(57)【要約】【課題】排気ガス浄化装置内の微粒子捕集装置の再生処理時に、その中心部と外周部の再生の進行状況に応じて、排気ガス浄化装置内の排気ガスの流れの制御で微粒子捕集装置の再生を部分的に促進して、再生処理を効率よく、かつ、再生のムラなく行って、ＰＭ捕集効率を向上させるとともに、再生処理用の燃料を節約できて燃費を改善できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】微粒子捕集装置２３の再生処理時に、排気ガスＧａが微粒子捕集装置２３の全体へ流れる第１状態で粒子捕集装置２３の中心部の再生を微粒子捕集装置２３の外周部よりも優先して行うと共に、中心部の再生の後に、排気ガスＧａが中心部への流れが妨げられて外周部へ流れ易い第２状態に切り替えて、中心部の再生の後に外周部の再生をする再生処理を行う。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
前記排気ガス浄化装置の入口に、前記排気ガス浄化装置内の排気ガスの流れを、排気ガスが前記微粒子捕集装置の全体へ流れる第１状態と、前記微粒子捕集装置の中心部への流れが妨げられて前記微粒子捕集装置の外周部へ流れ易い第２状態とに切り替える流路変更装置を備えるとともに、
前記微粒子捕集装置の再生処理時に、前記流路変更装置を制御して、前記第１状態で前記中心部の再生を前記外周部よりも優先して行うと共に、再生の進行に従って第２状態に移行して、前記中心部と前記外周部の再生が完了した時に再生処理を終了する再生処理制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記第１状態から前記第２状態への移行の間に、前記第１状態と前記第２状態の中間である期間を設けて、再生の進行に従って連続的または段階的に前記第１状態から前記第２状態へ移行させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記排気ガス浄化装置を、上流側の前記排気通路に接続する入口側接続部と、該入口側接続部からテーパー状に流路面積を拡大する流路拡大部と、該流路拡大部の下流の流路面積一定で、かつ、前記微粒子捕集装置が配置される流路部を有する容器を備えて構成すると共に、
前記流路変更装置を、前記流路拡大部の面に平行した状態で前記排気ガス浄化装置の中心方向に移動する閉弁用羽根を有し、該閉弁用羽根を前記流路拡大部側に移動したときに、前記第１状態にし、前記閉弁用羽根を前記中心方向に移動したときに、前記第２状態にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、
前記微粒子捕集装置の再生処理時に、排気ガスが前記微粒子捕集装置の全体へ流れる第１状態で前記微粒子捕集装置の中心部の再生を前記微粒子捕集装置の外周部よりも優先して行うと共に、再生の進行に従って、排気ガスが前記中心部への流れが妨げられて前記外周部へ流れ易い第２状態に移行して、前記中心部と前記外周部の再生が完了した時に再生処理を終了することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項５】
前記第１状態から前記第２状態への移行の間に、前記第１状態と前記第２状態の中間である期間を設けて、再生の進行に従って連続的または段階的に前記第１状態から前記第２状態へ移行させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置が、上流側の前記排気通路に接続する入口側接続部と、該入口側接続部からテーパー状に流路面積を拡大する流路拡大部と、該流路拡大部の下流の流路面積一定で、かつ、前記微粒子捕集装置が配置される流路部を有する容器を備えて構成されると共に、
流路変更装置が、前記流路拡大部の面に平行した状態で前記排気ガス浄化装置の中心方向に移動する閉弁用羽根を有して構成され、該閉弁用羽根を前記流路拡大部側に移動することで前記第１状態にし、前記閉弁用羽根を前記中心方向に移動することで前記第２状態にすることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中のＰＭを捕集する微粒子捕集装置の再生処理能力を向上させ、ＰＭ捕集効率を向上させるとともに、内燃機関の燃費を改善することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及びその排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関より排出される排気ガスの中にはＰＭ（Particulate Matter）と呼ばれる粒子状物質が含まれる。このＰＭは、排気通路に配設した排気ガス浄化装置に、種々の形状、材質で構成されている微粒子捕集装置を組み込んで、この微粒子捕集装置により捕集し、大気中へ排出される排気ガスを浄化している。この微粒子捕集装置ではＰＭを捕集し、微粒子捕集装置内のＰＭ堆積量が増加するにつれて、圧力損失が増加して燃費の悪化を生じたり、ＰＭの捕集限界を超えて微粒子捕集装置をすり抜けるＰＭ量が増加して浄化性能が低下したりするため、定期的に微粒子捕集装置を昇温して、捕集されたＰＭを燃焼してＰＭ捕集能力を回復する再生処理を行う必要がある。
【０００３】
この微粒子捕集装置の再生処理は、微粒子捕集装置内のＰＭ堆積量を、例えば、微粒子捕集装置の前後の差圧によって管理し、一定圧以上の差圧が生じると、ＰＭが所定量以上堆積したと判断して、再生処理を行っている。この再生処理では、微粒子捕集装置を所定温度以上に、所定の時間の間昇温させてＰＭを燃焼させており、この捕集と再生の繰り返しにより、微粒子捕集装置のＰＭ捕集能力を維持し、大気中に排出される排気ガス中のＰＭの減少を図っている。この微粒子捕集装置の再生処理は、毎回同じ条件で行われているため、ＰＭ堆積量に関係なく、一定量の燃料を消費する。
【０００４】
これに関連して、再生処理に要する燃料消費量を最小限にするため、ＰＭ燃焼時の燃焼速度をＰＭ堆積量ごとに算出してＰＭ燃焼に必要な活性化エネルギーを算出し、その値からＰＭが燃焼するのに必要な温度と時間の関係を算出し、燃料消費量を最小とする条件で再生を実行する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、この再生方法では、微粒子捕集装置内のＰＭ堆積量に基づいて、再生処理に必要な燃料消費量を最適化することで、燃費の悪化の抑制を図っているが、微粒子捕集装置の中心部と外周部の再生処理を並行して行うため、微粒子捕集装置の中心部と外周部の再生処理の進捗状況に違いが生じる。
【０００６】
ここで、微粒子捕集装置の中心部と外周部の再生の進捗状況の違いについて、図１２に示す、酸化触媒装置（ＤＯＣ）２２Ｘと微粒子捕集装置２３Ｘを備えて構成され、排気通路に配設された排気ガス浄化装置（ＤＰＤ）２１Ｘを参照しながら説明すると、この微粒子捕集装置２３Ｘでは、その中心部からＰＭが堆積していくが、微粒子捕集装置２３Ｘ内の流路面積の関係から、その外周部にも同等のＰＭが堆積する。しかしながら、図１２に示すように、排気ガスＧａの流速は、微粒子捕集装置２３Ｘの外周部に近づくにつれ低下する上に、外周部では大気中への放熱もあり温度が低下することから、再生処理時にはその外周部付近での再生が困難となり中心部と外周部で、その再生の進捗状況に違い（以後、この再生の進捗状況の違いを「再生状況のムラ」と称する）が生じる。
【０００７】
特に、微粒子捕集装置２３Ｘの中心部はその外周部に比べ、再生が早期に完了するため、中心部の再生が完了した後は、中心部のガス流速と外周部のガス流速の差がさらに大きくなり、この再生状況のムラによる弊害はより大きくなる。
【０００８】
そのため、微粒子捕集装置２３Ｘ前後の圧力差が速やかに降下しないので、また、微粒子捕集装置２３Ｘの外周部での再生を進行させるために必要以上の燃料を使用することになるので、燃費が悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−４４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、微粒子捕集装置の再生処理時に、微粒子捕集装置の中心部と外周部の再生の進行状況に応じて、排気ガス浄化装置を通過する排気ガスの流れの状態を制御することで、微粒子捕集装置の再生を部分的に促進して微粒子捕集装置の再生処理を効率よく、かつ、再生のムラなく行うことができて、ＰＭ捕集効率を向上させるとともに、再生処理用の燃料を節約できて燃費を改善することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置の入口に、前記排気ガス浄化装置内の排気ガスの流れを、排気ガスが前記微粒子捕集装置の全体へ流れる第１状態と、前記微粒子捕集装置の中心部への流れが妨げられて前記微粒子捕集装置の外周部へ流れ易い第２状態とに切り替える流路変更装置を備えるとともに、前記微粒子捕集装置の再生処理時に、前記流路変更装置を制御して、前記第１状態で前記中心部の再生を前記外周部よりも優先して行うと共に、再生の進行に従って第２状態に移行して、前記中心部と前記外周部の再生が完了した時に再生処理を終了する再生処理制御を行う制御装置を備えて構成される。
【００１２】
この構成によれば、微粒子捕集装置の再生処理時に、微粒子捕集装置の中心部と外周部の再生の進行状況に応じて、排気ガス浄化装置内を通過する排気ガスの流れの状態を制御することで、微粒子捕集装置の再生を部分的に促進して、微粒子捕集装置の再生処理を効率よく、かつ、再生のムラなく行うことができて、ＰＭ捕集効率を向上させるとともに、再生処理用の燃料を節約できて燃費を改善することができる。
【００１３】
より詳細には、微粒子捕集装置の中心部に対して優先して速やかな再生を行い、微粒子捕集装置の再生が進行するにつれて、微粒子捕集装置の外周部を流れる排気ガスの流量を多くするので、再生初期に発生する中心部の再生による微粒子の燃焼熱を外周部で利用することができ、これにより、外周部の温度を上昇させることができる。
【００１４】
その後の段階で、昇温した外周部を通過する排気ガスの流量を増加させることにより、この排気ガスに含まれている酸素で外周部の微粒子の燃焼を促進することができるので、微粒子捕集装置の再生処理を効率よく行うことができると共に、最終的には中心部と外周部の再生処理をよりムラなく行うことができる。その結果、微粒子捕集装置のＰＭ捕集効率を向上させるとともに、燃費を改善することができる。
【００１５】
なお、この構成とは逆に、微粒子捕集装置の外周部の再生を先に行い、再生の進行に従って、内周部を流れる排気ガスの流量を多くすることも考えられるが、この場合は、外周部からの外部への放熱があるため、外周部で発生した燃焼熱の内のごく一部のみを中心部の再生に用いることになり、燃料熱の利用効率が悪くなる。
【００１６】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記第１状態から前記第２状態への移行の間に、前記第１状態と前記第２状態の中間である期間を設けて、再生の進行に従って連続的または段階的に前記第１状態から前記第２状態へ移行させると、より極め細かく、微粒子捕集装置の中心部の排気ガスの流量と外周部の排気ガスの流量の割合を変化させることができ、中心部の再生と外周部の再生の進行状況に合わせた排気ガスの分配の最適化が可能となる。
【００１７】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置を、上流側の前記排気通路に接続する入口側接続部と、該入口側接続部からテーパー状に流路面積を拡大する流路拡大部と、該流路拡大部の下流の流路面積一定で、かつ、前記微粒子捕集装置が配置される流路部を有する容器を備えて構成すると共に、前記流路変更装置を、前記流路拡大部の面に平行した状態で前記排気ガス浄化装置の中心方向に移動する閉弁用羽根を有し、該閉弁用羽根を前記流路拡大部側に移動したときに、前記第１状態にし、前記閉弁用羽根を前記中心方向に移動したときに、前記第２状態にするように構成すると、基本的には、第１状態と第２状態との間で、内周部と外周部では流量の差があるものの、常時、微粒子捕集装置のセルの入口は全部が排気ガスが流入可能な状態になっているので、圧力損失が大きく変化することを防止できる。
【００１８】
なお、排気ガス浄化装置内に排気ガスの流れを中心部と外周部に分流する仕切り板を設ける構成等では、いずれかの流路を選択した場合に、微粒子捕集装置における排気ガスが流入可能なセルの入口数が通常の半分近くに減少するので、圧力損失が大きく変化する。これを避けるために、セルの径を大きくしたり、セル数を多くしたりすると、微粒子捕集装置が太くなり、大型化してしまうことになる。
【００１９】
また、上記の目的を達成するための内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記微粒子捕集装置の再生処理時に、排気ガスが前記微粒子捕集装置の全体へ流れる第１状態で前記微粒子捕集装置の中心部の再生を前記微粒子捕集装置の外周部よりも優先して行うと共に、再生の進行に従って、排気ガスが前記中心部への流れが妨げられて前記外周部へ流れ易い第２状態に移行して、前記中心部と前記外周部の再生が完了した時に再生処理を終了することを特徴とする方法である。
【００２０】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記第１状態から前記第２状態への移行の間に、前記第１状態と前記第２状態の中間である期間を設けて、再生の進行に従って連続的または段階的に前記第１状態から前記第２状態へ移行させる。
【００２１】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記排気ガス浄化装置が、上流側の前記排気通路に接続する入口側接続部と、該入口側接続部からテーパー状に流路面積を拡大する流路拡大部と、該流路拡大部の下流の流路面積一定で、かつ、前記微粒子捕集装置が配置される流路部を有する容器を備えて構成されると共に、流路変更装置が、前記流路拡大部の面に平行した状態で前記排気ガス浄化装置の中心方向に移動する閉弁用羽根を有して構成され、該閉弁用羽根を前記流路拡大部側に移動することで前記第１状態にし、前記閉弁用羽根を前記中心方向に移動することで前記第２状態にする。
【００２２】
これらの方法によれば、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及びその排気ガス浄化方法によれば、微粒子捕集装置の再生処理時に、微粒子捕集装置の中心部と外周部の再生の進行状況に応じて、排気ガス浄化装置内を通過する排気ガスの流れの状態を制御することで、微粒子捕集装置の再生を部分的に促進して、微粒子捕集装置の再生処理を効率よく、かつ、再生のムラなく行うことができて、ＰＭ捕集効率を向上させるとともに、再生処理用の燃料を節約できて燃費を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムを備えた内燃機関の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図３】図２の排気ガス浄化装置に配置された流路変更装置の羽根の様子を模式的に示す、図２のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図４】本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローの一例を示す図である。
【図５】図４のステップＳ４００の詳細を示す図である。
【図６】第１状態における流路変更装置の羽根の様子を模式的に示す側断面図である。
【図７】第１状態における流路変更装置の羽根の様子を模式的に示す、図６のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図８】第１状態から第２状態への移行途中における流路変更装置の羽根の様子を模式的に示す側断面図である。
【図９】第１状態から第２状態への移行途中における流路変更装置の羽根の様子を模式的に示す、図８のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図１０】第２状態における流路変更装置の羽根の様子を模式的に示す側断面図である。
【図１１】第２状態における流路変更装置の羽根の様子を模式的に示す、図１０のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図１２】従来技術の排気ガス浄化装置を通過する排気ガスの流速の様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、説明する。図１に示すように、この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム２は次のように構成される。
【００２６】
エンジン（内燃機関）１０は、燃料噴射装置１１と吸気弁１２と排気弁１３が設けられ、この吸気弁１２に連通する吸気通路１４と、排気弁１３に連通する排気通路１５と、ＥＧＲ通路１６が設けられている。
【００２７】
この吸気通路１４には、上流側より順に、エアクリーナ１７、ターボチャージャ（ターボ式過給器）１８のコンプレッサ１８ｂ、インタークーラ１９ａ、インテークスロットルバルブ１９ｂが設けられている。また、排気通路１５には、上流側より順に、ターボチャージャ１８のタービン１８ａ、排気ガス浄化装置２０が設けられている。
【００２８】
また、ＥＧＲ通路１６は、コンプレッサ１８ｂより下流の吸気通路１４とタービン１８ａより上流の排気通路１５を接続して設けられ、このＥＧＲ通路１６には、上流側より順に、ＥＧＲクーラ１６ａ、ＥＧＲバルブ１６ｂが設けられている。
【００２９】
そして、大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、ＥＧＲ通路１６から吸気通路１４に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）Ｇｅを伴って、吸気弁１２経由で気筒（シリンダ）１０ａに送られる。この吸入ガス（Ａ＋Ｇｅ）が、ピストン１０ｂにより圧縮され、気筒（シリンダ）１０ａ内に噴射された燃料が燃焼することで、エンジン１０で動力を発生させる。
【００３０】
このエンジン１０での燃焼により発生した排気ガスＧが、排気弁１３経由で排気通路１５に流出し、その一部はＥＧＲ通路１６にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、タービン１８ａを経由して、排気ガス浄化装置２０に流入する。この排気ガスＧａは排気ガス浄化装置２０により浄化された後、浄化された排気ガスＧｃとしてマフラー（図示しない）を経由して大気中へ放出される。
【００３１】
また、図１に示すように、排気ガス浄化システム２を構成する排気ガス浄化装置２０は、この図１の構成では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）２２、微粒子捕集装置（ＤＰＤ）２３、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）２４及び酸化触媒装置（ＤＯＣ）２５等で構成される。
【００３２】
この酸化触媒装置２２は、例えば、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造体の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。この酸化触媒装置２２は、排気ガスＧａ中に未燃燃料である炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等があるとこれを酸化し、この酸化で発生する熱により排気ガスＧａを昇温して、この昇温した排気ガスＧａで下流側の微粒子捕集装置２３を昇温させる。
【００３３】
また、この微粒子捕集装置２３は、一般的に、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成され、このフィルタの部分に、白金や酸化セリウム等の酸化触媒やＰＭ酸化触媒を担持する場合が多い。この微粒子捕集装置２３により、排気ガスＧａ中のＰＭは、多孔質のセラミックの壁で捕集される。
【００３４】
また、燃料噴射装置２６は、酸化触媒装置２２の上流側に配設された、未燃燃料を排気通路１５内に噴射する装置であり、微粒子捕集装置２３の再生処理時に、排気通路１５内に未燃燃料を噴射し、この未燃燃料を下流側の酸化触媒装置２２で酸化して、この酸化で発生する熱により排気ガスＧａを昇温して、この昇温した排気ガスＧａで下流側の微粒子捕集装置２３を再生処理可能な温度域まで昇温させる役割を持っている。
【００３５】
また、尿素噴射装置２７は、選択還元型触媒装置２４の上流側に配設された、ＮＯｘ還元用の尿素水を排気通路１５内に噴射する装置であり、尿素水は排気通路１５内の排気ガスＧａに噴出されると分解してアンモニアを生成し、アンモニアと排気ガスＧａ内のＮＯｘを反応させることでＮＯｘを水と窒素に無害化する役割を持っている。
【００３６】
さらに、微粒子捕集装置２３の前後差圧を検出するために、差圧センサ４１を設け、排気ガス浄化装置２０へ流入する排気ガスＧａの温度を測定するために温度センサ４２を設ける。なお、図１を除いて、図２等では簡略化のため、排気ガス浄化装置２０内に、選択還元型触媒装置２４、酸化触媒装置２５及び差圧センサ４１を図示していない。
【００３７】
本発明においては、更に、図２及び図３に示すように、排気ガス浄化装置２０を、上流側の排気通路１５に接続する入口側接続部２１ａと、この入口側接続部２１ａからテーパー状に流路面積を拡大する流路拡大部２１ｂと、この流路拡大部２１ｂの下流の流路面積一定で、かつ、微粒子捕集装置２３が配置される流路部２１ｃを有する容器(ケース)２１を備えて構成する。
【００３８】
そして、この排気ガス浄化装置２０の入口に、排気ガス浄化装置２０内の排気ガスＧａの流れを、排気ガスＧａが微粒子捕集装置２３の全体へ流れる第１状態と、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへの流れが妨げられて微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂへ流れ易い第２状態とに切り替える流路変更装置３０を備えて構成する。
【００３９】
この流路変更装置３０は、流路拡大部２１ｂの面に平行した状態で排気ガス浄化装置２０の中心方向に移動する開閉用軸３１の先端側に設けられた閉弁用羽根３２を有し、この閉弁用羽根３２を流路拡大部２１ｂ側に移動することにより、図６及び図７に示すような第１状態から、図８及び図９に示すような閉弁用羽根３２を中心方向に移動した状態にし、最終的に、図１０及び図１１に示すような第２状態にする。この切り替えは、連続的または段階的に行われる。
【００４０】
より詳細には、この閉弁用羽根３２は、図２に示すように排気ガスＧａの通過方向であるＸ−Ｘ方向から見て、排気ガス浄化装置２０の流路拡大部２１ｂの中心から半径方向の上下左右均等の各位置に１枚ずつ（図３の構成では計４枚）配設される。この閉弁用羽根３２は、制御装置５１からの出力により作動するステッピングモータ等のアクチュエータ３３で開閉用軸３１を軸方向に移動させることにより各閉弁用羽根３２を図６〜図１１に示すように移動して、排気ガスＧａの通路の中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉを妨げるように構成される。
【００４１】
この構成にすることで、第１状態と第２状態との間で、中心部２３ａと外周部２３ｂでは流量の差があるものの、常時、微粒子捕集装置２３のセルの入口は全部が排気ガスＧａが流入可能な状態になっているので、圧力損失が大きく変化することを防止できる。
【００４２】
また、微粒子捕集装置２３の再生処理と流路変更装置３０を制御する制御装置５１を備えて構成する。この制御装置５１は、アクセル開度センサ（図示しない）等の各種センサの情報に基づいて、エンジン１０の全般の制御を行う全体システム制御装置（ＥＣＵ）５０に組み込んでもよいし、独立して設けてもよい。
【００４３】
そして、この制御装置５１は、微粒子捕集装置２３の再生処理の進行状況に応じて、このアクチュエータ３３を動作させて、閉弁用羽根３２を流路拡大部２１ｂの面に垂直な方向に移動させる。ここでは、閉弁用羽根３２が流路拡大部２１ｂの面に接した位置を「全開」とし、閉弁用羽根３２が流路拡大部２１ｂの中心に最も近づいた位置を「全閉」とする。
【００４４】
この閉弁用羽根３２の移動位置により排気ガス浄化装置２０を通過する排気ガスＧａを、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉと外周部２３ｂを流れる排気ガスＧｏに分流する量を変化させる。なお、中心部２３ａと外周部２３ｂとは連続して構成されており、中心部２３ａと外周部２３ｂとの間にある一点鎖線は便宜的に区分を示したものであり、境界としての仕切りなどの構成はなく、中心部２３ａと外周部２３ｂとの間で熱移動が可能となっている、また、ここでは、閉弁用羽根３２を４枚配設しているが、排気ガスＧａの流路を調整して排気ガスＧａを排気ガスＧｉと排気ガスＧｏに分流することができればよく、この枚数を限定する必要はない。
【００４５】
そして、本発明においては、制御装置５１は、微粒子捕集装置２３の再生処理時に、流路変更装置３０を制御して、第１状態で中心部２３ａの再生を外周部２３ｂよりも優先して行うと共に、再生の進行に従って第２状態に移行して、中心部２３ａと外周部２３ｂの再生が完了した時に再生処理を終了する再生処理制御を行う。この第１状態から第２状態への移行は、再生の進行に従って行うが、中心部２３ａの再生促進の第１状態から外周部２３ｂの再生促進の第２状態への移行を１段階で行ってもよいが、再生の進行に従って、第１状態から第２状態への移行途中の状態を連続的又は段階的に介在させてもよく、これにより、中心部２３ａの再生促進、中心部２３ａと外周部２３ｂの両方の部位での再生の促進、外周部２３ｂの再生促進としてもよい。
【００４６】
次に、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法について、図４、図５の制御フローを参照しながら説明する。図４の制御フローは、上級の制御フローで微粒子捕集装置２３の再生が必要と判断されたときに、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、制御フローの制御を実施しては、リターンして、上級の制御フローに戻り、また、微粒子捕集装置２３の再生が必要と判断されたときに、上級の制御フローから呼ばれて、エンジン１０の運転中は繰り返し実施されるものとして示してある。なお、制御の途中でエンジン１０が停止するときには、割り込みが生じてリターンに行って上級の制御フローに戻り、そして、エンジン１０が運転停止すると、この上級の制御フローの終了と共に終了する。
【００４７】
上級の制御フローでは、差圧センサ４１で測定した微粒子捕集装置２３の前後差圧の測定値が予め設定した再生開始判定用差圧を超えているか否かで、あるいは、堆積されるＰＭ量を累積計算したＰＭ堆積量が予め設定した再生開始判定用ＰＭ堆積量を超えているか否かで、微粒子捕集装置２３の再生処理を開始するか否かを判定し、再生処理の開始と判定されると、この図４の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートする。
【００４８】
図４の制御フローがスタートすると、ステップＳ１００で、微粒子捕集装置２３の再生処理制御を開始すると、ステップＳ２００の「再生処理」の制御フローと、ステップＳ３００の「再生処理の終了判定」の制御フローと、ステップＳ４００の「流路制御」の制御フローが並行して行われる。
【００４９】
ステップＳ２００の「再生処理」の制御フローは、排気ガスＧａの温度を昇温する排気ガス昇温制御と、これに続く昇温後の排気ガスＧａの温度を維持する排気ガス温度維持制御である。
【００５０】
この排気ガス昇温制御では、気筒内燃料噴射制御におけるマルチ噴射により排気ガスＧａを昇温し、更に、燃料噴射装置２６からの燃料噴射や気筒内燃料噴射制御におけるポスト噴射等により排気ガスＧａ中に未燃燃料を供給し、この未燃燃料を酸化触媒装置２２で酸化して、この酸化熱を利用して排気ガスＧａの温度を、微粒子捕集装置２３で捕集されたＰＭが燃焼を開始する温度、例えば、５００℃〜６００℃程度まで昇温する。
【００５１】
また、排気ガス温度維持制御では、微粒子捕集装置２３の温度、又は、排気ガスＧａの温度をＰＭ燃焼開始温度以上になるように、燃料噴射装置２６からの燃料噴射や気筒内燃料噴射制御におけるポスト噴射を行う。
【００５２】
ステップＳ２００の排気ガス温度維持制御では、並行して行われているステップＳ３００の再生処理の終了判定で、終了判定が下され、その終了判定の信号が発信され、この信号をステップＳ２００側で受取るまで行われ、この信号を受取るとステップＳ２００の「再生処理」の制御を終了する。
【００５３】
ステップＳ３００の制御フローは、再生処理の終了を判定する制御フローであり、差圧センサ４１で測定した微粒子捕集装置２３の前後差圧の測定値が予め設定した再生終了判定値以下になったか否かで判定したり、再生開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍから、制御時間ごとのＰＭ除去量ΔＰＭｅｍを差し引いたＰＭ堆積量ＰＭｃが、予め設定された終了判定用ＰＭ堆積量ＰＭｅｎｄ以下になったか否かなどで判定したりする。これらの判定の何れか、または、これらの判定の組合せで、再生処理制御を終了するとの「再生処理の終了判定」を行うと、この「終了判定の信号」をステップＳ２００側とステップ４００側に発信する。そして、このステップＳ３００の「再生処理の終了判定」の制御を終了する。
【００５４】
ステップＳ４００の「流路制御」の制御フローは、流路変更装置３０を制御して、第１状態で中心部２３ａの再生を外周部２３ｂよりも優先して行うと共に、再生の進行に従って第２状態に移行する制御である。この「流路制御」は、図５に示すように、ステップＳ４０１に進み、再生開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍを、他の制御(例えば、ステップＳ３００の「再生処理の終了」の制御)から入力、又は、微粒子捕集装置２３の前後差圧等から算出する。
【００５５】
次のステップＳ４０２では、第１状態を終了して、第２状態への移行を開始するための判定用の第１判定用閾値ＰＭ１と、第２状態への移行を完了するための判定用の第２判定用閾値ＰＭ２を設定する。この第１判定用閾値ＰＭ１は、再生開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍより小さい値となり、第２判定用閾値ＰＭ２は、第１判定用閾値ＰＭ１より小さい値となる。この第１判定用閾値ＰＭ１については、例えば、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生がある程度終了した時のＰＭ堆積量ＰＭｃを想定して、予め実験等により算出しておき、また、第２判定用閾値ＰＭ２については、例えば、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生がある程度終了した時のＰＭ堆積量ＰＭｃを想定して、予め実験等により算出しておき、これらの値を制御装置５１に記憶させておく。
【００５６】
次のステップＳ４０３で、開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍから、再生処理の進行で発生する、制御時間ごとのＰＭ除去量ΔＰＭｅｍを差し引いて、制御時点でのＰＭ堆積量ＰＭｃを算出する。このＰＭ除去量ΔＰＭｅｍは、エンジンの運転状態（エンジン回転速度と負荷）と排気ガスＧａの温度等に対して予め実験などにより設定されたマップデータ等を参照して、算出する。
【００５７】
ステップＳ４０４で、このＰＭ堆積量ＰＭｃが第１判定用閾値ＰＭ１以上であるか否かを判定する。この判定で、ＰＭ堆積量ＰＭｃが第１判定用閾値ＰＭ１以上である場合（ＹＥＳ）は、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生が予め設定した程度まで終了していないとして、ステップＳ４０５に行き、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉの流量が最大となるように、閉弁用羽根３２を全開にする「中心部優先流路制御」を行う。この制御を予め設定された制御時間の間行った後、ステップＳ４０９に行く。
【００５８】
また、ＰＭ堆積量ＰＭｃが第１判定用閾値ＰＭ１未満である場合（ＮＯ）は、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生が予め設定した程度には終了しているとして、ステップＳ４０６に行く。
【００５９】
このステップＳ４０６では、ＰＭ堆積量ＰＭｃが第２判定用閾値ＰＭ２以上であるか否かを判定する。この判定で、ＰＭ堆積量ＰＭｃが第２判定用閾値ＰＭ２以上である場合（ＹＥＳ）は、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａが予め設定した程度には終了しているが、十分には終了はしていないとして、ステップＳ４０７に行き、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉの流量と外周部２３ｂを流れる排気ガスＧｏの流量が適当な割合になるように、閉弁用羽根３２を半開にする「並行流路制御」を行う。この制御を予め設定された制御時間の間行った後、ステップＳ４０９に行く。
【００６０】
なお、この「並行流路制御」で、微粒子捕集装置２３の再生処理が進行するにつれて、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉの流量を少なくし、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂを流れる排気ガスＧｏの流量を多くするように、連続的または段階的に全開状態から全閉状態に閉弁用羽根３２を変化させる。
【００６１】
この閉弁用羽根３２の開度を、予め設定した時間や、より細かいＰＭ堆積量ＰＭｃの量に応じて変化させると、より極め細かく、排気ガスＧｉの流量と排気ガスＧｏの流量の割合を変化させることができ、中心部２３ａの再生と外周部２３ｂの再生の進行状況に合わせた排気ガスＧａの分配の最適化が可能となる。
【００６２】
一方、制御を単純にするために、「並行流路制御」を省くこともできる。この場合は、第２判定用閾値ＰＭ２を第１判定用閾値ＰＭ１と同じ値に設定すればよい。
【００６３】
このステップＳ４０６の判定で、ＰＭ堆積量ＰＭｃが第２判定用閾値ＰＭ２未満である場合（ＮＯ）は、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａが十分に終了はしているとして、ステップＳ４０８に行き、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂを流れる排気ガスＧｏの流量が最大となるように、閉弁用羽根３２を全閉にする「外周部優先流路制御」を行う。この制御を予め設定された制御時間の間行った後、ステップＳ４０９に行く。
【００６４】
ステップＳ４０９では、ステップＳ３００からの「終了判定の信号」を受信しているか否かを判定する。この判定で「終了判定の信号」を受信していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ４０３に戻る。また、この判定で「終了判定の信号」を受信している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ４１０に行き、流路制御の終了処理で、閉弁用羽根３２を全開にして、ステップＳ４００の「流路制御」を終了する。そして、図４の制御フローに戻る。
【００６５】
そして、図４の制御フローで、ステップＳ３００の「再生処理の終了」の制御から「終了判定の信号」が発信され、この「終了判定の信号」を受信して、ステップＳ２００では再生処理の終了処理を行い、「再生処理」の制御を終了し、また、ステップＳ４００では流路制御の終了処理を行い、「流路制御」の制御を終了する。これらの並行した３つの制御が全部終了すると、リターンに行き、上級の制御フローに戻る。そして、また、微粒子捕集装置２３の再生が必要と判断されたときに、図４の制御フローが上級の制御フローから呼ばれて、繰り返し実施される。
【００６６】
また、上記では、開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍから、制御時間ごとのＰＭ除去量ΔＰＭｅｍを差し引いて算出した「制御時点でのＰＭ堆積量ＰＭｃ」を判定に用いているが、制御時間ごとのＰＭ除去量ΔＰＭｅｍを積算した「ＰＭ除去到達量ＰＭｅｍ（＝ΣΔＰＭｅｍ）」を判定に用いてもよい。この場合は、第１判定用閾値ＰＭ１と、第２判定用閾値ＰＭ２を設定する代わりに、第１判定用ＰＭ除去到達量ＰＭｅ１と、第２判定用ＰＭ除去到達量ＰＭｅ２がそれぞれ設定されることになる。
【００６７】
なお、制御を簡略化するために、開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍから、制御時間ごとのＰＭ除去量ΔＰＭｅｍを差し引いて算出した「制御時点でのＰＭ堆積量ＰＭｃ」の代わりに、微粒子捕集装置２３の「前後差圧ΔＰｃ」を用いることもできる。この場合は、第１判定用閾値ＰＭ１と、第２判定用閾値ＰＭ２を設定する代わりに、第１判定用差圧ΔＰ１と、第２判定用差圧ΔＰ２がそれぞれ設定されることになる。
【００６８】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム２及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、排気ガス浄化装置２０内に配置された微粒子捕集装置２３の再生処理時に、微粒子捕集装置２３の中心部と外周部の再生の進行状況に応じて、排気ガス浄化装置２０を通過する排気ガスＧａの流れの状態を制御することで、微粒子捕集装置２３の再生を部分的に促進して、微粒子捕集装置の再生処理を効率よく、かつ、再生のムラなく行うことができて、ＰＭ捕集効率を向上させるとともに、再生処理用の燃料を節約できて燃費を改善することができる。
【００６９】
つまり、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａに対して優先して速やかな再生を行い、微粒子捕集装置２３の再生が進行するにつれて、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂを流れる排気ガスＧｏの流量を多くするので、再生初期に発生する中心部２３ａの再生による微粒子の燃焼熱を外周部２３ｂで利用することができ、これにより、外周部２３ｂの温度を上昇させることができる。
【００７０】
その後の段階で、昇温した外周部２３ｂを通過する排気ガスＧｏの流量を増加させることにより、この排気ガスＧｏに含まれている酸素で外周部２３ｂの微粒子の燃焼を促進することができるので、微粒子捕集装置２３の再生処理を効率よく行うことができると共に、最終的には中心部２３ａと外周部２３ｂの再生処理をよりムラなく行うことができる。その結果、微粒子捕集装置２３のＰＭ捕集効率を向上させるとともに、燃費を改善することができる。
【００７１】
また、第１状態から第２状態への移行の間に、第１状態と第２状態の中間である期間を設けて、再生の進行に従って連続的または段階的に第１状態から第２状態へ移行させると、より極め細かく、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの排気ガスＧｉの流量と外周部２３ｂの排気ガスＧｏの流量の割合を変化させることができ、中心部２３ａの再生と外周部２３ｂの再生の進行状況に合わせた排気ガスＧａの分配の最適化が可能となる。
【００７２】
また、流路変更装置３０を閉弁用羽根３２を有して構成すると、基本的には、第１状態と第２状態との間で、中心部２３ａと外周部２３ｂでは流量の差があるものの、常時、微粒子捕集装置２３のセルの入口は全部が排気ガスＧａが流入可能な状態になっているので、圧力損失が大きく変化することを防止できる。
【００７３】
また、この閉弁用羽根３２毎に、別個のアクチュエータを接続して、各閉弁用羽根３２を独立して作動させるように制御すると、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａと外周部２３ｂで捕集ムラが生じるような場合であっても、再生をよりムラなく行うことができ、微粒子捕集装置２３のＰＭ捕集効率を向上させるとともに、燃費を改善することができる。
【符号の説明】
【００７４】
２  内燃機関の排気ガス浄化システム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  燃料噴射装置
１４  吸気通路
１５  排気通路
２０  排気ガス浄化装置
２１  容器(ケース)
２１ａ  入口側接続部
２１ｂ  流路拡大部
２１ｃ  流路部
２２  酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２３  微粒子捕集装置（ＤＰＤ）
２４  選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
２５  酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２６  燃料噴射装置
２７  尿素噴射装置
３０  流路変更装置
３１  開閉用軸
３２  閉弁用羽根
３３  アクチュエータ
４１  差圧センサ
４２  温度センサ
５０  全体システム制御装置（ＥＣＵ）
５１  制御装置
Ａ  新気
Ａ＋Ｇｅ  吸入ガス
Ｇ  発生した排気ガス
Ｇａ  排気ガス浄化装置に流入する排気ガス（Ｇ−Ｇｅ）
Ｇｃ  浄化された排気ガス
Ｇｅ  排気ガス（ＥＧＲガス）
Ｇｉ  中心部を流れる排気ガス
Ｇｏ  外周部を流れる排気ガス
ＰＭ１  第１判定用閾値
ＰＭ２  第２判定用閾値
ＰＭｃ  ＰＭ堆積量
ＰＭｃｍ  再生開始時ＰＭ堆積量
ＰＭｅ１  第１判定用ＰＭ除去到達量
ＰＭｅ２  第２判定用ＰＭ除去到達量
ＰＭｅｎｄ  終了判定用ＰＭ堆積量
ＰＭｅｍ  ＰＭ除去到達量（ΣΔＰＭｅｍ）
ΔＰ１  第１判定用差圧
ΔＰ２  第２判定用差圧
ΔＰｃ  前後差圧
ΔＰＭｅｍ  ＰＭ除去量
【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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