(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、
排気中の微粒子を捕集するフィルタを通路途中に備えた第１の排気通路と、
同じく排気中の微粒子を捕集するフィルタを通路途中に備えた第２の排気通路と、
前記第１の排気通路の一方の通路開口端と前記第２の排気通路の一方の通路開口端とに接続する第１の集合空間部と、
一方の通路開口端を当該機関に接続し、他方の通路開口端を前記第１の集合空間部に接続する第１の集合通路と、
前記第１の排気通路の他方の通路開口端と前記第２の排気通路の他方の通路開口端とに接続する第２の集合空間部と、
一方の通路開口端を前記第２の集合空間部に接続し、他方の通路開口端を大気に連通させる第２の集合通路と、
前記第１の集合空間部および前記第２の集合空間部の間を連絡する第３の排気通路と、
前記第１の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第１の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第１の調整弁機構と、
前記第２の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第２の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第２の調整弁機構と、
を備え、
前記第１の集合通路を通じて導入した排気を浄化し、前記第２の集合通路を通じて排出する内燃機関の排気浄化装置の制御方法であって、
前記第１の集合通路を通じて前記第１の集合空間部に流入する排気が、前記第２の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第１の排気通路、前記第１の集合空間部、前記第３の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第２の集合通路の順に流れる流路を形成するように、前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作する第１の工程と、
前記第１の集合通路を通じて前記第１の集合空間部に流入する排気が、前記第１の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第２の排気通路、前記第１の集合空間部、前記第３の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第２の集合通路の順に流れる流路を形成するように、前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作する第２の工程と、
前記第１の集合通路を通じて前記第１の集合空間部に流入する排気が、前記第１の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第３の排気通路、前記第１の集合空間部、前記第２の排気通路、前記第２の集合空間、前記第２の集合通路の順に流れる流路を形成するように、前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作する第３の工程とを、
第１の工程、第３の工程、第２の工程の順に、若しくは、第２の工程、第３の工程、第１の工程の順に実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置の制御方法。
【請求項２】
内燃機関の排気系に設けられ、
排気に含まれるＮＯｘを酸化雰囲気で吸蔵し、該吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元する触媒を通路途中に備えた第１の排気通路と、
同じく排気に含まれるＮＯｘを酸化雰囲気で吸蔵し、該吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元する触媒を通路途中に備えた第２の排気通路と、
前記第１の排気通路の一方の通路開口端と前記第２の排気通路の一方の通路開口端とに接続する第１の集合空間部と、
前記第１の集合空間部に接続する第１の集合通路と、
前記第１の排気通路の他方の通路開口端と前記第２の排気通路の他方の通路開口端とに接続する第２の集合空間部と、
前記第２の集合空間部に接続する第２の集合通路と、
前記第１の集合空間部および前記第２の集合空間部の間を連絡する第３の排気通路と、
前記第１の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第１の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第１の調整弁機構と、
前記第２の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第２の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第２の調整弁機構と、
前記第１の排気通路において、前記第１の集合通路を形成する通路開口端と前記触媒との間に設けられ、該第１の排気通路内に還元剤を添加する第１の還元剤添加手段と、
前記第２の排気通路において、前記第１の集合通路を形成する通路開口端と前記触媒との間に設けられ、該第２の排気通路内に還元剤を添加する第２の還元剤添加手段と、
を備え、
前記第１の集合通路を通じて導入した排気を浄化し、前記第２の集合通路を通じて排出する内燃機関の排気浄化装置の制御方法であって、
前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作して、前記第１の排気通路および前記第２の排気通路のうち、一方の排気通路を流れる排気の流量を増大させ、他方の排気通路を流れる排気の流量を減少させて、且つ、前記排気流量の減少する排気通路に還元剤を添加する制御を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気に含まれる有害成分を浄化する排気浄化装置及びそのような装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排気浄化装置は、例えばディーゼルエンジンの排気中に含まれる煤等の微粒子をＮＯｘとともに浄化するためのフィルタ構造物（以下、フィルタという）を当該エンジンの排気通路に備えて構成される。このような機能を備えたフィルタとしては、例えば多孔質セラミックの構造体に金属触媒を担持したものが知られている。このような構造を有するフィルタは、排気中に含まれる煤等の微粒子を一旦捕集して酸化除去する機能と、同じく排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し排気中の還元成分量が高い条件下（リッチ雰囲気中）で還元浄化するといった作用を繰り返す機能とを併せ備える。
【０００３】
ところで、排気中の微粒子を一旦捕集した後、これを酸化除去するといったフィルタの特性上、当該フィルタを通過する排気の状態（例えば温度や微粒子の濃度等）によっては、微粒子の捕集効率がその酸化除去効率を上回ることもあり、このような場合、フィルタに目詰まりが生じる懸念もある。
【０００４】
このような問題に対する方策として、図１２に示すような排気通路構造の採用が考えられている（例えば特開平７−１８９６５６号公報）。同図１２に示す通路構造２００では、通路切替弁（例えばバタフライ弁）２０１を操作することで、フィルタ２０２の両端部のうち一方の端部から他方の端部に向かう排気の流れ（順流：図１２（ａ）に示す態様）と、その逆向きの流れ（逆流：図１２（ｂ）に示す態様）とを択一的に切り替えることができる。フィルタ２０２を排気が通過する際には、排気起源の微粒子の酸化反応熱により、フィルタ２０２の両端部のうち、排気の排出される側の温度が局所的に上昇する。このため、上記のような通路構造を採用し、フィルタ２０２を通過する排気の流れを周期的に切り替えるようにすれば、フィルタ２０２がその両端部において昇温されることになり、また、当該フィルタ２０２内に捕集される微粒子の分布が均一化されることになる。この結果、微粒子の酸化除去がより効率的に行われ、目詰まりの発生が好適に抑制されるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような通路構造においては、上流から流れてくる排気の一部が、通路切替弁（或いはこれと同様の機能を有する機構）の設けられた部位において、例えば通路切替弁と排気通路の内壁との間に存在する隙間を通じてすり抜け、フィルタを通過することなく排気通路の下流（外部）に放出される。このような排気のすり抜けは、通路切替弁を作動させる際には特に顕著となる。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、排気中の微粒子を捕集するフィルタを排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置において、フィルタを機能させるために必要な還元成分の消費を軽減し、フィルタによる排気浄化機能の効率化を図ることのできる内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、（１）内燃機関の排気系に設けられ、
排気中の微粒子を捕集するフィルタを通路途中に備えた第１の排気通路と、
同じく排気中の微粒子を捕集するフィルタを通路途中に備えた第２の排気通路と、
前記第１の排気通路の一方の通路開口端と前記第２の排気通路の一方の通路開口端とに接続する第１の集合空間部と、
一方の通路開口端を当該機関に接続し、他方の通路開口端を前記第１の集合空間部に接続する第１の集合通路と、
前記第１の排気通路の他方の通路開口端と前記第２の排気通路の他方の通路開口端とに接続する第２の集合空間部と、
一方の通路開口端を前記第２の集合空間部に接続し、他方の通路開口端を大気に連通させる第２の集合通路と、
前記第１の集合空間部および前記第２の集合空間部の間を連絡する第３の排気通路と、
前記第１の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第１の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第１の調整弁機構と、
前記第２の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第２の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第２の調整弁機構と、
を備え、
前記第１の集合通路を通じて導入した排気を浄化し、前記第２の集合通路を通じて排出する内燃機関の排気浄化装置の制御方法であって、
前記第１の集合通路を通じて前記第１の集合空間部に流入する排気が、前記第２の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第１の排気通路、前記第１の集合空間部、前記第３の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第２の集合通路の順に流れる流路を形成するように、前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作する第１の工程と、
前記第１の集合通路を通じて前記第１の集合空間部に流入する排気が、前記第１の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第２の排気通路、前記第１の集合空間部、前記第３の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第２の集合通路の順に流れる流路を形成するように、前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作する第２の工程と、
前記第１の集合通路を通じて前記第１の集合空間部に流入する排気が、前記第１の排気通路、前記第２の集合空間部、前記第３の排気通路、前記第１の集合空間部、前記第２の排気通路、前記第２の集合空間、前記第２の集合通路の順に流れる流路を形成するように、前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作する第３の工程とを、
第１の工程、第３の工程、第２の工程の順に、若しくは、第２の工程、第３の工程、第１の工程の順に実行する制御を行うことを要旨とする。
【００２１】
同構成によれば、第１の排気通路及び第２の排気通路に設けられた各フィルタの目詰まりを防止し、或いは目詰まりが生じた場合であれ、その原因となっている微粒子を除去することができる。さらに、第１の工程と第２の工程との間に第３の工程が介在するため、第１の工程に基づいて形成される排気流路と第２の工程に基づいて形成される排気流路とが切り替わるときにも、第１の集合通路を起点、第２の集合通路を終点として移動する排気が、第１の排気通路に備えられたフィルタ、及び第２の排気通路に備えられたフィルタのうち少なくとも一方を通過するようなる。このため、上記２種の排気流路を切り換える際、何れかのフィルタによって捕集されるべき微粒子が、第２の集合通路にすり抜けてしまうといった不具合を回避することができる。
【００２２】
（２）また、他の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、
排気に含まれるＮＯｘを酸化雰囲気で吸蔵し、該吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元する触媒を通路途中に備えた第１の排気通路と、
同じく排気に含まれるＮＯｘを酸化雰囲気で吸蔵し、該吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元する触媒を通路途中に備えた第２の排気通路と、
前記第１の排気通路の一方の通路開口端と前記第２の排気通路の一方の通路開口端とに接続する第１の集合空間部と、
前記第１の集合空間部に接続する第１の集合通路と、
前記第１の排気通路の他方の通路開口端と前記第２の排気通路の他方の通路開口端とに接続する第２の集合空間部と、
前記第２の集合空間部に接続する第２の集合通路と、
前記第１の集合空間部および前記第２の集合空間部の間を連絡する第３の排気通路と、
前記第１の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第１の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第１の調整弁機構と、
前記第２の集合空間部に設けられ、前記第１の排気通路、第２の排気通路、第３の排気通路および第２の集合通路の間で、各通路について他の通路との接続状態を調整する第２の調整弁機構と、
前記第１の排気通路において、前記第１の集合通路を形成する通路開口端と前記触媒との間に設けられ、該第１の排気通路内に還元剤を添加する第１の還元剤添加手段と、
前記第２の排気通路において、前記第１の集合通路を形成する通路開口端と前記触媒との間に設けられ、該第２の排気通路内に還元剤を添加する第２の還元剤添加手段と、
を備え、
前記第１の集合通路を通じて導入した排気を浄化し、前記第２の集合通路を通じて排出する内燃機関の排気浄化装置の制御方法であって、
前記第１の調整弁機構および前記第２の調整弁機構を操作して、前記第１の排気通路および前記第２の排気通路のうち、一方の排気通路を流れる排気の流量を増大させ、他方の排気通路を流れる排気の流量を減少させて、且つ、前記排気流量の減少する排気通路に還元剤を添加する制御を実行することを要旨とする。
【００２３】
同構成によれば、第１の集合通路上流における排気の圧力を上昇させることなく、第１の排気通路の触媒に吸蔵されたＮＯｘ、或いは第２の排気通路に吸蔵されたＮＯｘを効率的に放出・還元することができる。すなわち、２種の排気通路に設けられた触媒の排気浄化機能（ＮＯｘを一時的に吸蔵し、放出・還元する機能）を交互に活用し、効率的な排気浄化を継続的に行うことができる。
【００２４】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用した一実施の形態について説明する。
【００２６】
〔エンジンシステムの構造及び機能〕
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。
【００２７】
先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、遮断弁１４、調量弁１６、燃料添加弁１７ａ，１７ｂ、機関燃料通路Ｐ１及び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。
【００２８】
サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。
【００２９】
他方、サプライポンプ１１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して燃料添加弁１７ａ，１７ｂに分配供給する。添加燃料通路Ｐ２には、サプライポンプ１１から燃料添加弁１７ａ，１７ｂに向かって遮断弁１４及び調量弁１６が順次配設されている。遮断弁１４は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１６は、燃料添加弁１７ａ，１７ｂに供給する燃料の圧力（燃圧）ＰＧを制御する。燃料添加弁１７ａ，１７ｂは、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、還元剤として機能する燃料を、適宜の量、適宜のタイミングで排気系４０のフィルタケーシング１００内に添加供給する。
【００３０】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００３１】
また、このエンジン１には、周知の過給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された回転体５２，５３を備える。一方の回転体（タービンホイール）５２は排気系４０内の排気に晒され、他方の回転体（コンプレッサホイール）５３は、吸気系３０内の吸気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５０は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。
【００３２】
吸気系３０において、ターボチャージャ５０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２は、その開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を変更し、同吸入空気の供給量（流量）を調整する機能を有する。
【００３３】
また、エンジン１には、吸気系３０と排気系４０とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気系３０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気（ＥＧＲガス）の流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６０を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。
【００３４】
また、排気系４０において、ターボチャージャ５０（タービンホイール５２）の下流には、フィルタケーシング１００が設けられている。フィルタケーシング１００の内部には、排気中に含まれる微粒子の浄化とＮＯｘの浄化とを併せ行う機能を備えたパティキュレートフィルタ（図示略）が収容されている。
【００３５】
また、エンジン１の各部位には、当該部位の環境条件やエンジン１の運転状態に関する信号を出力する各種センサが取り付けられている。
【００３６】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。添加燃料圧センサ７１は、添加燃料通路Ｐ２内の圧力に応じた検出信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２下流において吸入空気の流量（吸気量）Ｇａに応じた検出信号を出力する。酸素濃度センサ７３は、排気系４０のフィルタケーシング１００下流において、排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する。また、排気温度センサ７４は、フィルタケーシング１００下流において排気中の温度に応じた検出信号を出力する。また、差圧センサ７５は、フィルタケーシング１００上流における排気の圧力と下流における排気の圧力との差に応じた検出信号を出力する。また、アクセルポジションセンサ７６はエンジン１のアクセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルへの踏み込み量ＡＣＣに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これらセンサ７０〜７７は、電子制御装置（ＥＣＵ）９０と電気的に接続されている。
【００３７】
ＥＣＵ９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）９１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）９２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３、バックアップＲＡＭ９４およびタイマーカウンタ９５等を備え、これら各部と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路９６と、外部出力回路９７とが双方向性バス９８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００３８】
このように構成されたＥＣＵ９０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいて、エンジン１の運転状態に関する各種パラメータを把握し、これらパラメータに基づいてエンジン１の運転状態を最適化するための各種制御を実施する。
【００３９】
〔燃料噴射制御の概要〕
ＥＣＵ９０は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転条件に基づき燃料噴射制御を実施する。本実施の形態において燃料噴射制御とは、各燃料噴射弁１３を通じた各燃焼室２０内への燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量Ｑ、噴射タイミング、噴射パターンといったパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて個々の燃料噴射弁１３の開閉弁操作を実行する一連の処理をいう。
【００４０】
ＥＣＵ９０は、このような一連の処理を、エンジン１の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃料の噴射量Ｑ及び噴射タイミングは、基本的にはアクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥ（クランク角センサのパルス信号に基づいて演算することができるパラメータ）に基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定する。
【００４１】
また、燃料の噴射パターンの設定に関し、ＥＣＵ９０は、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射として各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴射に先立つ燃料噴射（以下、パイロット噴射という）や、主噴射に後続する燃料噴射（以下、ポスト噴射という）を、副噴射として適宜選択された時期、選択された気筒について行う。
【００４２】
〔パイロット噴射〕
ディーゼルエンジンでは一般に、圧縮行程終期において、燃焼室内が燃料の自己着火を誘発する温度に達する。とくにエンジンの運転状態が中高負荷領域にある場合、燃焼に供される燃料が燃焼室内に一括して噴射供給されると、この燃料は騒音を伴い爆発的に燃焼する。パイロット噴射を実行することにより、主噴射に先立って供給された燃料が熱源（或いは火種）となり、その熱源が燃焼室内で徐々に拡大して燃焼に至るようになるため、燃焼室内における燃料の燃焼状態が比較的緩慢となり、しかも着火遅れ時間が短縮されるようになる。このため、機関運転に伴う騒音が軽減され、さらには排気中のＮＯｘ量も低減される。
【００４３】
また、パイロット噴射を伴う燃料噴射の形態を適用すると、消費燃料に対する機関出力は減少する傾向にある。このため、主噴射において要求される燃料噴射量が増大し、排気の温度が上昇する。また、燃焼室２０内において完全に燃焼せず排気系４０に排出される軽質なＨＣやＣＯの量が増大し、これらのＨＣやＣＯが排気中において、とくにＮＯｘ触媒を介して発熱反応を起こす。すなわち、パイロット噴射を実施することにより、フィルタケーシング１００内に流入する排気やＮＯｘ触媒の温度を上昇させることができる。
【００４４】
〔ポスト噴射〕
ポスト噴射によって燃焼室２０内に供給される燃料は、燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気系４０に排出される。すなわち、還元剤として機能する軽質なＨＣが、ポスト噴射を通じて排気系４０に添加され、排気中の還元成分濃度を高めることとなる。ポスト噴射の実施によっても、フィルタケーシング１００内に流入する排気やＮＯｘ触媒の温度を上昇させる効果を得ることができる。
【００４５】
〔ＥＧＲ制御の概要〕
ＥＣＵ９０は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づきＥＧＲ制御を実施する。本実施の形態においてＥＧＲ制御とは、ＥＧＲ通路に設けられた電子制御式の開閉弁（ＥＧＲ弁）６１を操作して、ＥＧＲ通路を通過するガスの流量、言い換えれば排気系４０から吸気系３０に還流される排気の流量調整を行う処理をいう。
【００４６】
目標となるＥＧＲ弁６１の開弁量（以下、目標開弁量）は、基本的にはエンジン１の負荷や回転数等の運転状態に基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定される。ＥＣＵ９０は、この目標開弁量をエンジン１の運転中所定時間毎に更新し、逐次、ＥＧＲ弁６１の実際の開弁量が更新された目標開弁量に合致するよう同ＥＧＲ弁６１の駆動回路に指令信号を出力する。
【００４７】
〔ＥＧＲ制御に基づく低温燃焼〕
こうした一連の処理により排気の一部が吸気系３０に還流されると、その還流量に応じ機関燃焼に供される混合気中の不活性ガス成分が増量することになる。この結果、エンジン１の燃焼温度が低下し（エンジン１がいわゆる低温燃焼の状態となり）、排気中のＮＯｘ量が低減される他、例えばＥＧＲ率（ＥＧＲガスの流量／（ＥＧＲガスの流量＋吸入空気の流量））が５５％程度を上回る条件下においてスモークがほとんど発生しなくなる。
【００４８】
また、低温燃焼の実施に伴い排気中の未燃ＨＣ（還元成分）が増量することになるため、結果として、還元剤として機能する軽質なＨＣが排気系４０に添加され排気中の還元成分濃度を高めることとなる。すなわち、ＥＧＲ制御（低温燃焼）の実施によっても、パイロット噴射やポスト噴射と同様、フィルタケーシング１００内に流入する排気やＮＯｘ触媒の温度を上昇させる効果を得ることができる。
【００４９】
〔フィルタケーシングの構造〕
次に、排気系４０に設けられたフィルタケーシング１００について、その構造及び機能について詳しく説明する。
【００５０】
図２は、フィルタケーシング１００の主要内部構造を概略的に示す断面図である。
【００５１】
同図２に示すように、フィルタケーシング１００の内部には、第１の排気通路１１０、第２の排気通路１２０、及び第３の排気通路１３０といった３種の通路空間が区画形成されている。第１の排気通路１１０及び第２の排気通路１２０の通路途中には、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）１１１，１２１が収容され、第３の排気通路１３０の通路途中には、酸化触媒１３１が収容されている。
【００５２】
第１の排気通路１１０の一方の通路開口端、第２の排気通路１２０の一方の通路開口端、および第３の排気通路１３０の一方の通路開口端は、各々が第１の集合空間部１４０を介し、排気系４０のフィルタケーシング１００上流にあたる第１の集合通路４０ａに接続する。第１の集合空間部１４０に設けられたバタフライ弁１４１は、各通路１１０，１２０，１３０，４０ａ相互間の接続状態を調整する調整弁機構としての機能を有する。
【００５３】
一方、第１の排気通路１１０の他方の通路開口端、第２の排気通路１２０の他方の通路開口端、および第３の排気通路１３０の他方の通路開口端は、各々が第２の集合空間部１５０を介し、排気系４０のフィルタケーシング１００下流にあたる第２の集合通路４０ｂに接続する。そして、第２の集合空間部１５０に設けられたバタフライ弁１５１は、各通路１１０，１２０，１３０，４０ｂ相互間の接続状態を調整する調整弁機構としての機能を有する。なお、バタフライ弁１４１，１５１は、何れもＥＣＵ９０の指令信号に従って駆動する。
【００５４】
また、第１の排気通路１１０において、第１の集合空間部１４０に接続する通路開口端と、フィルタ１１１との間には、第１の排気通路１１０内に噴孔を臨ませた燃料添加弁１７ａが設けられている。そして同じく、第２の排気通路１２０において、第１の集合空間部１４０に接続する通路開口端と、フィルタ１２１との間には、第２の排気通路１２０内に噴孔を臨ませた燃料添加弁１７ｂが設けられている。燃料添加弁１７ａ，１７ｂが、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、還元剤として機能する燃料を適宜の量、適宜のタイミングで添加供給できることは上述した通りである。
【００５５】
フィルタ１１１，１２１を形成する多孔質材料は、例えばコージライト等のセラミック材料にアルミナ、チタニア、ジルコニア若しくはゼオライト等のコート材をウォッシュコートしたものであり、排気を透過する性質を有する。また、フィルタ１１１，１２１は、互いに平行をなして延びる上流端が開放され下流端が閉ざされた排気流入通路と、上流端が閉ざされ下流端が開放された排気流出通路とを備えるいわゆるウォールフロー型である。そして、両排気通路間に位置する隔壁の表面及び内部に形成された細孔内に、表面にＮＯｘ吸蔵剤として機能する例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）或いはイットリウム（Ｙ）のような希土類と、酸化触媒（貴金属触媒）として機能する例えば白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されている。このように、フィルタ１１１，１２１の構成要素として担体層に混在するＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属触媒は、ＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）を構成する。
【００５６】
このような構造を有するフィルタ１１１，１２１は、排気中に含まれる煤等の微粒子やＮＯｘ等の有害成分を、以下のメカニズムに基づいて浄化する。
【００５７】
ＮＯｘ吸蔵剤は、排気中の酸素濃度が高い状態では（リーン雰囲気中では）ＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低い状態（還元成分の濃度が高い状態）にあるときには（リッチ雰囲気中では）ＮＯｘを放出する特性を有する。また、排気中にＮＯｘが放出されたとき、排気中にＨＣやＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ2やＨ2Ｏに酸化され、ＮＯｘはＮ2に還元される。
【００５８】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤は、排気中の酸素濃度が高い状態にあるときでも所定の限界量のＮＯｘを吸蔵すると、それ以上ＮＯｘを吸蔵しなくなる。エンジン１では、例えば燃料添加弁１７ａ，１７ｂを通じてフィルタケーシング１００内のＮＯｘ触媒１１１，１２１に断続的に還元成分が供給されることで、排気中の還元成分の濃度が高められる。ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵剤）のＮＯｘ吸蔵量が限界量に達する前に、この還元成分がＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを周期的に放出および還元浄化することになり、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が回復する（機能が再生する）ことになる。
【００５９】
また、ＮＯｘ吸蔵剤は、貴金属触媒との協働によりＮＯｘの吸蔵、放出及び浄化を繰り返し行う過程で、副次的に活性酸素を生成する特性を有する。フィルタ１１１，１２１を排気が透過する際、その排気中に含まれる煤等の微粒子は構造体（多孔質材料）に捕捉される。ここで、ＮＯｘ吸蔵剤の生成する活性酸素は、酸化剤として極めて高い反応性（活性）を有しているため、捕捉された微粒子のうちＮＯｘ触媒の表面や近傍に堆積した微粒子は、この活性酸素と（輝炎を発することなく）速やかに反応し、浄化されることになる。また、フィルタ１１１，１２１は、ＮＯｘ触媒から発生する反応熱により、自身を効率的に昇温して微粒子の分解作用を高める。
【００６０】
また、第３の排気通路１３０の通路途中に収容された酸化触媒１３１は、表面をＰｄ及びＰｔ等の貴金属で被膜させたストレートフロー型のハニカム状構造体から形成され、そのハニカム構造体を通過する排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）や一酸化窒素（ＮＯ）の酸化を促す。
【００６１】
図３には、第１の排気通路１１０に設けられたフィルタ１１１の内部構造を示す。ここで、図３（ａ）は、フィルタ１１１の排気の流入面を拡大した平面図であり、図３（ｂ）は、フィルタ１１１内部における排気の通過経路（図３（ａ）のIII-III断面）を概略的に示す断面図である。なお、第２の排気通路１２０に設けられたフィルタ１２１も、このフィルタ１１１と同様の内部構造を有する。
【００６２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、フィルタ１１１はハニカム構造をなす多孔質材料（例えばコージライト）１１１ａにより区画形成された複数の通路１１１ｂを備える。各通路１１１ｂの一方の端は栓１１１ｃによって閉塞され、他方の端は開口している。従って、各通路の開口端から流入した排気は、通路内壁を形成する多孔質材料を通過することによって隣接する他の通路内に流入し、当該他の通路の開口端から排出されることになる。
【００６３】
例えば図３（ｂ）に示すように、フィルタ１１１の一方の面１１１ｄから排気が導入された場合には、同図において実線の矢印で示す経路に沿ってフィルタ１１１内を流動することになる。また、フィルタ１１１の他方の面１１１ｅから排気が導入された場合には、同図において破線の矢印で示す経路に沿ってフィルタ１１１内を流動することになる。
【００６４】
〔フィルタケーシングの機能を活用するための各種制御〕
ＥＣＵ９０は、フィルタケーシング１００内において効率的な排気浄化が行われるように、バタフライ弁１４１，１５１の操作を通じフィルタケーシング１００内の排気流路を変更する制御（流路切換制御）や、燃料添加弁１７ａ，１７ｂを通じて燃料（還元剤）を添加供給する制御（還元剤添加制御）等、フィルタケーシング１００の機能に関連する各種制御を適宜のタイミングで実行する。
【００６５】
（１）微粒子除去のための流路切換制御
フィルタ１１１，１２１に堆積する微粒子を分解除去するために実施される流路切換制御（微粒子除去のための流路切換制御）について説明する。
【００６６】
図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、微粒子除去のための流路切換制御を通じフィルタケーシング１００内に形成される排気流路の基本型を例示する略図である。
【００６７】
先ず、バタフライ弁１４１，１５１が図４（ａ）に示す状態（以下、中立モードという）にある場合、第１の集合空間部１４０において、第１の集合通路４０ａと第１の排気通路１１０とが相互に接続し、第２の排気通路１２０と第３の排気通路１３０とが相互に接続する。また、通路４０ａ，１１０と、通路１２０，１３０との間は、バタフライ弁１４１によって遮断される。一方、第２の集合空間部１５０において、第１の排気通路１１０と第３の排気通路１３０とが相互に接続し、第２の排気通路１２０と第２の集合通路４０ｂとが相互に接続する。また、通路４０ｂ，１２０と通路１１０，１３０との間は、バタフライ弁１５１によって遮断される。
【００６８】
フィルタケーシング１００内の状態が中立モードにあると、同図４（ａ）において矢印で示すように、第１の集合通路４０ａから流入した排気は、フィルタケーシング１００内を、第１の集合空間部１４０、第１の排気通路１１０、第２の集合空間部１５０、第３の排気通路１３０、第１の集合空間部１４０、第２の排気通路１２０、第２の集合空間部１５０の順に移動し、第２の集合通路４０ｂに排出される。またこのとき、フィルタケーシング１００内を移動する排気は、フィルタ１１１を矢印Ｆ１方向（順流方向）に沿って通過し、さらに酸化触媒１３１を通過した後、フィルタ１２１を矢印Ｆ２方向（順流方向）に沿って通過するようになる。
【００６９】
次に、バタフライ弁１４１，１５１が図４（ｂ）に示す状態（以下、第１のリ反転モードという）にある場合、第１の集合空間部１４０において、第１の排気通路１１０と第３の排気通路１３０とが相互に接続し、第１の集合通路４０ａと第２の排気通路１２０とが相互に接続する。また、通路４０ａ，１２０と、通路１１０，１３０との間は、バタフライ弁１４１によって遮断される。一方、第２の集合空間部１５０において、第１の排気通路１１０と第２の排気通路１２０とが相互に接続し、第３の排気通路１３０と第２の集合通路４０ｂとが相互に接続する。また、通路４０ｂ，１３０と通路１１０，１２０との間は、バタフライ弁１５１によって遮断される。またこのとき、フィルタケーシング１００内を移動する排気は、フィルタ１２１を矢印Ｆ２方向（順流方向）に沿って通過し、さらに酸化触媒１３１を通過した後、フィルタ１１１を矢印Ｒ１方向（逆流方向）に沿って通過するようになる。
【００７０】
フィルタケーシング１００内の状態が第１の反転モードにあると、同図４（ｂ）において矢印で示すように、第１の集合通路４０ａから流入した排気は、フィルタケーシング１００内を、第１の集合空間部１４０、第２の排気通路１２０、第２の集合空間部１５０、第１の排気通路１１０、第１の集合空間部１４０、第２の排気通路１２０、第２の集合空間部１５０の順に移動し、第２の集合通路４０ｂに排出される。またこのとき、フィルタケーシング１００内を移動する排気は、フィルタ１２１を矢印Ｆ２方向（順流方向）に沿って通過し、さらにフィルタ１１１を矢印Ｒ１方向（逆流方向）に沿って通過した後、酸化触媒１３１を通過するようになる。
【００７１】
次に、バタフライ弁１４１，１５１が図４（ｃ）に示す状態（以下、第２のリ反転モードという）にある場合、第１の集合空間部１４０において、第１の集合通路４０ａと第１の排気通路１１０とが相互に接続し、第２の排気通路１２０と第３の排気通路１３０とが相互に接続する。また、通路４０ａ，１１０と、通路１２０，１３０との間は、バタフライ弁１４１によって遮断される。一方、第２の集合空間部１５０において、第１の排気通路１１０と第３の排気通路１３０とが相互に接続し、第３の排気通路１３０と第２の集合通路４０ｂとが相互に接続する。また、通路４０ｂ，１３０と通路１１０，１２０との間は、バタフライ弁１５１によって遮断される。またこのとき、フィルタケーシング１００内を移動する排気は、フィルタ１１１を矢印Ｆ１方向（順流方向）に沿って通過し、さらに酸化触媒１３１を通過した後、フィルタ１２１を矢印Ｒ２方向（逆流方向）に沿って通過するようになる。
【００７２】
フィルタケーシング１００内の状態が第２の反転モードにあると、同図４（ｃ）において矢印で示すように、第１の集合通路４０ａから流入した排気は、フィルタケーシング１００内を、第１の集合空間部１４０、第１の排気通路１１０、第２の集合空間部１５０、第２の排気通路１２０、第１の集合空間部１４０、第３の排気通路１３０、第２の集合空間部１５０の順に移動し、第２の集合通路４０ｂに排出される。またこのとき、フィルタケーシング１００内を移動する排気は、フィルタ１１１を矢印Ｆ１方向（順流方向）に沿って通過し、さらにフィルタ１２１を矢印Ｒ２方向（逆流方向）に沿って通過した後、酸化触媒１３１を通過するようになる。
【００７３】
フィルタ１１１（１２１）に流入し、その内部の多孔質材料１１１ａに捕捉される微粒子は、ややもすれば、多孔質材料１１１ａの透過性を低下させ、いわゆる目詰まりを生じさせる懸念がある。
【００７４】
フィルタケーシング１００内の排気流路を、第１の反転モード（図４（ｂ））と第２の反転モード（図４（ｃ））とに適宜切り換えるようにすれば、フィルタ１１１，１２１各々を通過する排気の流れが、順流方向と逆流方向とに適宜切り換えられることになる。
【００７５】
なお、第１の反転モード（第１の工程）から第２の反転モード（第２の工程）への移行、或いは第２の反転モード（第２の工程）から第１の反転モード（第１の工程）への移行は、中立モード（第３の工程）を介して行うのが好ましい。例えば、第１の反転モード、中立モード、第２の反転モード、中立モード、第１の反転モード（第１の工程）といった順序で排気流路を切り換えればよい。
【００７６】
このように、第１の反転モードから第２の反転モードへの移行や、第２の反転モードから第１の反転モードへの移行を、中立モードを介して行えば、フィルタケーシング１００に流入した排気がフィルタ１１１，１２１を介すことなく下流に排出される状態（図５）を回避することができる。
【００７７】
（２）触媒再生制御
次に、フィルタ１１１，１２１内のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元すべく実行されるＮＯｘ触媒再生のための流路切換制御（触媒再生制御）について説明する。
【００７８】
エンジン１の運転が継続することにより、フィルタ１１１，１２１内のＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が徐々に増大する。エンジン１では、燃料添加弁１７ａ，１７ｂを通じてフィルタ１１１，１２１を通過する排気中に燃料（還元成分）を供給する燃料添加制御を周期的に実施する。燃料添加制御を実施することにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が限界量に達する前に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出および還元浄化し、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。
【００７９】
ここで、燃料添加制御を通じて供給された還元成分がＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘと効率的に反応するためには、当該制御の実施中、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流れを十分緩やかにし、高濃度の還元成分を含んだ排気がＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘと反応するために十分な機会を与えられる必要がある。その一方、排気の流れが滞留すると排気系４０内の圧力が上がり、この圧力上昇がエンジン１の燃焼状態等に影響を与える懸念もある。
【００８０】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１では、燃料添加制御の実施に際し、還元成分を含んだ排気が緩やかにＮＯｘ触媒を通過するようにする一方で、排気系４０全体では十分な排気流量が確保されるような排気流路を形成する。
【００８１】
図６（ａ）及び図６（ｂ）には、触媒再生制御を実施する際、フィルタケーシング１００内に形成される排気流路の基本型を例示する略図である。
【００８２】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、触媒再生制御の実施に際しては、フィルタケーシング１００内を通過する排気を、第１の集合通路４０ａ、第１の排気通路１１０、第２の集合通路４０ｂの順に移動させる流路（流路Ａ）と、第１の集合通路４０ａ、第２の排気通路１２０、第２の集合通路４０ｂの順に移動させる流路（流路Ｂ）と、第１の集合通路４０ａ、第３の排気通路１３０、第２の集合通路４０ｂの順に移動させる流路（流路Ｃ）とが、個々に形成される。
【００８３】
しかし、バタフライ弁１４１，１５１が図６（ａ）に示す状態にある場合には、フィルタケーシング１００を通過する排気のうち略全量が流路Ｂに沿って移動するため、流路Ａ及び流路Ｃに沿って移動する排気の流量はごく少量となる。触媒再生制御の一環として、ＥＣＵ９０は、適宜のタイミングでバタフライ弁１４１，１５１を操作しフィルタケーシング１００内にこのような排気流路を形成するとともに、燃料添加弁１７ａを通じて第１の排気通路１１０に燃料（還元剤）を添加供給する。
【００８４】
一方、バタフライ弁１４１，１５１が図６（ｂ）に示す状態にある場合には、フィルタケーシング１００を通過する排気のうち略全量が流路Ａに沿って移動するため、流路Ｂ及び流路Ｃに沿って移動する排気の流量はごく少量となる。ＥＣＵ９０は、適宜のタイミングでバタフライ弁１４１，１５１を操作しフィルタケーシング１００内にこのような排気流路を形成するとともに、燃料添加弁１７ｂを通じて第２の排気通路１２０に燃料（還元剤）を添加供給する。
【００８５】
このようにしてエンジン１では、フィルタケーシング１００に収容された各フィルタ１１１，１２１にＮＯｘを一旦吸蔵させた後、周期的に放出・還元することにより、機関運転に伴って発生する排気中のＮＯｘを継続的に浄化する。
【００８６】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄化合物が含まれているのが通常であり、排気中にはＮＯｘの他、このような燃料中の硫黄化合物を起源とする硫黄成分も存在する。排気中に存在する硫黄成分は、ＮＯｘに比べてより高い効率でＮＯｘ触媒と結合し、しかも、同触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な条件下（排気中の還元成分濃度が所定値を上回る条件下）にあっても当該触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い、排気中の硫黄成分が徐々にＮＯｘ触媒に蓄積されていくといった所謂Ｓ被毒が生じることとなる。
【００８７】
Ｓ被毒が進行すると、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの吸蔵量の限界値や、ＮＯｘの吸蔵効率が減少し、結果としてＮＯｘの浄化効率が低下することになる。
【００８８】
ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分は、通常の触媒再生制御で達成される条件よりも、排気中の還元成分濃度や、ＮＯｘ触媒の温度をさらに高くする条件を成立させることで当該触媒から放出することが知られている。
【００８９】
このため、エンジン１では、排気中に還元成分を供給し、且つ、ＮＯｘ触媒を高温状態（例えば６００℃程度）にする制御（以下、Ｓ被毒回復制御という）をエンジン１の運転中適宜のタイミングで実行することにより、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を放出させる。ＮＯｘ触媒をこのような高温状態にするためには、例えば、各フィルタ１１１，１２１に対する還元成分の供給を、触媒再生制御の場合よりも、長期間継続すればよい。Ｓ被毒回復制御を実施する場合にも、フィルタ１１１に蓄積した硫黄成分を放出させるにあたり図６（ａ）に示した排気流路の形態を、また、フィルタ１２１に蓄積した硫黄成分を放出させるにあたり図６（ｂ）に示した排気流路の形態を適用することができる。
【００９０】
なお、触媒再生制御やＳ被毒回復制御の実施に際しては、燃料添加弁１７ａ，１７ｂを通じて添加された燃料がＮＯｘ触媒を介して効率的に反応するように、フィルタ１１１，１２１の温度が所定値（例えば３００℃程度）を上回る条件を満たしているのが好ましい。このため、触媒再生制御やＳ被毒回復制御を開始する際には、例えば排気温度センサ７４の検出信号に基づきフィルタ１１１，１２１の温度を推定し、この温度が所定値を上回っていない場合には、パイロット噴射、ポスト噴射、或いは低温燃焼を実施することにより、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるのが好ましい。
【００９１】
（３）目詰まり検知
フィルタケーシング１００に収容されたフィルタ１１１，１２１の各々について、目詰まりの発生を検出する方法について説明する。
【００９２】
例えば、図６（ａ）に示した排気流路を適用してＮＯｘ触媒再生制御を実施する場合に、当該制御の実施前後に亘り酸素濃度センサ７３若しくは排気温度センサ７４の検出信号の変化を観測すれば、フィルタ１１１に目詰まりが発生しているか否かを判断することができる。すなわち、フィルタ１１１が正常に機能している場合、ＮＯｘ触媒再生制御の実施（燃料添加弁１７ａの開弁動作）に応答し、フィルタケーシング１００下流で検出される排気の酸素濃度が低くなり（排気の雰囲気がリッチとなり）、また、排気の温度が高くなるため、酸素濃度センサ７３や排気温度センサ７４の検出信号（出力）が変化する。フィルタ１１１に目詰まりが発生すると、燃料添加弁１７ａの開弁動作に応答する酸素濃度センサ７３や排気温度センサ７４の出力変化が緩慢になるため、ＥＣＵ９０は、これらセンサ７３，７４の出力変化に基づきフィルタ１１１の目詰まりを検知する。また、差圧センサ７５の検出信号に基づいてフィルタ１１１に目詰まりが発生しているか否かを判断することもできる。すなわち、フィルタ１１１に目詰まりが発生していると、フィルタケーシング１００内の排気流路を、図６（ａ）に示した状態に切り換えた場合、フィルタケーシング１００上流及び下流の間における圧力差が顕著に高まる。ＥＣＵ９０は、差圧センサ７５の検出信号を通じてこの圧力差の変動を認識し、フィルタ１１１の目詰まりを検知する。
【００９３】
さらに、図６（ｂ）に示した排気流路を適用してＮＯｘ触媒再生制御を実施する場合には、上記フィルタ１１１の目詰まりの検知と同様の原理に従い、フィルタ１２１に目詰まりが発生しているか否かを判断することができる。
【００９４】
つまり、ＮＯｘ触媒再生制御やＳ被毒回復制御では、フィルタケーシング１００内に設けられた２個のフィルタ１１１，１２１のうち、一方のフィルタにおいてＮＯｘの放出・還元や微粒子の分解除去が行われるときには、他方のフィルタにおいてＮＯｘの吸蔵（微粒子の捕捉）が行われることになる。このため、フィルタケーシング１００に流入した排気中のＮＯｘや微粒子が、フィルタ１１１，１２１の何れも介さず下流にすり抜けることはない。
【００９５】
（４）目詰まり検知に基づく流路切換制御
（一方のフィルタの目詰まり検知時）
フィルタ１１１，１２１のうち、何れか一方のみについて目詰まりが検知された場合、ＥＣＵ９０はバタフライ弁１４１，１５１を操作し、フィルタケーシング１００に流入する排気が、正常に機能しているフィルタ（目詰まりしていないフィルタ）のみに導入されるような排気流路を形成する。
【００９６】
例えば図７は、フィルタ１１１の目詰まりが検知された場合であって、ＮＯｘ触媒再生制御を実施していないときに適用される排気流路（図７（ａ））と、ＮＯｘ触媒再生制御若しくはＳ被毒回復制御を実施しているときに適用される排気流路（図７（ｂ））とを示す略図である。
【００９７】
先ず図７（ａ）に示すように、フィルタ１１１に目詰まりが発生している場合、ＮＯｘ触媒再生制御若しくはＳ被毒回復制御を実施していない条件下では、フィルタケーシング１００に流入する排気の全量を第１の集合空間部１４０から直接第２の排気通路１２０に導入し、正常に機能しているフィルタ１２１を通過させた後、フィルタケーシング１００外に排出する。言い換えると、フィルタケーシング１００内に流路Ｂのみが形成されるようにバタフライ弁１４１，１５１を操作する。
【００９８】
また、図７（ｂ）に示すように、フィルタ１１１に目詰まりが発生している場合であって、ＮＯｘ触媒再生制御若しくはＳ被毒回復制御を実施していない条件下においては、バタフライ弁１４１を操作し、第１の集合空間部１４０を介して第２の排気通路１２０及び第３の排気通路に流入する排気の流路を開放する。また、バタフライ弁１５１を操作し、第３の排気通路１３０からフィルタケーシング１００外に向かう排気の流路に比べ、第２の排気通路１２０からフィルタケーシング１００外に向かう排気の流路を絞る。すなわち、バタフライ弁１４１，１５１をこのような状態にした上で、燃料添加弁１７ｂを通じて燃料添加制御を実施することにより、流路Ｂに沿って流れる排気（還元成分の供給された排気）の流れを滞留させフィルタ１２１内のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出・還元を効率的に行う。その一方で、流路Ｃにおいて十分大きな排気流量を確保し、フィルタケーシング１００上流における排気の圧力上昇を抑制する。
【００９９】
一方、図８は、フィルタ１２１の目詰まりが検知された場合であって、ＮＯｘ触媒再生制御を実施していないときに適用される排気流路（図８（ａ））と、ＮＯｘ触媒再生制御若しくはＳ被毒回復制御を実施しているときに適用される排気流路（図８（ｂ））とを示す略図である。
【０１００】
先ず図８（ａ）に示すように、フィルタ１２１に目詰まりが発生している場合、ＮＯｘ触媒再生制御若しくはＳ被毒回復制御を実施していない条件下では、フィルタケーシング１００に流入する排気の全量を第１の集合空間部１４０から直接第１の排気通路１１０に導入し、正常に機能しているフィルタ１１１を通過させた後、フィルタケーシング１００外に排出する。言い換えると、フィルタケーシング１００内に流路Ａのみが形成されるようにバタフライ弁１４１，１５１を操作する。
【０１０１】
また、図８（ｂ）に示すように、フィルタ１２１に目詰まりが発生している場合であって、ＮＯｘ触媒再生制御若しくはＳ被毒回復制御を実施していない条件下においては、バタフライ弁１４１を操作し、第１の集合空間部１４０を介して第１の排気通路１１０及び第３の排気通路に流入する排気の流路を開放する。また、バタフライ弁１５１を操作し、第３の排気通路１３０からフィルタケーシング１００外に向かう排気の流路に比べ、第１の排気通路１１０からフィルタケーシング１００外に向かう排気の流路を絞る。すなわち、バタフライ弁１４１，１５１をこのような状態にした上で、燃料添加弁１７ｂを通じて燃料添加制御を実施することにより、流路Ｂに沿って流れる排気（還元成分の供給された排気）の流れを滞留させフィルタ１２１内のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出・還元を効率的に行うとともに還元剤の消費量を低減する。その一方で、流路Ｃにおいて十分大きな排気流量を確保し、フィルタケーシング１００上流における排気の圧力上昇を抑制する。
（両フィルタの目詰まり検知時）
両フィルタ１１１，１２１に目詰まりが生じた場合に実施される流路切換制御について説明する。
【０１０２】
図９は、両フィルタ１１１，１２１に目詰まりが発生した場合に適用されるフィルタケーシング１００内の排気流路を示す略図である。
【０１０３】
バタフライ弁１４１，１５１が図８に示す状態にある場合、第１の集合通路４０ａからフィルタケーシング１００に流入した排気は、第３の排気通路１３０のみを通過して第２の集合通路４０ｂに排出される。フィルタ１１１，１２１が目詰まりし、第１の排気通路１１０及び第２の排気通路１２０を通じて排気を移動させることができない場合には、このような排気流路をフィルタケーシング１００内に形成することで、フィルタケーシング１００上流における排気の圧力が上昇するのを回避することができる。
【０１０４】
（５）添加燃料量の算出
上述したように、触媒再生制御やＳ被毒回復制御では、燃料添加弁１７ａ，１７ｂを通じて燃料を添加供給する（燃料添加制御を行う）ことにより、フィルタ１１１，１２１に吸蔵されたＮＯｘ（蓄積した硫黄成分）を放出させる。燃料添加制御を実施する場合には、フィルタ１１１，１２１に蓄積しているＮＯｘの量、或いは硫黄成分の量を正確に把握しその蓄積量に応じた量の燃料を添加するのが、触媒再生制御やＳ被毒回復制御を効率的に行う上で好ましい。
【０１０５】
本実施の形態にかかるエンジン１では、個々のフィルタ１１１，１２１に吸蔵されるＮＯｘ（蓄積する硫黄成分）を逐次推定し、その推定値に基づき、燃料添加制御の実施タイミング、若しくは燃料添加制御を通じて添加供給される燃料の量（添加燃料量）を決定する。
【０１０６】
以下、個々のフィルタ１１１，１２１に吸蔵されるＮＯｘ（蓄積する硫黄成分）の量の推定方法について説明する。
【０１０７】
各フィルタ１１１，１２１のＮＯｘ吸蔵量は、基本的には、各フィルタ１１１，１２１を通過したＮＯｘの総量によって決定づけられる。また、各フィルタ１１１，１２１を通過するＮＯｘの総量は、各フィルタ１１１，１２１を通過する排気の流量や特性の履歴に基づいて推定することができる。さらに、各フィルタ１１１，１２１を通過する排気の流量や特性は、エンジン１の運転状態（負荷や回転数等）や、フィルタケーシング１００内の排気流路の形態に基づいて推定することができる。
【０１０８】
そこで、エンジン１では、予め設定されたマップ等を参照しつつ、エンジン１の運転状態（負荷や回転数等）や、フィルタケーシング１００内の排気流路の形態に基づき、個々のフィルタ１１１，１２１に吸蔵されるＮＯｘの量（吸蔵速度）を逐次算出し、この算出値の履歴を基に各フィルタ１１１，１２１のＮＯｘ吸蔵量を推定する。
【０１０９】
例えば、フィルタケーシング１００内の排気流路の形態が中立モード、第１の反転モード、若しくは第２の反転モード（図４）である場合、フィルタケーシング１００に流入する排気（排気に含まれるＮＯｘ）の全量が両フィルタ１１１，１２１を通過することになる。ただし、排気流路の形態が中立モード（図４（ａ））若しくは第２の反転モード（図４（ｃ））である場合、排気に含まれるＮＯｘのうち大部分が排気流路の上流に位置するフィルタ１１１に吸蔵されることを考慮して、各フィルタ１１１，１２１に吸蔵されるＮＯｘの量（吸蔵速度）を推定する。一方、フィルタケーシング１００内の排気流路の形態が第１の反転モード（図４（ｂ））にある場合、排気に含まれるＮＯｘのうち大部分が排気流路の上流に位置するフィルタ１２１に吸蔵されることを考慮して、各フィルタ１１１，１２１に吸蔵されるＮＯｘの量（吸蔵速度）を推定する。
【０１１０】
また、図９に示すような形態の排気流路が形成されている場合、フィルタケーシング１００に流入する排気のうち、一部（例えば４０％）の排気が各フィルタ１１１，１２１を通過し、残り（２０％）が酸化触媒を通過するといった推定を行うことができる。
【０１１１】
また、図９（ａ）に示すような形態の排気流路が形成されている場合、フィルタケーシング１００に流入する排気のうち、大部分（例えば９５％）の排気がフィルタ１２１を通過し、残り（５％）がフィルタ１１１を通過するといった推定を行うことができる。同様に、図９（ｂ）に示すような形態の排気流路が形成されている場合、フィルタケーシング１００に流入する排気のうち、大部分（例えば９５％）の排気がフィルタ１１１を通過し、残り（５％）がフィルタ１２１を通過するといった推定を行うことができる。
【０１１２】
このように、フィルタケーシング１００内の排気流路の形態（バタフライ弁１４１，１５１の状態）に応じて変化する各フィルタ１１１，１２１を通過する排気流量の分配率や特性（ＮＯｘ濃度）に、エンジン１の運転状態に応じて変化するフィルタケーシング１００に流入する排気の全量及び特性（ＮＯ濃度）を加味することで、各フィルタ１１１，１２１のＮＯｘ吸蔵量を個別に算出することができる。ちなみに、燃料添加制御を通じて各フィルタ１１１，１２１に吸蔵されたＮＯｘを放出した場合、添加燃料を供給されたフィルタのＮＯｘ吸蔵量（推定値）は、初期値（例えば「０」）にリセットする。なお、排気に含まれる硫黄成分は、ＮＯｘに比べより強固にＮＯｘ触媒と結合するもの、その蓄積量の推移は、ＮＯｘの吸蔵量の推移と高い相関を示す。このため、基本的にはＮＯｘ吸蔵量の算出方法と同様の方法を用いて、その蓄積量を算出することができる。
【０１１３】
このように、エンジン１の排気浄化装置として機能するフィルタケーシング１００及びその制御方法によれば、フィルタケーシング１００に流入した排気が、少なくとも一方のフィルタを通過する排気流路を常に確保しつつ、フィルタ１１１，１２１の各端から排気を流す切換操作を行うことができる。このため、各フィルタ１１１，１２１による微粒子等の除去作用を長期に亘って保持することができるばかりでなく、フィルタケーシング１００下流への微粒子等の一時的なすり抜けも確実に回避することができる（図４参照）。
【０１１４】
また、ＮＯｘ触媒を担持したフィルタに還元雰囲気の排気を供給してＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元する際には、そのフィルタを含む所定空間（排気通路）を密閉し、その密閉空間に還元剤を添加供給することでＮＯｘの放出・還元作用や微粒子の分解作用の効率を高める一方、他の排気流路をフィルタケーシング１００内に確保することによりフィルタケーシング１００上流の圧力を上昇させない。また、フィルタケーシング１００内に確保される排気流路中には他のフィルタを配置し、その排気流路に沿って流れる排気中のＮＯｘを吸蔵する（微粒子を捕捉する）。よって、フィルタケーシング１００に流入した排気中のＮＯｘや微粒子の下流へのすり抜けが確実に回避され、しかも、ＮＯｘ触媒再生に要する還元剤の消費量も低減されるようになる。
【０１１５】
また、フィルタ１１１，１２１の何れか一方、或いは両方に目詰まりが生じた場合であれ、正常に機能しているフィルタ、或いは酸化触媒の機能を最大限活用し、排気浄化機能を保持することができる。
【０１１６】
なお、本実施の形態においては、第１の調整弁機構としてバタフライ弁１４１、また第２の調整弁機構として１５１を採用することとした。しかしこれに限らず、フィルタケーシング１００内において、第１の排気通路１１０、第２の排気通路１２０、第３の排気通路１３０と、第１の集合通路４０ａとの間で、各通路について他の通路との接続状態を調整し、また、第１の排気通路１１０、第２の排気通路１２０、第３の排気通路１３０と、第２の集合通路４０ｂとの間で、各通路について他の通路との接続状態を調整することにより、少なくとも図４、若しくは図６〜図９に示す排気流路を形成する機能を備えた他の機構を採用することはできる。
【０１１７】
また、本実施の形態では、フィルタケーシング１００に収容された各フィルタ１１１，１２１の状態（例えば目詰まりの有無）を把握すべく、フィルタケーシング１００上流の圧力と下流の圧力との差を観測するための差圧センサ７５、フィルタケーシング１００下流において排気中の酸素濃度を観測するための酸素濃度センサ７３、フィルタケーシング１００下流において排気の温度を観測するための排気温度センサを各々１個ずつ設けることとした。このような構成に替え、フィルタ１１１，１２１各々に対応するセンサを備える構成を適用してもよい。例えば図１０に示すように、酸素濃度センサ７３ａ、排気温度センサ７４ａ、差圧センサ７５ａを第１の排気通路１１０に備え、酸素濃度センサ７３ｂ、排気温度センサ７４ｂ、差圧センサ７５ｂを第２の排気通路１２０に備える構成を適用すれば、フィルタ１１１，１２１の各々について、一層信頼性の高い情報を取得することができる。
【０１１８】
また、本実施の形態では、フィルタケーシング１００内に形成された第３の排気通路１３０には酸化触媒１３１を設けることとしたが、この酸化触媒１３１を設けない構成、或いは酸化触媒に替えて他の触媒（例えばＮＯｘ触媒）を設ける構成を適用しても、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。なお、このような構成を適用する場合であれ、排気系４０のフィルタケーシング１００下流に酸化触媒を設けるのが好ましい。
【０１１９】
また、本実施の形態では、フィルタ１１１，１２１の何れかについて目詰まりを検知した場合、例えば図７〜図８における排気流路の形態を適用することにより、正常に機能しているフィルタを活用して排気浄化を継続することとした。これに対し、目詰まりの生じたフィルタについて、その機能回復を試みる制御（機能回復制御）を行うこととしてもよい。機能回復制御としては、例えばフィルタケーシング１００内に形成される排気流路を、図４（ｂ）の形態と、図４（ｃ）の形態とに連続的に切り換える制御を行ってもよい。このような制御を行うことにより、各フィルタ１１１，１２１を通過する排気の流れの向きが、繰り返し変更されることになり、目詰まりの原因となっている微粒子等が除去されやすくなる。このとき、ポスト噴射、パイロット噴射、低温燃焼等により、フィルタケーシング１００に流入する排気の温度を上昇させる制御を実行することが、各フィルタに目詰まりを生じさせている微粒子等の分解を促す上で好ましい。また例えば、吸気バルブ及び排気バルブの動作特性（いわゆるバルブタイミングやバルブリフト量）を可変制御し得る周知の可変動弁機構や、ターボチャージャによる過給圧を可変制御し得る周知の可変ターボチャージャを備えた内燃機関では、各バルブの動作特性や過給圧を変更して排気の温度や流量を上昇させる制御を、上記フィルタケーシング１００内の排気流路の形態を連続的に切り換える制御と併せ行い、各フィルタに詰まった微粒子の除去効果を高めることもできる。
【０１２０】
また、個々のフィルタ１１１，１２１による微粒子の分解・除去機能や、ＮＯｘ浄化機能のみに着目した場合、２個の燃料添加弁１７ａ，１７ｂに替え、燃料添加弁を１個のみ備える構成を適用しても、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。
【０１２１】
また、本実施の形態では、フィルタを形成する各通路内壁の表面に、ＮＯｘ触媒を担持することとしたが、捕集された微粒子を効率的に酸化させる機能（活性酸素を放出する機能）を有する材料として、この他セリア（Ｃｅ）や錫（Ｓｎ）等の遷移金属を適用することもできる。すなわち、ＮＯｘ触媒に加え、或いはＮＯｘ触媒に替えて、フィルタを形成する各通路内壁の表面にセリアや錫等の遷移金属を担持することとしてもよい。
【０１２２】
また、本実施の形態では第１の集合通路４０ａから導入した排気をフィルタケーシング１００内で浄化し、第２の集合通路４０ｂから排出するといった構成を適用した。これに対し、第２の集合通路４０ｂをエンジン１側に接続し、第１の集合通路４０ａを大気に連通させる構成を適用して、本実施の形態に準ずる制御を行うことも可能ではある。
【０１２３】
また、本実施の形態では、フィルタ１１１を備えた第１の排気通路１１０と、フィルタ１２１を備えた第２の排気通路１２０と、酸化触媒１３１を備えた第３の排気通路１３０とを内部に区画形成したフィルタケーシング１００を、エンジン１の排気系４０に設けることとした。このような構成に替え、例えば図１１に示すように、フィルタ１１１′を備えた第１の排気通路１１０′と、フィルタ１２１′を備えた第２の排気通路１２０′と、酸化触媒１３１′を備えた第３の排気通路１３０′とを、各々独立した通路構造を採用することもできる。このような場合、各通路１１０′，１２０′，１３０′の通路開口端を、調整弁機構（例えばバタフライ弁）１４１′，１５１′の設けられた空間部を介して第１の集合通路４０ａ及び第２の集合通路４０ｂに接続する通路構造を適用し、好ましくは第１の排気通路１１０′及び第２の排気通路１２０′の各々に還元剤（燃料）を添加する燃料添加弁を設ければ、本実施の形態に準ずる効果を奏することができる。ただし、本実施の形態で適用することとしたフィルタケーシング１００のように、各通路１１０，１２０，１３０を内部通路として区画形成したケーシングを用いる方に、各通路を移動する排気の保温性や通路構造全体の搭載性等の面からみて優位性がある。
【０１２４】
また、本実施の形態では、本発明の排気浄化装置を内燃機関としての直列４気筒のディーゼルエンジンに適用することとしたが、希薄燃焼を行うガソリンエンジンにも本発明を適用することはできる。また、直列４気筒の内燃機関に限らず、搭載気筒数の異なる内燃機関にも本発明を適用することができる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気系に設けられ、排気中の微粒子を捕集するフィルタを通路途中に備えた第１の排気通路と、同じく排気中の微粒子を捕集するフィルタを通路途中に備えた第２の排気通路とを有する排気浄化装置にあって、第１の排気通路及び第２の排気通路に設けられた各フィルタに捕集された微粒子を分解除去すること、フィルタの目詰まりを防止すること、目詰まりが生じた場合にその原因となった微粒子を除去することが容易にできる。
【０１２６】
またとくに、各フィルタが排気に含まれるＮＯｘを酸化雰囲気で吸蔵し、該吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元する機能を有する場合には、各フィルタによる微粒子の浄化作用とＮＯｘの浄化作用とを、相乗的に高めることができる。また、第１の集合通路上流における排気の圧力を上昇させることなく、第１の排気通路の触媒に吸蔵されたＮＯｘを効率的に放出・還元することができる。すなわち、第１の排気通路に設けられた触媒（又はフィルタ）の排気浄化機能と、第２の排気通路に設けられた触媒（又はフィルタ）の排気浄化機能とを交互に活用し、効率的な排気浄化を継続的に行うことができる。
【０１２７】
また、本発明の制御方法によれば、第１の集合通路を起点、第２の集合通路を終点として移動する排気が、第１の排気通路に備えられたフィルタ、及び第２の排気通路に備えられたフィルタのうち少なくとも一方を通過するようなる。このため、上記２種の排気流路を切り換える際、何れかのフィルタによって捕集されるべき微粒子が、第２の集合通路にすり抜けてしまうといった不具合を回避することができる。
【０１２８】
また、第１の集合通路上流における排気の圧力を上昇させることなく、第１の排気通路及び第２の排気通路の触媒に吸蔵されたＮＯｘを効率的に放出・還元することができる。すなわち、第１の排気通路に設けられた触媒（又はフィルタ）の排気浄化機能と、第２の排気通路に設けられた触媒（又はフィルタ）の排気浄化機能とを交互に活用し、効率的な排気浄化を継続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】同実施の形態にかかるフィルタケーシングの内部構造を示す断面図図。
【図３】パティキュレートフィルタの構造を示す平面図等。
【図４】フィルタケーシング内に形成される排気流路の各種形態と、各バタフライ弁の状態との関係を説明する略図。
【図５】フィルタケーシング内に形成される排気流路の一例を示す略図。
【図６】燃料添加制御等の実行時に適用されるフィルタケーシング内の排気流路をの一例を示す略図。
【図７】一方のパティキュレートフィルタに目詰まりが生じた場合に適用されるフィルタケーシング内の排気流路の一例を示す略図。
【図８】他方のパティキュレートフィルタに目詰まりが生じた場合に適用されるフィルタケーシング内の排気流路の一例を示す略図。
【図９】両パティキュレートフィルタに目詰まりが生じた場合に適用されるフィルタケーシング内の排気流路の一例を示す略図。
【図１０】排気特性を検出する各種センサの配置についての変形例を示す略図。
【図１１】パティキュレートフィルタを含む排気通路構造の変形例を示す略図。
【図１２】従来の排気通路構造の一例を示す略図。
【符号の説明】
１  エンジン（内燃機関）
１０  燃料供給系
１１  サプライポンプ
１２  コモンレール
１３  燃料噴射弁
２０  燃焼室
３０  吸気系
４０  排気系
４０ａ  第１の集合通路
４０ｂ  第２の集合通路
５０  ターボチャージャ
６０  ＥＧＲ通路
６１  ＥＧＲ弁
７１  添加燃料圧センサ
７３  酸素濃度センサ
７４  排気温度センサ
７５  差圧センサ
９０  電子制御装置（ＥＣＵ）
１００  フィルタケーシング
１１０  第１の排気通路
１１１，１２１  フィルタ
１２０  第２の排気通路
１３０  第３の排気通路
１４０  第１の集合空間部
１４１，１５１  バタフライ弁
１５０  第２の集合空間部
１１１ａ  多孔質材料
Ｐ１  機関燃料通路
Ｐ２  添加燃料通路
【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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