(57)【要約】【課題】簡単な構成にして、パティキュレート捕集フィルタの外周部分に堆積したパティキュレートの燃え残りひいては燃焼むらを効率よく低減し、パティキュレートの浄化率を向上させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路に介装され、排気を通過させる一方で排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集フィルタ(6)と、排気通路に連結され、パティキュレート捕集フィルタの外周壁(6a)との間に所定の空隙を有してパティキュレート捕集フィルタを収容するフィルタケース(5)と、パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の上流側に空隙を塞ぐよう設けた上流側遮蔽部材(7)と、パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の下流側に上流側遮蔽部材と間隔を空けて空隙(9)を塞ぐよう設けた下流側遮蔽部材(8)と、下流側遮蔽部材に形成され、排気の流通を許容すべく開口面積を可変操作して排気の流通量を調節可能な流通孔(10)とを備える。【選択図】図２
2018066287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装され、排気を通過させる一方で排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集フィルタと、
前記排気通路に連結され、前記パティキュレート捕集フィルタの外周壁との間に所定の空隙を有して該パティキュレート捕集フィルタを収容するフィルタケースと、
前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の上流側において、前記空隙を塞ぐよう設けられた上流側遮蔽部材と、
前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の下流側において、前記上流側遮蔽部材と所定の間隔を空けて前記空隙を塞ぐよう設けられた下流側遮蔽部材と、
前記下流側遮蔽部材に形成され、排気の流通を許容すべく開口面積を可変操作して排気の流通量を調節可能な流通孔と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記パティキュレート捕集フィルタを昇温させることで前記パティキュレート捕集フィルタに蓄積したパティキュレートを燃焼除去し、該パティキュレート捕集フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、
前記パティキュレート捕集フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
前記流通孔の開口面積を可変操作する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記パティキュレート捕集フィルタにパティキュレートを捕集している間は前記下流側遮蔽部材の前記流通孔を全開とし、前記フィルタ再生手段による前記パティキュレート捕集フィルタの再生時には、フィルタの再生が開始されると前記流通孔を全閉にした後、前記フィルタ温度検出手段で検出された温度情報に応じて前記流通孔の開口面積を可変操作する、
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】
前記制御手段は、前記パティキュレート捕集フィルタの再生時に、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度が所定温度に達すると前記流通孔を全開とする、
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４】
前記フィルタケースの内周面に熱反射部材を設けた、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記下流側遮蔽部材は、排気の流れ方向で重ねて配置され、同一中心で相対回転可能な一対の平板部材で構成されており、
前記一対の平板部材には、それぞれに前記流通孔を構成する複数の貫通孔が互いに対応して周方向に沿って並んで穿設されており、
前記流通孔は、前記一対の平板部材を相対回転させて前記複数の貫通孔同士の重なり度合いを可変させることで開口面積が可変操作される、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の上流側において、前記パティキュレート捕集フィルタの外周壁と前記フィルタケースの内周面との間に介装されて前記パティキュレート捕集フィルタを前記フィルタケース内に保持する保持マットと、
前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の下流側端部を前記フィルタケースに支持する支持部材と、を備え、
前記上流側遮蔽部材を前記保持マットで構成し、前記下流側遮蔽部材を前記支持部材で構成した、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項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】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特にパティキュレート捕集フィルタにおけるパティキュレートの浄化率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは、排気中に含まれるカーボンを主成分とするパティキュレート（パティキュレートマターともいい、以下、略してＰＭともいう）を捕集、除去するため、排気浄化装置としてディーゼルパティキュレート捕集フィルタ（以下、ＤＰＦともいう）が広く用いられている。このようなＤＰＦでは、ＰＭが堆積すると圧損が増加してエンジンに負荷がかかる上、ＰＭが堆積しすぎるとＤＰＦが過昇温となるリスクが大きくなるという問題がある。
【０００３】
そこで、ＰＭを除去してＤＰＦの再生を行うために、例えば、ＤＰＦの上流と下流の差圧が大きくなるとＤＰＦへのＰＭの蓄積量が増加したと推定し、通常の燃料噴射の後に燃料を噴射するポスト燃料噴射もしくは排気管内に燃料を噴射する排気管燃料噴射を行うようにして排ガスの温度を上昇させ、昇温した排ガスの熱を利用してＤＰＦを高温状態とし、ＤＰＦ内に蓄積したＰＭを燃焼除去することが行われている。
【０００４】
しかしながら、排ガスはＤＰＦの中心部分を通り易く、ＤＰＦの外周部分を通る排ガス流量が少ないことから、ＤＰＦの再生を行う際、排ガス中の酸素がＤＰＦの外周部分に十分に行き渡らず、また、ＤＰＦケースからの放熱によりＤＰＦの外周部分の温度が低くなることから、ＤＰＦの外周部分においてＰＭの燃え残りが発生するという問題がある。
このように、ＤＰＦの外周部分においてＰＭの燃え残りが発生すると、ＤＰＦへのＰＭの偏堆積が起こり、ＤＰＦへのＰＭの蓄積量とＤＰＦの上流と下流の差圧との関係が崩れ、ＤＰＦへのＰＭの蓄積量を精度よく推定することが困難となる。また、ＰＭの偏堆積が進行し過ぎると、ＤＰＦの再生時、ＰＭの燃焼むらが生じ局所的に過昇温となる虞もあり好ましいことではない。
【０００５】
この場合、ＤＰＦの再生頻度を大幅に高めたり、ポスト燃料噴射や排気管燃料噴射の燃料量を増加させたりしてＰＭの偏堆積を抑制することが考えられる。
また、電気ヒーター等でＤＰＦの外周部分を加熱することで、ＤＰＦ再生時におけるＰＭの燃え残りを低減する技術が開発されている。（特許文献１）
【特許文献１】特開平５−１９５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようにＤＰＦの再生頻度を大幅に高めたり、ポスト燃料噴射や排気管燃料噴射の燃料量を増加させたりする場合、必要以上に燃料を噴射することになり兼ねず好ましいことではない。
また、上記特許文献１に開示される技術では、別途電気ヒーター等を設ける必要があり、多くの電力を必要とし、エネルギー効率が悪いという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成にして、パティキュレート捕集フィルタの外周部分に堆積したパティキュレートの燃え残りひいては燃焼むらを効率よく低減し、パティキュレートの浄化率を向上させ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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に介装され、排気を通過させる一方で排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集フィルタと、前記排気通路に連結され、該パティキュレート捕集フィルタの外周壁との間に所定の空隙を有して該パティキュレート捕集フィルタを収容するフィルタケースと、前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の上流側において、前記空隙を塞ぐよう設けられた上流側遮蔽部材と、前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の下流側において、前記上流側遮蔽部材と所定の間隔を空けて前記空隙を塞ぐよう設けられる下流側遮蔽部材と、前記下流側遮蔽部材に形成され、排気の流通を許容すべく開口面積を可変操作して排気の流通量を調節可能な流通孔とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
これによれば、下流側遮蔽部材の流通孔の開口面積を可変操作することで、空隙を含むパティキュレート捕集フィルタの外周側でのガス流量を適宜増減可能とできる。そして、流通孔の開口を開くことでパティキュレート捕集フィルタの外周側での排ガス流量を増加させパティキュレートの捕集率および燃焼効率を向上させることができる。一方、流通孔の開口を閉じ空隙内の排ガスの流れを停滞させることで、空隙を空気層（断熱層）として機能させパティキュレート捕集フィルタの昇温を促進することができる。
【００１０】
したがって、パティキュレート捕集フィルタの状況に応じて、流通孔の開口面積を可変操作することで、パティキュレート捕集フィルタに蓄積したパティキュレートの燃え残りひいては燃焼むらを効率よく低減して、パティキュレート捕集フィルタ全体の浄化率を向上させることができる。
その他の態様として、前記パティキュレート捕集フィルタを昇温させることで前記パティキュレート捕集フィルタに蓄積したパティキュレートを燃焼除去し、該パティキュレート捕集フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、前記パティキュレート捕集フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、前記流通孔の開口面積を可変操作する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記パティキュレート捕集フィルタにパティキュレートを蓄積している間は、前記下流側遮蔽部材の前記流通孔を全開とし、前記フィルタ再生手段による前記パティキュレート捕集フィルタの再生時には、前記パティキュレート捕集フィルタの再生が開始されると前記流通孔を全閉とした後、前記フィルタ温度検出手段からの温度情報に応じて前記流通孔の開口面積を可変操作するのが好ましい。
【００１１】
これによれば、通常のパティキュレート捕集時は、流通孔を全開としてパティキュレート捕集フィルタの外周側の部位に積極的に排ガスを流通させることで、パティキュレート捕集フィルタ全体でパティキュレートを偏りなく捕集することができる。一方、フィルタ再生手段によるパティキュレート捕集フィルタの再生時においては、フィルタの再生が開始された直後は、流通孔を全閉して空隙内での排ガスの流れを停滞させることで、パティキュレート捕集フィルタからの放熱を抑制して昇温を促進させることができる。そして、流通孔を全閉とした後、パティキュレート捕集フィルタの温度に応じて流通孔の開口面積を可変操作しパティキュレート捕集フィルタの外周側の部位に流通されるガス流量を増大させることで、排ガス中の酸素が供給されてパティキュレート捕集フィルタの外周側の部位に蓄積したパティキュレートが良好に燃焼除去され、パティキュレートの燃え残りを低減させることができる。
【００１２】
その他の態様として、前記制御手段は、前記フィルタ再生手段を作動させている間、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度が所定温度に達すると、前記流通孔を全開とするのが好ましい。
これによれば、パティキュレート捕集フィルタの温度がフィルタの再生に十分な所定温度に達したときには、流通孔を全開とするので、排ガス中の酸素が十分に供給されてパティキュレート捕集フィルタの外周側の部位に蓄積したパティキュレートがより確実に燃焼除去される。
【００１３】
その他の態様として、前記フィルタケースの内面に熱反射部材を設けるのが好ましい。
これによれば、パティキュレート捕集フィルタからの熱放射を熱反射部材でフィルタケースの内側に反射することで、フィルタケース外部への放熱がより確実に抑制される。
その他の態様として、前記下流側遮蔽部材は、排気の流れ方向で重ねて配置され、同一中心で相対回転可能な一対の平板部材で構成されており、前記一対の平板部材には、それぞれに前記流通孔を構成する複数の貫通孔が互いに対応して周方向に沿って並んで穿設されており、前記流通孔は、前記一対の平板部材を相対回転させて前記複数の貫通孔同士の重なり度合いを可変させることで開口面積が可変操作される。
【００１４】
これによれば、比較的簡単な構成で流通孔の開口面積を自在に可変操作することができる。
その他の態様として、前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の上流側において、前記パティキュレート捕集フィルタの外周壁と前記フィルタケースの内周面との間に介装されて前記パティキュレート捕集フィルタを前記フィルタケース内に保持する保持マットと、前記パティキュレート捕集フィルタの排気流れ方向の下流側端部を前記フィルタケースに支持する支持部材と、を備え、前記上流側遮蔽部材を前記保持マットで構成し、前記下流側遮蔽部材を前記支持部材で構成するのが好ましい。
【００１５】
これによれば、パティキュレート捕集フィルタを前記フィルタケース内に支持する保持マットおよび支持部材を、空隙の上流側と下流側を遮蔽する上下遮蔽部材として兼用することができ、構造の簡素化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレート捕集フィルタの蓄積状態および温度状況に応じて、パティキュレート捕集フィルタの外周側の部位におけるガス流量を適宜増減することができるので、簡単な構成にして、パティキュレート捕集フィルタに蓄積したパティキュレートの燃え残りひいては燃焼むらを効率よく低減でき、パティキュレートの浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】排ガスの浄化処理を行う本発明の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】ＤＰＦユニットの構成を縦断面図で模式的に示す図である。
【図３】支持部材を下流側から見た図である。
【図４】支持部材の分解状態を示した構成図であって、（ａ）が上流側部材を示し、（ｂ）が下流側部材を示す図である。
【図５】図２に示す支持部材とＰＭ捕集フィルタの取り付け部分の拡大図である。
【図６】支持部材のガス流通孔の開度と支持部材の上流側部材と下流側部材の関係を表した図であって、（ａ）がガス流通孔の開度を０％とした場合、（ｂ）がガス流通孔の開度を１００％とした場合を示す図である。
【図７】ＥＣＵが実行する、本発明に係る排気浄化装置の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、車両に搭載されたエンジン１の排気管（排気通路）２に接続され、排ガスの浄化処理を行う本発明の排気浄化装置を示す概略構成図である。
エンジン１は、ディーゼルエンジンであり、エンジン１の排気管２には、上流側から順に酸化触媒３とディーゼルパティキュレート捕集フィルタ（ＤＰＦ）を備えたＤＰＦユニット４とが配設されている。
【００１９】
酸化触媒３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ２及びＨ２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成し浄化する機能を有している。
ＤＰＦユニット４は、排ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するとともに捕集したＰＭの量が多くなると所定のタイミングでＰＭを燃焼除去させることが可能に構成されている。
【００２０】
図２を参照すると、ＤＰＦユニット４の構成が縦断面図で模式的に示されている。ＤＰＦユニット４は、ＤＰＦケース（フィルタケース）５内にＤＰＦ本体としてＰＭ捕集フィルタ（パティキュレート捕集フィルタ）６を配設して構成されている。
ＤＰＦケース５は、ＰＭ捕集フィルタ６を排気管２に介装するための円筒状のケースであり、その内部にＰＭ捕集フィルタ６を収容して排気管２に接続（連通）されている。また、ＤＰＦケース５は、その内周面とＰＭ捕集フィルタ６の外周壁（最外周の壁）６ａとの間に所定の空隙９を有してＰＭ捕集フィルタ６を保持している。
【００２１】
ＰＭ捕集フィルタ６は、例えば横断面が格子状或いはハニカム状をなす複数の通路を上流側及び下流側で交互にプラグ等で閉鎖して構成され、排ガス中のＰＭを捕集する機能を有している。そして、ＰＭ捕集フィルタ６の通路壁は、コージライト等の多孔質の部材からなり、当該通路壁を排ガスが流通可能に構成されている。これにより、排ガス中のＰＭがＰＭ捕集フィルタ６内に蓄積される。また、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａ、すなわち最外周の通路壁も他の通路壁同様、ガスが通過できる多孔質に構成されて排ガスが通過可能とされている。また、本実施形態では、ＰＭ捕集フィルタ６の中央側の通路壁より外周側の通路壁のガス透過性を高くし、外周側での排ガスの流れを良くするよう構成されている。なお、ＰＭ捕集フィルタ６の通路壁には、酸化触媒が担持されて酸化触媒層が形成されていてもよい。
【００２２】
ＰＭ捕集フィルタ６に捕集されたＰＭは、一定量蓄積されると、所定のタイミングで燃焼除去され、所謂ＰＭ捕集フィルタ６の再生が行われる。具体的には、ＰＭ捕集フィルタ６の再生時には、後述するＥＣＵ１５により排ガス昇温制御が行われ、例えばエンジン１内で燃料を排気行程で噴射するポスト噴射を実施したり、排気管２内に燃料を噴射したりすることで、ＤＰＦユニット４上流側の排気管２内で未燃燃料を排ガス中の残存酸素により燃焼させ、排ガスの温度を上げる。これにより、ＰＭ捕集フィルタ６が加熱され、ＰＭ捕集フィルタ６に蓄積したＰＭが燃焼除去され、ＰＭ捕集フィルタ６の再生が実施される。
【００２３】
ＰＭ捕集フィルタ６は、その外周壁（最外周の通路壁）６ａの外側（ＤＰＦケースの内周面との間）に所定の空隙９を設けた状態でＤＰＦケース５内に保持されている。つまり、ＰＭ捕集フィルタ６は、周囲を空隙９で囲まれた状態で保持されており、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの周囲にも排ガスを流通する通路（空間）を空隙９で形成している。
ＰＭ捕集フィルタ６をＤＰＦケース５に保持するため、ＰＭ捕集フィルタ６の排ガス流れ方向の上流側の端部近傍の外周壁６ａとＤＰＦケース５の内周面との間には、ＰＭ捕集フィルタ６の上流側の部位を保持する保持マット（上流側遮蔽部材）７が介装され、ＰＭ捕集フィルタ６の排ガス流れ方向の下流側の端部の外周壁６ａとＤＰＦケース５の内周面との間には、ＰＭ捕集フィルタ６の下流側の部位を支持する支持部材（下流側遮蔽部材）８が介装されている。
【００２４】
これら保持マット７と支持部材８は、排気流れ方向に所定の間隔を空けた状態で配置されており、それぞれＰＭ捕集フィルタ６の排気流れ方向の上流側と下流側において、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａとＤＰＦケース５の内周面との間（外周壁６ａの外側）の空隙９の上流側と下流側を塞ぐようＰＭ捕集フィルタ６の全周に亘って設けられている。
これより、ＰＭ捕集フィルタ６は、保持マット７及び支持部材８によりＤＰＦケース５の内部に固定され、保持マット７と支持部材８との間にＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａとＤＰＦケース５とで囲まれる空隙９が形成される。すなわちＰＭ捕集フィルタ６をＤＰＦケース５に支持する保持マット７および支持部材８が、空隙９の上流側と下流側を閉じる本願の上流側遮蔽部材と下流側遮蔽部材を構成している。
【００２５】
保持マット７は、例えば断熱性を有するとともに排ガスを通さず車両の振動等による衝撃を吸収可能な部材、例えばセラミックファイバーで構成されている。保持マット７の排ガス流れ方向の長さは、支持部材８との間に空隙９を確保できるように、例えばＰＭ捕集フィルタ６の排ガス流れ方向の長さの半分以下の長さに設定される。
支持部材８は、図２に示すように、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａに保持マット７に対して排ガス流れ方向の下流側に所定の間隔を空けて設けられる。支持部材８は、排ガス流れ方向で上流側部材（平板部材）８ａと下流側部材（平板部材）８ｂの２枚からなる一対のプレート部材（平板部材）を重ねて構成されている。図３を参照すると、支持部材８を下流側から見た図が示されており、支持部材８は上流側部材８ａ及び下流側部材８ｂともに排ガス流れ方向で見てほぼ同一の内径と外径を有してリング状をなしている。上流側部材８ａ及び下流側部材８ｂには、ＰＭ捕集フィルタ６の外径（外周壁６ａ）より外側となる同一部分に、排ガスを排気流れ方向の下流側へ流通可能なガス流通孔（流通孔）１０が支持部材８（上流側部材８ａ及び下流側部材８ｂ）の周方向に一定間隔に並んで複数設けられている。つまり、支持部材８には、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの外側（周囲）の空隙９に対応して複数のガス流通孔１０が設けられている。
【００２６】
図４は、支持部材８の分解状態を示した構成図である。図４（ａ）が上流側部材８ａを示し、図４（ｂ）が下流側部材８ｂを示す。同図に示すように、上流側部材８ａ及び下流側部材８ｂには、それぞれ排気流れ方向に貫通されてガス流通孔１０を構成する同一形状の上流側ガス流通孔（貫通孔）１０ａ及び下流側ガス流通孔（貫通孔）１０ｂがそれぞれ互いに対応して周方向に同一間隔に並んで穿設されている。
【００２７】
図５は、図２に示す支持部材８とＰＭ捕集フィルタ６の取り付け部分の拡大図である。上流側部材８ａは、外径側がＤＰＦケース５の内壁に固定され、内径側でＰＭ捕集フィルタ６を支持している。本実施形態では、上流側部材８ａの内径側の部位が衝撃吸収マット１１を介してＰＭ捕集フィルタ６の下流側の端部の周縁に押し当てられている。なお、衝撃吸収マット１１は、衝撃吸収性とともに断熱性を備え、例えば保持マット７と同一の部材で構成されている。これにより、ＰＭ捕集フィルタ６に加わる振動や衝撃を保持マット７のみならず衝撃吸収マット１１で良好に受け止め、ＰＭ捕集フィルタ６の破損を防止することができる。また、ＰＭ捕集フィルタ６の熱が支持部材８を介してＤＰＦケース５から外部に放熱されることをも良好に防止することができる。
【００２８】
下流側部材８ｂは、上流側部材８ａの下流側側面を上流側部材８ａと同軸に周方向に摺動回転可能に配置されている。すなわち、上流側部材８ａと下流側部材８ｂとは、同軸を中心（同一中心）に相対回転可能に構成されている。
ＤＰＦケース５には、下流側部材８ｂを摺動回転させるためのアクチュエータ１２が設けられており、下流側部材８ｂは、アクチュエータ１２によって上流側部材８ａの下流側側面を周方向に摺動回転可能なようアクチュエータ１２の駆動部に連結されている。なお、アクチュエータ１２は例えば電気モーターで構成されるが、油圧式や空圧式等の機械式のアクチュエータ等でもよい。
【００２９】
図６は、支持部材８のガス流通孔１０の開度と支持部材８の上流側部材８ａと下流側部材８ｂの関係を表した図である。同図に示すように、支持部材８を構成する下流側部材８ｂの回転角度により、ガス流通孔１０の開度が変更される。図６（ａ）に示すように、上流側部材８ａの上流側ガス流通孔１０ａを塞ぐように下流側部材８ｂを回転させることでガス流通孔１０の開度を０％にでき、図６（ｂ）に示すように、上流側部材８ａの上流側ガス流通孔１０ａが下流側部材８ｂの下流側ガス流通孔１０ｂと一致するように下流側部材８ｂを回転させることでガス流通孔１０の開度を１００％にできる。また、下流側部材８ｂの回転角度を調整することにより、ガス流通孔１０の開度を任意の開度に変更することも可能である。
【００３０】
以上のように、支持部材８を上流側部材８ａと下流側部材８ｂとで構成し、下流側部材８ｂを回転させることで上流側ガス流通孔１０ａに対する下流側ガス流通孔１０ｂの重なり度合い、即ちガス流通孔１０の開度を調節可能とすることにより、支持部材８によってＰＭ捕集フィルタ６を保持しつつ、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの外側（周囲）の空隙９を通過する排ガスの流量を変更可能としている。即ち、ＰＭ捕集フィルタ６の通路壁は、コージライト等の多孔質の部材からなり、当該通路壁を排ガスが通過可能であるので、ガス流通孔１０が開いている場合には、排ガスの一部をＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａを構成する最外周の通路壁を通過させて、ガス流通孔１０から下流へ排出することが可能となり、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側の部位（外周壁６ａ近傍の部位）に流れる排ガスの流量を増加させることができる。これにより、ガス流通孔１０を開き、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側に排ガスを積極的に流すことでＰＭ捕集フィルタ６の中央側と外周側との流量の差を低減させることが可能となり、ガス流通孔１０を全閉（開度０％）とし空隙９内の排ガスの流れを停滞させることで、空隙９を空気層（断熱層）として機能させてＰＭ捕集フィルタ６の外周側からの放熱を抑制することが可能となる。
【００３１】
また、図２に示すように、ＤＰＦケース５の内周面には、全周に亘り熱反射部材１３が設けられている。詳しくは、熱反射部材１３は、例えば銀や銅のような熱反射性の高い物質をＤＰＦケース５の内周面にコーティングして構成されている。これによりＤＰＦユニット４を通る排ガスの熱やＰＭ捕集フィルタ６の熱による熱放射をＤＰＦケース５の内側に反射して外部に放散させることを防止可能としている。
【００３２】
また、やはり図２に示すように、ＰＭ捕集フィルタ６の中央部とＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａ近傍には、それぞれ耐熱性を有してＰＭ捕集フィルタ６の温度を計測可能な温度センサ（フィルタ温度検出手段）１４ａ、１４ｂが設けられている。
ＥＣＵ１５は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている（制御手段）。ＥＣＵ１５の入力側には、上記温度センサ１４ａ、１４ｂやＤＰＦユニット４の上流側と下流側の排ガスの圧力の差（差圧）を検出する圧力センサ１６ａ、１６ｂを含む各種センサ類が電気的に接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。また、ＥＣＵ１５の出力側には、エンジン１を作動させるための各種作動部品が接続されるとともに、上記アクチュエータ１２が電気的に接続されている。
【００３３】
これにより、ＥＣＵ１５により、センサ類からの検出情報に基づいてエンジン１の制御が行われ、特に、温度センサ１４ａ、１４ｂからのＰＭ捕集フィルタ６の温度情報や圧力センサ１６ａ、１６ｂからのＤＰＦユニット４の上流側と下流側の排ガスの差圧情報（蓄積状態）に基づき、排ガスの温度を上昇させる排ガス昇温制御を含む排気浄化装置の制御が実施される（フィルタ再生手段）。
【００３４】
以下、このように構成された内燃機関の排気浄化装置の作用とその効果について説明する。
図７を参照すると、ＥＣＵ１５が実行する、本発明に係る排気浄化装置の制御手順がフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
エンジン１の通常運転時（ＰＭ捕集時）には、ＤＰＦユニット４のＰＭ捕集フィルタ６にＰＭが捕集されて蓄積される。
【００３５】
この間、下流側部材８ｂの下流側ガス流通孔１０ｂと上流側部材８ａの上流側ガス流通孔１０ａとが一致した状態とされ、ガス流通孔１０の開度が１００％に維持される（ステップＳ１０）。なお、ＰＭ捕集フィルタ６の排気流れ方向上流側における外周壁６ａの周囲の空隙９は、保持マット７によって塞がれているので、ＤＰＦユニット４（ＤＰＦケース５）に流入した排ガスは、全てＰＭ捕集フィルタ６内に流入する。このようにガス流通孔１０の開度を１００％とすると、ＰＭ捕集フィルタ６に流入した排ガスは、ＰＭ捕集フィルタ６の中央部分のみならず、ＰＭ捕集フィルタ６の最外周の通路壁である外周壁６ａを通過してＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａとＤＰＦケース５との間の空隙９を流れ、支持部材８のガス流通孔１０を通って下流へ排出される。
【００３６】
これにより、ＰＭはＰＭ捕集フィルタ６の中央部分に蓄積し易い傾向にあるものの、排ガスがＰＭ捕集フィルタ６の中央側だけでなく外周側の部位（外周壁６ａ近傍の部位）にも流れ易くなることから、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側にもＰＭが十分に蓄積され、ＰＭ捕集フィルタ６全体で効率よく排ガス中に含まれるＰＭを捕集することができるので、ＰＭ捕集フィルタ６の中央側と外周側とでＰＭ蓄積量の偏りを抑制することができる。
【００３７】
ステップＳ１１では、ＰＭ蓄積量がＰＭ蓄積限界値に達しているか否かを判断する。詳しくは、圧力センサ１６ａ、１６ｂからの排ガスの圧力情報に基づき、ＰＭ捕集フィルタ６の前後差圧を検出し、前後差圧が所定値以上である場合には、ＰＭ捕集フィルタ６に蓄積されているＰＭの量、即ちＰＭ蓄積量がＰＭ蓄積限界値に達していると判断する。
ステップＳ１１でＰＭ捕集フィルタ６のＰＭ蓄積量がＰＭ蓄積限界値に達していると判断されると、ステップＳ１２に進み、ＰＭ捕集フィルタ６に蓄積されたＰＭを燃焼除去してＰＭ捕集フィルタ６の再生を行う。具体的には、ＥＣＵ１５よりエンジン１にポスト噴射等の排ガス昇温制御を開始する指令を出力し、排ガスの昇温を開始する。
【００３８】
そして、排ガスの昇温によりＰＭ捕集フィルタ６の再生が開始されると、ステップＳ１３において、ガス流通孔１０の開度を０％にする。すなわち、ガス流通孔１０を全閉にすることでＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの外側の空隙９を通る排ガスの流れを遮断する。これにより、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａとＤＰＦケース５との間の空隙９が空気層（断熱層）として機能することで、ＤＰＦユニット４（ＤＰＦケース５）からの放熱が抑制され、ＰＭ捕集フィルタ６の昇温が促進される。しかも、ＰＭ捕集フィルタ６は、中央側に比べて放熱され易い外周壁６ａ近傍での温度低下が抑制されるので、ＰＭ捕集フィルタ６の中央側と外周側との温度差を小さくすることができる。
【００３９】
また、この際、ＤＰＦケース５の内周面には熱反射部材１３が設けられているので、ＤＰＦユニット４を通る排ガスの熱やＰＭ捕集フィルタ６の熱による熱放射が熱反射部材１３によりＤＰＦケース５の内側に反射され、ＤＰＦユニット４（ＤＰＦケース５）から外部への放熱がより確実に抑制され、ＰＭ捕集フィルタ６の昇温がさらに促進されるとともにＰＭ捕集フィルタ６の中央側と外周側との温度差をより確実に小さくすることができる。
【００４０】
ステップＳ１４では、ＰＭ捕集フィルタ６の温度がＰＭの燃焼に十分な再生目標温度に達したか否かを判定する。例えば、温度センサ１４ａで計測したＰＭ捕集フィルタ６の中央部の温度が所定温度に達すると、ＰＭ捕集フィルタ６が再生目標温度に達したと判断する。
なお、ＰＭ捕集フィルタ６の温度が再生目標温度に達したか否かの判定については、温度センサ１４ｂで計測したＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａ近傍の温度が第２所定温度（上記所定温度と同じでもよい）に達したか否かで判断するようにしてもよい。
【００４１】
ステップＳ１５では、再びＰＭ捕集フィルタ６外周側の部位に排ガスを流して残存酸素を供給するようにするため、ガス流通孔１０の開度を１００％とし、昇温した排ガスがＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの外側の空隙９にも流れるようにする。これにより、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側の部位に流れる排ガスが増量されて排ガス中の残存酸素が供給され易くなるので、外周側の部位に蓄積されたＰＭを確実に燃焼させて燃え残りを抑制することができる。なお、本実施形態のＰＭ捕集フィルタ６は、中央側の通路壁より外周側の通路壁のガス透過性を高くして、外周側での排ガスの流れをより良くすることで、より効率よくＰＭを燃焼させることができるように構成されている。
【００４２】
そして、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側でのＰＭの燃え残りが抑制される結果、中央側と外周側とでＰＭ蓄積量の偏りが抑制されるので、ＰＭ捕集フィルタ６に蓄積したＰＭの燃え残りひいては燃焼むらを効率よく低減でき、ＰＭ捕集フィルタ６全体のＰＭ浄化率が向上される。
なお、この際、ＰＭ捕集フィルタ６の温度が再生目標温度に達すると、ガス流通孔１０の開度を０％から漸増するように調整してもよい。即ち、ガス流通孔１０の開度を急激に大きくすると、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａ近傍の温度が排ガスの流れによる熱の持ち去りによって却って低下する可能性があるが、ガス流通孔１０の開度を０％から漸増することで、熱の持ち去りが抑えられてＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａ近傍の温度低下が防止され、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側の部位に蓄積したＰＭの燃焼が促進される。この場合において、例えば、温度センサ１４ｂからの温度情報を監視して、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａ近傍の温度低下を極力抑えつつガス流通孔１０の開度を１００％まで漸増させるようにしてもよい。
【００４３】
ＰＭ捕集フィルタ６の再生が進み、圧力センサ１６ａ、１６ｂからの排ガスの圧力情報に基づきＰＭ捕集フィルタ６の前後差圧が第２所定値未満と判定された場合には、ＰＭ捕集フィルタ６の再生が完了したと判断でき、再生終了と判定する。即ち、エンジン１におけるポスト噴射等の排ガス昇温制御を終了し、支持部材８のガス流通孔１０の開度を１００％とするようアクチュエータ１２を回転作動させる。なお、再生終了の判定については、ＥＣＵ１５にタイマーを備え、当該タイマーによりＰＭ捕集フィルタ６の再生が開始されてからの経過時間を計時し、経過時間が予め実験等により設定した所定時間に達した場合に再生終了と判定するようにしてもよい。
【００４４】
これにより、エンジン１は通常運転に戻り、ＰＭ捕集フィルタ６に再びＰＭが蓄積され、以降、当該ルーチンが繰り返される。
以上説明したように、本発明に係る排気浄化装置では、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａとＤＰＦケース５の内周面との間に所定の空隙９（流通路）を形成し、空隙９の排気流れ方向上流側を塞ぎつつＰＭ捕集フィルタ６を保持する保持マット７（上流側遮蔽部材）および、空隙９の排気流れ方向下流側を塞ぎつつＰＭ捕集フィルタ６を支持する支持部材８（下流側遮蔽部材）を設けるとともに、支持部材８に排気の流通を許容すべく開口面積を可変操作して排気の流通量を調節可能なガス流通孔１０を設け、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの外側の空隙９を流通する排ガスの流量を適宜増減可能としている。つまり、空隙９に流通される排ガスの流量を増減することで、ＰＭ捕集フィルタ６内、特に外周側の部位（外周壁６ａ近傍の部位）に流通される排ガス流量を調節（増減）することができる。
【００４５】
従って、ガス流通孔１０を開いて空隙９での排ガス流量を増やすことで、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側の部位に流れる排ガス流量を増加させてＰＭ捕集フィルタ６の外周側でのＰＭの捕集率および燃焼効率を向上させることができるので、ＰＭ捕集フィルタ６の中央側と外周側とでＰＭ蓄積量の偏りを抑制することができる。またガス流通孔１０を閉じて空隙９での排ガスの流通を停滞させることで、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの周囲の空隙９を空気層（断熱層）として機能させることができるので、ＰＭ捕集フィルタの外周側（ＤＰＦケース５）からの放熱を抑制しＰＭ捕集フィルタ６の昇温を促進させることができる。
【００４６】
そして、ガス流通孔１０の開口面積は、ＥＣＵ１５によってＰＭ捕集時とＰＭ捕集フィルタ６の再生時におけるＰＭ捕集フィルタ６の温度状況に応じて制御されている。具体的には、ＰＭ捕集時にはガス流通孔１０を開き、ＰＭ捕集フィルタ６の再生時では、ＰＭ捕集フィルタ６が昇温するまではガス流通孔１０を全閉とし、昇温したらガス流通孔１０を開くように制御している。
【００４７】
従って、ＰＭ捕集時には、ガス流通孔１０を開いて排ガスがＰＭ捕集フィルタ６の中央部分のみならず外周側の部分にも良好に流れるようにすることで、ＰＭ捕集フィルタ６全体を使って偏りなく排ガスのＰＭを捕集することができ、ＰＭ捕集フィルタ６全体のＰＭ蓄積量の偏りを抑制することができる。
一方、ＰＭ捕集フィルタ６の再生時には、排ガス昇温制御が開始されると、ガス流通孔１０を閉じてＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａの外側の空隙９における排ガスの流れを遮断し、ＰＭ捕集フィルタ６の外周壁６ａを囲む空隙９を空気層（断熱層）として使用することで、ＤＰＦユニット４（ＤＰＦケース５）から外部への放熱を抑制してＰＭ捕集フィルタ６全体の昇温を促進させることができる。また、ＰＭ捕集フィルタ６が再生目標温度にまで昇温した後は、ガス流通孔１０を再び開き、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側を通る排ガスの量を増加させることで、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側へ供給する排ガス中の残存酸素を増やしてＰＭ捕集フィルタ６の外周側の部位に溜まったＰＭを積極的に燃焼させて、ＰＭ捕集フィルタ６内のＰＭの燃え残り、特に外周側におけるＰＭの燃え残りを抑制することができる。
【００４８】
また、熱反射部材１３をＤＰＦケース５の内周面に設けたことで、ＤＰＦケース５内部（ＰＭ捕集フィルタ６）からの熱放射を反射させ、ＤＰＦケース５から外部への放熱を抑制することができるので、排ガス昇温制御時にＰＭ捕集フィルタ６の全体をより良好に昇温させることができる。
このように、本発明の排気浄化装置によれば、ＰＭ捕集フィルタ６の蓄積状態や温度状況に応じて、ＰＭ捕集フィルタ６の外周側での排ガス流通状態を調整し、ＰＭの捕集率および燃焼効率を向上させるとともにＰＭ捕集フィルタ６の昇温を促進させることが可能となるので、ＰＭ捕集フィルタ６に蓄積したＰＭの燃え残りひいては燃焼むらを効率よく低減して、ＰＭ捕集フィルタ６全体のＰＭ浄化率を向上させることができる。
【００４９】
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記実施形態では、リング状の支持部材８を用いるようにしたが、支持部材８はリング状でなくてもよく、多角形状であってもよい。この場合、支持部材８は、開口面積を可変操作可能であれば、回転作動させるものに限られない。
【００５０】
また、上記実施形態では、ガス流通孔１０が楕円形である場合を例に説明したが、これに限られるものではなく、ガス流通孔１０は楕円形以外の形状であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１    エンジン
３    酸化触媒
４    ＤＰＦユニット
５    ＤＰＦケース（フィルタケース）
６    ＰＭ捕集フィルタ（パティキュレート捕集フィルタ）
６ａ  ＰＭ捕集フィルタの外周壁
７    保持マット（上流側遮蔽部材）
８    支持部材（下流側遮蔽部材）
８ａ  上流側部材（平板部材）
８ｂ  下流側部材（平板部材）
９    空隙
１０    ガス流通孔（流通孔）
１０ａ  上流側ガス流通孔（貫通孔）
１０ｂ  下流側ガス流通孔（貫通孔）
１１    衝撃吸収マット
１２    アクチュエータ
１３    熱反射部材
１４ａ、１４ｂ  温度センサ（フィルタ温度検出手段）
１５    ＥＣＵ（制御手段、フィルタ再生手段）
１６ａ、１６ｂ  圧力センサ
【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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