄化ユニット２００の浄化機能を、内燃機関の運転条件に依らずに再生させることが可能となる。
【００８４】
なお、以上の説明から分かるように、本実施例の還元剤供給部２６０が本発明における再生剤供給部に相当する。また、ＥＣＵ９０が本発明における制御部に相当する。
【００８５】
Ｂ．第２実施例：
第１実施例（図１２，図１３）では、切替弁２５１が第１または第２の状態に設定されているときに還元剤が注入されているため、還元剤が比較的多量に必要になっている。すなわち、切替弁２５１が第１または第２の状態に設定されているときには、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガスの流れは最も速い。この状態で還元剤を注入すると、還元剤の多くは燃焼せずにそのまま浄化部２１０，２２０を通過してしまう。また、還元剤の多くは、排気ガス中に充分に拡散する前に浄化部２１０，２２０を通過してしまう。このような場合には、浄化部２１０，２２０の浄化機能を充分に再生させるために、比較的多量の還元剤が必要になってしまう。そこで、本実施例では、還元剤の注入量を低減するように工夫している。
【００８６】
図１４は、第２実施例における還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入の様子を示す説明図である。図１４では、図１２，図１３と異なり、還元剤噴射ノズル２６１は、切替弁２５１が第３の状態となるときに、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を注入している。
【００８７】
図１５は、第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量の変化と還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入タイミングとを示す説明図である。ここで、流量とは、単位時間に流れる流体（排気ガス）の体積を意味している。なお、以下では、切替弁２５１が第１の状態のときの排気ガスの流れ（第１の浄化部２１０の第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かう排気ガスの流れ）を「順流」とも呼ぶ。また、切替弁２５１が第２の状態のときの排気ガスの流れ（第１の浄化部２１０の第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かう排気ガスの流れ）を「逆流」とも呼ぶ。
【００８８】
図１５（Ａ）は、切替弁２５１を第２の状態から第１の状態に切り替える場合の排気ガス流量の変化と還元剤の注入タイミングとを示している。なお、このとき、２つの浄化部２１０，２２０の双方の浄化機能が再生される。
【００８９】
図示するように、切替弁２５１が第２の状態に設定されているときには、逆流方向に所定の流量Ｑの排気ガスが流れている。切替弁２５１の切替期間中には、逆流方向に流れる排気ガスの流量は次第に減少し、その後、順流方向に流れる排気ガスの流量が次第に増加する。途中、切替弁２５１が第３の状態になると、排気ガス流量はほぼ０になる。そして、切替弁２５１が第１の状態に設定されると、順流方向に所定の流量Ｑの排気ガスが流れる。
【００９０】
還元剤は、切替弁２５１が第２の状態から第１の状態に切り替わる際、より具体的には、切替弁２５１が第３の状態となる時刻に、第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入される。このとき、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス流量はほぼ０である。このため、還元剤は、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス中に充分に拡散し、切替弁２５１が第１の状態に切り替わるに連れて、比較的ゆっくりと第１の浄化部２１０を通過する。また、下流側の部分基幹通路３０ａ２には、切替弁２５１の状態に依らずに常に、所定の流量Ｑの排気ガスが流れているが、第１の浄化部２１０を比較的ゆっくりと通過した排気ガスは、切替弁２５１が第１の状態に切り替わるに連れて、徐々に第２の浄化部２２０を通過する。
【００９１】
このように、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス流量が比較的小さいときに還元剤を注入すれば、排気ガス空燃比がリッチな排気ガスは、第１および第２の浄化部を比較的長い時間を掛けて通過するので、少なくとも第１の浄化部２１０の浄化機能を充分に再生させるために必要な還元剤の注入量を低減させることができる。
【００９２】
図１５（Ｂ）は、切替弁２５１を第１の状態から第２の状態に切り替える場合の排気ガス流量の変化と還元剤の注入タイミングとを示している。なお、このとき、第２の浄化部２２０の浄化機能のみが再生される。
【００９３】
図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）と同様であり、排気ガス流量の変化が逆転している。すなわち、切替弁２５１の切替期間中には、順流方向に流れる排気ガスの流量は次第に減少し、その後、逆流方向に流れる排気ガスの流量が次第に増加する。途中、切替弁２５１が第３の状態になると、排気ガス流量はほぼ０になる。
【００９４】
還元剤は、切替弁２５１が第１の状態から第２の状態に切り替わる際、より具体的には、切替弁２５１が第３の状態となる時刻に、第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入される。このとき、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス流量はほぼ０である。このため、還元剤は、排気ガス中に充分に拡散し、切替弁２５１が第２の状態に切り替わるに連れて、徐々に第２の浄化部２２０を通過する。
【００９５】
このように、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス流量が比較的小さいときに還元剤を注入すれば、排気ガス空燃比がリッチな排気ガスは第２の浄化部を比較的長い時間を掛けて通過するので、第２の浄化部２２０の浄化機能を充分に再生させるために必要な還元剤の注入量を低減させることができる可能性がある。
【００９６】
ただし、第２の浄化部２２０の浄化機能のみを再生させる場合には、第１実施例（図１３）のように、切替弁２５１が第２の状態に設定されているときに、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を注入する方が好ましいと考えられる。すなわち、本実施例（図１５（Ｂ））のように、還元剤が、切替弁２５１が第２の状態に切り替わるに連れて、徐々に第２の浄化部２２０に供給される場合には、第２の浄化部２２０を流れる排気ガス中の還元剤の分布が偏ってしまう恐れがある。この場合には、第２の浄化部２２０は偏った分布で再生されてしまう。一方、第１実施例のように、第１の部分環状通路３０ｂ１内をすべての排気ガスが流れる場合に還元剤を注入すれば、第２の浄化部２２０を流れる排気ガス中の還元剤の分布を比較的均一にすることができるので、第２の浄化部２２０を比較的均一な分布で再生することが可能となる。また、第１実施例のようにすれば、還元剤の注入動作の制御を比較的容易に行うことができるという利点もある。
【００９７】
なお、本実施例では、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、切替弁２５１が切替途中に第３の状態に設定されたときに、還元剤が注入されている。しかしながら、少なくとも第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する場合には、図１５（Ａ）において、切替弁２５１が第３の状態から第１の状態までの中間状態に設定されるときに、還元剤を注入するようにしてもよい。一方、第２の浄化部２２０の浄化機能を再生する場合には、図１５（Ｂ）において、切替弁２５１が第３の状態から第２の状態までの中間状態に設定されるときに、還元剤を注入するようにしてもよい。
【００９８】
一般に、少なくとも第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際には、第１の部分環状通路３０ｂ１と第２の部分環状通路３０ｂ２とをこの順序で通る（すなわち、順流方向に流れる）排気ガスが存在するように切替弁が設定される場合に、還元剤を注入すればよい。なお、このような排気ガスが存在する状態は、切替弁が第１の状態に設定される場合に実現されるとともに、切替弁を第２の状態から第１の状態に切り替える際に、切替弁が第３の状態から第１の状態までの中間状態に設定される場合にも実現される。
【００９９】
また、第２の浄化部２２０の浄化機能を再生する際には、第２の部分環状通路３０ｂ２と第１の部分環状通路３０ｂ１とをこの順序で通る（すなわち、逆流方向に流れる）排気ガスが存在するように切替弁が設定される場合に、還元剤を注入すればよい。なお、このような排気ガスが存在する状態は、切替弁が第２の状態に設定される場合に実現されるとともに、切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える際に、切替弁が第３の状態から第２の状態までの状態に設定される場合にも実現される。
【０１００】
なお、前述のように、下流側の部分基幹通路３０ａ２には、切替弁２５１の状態に依らずに、常に、所定の流量Ｑの排気ガスが流れる。このため、通常、第２の浄化部２２０の浄化機能を充分に再生させるために必要な還元剤の注入量は、第１の浄化部２１０の浄化機能を充分に再生させるために必要な還元剤の注入量よりも、多くなる。そこで、ＥＣＵ９０（図１）は、還元剤供給部２６０を制御することにより、還元剤の注入量を変更している。具体的には、還元剤噴射ノズル２６１は、逆流方向に流れる排気ガスが存在するように切替弁が設定される場合には、順流方向に流れる排気ガスが存在するように切替弁が設定される場合よりも、多量の還元剤を第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入する。このようにすれば、２つの浄化部２１０，２２０の浄化機能を比較的少量の還元剤を用いて効率よく再生させることが可能となる。
【０１０１】
一般には、第１の部分環状通路３０ｂ１と第２の部分環状通路３０ｂ２とをこの順序で通る排気ガスが存在するように切替弁を設定する場合と、第２の部分環状通路３０ｂ２と第１の部分環状通路３０ｂ１とをこの順序で通る排気ガスが存在するように切替弁を設定する場合とで、還元剤の供給量が変更されていればよい。
【０１０２】
Ｃ．第３実施例：
図１６は、第３実施例における浄化ユニット２００を示す説明図である。図１６は、図１４とほぼ同じであるが、第２の還元剤噴射ノズル２６２が追加されている。第２の還元剤噴射ノズル２６２は、第１の還元剤噴射ノズル２６１と同様に、還元剤供給ポンプ２６８（図３（Ａ））から供給された還元剤を、第２の部分環状通路３０ｂ２内に注入する。
【０１０３】
また、第３実施例においては、第２実施例（図１４）と同様に、切替弁２５１が第３の状態になったときに、２つの還元剤噴射ノズル２６１，２６２のうちのいずれか一方が、環状通路３０ｂ内に還元剤を注入する。具体的には、第１の還元剤噴射ノズル２６１は、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すタイミングで第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤を注入する。そして、第２の還元剤噴射ノズル２６２は、以下に説明するタイミングで第２の部分環状通路３０ｂ２内に還元剤を注入する。
【０１０４】
図１７は、第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量の変化と第２の還元剤噴射ノズル２６２による還元剤の注入タイミングとを示す説明図である。
【０１０５】
図１７（Ａ）は、切替弁２５１を第１の状態から第２の状態に切り替える場合の排気ガス流量の変化と第２の還元剤噴射ノズル２６２による還元剤の注入タイミングとを示している。なお、このとき、２つの浄化部２１０，２２０の浄化機能が再生される。図１７（Ｂ）は、切替弁２５１を第２の状態から第１の状態に切り替える場合の排気ガス流量の変化と第２の還元剤噴射ノズル２６２による還元剤の注入タイミングとを示している。なお、このとき、第２の浄化部の浄化機能のみが再生される。
【０１０６】
図１５（Ａ）に示すように、第１の還元剤噴射ノズル２６１は、切替弁２５１が第２の状態から第１の状態に切り替わる際に、還元剤を第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入することにより、第１および第２の浄化部２１０，２２０の双方の浄化機能を再生することができる。また、図１７（Ａ）に示すように、第２の還元剤噴射ノズル２６２は、切替弁２５１が第１の状態から第２の状態に切り替わる際に、還元剤を第２の部分環状通路３０ｂ２内に注入することにより、第１および第２の浄化部２１０，２２０の双方の浄化機能を再生することができる。
【０１０７】
一方、図１５（Ｂ）に示すように、第１の還元剤噴射ノズル２６１は、切替弁２５１が第１の状態から第２の状態に切り替わる際に、還元剤を第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入することにより、第２の浄化部２２０のみの浄化機能を再生することができる。また、図１７（Ｂ）に示すように、第２の還元剤噴射ノズル２６２は、切替弁２５１が第２の状態から第１の状態に切り替わる際に、還元剤を第２の部分環状通路３０ｂ２内に注入することにより、第２の浄化部２２０のみの浄化機能を再生することができる。
【０１０８】
すなわち、２つの部分環状通路３０ｂ１，３０ｂ２のそれぞれに還元剤噴射ノズル２６１，２６２を設け、２つの部分環状通路内に還元剤を注入すれば、切替弁２５１の切替方向に依らずに、第１および第２の浄化部の双方の浄化機能、または、第２の浄化部のみの浄化機能を再生することが可能となる。
【０１０９】
なお、本実施例では、切替弁を切り替える際に還元剤を注入する場合について説明したが、第１実施例のように、切替弁が第１または第２の状態に設定されている際に還元剤を注入するようにしてもよい。この場合にも、切替弁の状態に依らずに、第１および第２の浄化部の双方の浄化機能、または、第２の浄化部のみの浄化機能を再生することができる。すなわち、切替弁が第２の状態に設定されている場合に、第２の還元剤噴射ノズル２６２が第２の部分環状通路３０ｂ２内に還元剤を注入することにより、第１および第２の浄化部の双方の浄化機能を再生することができる。また、切替弁が第１の状態に設定されている場合に、第２の還元剤噴射ノズル２６２が第２の部分環状通路３０ｂ２内に還元剤を注入することにより、第２の浄化部のみの浄化機能を再生することができる。
【０１１０】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１１】
（１）上記実施例では、浄化ユニット２００内部に排気ガス中の含炭素微粒子を捕集する第１の浄化部２１０が設けられているが、これと共に、浄化ユニット２００の上流側の排気用通路３０に、含炭素微粒子を捕集するフィルタを別途設けるようにしてもよい。このフィルタは、例えば、４つの燃焼室＃１〜＃４に接続される排気用通路３０のうちの多岐通路部分に設けることができる。
【０１１２】
また、上記実施例では、第１および第２の浄化部２１０，２２０の浄化機能を再生させるために、還元剤を注入することによって排気ガス空燃比をリッチにしているが、これと共に、機関の膨張行程後半または排気行程中に追加の燃料を燃焼室内に噴射するようにしてもよい。
【０１１３】
このようすれば、切替弁２５１の切替動作の頻度や、還元剤噴射ノズル２６１，２６２の還元剤の注入動作の頻度、還元剤の注入量などを、低減させることができるという利点がある。
【０１１４】
（２）上記実施例では、切替弁２５１は、第１または第２の状態に設定され、切り替えの際に、一時的に第３の状態に設定されると仮定して説明した。しかしながら、例えば、ディーゼルエンジン１００が低温燃焼を継続して実施する場合には、排気ガス中には含炭素微粒子は殆ど含まれていないため、切替弁２５１を継続して第３の状態に設定するようにしてもよい。なお、低温燃焼は、暖機運転終了後の低負荷運転（アイドリングや低速運転）のときに継続して実施可能である。
【０１１５】
（３）上記実施例では、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、下流側の部分基幹通路３０ａ２は、第１の浄化部２１０付近の環状通路３０ｂを囲むように形成されている。換言すれば、環状通路３０ｂは、下流側の部分基幹通路３０ａ２と交差して形成されている。しかしながら、下流側の部分基幹通路３０ａ２と環状通路３０ｂとは、交差しないように形成されていてもよい。例えば、下流側の部分基幹通路３０ａ２は、図３（Ｂ）において、環状通路３０ｂの上方側（＋ｚ方向側）または下方側（−ｚ方向側）に形成されていてもよい。
【０１１６】
ただし、上記実施例のようにすれば、下流側の部分基幹通路３０ａ２を流れる排気ガスにより、第１の浄化部２１０の温度が比較的高く保たれるため、第１の浄化部２１０に担持された活性金属２１８の機能をより活性化することができるという利点がある。また、浄化ユニット２００を小型化することができるという利点もある。
【０１１７】
（４）第１および第２実施例では、還元剤供給部２６０は、１つの還元剤噴射ノズル２６１を備えており、第１の部分環状通路３０ｂ１内にのみ還元剤を注入している。一方、第３実施例では、還元剤供給部２６０は、２つの還元剤噴射ノズル２６１，２６２を備えており、２つの部分環状通路３０ｂ１，３０ｂ２内に還元剤を注入している。
【０１１８】
一般に、再生剤供給部は、第１および第２の部分環状通路のうちの少なくとも一方の通路内に再生剤を供給すればよい。
【０１１９】
ただし、第１および第２実施例のようにすれば、還元剤供給部２６０を比較的簡単に構成することができるという利点がある。
【０１２０】
（５）上記実施例では、２つの浄化部２１０，２２０は、活性成分の担体としてモノリス型のセラミック担体を備えているが、これに代えて、モノリス型のメタル担体を備えるようにしてもよい。また、第２の浄化部２２０は、ペレット型のセラミック担体を備えるようにしてもよい。
【０１２１】
上記実施例では、第１の浄化部２１０は、排気ガス中に含まれる含炭素微粒子とＮＯｘとを浄化し、第２の浄化部２２０は、排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する。すなわち、上記実施例では、２つの浄化部２１０，２２０の双方とも、排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化することができる。したがって、第１の浄化部２１０は、ＮＯｘ浄化機能を有していなくてもよい。また、第１の浄化部２１０がＮＯｘ浄化機能を有している場合には、第２の浄化部２２０は、ＮＯｘ触媒に代えて、排気ガス中に含まれる還元物質ＨＣ，ＣＯを二酸化炭素および水（水蒸気）に酸化可能な酸化触媒（例えば、白金ＰｔやパラジウムＰｄ）を担持していてもよい。
【０１２２】
一般に、第１の浄化部は、少なくとも排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して浄化するためのフィルタを有していればよく、第２の浄化部は、少なくとも排気ガス中に含まれる特定のガス状物質を浄化することができればよい。
【０１２３】
（６）上記実施例では、本発明の排気ガス浄化装置を、ディーゼルエンジンに適用した場合について説明したが、これに代えて、燃焼室内に直接ガソリンを噴射する方式のガソリンエンジンなどの他の内燃機関に適用するようにしてもよい。
【０１２４】
さらに、本発明の排気ガス浄化装置は、車両や、船舶搭載用、定置用などの種々の内燃機関に適用可能である。
【０１２５】
すなわち、本発明の排気ガス浄化装置は、燃焼室を備える内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置を適用したディーゼルエンジン１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】ディーゼルエンジン１００（図１）の燃焼の概要を示す説明図である。
【図３】浄化ユニット２００（図１）の外観を模式的に示す説明図である。
【図４】図３に示す浄化ユニット２００内部の排気ガスの流れを模式的に示す説明図である。
【図５】図３に示す浄化ユニット２００内部の排気ガスの流れを模式的に示す説明図である。
【図６】図３に示す浄化ユニット２００内部の排気ガスの流れを模式的に示す説明図である。
【図７】第１の浄化部２１０（図４〜図６）を示す説明図である。
【図８】排気ガスの酸素濃度が比較的高い状態における第１の浄化部２１０の隔壁２１４に担持された活性金属２１８と助触媒２１９との機能を模式的に示す説明図である。
【図９】排気ガスの酸素濃度が比較的低い状態における第１の浄化部２１０の隔壁２１４に担持された活性金属２１８と助触媒２１９との機能を模式的に示す説明図である。
【図１０】第２の浄化部２２０（図４〜図６）を示す説明図である。
【図１１】第１の浄化部２１０（図７）の隔壁２１４を拡大して示す説明図である。
【図１２】還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入の様子を示す説明図である。
【図１３】還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入の様子を示す説明図である。
【図１４】第２実施例における還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入の様子を示す説明図である。
【図１５】第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量の変化と還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入タイミングとを示す説明図である。
【図１６】第３実施例における浄化ユニット２００を示す説明図である。
【図１７】第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量の変化と第２の還元剤噴射ノズル２６２による還元剤の注入タイミングとを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン本体
１３…燃料供給ポンプ
１４…燃料噴射ノズル
２０…吸気用通路
２２…エアクリーナ
２４…インタークーラ
２６…スロットル弁
３０…排気用通路
３０ａ…基幹通路
３０ａ１，３０ａ２…部分基幹通路
３０ｂ…環状通路
３０ｂ１，３０ｂ２…部分環状通路
４０…過給器
４１…タービン
４２…コンプレッサ
４３…シャフト
４５…アクチュエータ
６０…ＥＧＲ通路
６２…ＥＧＲクーラ
６４…ＥＧＲ弁
９０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１００…ディーゼルエンジン
２００…浄化ユニット
２１０…第１の浄化部
２１２…小通路
２１４…隔壁
２１６…封止板
２１８…活性金属
２１９…助触媒
２２０…第２の浄化部
２２２…小通路
２２４…隔壁
２５０…経路変更部
２５１…切替弁
２５２…駆動部
２６０…還元剤供給部
２６１…第１の還元剤噴射ノズル
２６２…第２の還元剤噴射ノズル
２６８…還元剤供給ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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