(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浄化部と、
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、を含む前記環状通路のうち、前記第１の部分環状通路内に、前記浄化部の浄化機能を再生させるための再生剤を注入する再生剤注入部と、
前記経路変更部と前記再生剤注入部とを制御するための制御部と、
を備え、
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、
前記制御部は、前記経路変更部を制御して前記切替弁を切り替える際に、前記再生剤注入部を制御して前記再生剤を注入させ、
前記制御部は、前記切替弁の切替動作と前記再生剤の注入動作との少なくとも一方を調整することにより、前記切替弁の切替前の状態に関わらず、前記浄化部の浄化機能を再生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、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記切替弁の切替開始時刻から前記再生剤の注入開始時刻までの待機時間を変更する、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、
前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記待機時間は、排気ガスの流れ方向が逆転する時刻までの時間に設定されており、
前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記待機時間は、排気ガスの流れ方向が逆転する直前以降の時刻までの時間に設定されている、排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項２記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、さらに、前記切替弁の切替前に前記浄化部を流れる排気ガスの流量に応じて、前記待機時間を変更する、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、
前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記待機時間は、前記切替弁の切替前に前記浄化部を流れる排気ガスの流量が大きくなる程、長く設定され、
前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記待機時間は、前記切替弁の切替前に前記浄化部を流れる排気ガスの流量が大きくなる程、短く設定される、排気ガス浄化装置。
【請求項６】
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、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記待機時間を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項７】
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、前記燃焼室に吸入される空気量に応じて、前記待機時間を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項８】
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、前記燃焼室に吸入される空気量と排気ガスの温度とに応じて、前記待機時間を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項９】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替途中に前記浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、前記再生剤を注入させる、排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
請求項９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の部分環状通路内の圧力と前記第２の部分環状通路内の圧力とを測定するための２つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記２つの圧力の差が所定の目標値となるときに、前記再生剤を注入させる、排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項９記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記経路変更部よりも上流側の前記基幹通路内の圧力を測定するための１つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記圧力が所定の目標値となるときに、前記再生剤を注入させる、排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記所定の目標値を決定する、排気ガス浄化装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替前の前記圧力と、前記燃焼室に吸入される空気量と、に応じて、前記所定の目標値を決定する、排気ガス浄化装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替前の前記圧力と、排気ガスの温度と、に応じて、前記所定の目標値を決定する、排気ガス浄化装置。
【請求項１５】
請求項１１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替前の前記圧力と、前記燃焼室に吸入される空気量と、排気ガスの温度と、に応じて、前記所定の目標値を決定する、排気ガス浄化装置。
【請求項１６】
請求項１０または１１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記所定の目標値は、前記切替弁の切替方向に応じて変更される、排気ガス浄化装置。
【請求項１７】
請求項９記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記再生剤を注入させる際に、前記切替弁を切替途中で停止させる、排気ガス浄化装置。
【請求項１８】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、少なくとも前記切替弁を前記第１の状態から前記第２の状態に切り替える場合には、前記切替弁を切替途中で停止させて、前記再生剤を注入させる、排気ガス浄化装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替途中に前記浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、前記切替弁を停止させる、排気ガス浄化装置。
【請求項２０】
請求項１９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の部分環状通路内の圧力と前記第２の部分環状通路内の圧力とを測定するための２つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記２つの圧力の差が所定の目標値となるときに、前記切替弁を停止させる、排気ガス浄化装置。
【請求項２１】
請求項１９記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記経路変更部よりも上流側の前記基幹通路内の圧力を測定するための１つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記圧力が所定の目標値となるときに、前記切替弁を停止させる、排気ガス浄化装置。
【請求項２２】
請求項２０または２１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に関わらず、前記切替弁を切替途中で停止させ、
前記所定の目標値は、前記切替弁の切替方向に応じて変更される、排気ガス浄化装置。
【請求項２３】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記切替弁の切替動作を変更し、前記切替弁の切替方向に関わらず、前記切替弁の切替開始時刻から所定時間の経過後に、前記再生剤を注入させる、排気ガス浄化装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記切替弁の切替速度を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の排気ガス浄化装置であって、
前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記切替速度は、前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記切替速度よりも、低く設定される、排気ガス浄化装置。
【請求項２６】
請求項２３記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、少なくとも前記切替弁を前記第１の状態から前記第２の状態に切り替える場合には、前記切替弁を切替途中で停止させる、排気ガス浄化装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の排気ガス浄化装置であって、
前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記停止期間は、前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記停止期間よりも、長く設定される、排気ガス浄化装置。
【請求項２８】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁が切替前に前記第１の状態である場合には、前記切替弁を前記第１の状態から前記第２の状態に切り替える途中で前記再生剤を注入させ、その後、前記切替弁を前記第２の状態に移行させずに前記第１の状態に戻す、排気ガス浄化装置。
【請求項２９】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記再生剤注入部による前記再生剤の注入期間と注入圧力とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記再生剤の注入条件を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項３０】
請求項２９記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記再生剤の注入条件を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項３１】
請求項３０記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に関わらず、前記切替弁の切替開始時刻から所定時間の経過後に、前記再生剤を注入させ、
前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際には、前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際よりも、前記注入期間が短く設定され、かつ、前記注入圧力が高く設定される、排気ガス浄化装置。
【請求項３２】
請求項２９記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記浄化部を流れる排気ガスの空燃比が所定値以下となるように、前記再生剤の注入条件を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項３３】
請求項３２記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記再生剤の注入条件を決定する、排気ガス浄化装置。
【請求項３４】
請求項３２記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記経路変更部よりも上流側の前記基幹通路内の排気ガスの空燃比を測定するための空燃比測定部を備え、
前記制御部は、前記燃焼室に吸入される吸入空気量と前記排気ガス空燃比と、に応じて、前記再生剤の注入条件を決定する、排気ガス浄化装置。
【請求項３５】
請求項３２記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記経路変更部よりも上流側の前記基幹通路内の排気ガスの空燃比を測定するための空燃比測定部を備え、
前記制御部は、前記排気ガス空燃比と、前記浄化部を流れる排気ガスの流れに起因する情報と、に応じて、前記再生剤の注入条件を決定する、排気ガス浄化装置。
【請求項３６】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記内燃機関の負荷に応じて、前記切替弁の切替期間を変更する、排気ガス浄化装置。
【請求項３７】
請求項３６記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替速度を変更することにより、前記切替期間を変更し、
前記内燃機関の負荷が比較的高い場合には、前記切替速度を比較的高く設定し、前記内燃機関の負荷が比較的低い場合には、前記切替速度を比較的低く設定する、排気ガス浄化装置。
【請求項３８】
請求項３６記載の排気ガス浄化装置であって、
前記制御部は、前記切替弁の切替途中での停止期間を変更することにより、前記切替期間を変更し、
前記内燃機関の負荷が比較的高い場合には、前記停止期間を比較的短く設定し、前記内燃機関の負荷が比較的低い場合には、前記停止期間を比較的長く設定する、排気ガス浄化装置。
【請求項３９】
請求項１記載の排気ガス浄化装置であって、
前記浄化部は、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する、排気ガス浄化装置。
【請求項４０】
請求項１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他の浄化部を備える、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】
特開平７−１８９６５６号公報に記載された排気ガス浄化装置では、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタ（トラッパ）が用いられている。このフィルタには酸化触媒が担持されており、フィルタには、その両面から交互に排気ガスが流入する。そして、排気ガス温度により、粒子状物質を燃焼させて、フィルタの浄化機能を再生している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置では、排気ガス温度を上昇させるために、ディーゼル機関の吸気を絞っているため、浄化機能の再生処理の際に、ディーゼル機関の運転条件が強制的に変更されてしまう。換言すれば、通常の運転を実行する場合に要求される運転条件に応じて、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、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。
【０００６】
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。
【０００７】
【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浄化部と、
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、を含む前記環状通路のうち、前記第１の部分環状通路内に、前記浄化部の浄化機能を再生させるための再生剤を注入する再生剤注入部と、
前記経路変更部と前記再生剤注入部とを制御するための制御部と、
を備え、
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、
前記制御部は、前記経路変更部を制御して前記切替弁を切り替える際に、前記再生剤注入部を制御して前記再生剤を注入させ、
前記制御部は、前記切替弁の切替動作と前記再生剤の注入動作との少なくとも一方を調整することにより、前記切替弁の切替前の状態に関わらず、前記浄化部の浄化機能を再生することを特徴とする。
【０００８】
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、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、この装置では、浄化部の浄化機能を再生させるための再生剤を第１の部分環状通路内に注入する再生剤注入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。
【０００９】
さらに、この装置では、制御部は、切替弁の切替動作と再生剤の注入動作との少なくとも一方を調整することにより、切替弁の切替前の状態に関わらず、再生剤を浄化部に供給することができる。したがって、切替弁の切替前の状態に関わらず、浄化部の浄化機能を再生することが可能となる。
【００１０】
なお、切替弁の切替前の状態とは、切替弁が第１の状態に設定される場合、または、第２の状態に設定される場合を意味している。
【００１１】
上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記切替弁の切替開始時刻から前記再生剤の注入開始時刻までの待機時間を変更するようにしてもよい。
【００１２】
例えば、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる際の待機時間は、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる際の待機時間よりも、短く設定されていればよい。このように、切替弁の切替方向に応じて待機時間を変更すれば、切替弁の切替前の状態に関わらず、再生剤を浄化部に供給することができ、この結果、浄化部の浄化機能を再生させることが可能となる。
【００１３】
上記の装置において、
前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記待機時間は、排気ガスの流れ方向が逆転する時刻までの時間に設定されており、
前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記待機時間は、排気ガスの流れ方向が逆転する直前以降の時刻までの時間に設定されていることが好ましい。
【００１４】
こうすれば、切替弁の切替方向に関わらず、注入された再生剤を排気ガスの流れによって浄化部に確実に供給することができる。したがって、浄化部の浄化機能を確実に再生させることができる。
【００１５】
また、上記の装置において、
前記制御部は、さらに、前記切替弁の切替前に前記浄化部を流れる排気ガスの流量に応じて、前記待機時間を変更するようにしてもよい。
【００１６】
例えば、前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記待機時間は、前記切替弁の切替前に前記浄化部を流れる排気ガスの流量が大きくなる程、長く設定され、
前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記待機時間は、前記切替弁の切替前に前記浄化部を流れる排気ガスの流量が大きくなる程、短く設定されるようにすればよい。
【００１７】
このように、切替弁の切替方向に応じて待機時間を変更するとともに、切替弁の切替前に浄化部を流れる排気ガスの流量に応じて待機時間を変更すれば、浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるような時刻に再生剤を注入することができ、この結果、浄化部の浄化機能を効率よく再生させることが可能となる。
【００１８】
具体的には、前記制御部は、次のようなパラメータを用いて、前記待機時間を変更することができる。（１）前記内燃機関の運転条件、（２）前記燃焼室に吸入される空気量、（３）前記燃焼室に吸入される空気量、および、排気ガスの温度。
【００１９】
このようにすれば、制御部は、切替弁の切替前に浄化部を流れる排気ガスの流量に応じて、容易に待機時間を変更することができる。
【００２０】
上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁の切替途中に前記浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、前記再生剤を注入させるようにしてもよい。
【００２１】
浄化部を流れる排気ガスの流量が大きくなると、注入された再生剤が、浄化部の浄化機能の再生に充分に利用されない場合がある。しかしながら、上記のようにすれば、再生剤は、浄化部の浄化機能の再生に効率よく利用されるので、浄化部の浄化機能の再生に必要な再生剤の注入量を低減させることが可能となる。
【００２２】
上記の装置において、
前記制御部は、前記第１の部分環状通路内の圧力と前記第２の部分環状通路内の圧力とを測定するための２つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記２つの圧力の差が所定の目標値となるときに、前記再生剤を注入させるようにしてもよい。
【００２３】
こうすれば、浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、再生剤をタイミングよく注入することが可能となる。
【００２４】
あるいは、上記の装置において、
前記制御部は、前記経路変更部よりも上流側の前記基幹通路内の圧力を測定するための１つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記圧力が所定の目標値となるときに、前記再生剤を注入させるようにしてもよい。
【００２５】
このようにしても、浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、再生剤をタイミングよく注入することが可能となる。
【００２６】
具体的には、前記制御部は、次のようなパラメータを用いて、前記所定の目標値を決定することができる。（１）前記内燃機関の運転条件、（２）前記切替弁の切替前の前記圧力、および、前記燃焼室に吸入される空気量、（３）前記切替弁の切替前の前記圧力、および、排気ガスの温度、（４）前記切替弁の切替前の前記圧力と、前記燃焼室に吸入される空気量と、排気ガスの温度。
【００２７】
このようにすれば、制御部は、切替弁の切替途中に浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となる目標値を、比較的精度よく決定することができる。
【００２８】
また、上記の装置において、
前記所定の目標値は、前記切替弁の切替方向に応じて変更されるようにしてもよい。
【００２９】
こうすれば、再生剤を注入する際に浄化部を流れる排気ガスの流量を、切替弁の切替方向に応じて変更することができる。
【００３０】
さらに、上記の装置において、
前記制御部は、前記再生剤を注入させる際に、前記切替弁を切替途中で停止させるようにしてもよい。
【００３１】
こうすれば、浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量で維持された状態で、再生剤を注入することができる。
【００３２】
上記の装置において、
前記制御部は、少なくとも前記切替弁を前記第１の状態から前記第２の状態に切り替える場合には、前記切替弁を切替途中で停止させて、前記再生剤を注入させるようにしてもよい。
【００３３】
こうすれば、少なくとも切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える場合に、浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ一定の流量で維持された状態で、再生剤を注入することが可能となる。
【００３４】
上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁の切替途中に前記浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、前記切替弁を停止させることが好ましい。
【００３５】
浄化部を流れる排気ガスの流量が大きくなると、注入された再生剤が、浄化部の浄化機能の再生に充分に利用されない場合がある。しかしながら、上記のようにすれば、再生剤は、浄化部の浄化機能の再生に効率よく利用されるので、浄化部の浄化機能の再生に必要な再生剤の注入量を低減させることが可能となる。
【００３６】
上記の装置において、
前記制御部は、前記第１の部分環状通路内の圧力と前記第２の部分環状通路内の圧力とを測定するための２つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記２つの圧力の差が所定の目標値となるときに、前記切替弁を停止させるようにしてもよい。
【００３７】
こうすれば、浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量で維持された状態で、再生剤を注入することができる。
【００３８】
あるいは、上記の装置において、
前記制御部は、前記経路変更部よりも上流側の前記基幹通路内の圧力を測定するための１つの圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記圧力が所定の目標値となるときに、前記切替弁を停止させるようにしてもよい。
【００３９】
このようにしても、浄化部を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量で維持された状態で、再生剤を注入することができる。
【００４０】
前述のように、前記制御部は、次のようなパラメータを用いて、前記所定の目標値を決定することができる。（１）前記内燃機関の運転条件、（２）前記切替弁の切替前の前記圧力、および、前記燃焼室に吸入される空気量、（３）前記切替弁の切替前の前記圧力、および、排気ガスの温度、（４）前記切替弁の切替前の前記圧力と、前記燃焼室に吸入される空気量と、排気ガスの温度。
【００４１】
また、上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に関わらず、前記切替弁を切替途中で停止させ、
前記所定の目標値は、前記切替弁の切替方向に応じて変更されるようにしてもよい。
【００４２】
こうすれば、再生剤を注入する際に維持される排気ガスの流量を、切替弁の切替方向に応じて変更することができる。
【００４３】
上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記切替弁の切替動作を変更し、前記切替弁の切替方向に関わらず、前記切替弁の切替開始時刻から所定時間の経過後に、前記再生剤を注入させるようにしてもよい。
【００４４】
このようにしても、切替弁の切替前の状態に関わらず、再生剤を浄化部に供給することができ、この結果、浄化部の浄化機能を再生させることができる。
【００４５】
上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記切替弁の切替速度を変更するようにしてもよい。
【００４６】
例えば、前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記切替速度は、前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記切替速度よりも、低く設定されていればよい。
【００４７】
また、上記の装置において、
前記制御部は、少なくとも前記切替弁を前記第１の状態から前記第２の状態に切り替える場合には、前記切替弁を切替途中で停止させるようにしてもよい。
【００４８】
例えば、前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際の前記停止期間は、前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際の前記停止期間よりも、長く設定されていればよい。
【００４９】
なお、停止期間は、切替弁を切替途中で停止させない場合の停止期間「０」を含んでいる。
【００５０】
このように、切替弁の切替速度や停止期間などを切替弁の切替方向に応じて変更すれば、切替弁の切替開始時刻から所定時間の経過後に再生剤を注入する場合にも、切替弁の切替方向に関わらず、注入された再生剤を浄化部に供給することができる。
【００５１】
上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁が切替前に前記第１の状態である場合には、前記切替弁を前記第１の状態から前記第２の状態に切り替える途中で前記再生剤を注入させ、その後、前記切替弁を前記第２の状態に移行させずに前記第１の状態に戻すようにしてもよい。
【００５２】
このようにしても、切替弁の切替前の状態に関わらず、浄化部の浄化機能を再生させることができる。
【００５３】
上記の装置において、
前記制御部は、前記再生剤注入部による前記再生剤の注入期間と注入圧力とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記再生剤の注入条件を変更するようにしてもよい。
【００５４】
こうすれば、例えば、切替弁の切替方向や排気ガスの空燃比などの排気ガスの状態に応じて、再生剤の注入を適切に実行することが可能となる。
【００５５】
上記の装置において、
前記制御部は、前記切替弁の切替方向に応じて、前記再生剤の注入条件を変更することが好ましい。
【００５６】
例えば、前記制御部は、前記切替弁の切替方向に関わらず、前記切替弁の切替開始時刻から所定時間の経過後に、前記再生剤を注入させ、
前記切替弁が前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる際には、前記切替弁が前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる際よりも、前記注入期間が短く設定され、かつ、前記注入圧力が高く設定されるようにすればよい。
【００５７】
こうすれば、切替弁の切替方向に関わらず、再生剤を浄化部に確実に供給することができ、この結果、浄化部の浄化機能を確実に再生させることが可能となる。
【００５８】
また、上記の装置において、
前記制御部は、前記浄化部を流れる排気ガスの空燃比が所定値以下となるように、前記再生剤の注入条件を変更することが好ましい。
【００５９】
こうすれば、浄化部の浄化機能をより確実に浄化することができるとともに、再生剤の注入量を低減させることができる。
【００６０】
具体的には、前記制御部は、以下のようなパラメータを用いて、前記再生剤の注入条件を決定することができる。（１）前記内燃機関の運転条件、（２）前記燃焼室に吸入される吸入空気量、および、排気ガス空燃比、（３）排気ガス空燃比、および、前記浄化部を流れる排気ガスの流れに起因する情報。なお、排気ガスの流れに起因する情報には、排気ガスの流量や、排気ガスの流量によって変化する圧力などが含まれる。また、排気ガス空燃比をパラメータとして用いる場合には、前記制御部は、前記経路変更部よりも上流側の前記基幹通路内の排気ガスの空燃比を測定するための空燃比測定部を備えていればよい。
【００６１】
このようにすれば、制御部は、排気ガスの空燃比に応じて、比較的精度よく再生剤の注入条件を決定することができる。
【００６２】
上記の装置において、
前記制御部は、前記内燃機関の負荷に応じて、前記切替弁の切替期間を変更するようにしてもよい。
【００６３】
例えば、前記制御部は、前記切替弁の切替速度を変更することにより、前記切替期間を変更し、
前記内燃機関の負荷が比較的高い場合には、前記切替速度を比較的高く設定し、前記内燃機関の負荷が比較的低い場合には、前記切替速度を比較的低く設定するようにしてもよい。
【００６４】
あるいは、前記制御部は、前記切替弁の切替途中での停止期間を変更することにより、前記切替期間を変更し、
前記内燃機関の負荷が比較的高い場合には、前記停止期間を比較的短く設定し、前記内燃機関の負荷が比較的低い場合には、前記停止期間を比較的長く設定するようにしてもよい。
【００６５】
なお、停止期間は、切替弁を切替途中で停止させない場合の停止期間「０」を含んでいる。
【００６６】
切替弁の切替期間が長いと、環状通路を通らずに、すなわち、浄化部を通らずに大気に排出される排気ガスが増大する。また、内燃機関の負荷が高い場合には、通常、粒状物質が多く生成される。上記のようにすれば、内燃機関の負荷が比較的高い場合に、浄化部を通過せずに大気に放出される排気ガスを減少させることができ、この結果、排気ガス中に含まれる粒子状物質などの大気汚染物質の大気への放出量を低減させることが可能となる。
【００６７】
上記の装置において、
前記浄化部は、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するようにしてもよい。
【００６８】
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。
【００６９】
さらに、上記の装置において、
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他の浄化部を備えるようにしてもよい。
【００７０】
こうすれば、排気ガスは必ず上記の他の浄化部を通過するので、排気ガスをさらに浄化することが可能となる。
【００７１】
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。
【００７２】
【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：
Ａ−６．切替弁を切り替える際の還元剤の注入：
Ａ−７．エンジンの運転状態に応じた還元剤の注入：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．第６実施例：
Ｇ．第７実施例：
Ｈ．第８実施例：
Ｉ．第９実施例：
Ｊ．変形例：
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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内に注入するための還元剤注入部２６０を備えている。還元剤注入部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。
【００９２】
なお、図３（Ａ）に示すように、経路変更部２５０と還元剤注入部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、還元剤注入部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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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、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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、還元剤注入部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ることが可能となっている。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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に担持された活性金属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。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。
【０１２４】
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ことができる。
【０１２５】
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に担持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ことができる。
【０１２６】
図１２，図１３に示すように、還元剤注入部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。また、還元剤注入部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。
【０１２７】
Ａ−６．切替弁を切り替える際の還元剤の注入：
ところで、図１２に示すように、切替弁２５１が第１の状態に設定されているときに還元剤を注入する場合には、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させることができるが、図１３に示すように、切替弁２５１が第２の状態に設定されているときに還元剤を注入する場合には、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させることができない。
【０１２８】
また、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させるために、切替弁２５１が第１の状態に設定されているときに還元剤を注入する場合には、比較的多量の還元剤が必要になってしまう。すなわち、切替弁２５１が第１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くなっている。この状態で還元剤を注入すると、還元剤の多くは、再生処理に利用されずにそのまま第１の浄化部２１０を通過する。また、排気ガス流量が大きい（すなわち、排気ガス中の酸素量が大きい）ため、排気ガス空燃比をリッチとするのが比較的困難となる。このため、第１の浄化部２１０の浄化機能を充分に再生させるためには、比較的多量の還元剤が必要になってしまう。そして、還元剤として燃料を用いる場合には、燃費が悪化してしまう。
【０１２９】
そこで、以下では、切替弁２５１を切り替える際に還元剤を注入することにより、切替弁２５１の切替前の状態に関わらず、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生することができるように工夫している。なお、切替弁２５１を切り替える際に還元剤を注入することにより、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可能となる。
【０１３０】
図１４は、第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻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。
【０１３１】
図１４（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Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示している。図示するように、切替弁２５１が第１の状態に設定されているときには、順流方向に流量Ｑ０の排気ガスが流れている。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Ｑはほぼ０になる。そして、切替弁２５１が第２の状態に設定されると、逆流方向に流量Ｑ０の排気ガスが流れる。
【０１３２】
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の状態となる前の時刻から所定期間、第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入される。このとき、排気ガス流量Ｑは比較的小さくなっている。このため、切替弁２５１が第３の状態になるに連れて、還元剤は、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス中に拡散しながら、比較的ゆっくりと第１の浄化部２１０を通過する。なお、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、流量Ｑ０の排気ガスが流れており、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３の状態になるに連れて、徐々に第２の浄化部２２０を通過する。
【０１３３】
図１４（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Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示している。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）と同様であり、排気ガス流量Ｑ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、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Ｑはほぼ０になる。
【０１３４】
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の状態となった後の時刻から所定期間、第１の部分環状通路３０ｂ１内に注入される。このとき、排気ガス流量Ｑは比較的小さくなっている。このため、切替弁２５１が第１の状態になるに連れて、還元剤は、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス中に拡散しながら、比較的ゆっくりと第１の浄化部２１０を通過する。なお、この場合にも、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の状態になるに連れて、徐々に第２の浄化部２２０を通過する。
【０１３５】
図１４（Ａ），（Ｂ）では、還元剤は、排気ガスの流れが順流方向のときに注入されているので、切替弁２５１の切替前の状態に関わらず、還元剤を第１の浄化部２１０に供給することができ、この結果、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生することが可能となっている。また、還元剤は、排気ガス流量Ｑが比較的小さいときに注入されているので、排気ガス空燃比がリッチな排気ガスは、第１の浄化部２１０を比較的長い時間を掛けて通過する。このため、還元剤は、第１の浄化部２１０の浄化機能の再生に効率よく利用され、この結果、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。
【０１３６】
なお、図１４では、切替弁の切替方向に関わらず、排気ガス流量Ｑがほぼ同じ流量となるような時刻に、還元剤の注入開始時刻が設定されている。
【０１３７】
図１５も、第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。なお、図１５（Ａ）は、図１４（Ａ）と同じである。また、図１５（Ｂ）は、図１４（Ｂ）とほぼ同じであるが、還元剤の注入開始時刻が変更されている。
【０１３８】
すなわち、図１４（Ｂ）では、還元剤は、切替弁２５１が第３の状態となった後の時刻に注入されているが、図１５（Ｂ）では、還元剤は、切替弁２５１が第３の状態となる直前の時刻に注入されている。このとき、排気ガスは逆流方向に流れており、排気ガス流量Ｑはかなり小さくなっている。このため、還元剤は、第１の部分環状通路３０ｂ１内の排気ガス中に拡散しながら、第２の浄化部２２０にゆっくりと向かう。しかしながら、切替弁２５１が第３の状態を経て第１の状態になるに連れて、流れ方向が逆転し、排気ガスは順流方向に流れる。このため、還元剤は、第１の浄化部２１０に向かうことになる。このようにすれば、図１４（Ｂ）の場合と比べて、還元剤を排気ガス中により拡散させることができ、また、還元剤はよりゆっくりと第１の浄化部を通過するので、第１の浄化部２１０の浄化機能を効率よく再生させることが可能となる。
【０１３９】
なお、図１５では、図１４と異なり、切替弁の切替方向に応じて、排気ガス流量Ｑが異なる流量となるような時刻に、還元剤の注入開始時刻が設定されている。
【０１４０】
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。
【０１４１】
そして、図１４，図１５では、ＥＣＵ９０は、切替弁２５１の切替方向に応じて、切替弁２５１の切替開始時刻から還元剤の注入開始時刻までの待機時間を変更している。すなわち、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる際の待機時間は、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる際の待機時間よりも、短く設定されている。
【０１４２】
なお、切替弁の切替前の状態（以下、「始状態」とも呼ぶ）が第１の状態である場合には、待機時間を図１４（Ａ），図１５（Ａ）に示す時間よりも短く設定するようにしてもよい。例えば、切替弁の切替開始時刻の直後に還元剤の注入開始時刻が設定されるようにしてもよい。また、切替弁の始状態が第２の状態である場合には、待機時間を図１４（Ｂ）に示す時間よりも長く設定するようにしてもよい。例えば、切替弁の切替終了時刻の少し前の時刻に還元剤の注入開始時刻が設定されるようにしてもよい。
【０１４３】
一般には、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる際の待機時間は、排気ガスの流れ方向が逆転する時刻までの時間に設定されていればよく、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる際の待機時間は、排気ガスの流れ方向が逆転する直前以降の時刻までの時間に設定されていればよい。こうすれば、切替弁２５１の切替方向に関わらず、注入された還元剤を排気ガスの流れによって第１の浄化部２１０に確実に供給することができるので、第１の浄化部２１０の浄化機能を確実に再生させることができる。
【０１４４】
なお、排気ガスの流れ方向が逆転する時刻は、切替弁が第３の状態に設定される時刻とほぼ同じであるが、例えば、第１の部分環状通路３０ｂ１内の圧力と第２の部分環状通路３０ｂ２内の圧力との大小関係が逆転する時刻で判断することも可能である。
【０１４５】
Ａ−７．エンジンの運転状態に応じた還元剤の注入：
ところで、図１４，図１５では、切替弁の始状態における排気ガス流量ＱがＱ０である場合について説明したが、実際には、流量Ｑ０は、エンジン１００の運転状態に応じて変化する。待機時間が一定であると仮定すると、還元剤の注入開始時刻における第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量Ｑは、切替弁の始状態における排気ガス流量ＱＯに応じて変化する。排気ガス流量Ｑが比較的大きくなると、第１の浄化部２１０の浄化機能を効率よく浄化することが困難となる。したがって、待機時間は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０に応じて変更されることが好ましい。
【０１４６】
図１６は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図であり、図１４に対応する。図１６では、待機時間は、切替弁２５１の切替方向に応じて変更されているとともに、切替弁２５１の始状態における排気ガス流量Ｑ０に応じて変更されている。
【０１４７】
図１６（Ａ）に示すように、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる際の待機時間は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が大きくなる程、長く設定されている。一方、図１６（Ｂ）に示すように、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる際の待機時間は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が大きくなる程、短く設定されている。
【０１４８】
図１７も、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図であり、図１５に対応する。なお、図１７（Ａ）は、図１６（Ａ）と同じである。また、図１７（Ｂ）は、図１６（Ｂ）とほぼ同じであるが、還元剤は切替弁２５１が第３の状態となる直前の時刻に注入されている。このため、図１６（Ｂ）と図１７（Ｂ）との待機時間は、逆の関係になっている。すなわち、図１７（Ｂ）では、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる際の待機時間は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が大きくなる程、長く設定されている。
【０１４９】
図１６，図１７に示すように、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０に応じて還元剤の注入開始時刻を変更すれば、エンジン１００の運転状態に関わらず、第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量Ｑがほぼ所定量となるような時刻に還元剤を注入することができる。この結果、第１の浄化部２１０の浄化機能を効率よく再生させることが可能となる。
【０１５０】
一般に、ＥＣＵ９０は、切替弁２５１の切替方向に応じて、切替弁の切替開始時刻から還元剤の注入開始時刻までの待機時間を変更するとともに、切替弁の切替前に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑ０に応じて、待機時間を変更すればよい。
【０１５１】
そして、ＥＣＵ９０は、以下のような種々の手法を用いて、排気ガス流量Ｑ０に応じて、還元剤の注入開始時刻を決定するための待機時間を変更することができる。
【０１５２】
（Ａ１）第１の手法：
第１の手法では、ＥＣＵ９０は、エンジンの運転条件を用いて、待機時間を決定する。エンジン回転速度やアクセル開度などのエンジン運転条件が変化すると、エンジン本体１０から排出される排気ガスの質量流量や温度が変化し、この結果、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化する。ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、エンジン回転速度やアクセル開度などのエンジン運転条件と待機時間との関係を示すマップを格納している。なお、マップは、実験などによって予め作成される。そして、ＥＣＵ９０は、図１に示すように、エンジン運転条件を検出してマップを参照することにより、待機時間を決定する。
【０１５３】
（Ａ２）第２の手法：
第２の手法では、ＥＣＵ９０は、燃焼室＃１〜＃４に吸入される吸入空気量を用いて、待機時間を決定する。ここで、吸入空気量は、単位時間あたりに燃焼室＃１〜＃４に吸入される空気の質量（質量流量）を意味している。なお、吸入空気量は、通常、スロットル弁２６（図１）の上流側に取り付けられた図示しない熱線式エアフローメータ（熱線風速計）を用いて測定される。なお、吸入空気量は、スロットル弁２６の開度から推定するようにしてもよい。吸入空気量は、エンジン運転条件に応じて変化する。具体的には、エンジンの負荷が大きい程、吸入空気量は大きくなり、この結果、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０も大きくなる。ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、吸入空気量と待機時間との関係を示すマップを格納している。そして、ＥＣＵ９０は、吸入空気量を検出してマップを参照することにより、待機時間を決定する。
【０１５４】
（Ａ３）第３の手法：
第３の手法では、ＥＣＵ９０は、上記の吸入空気量と排気ガスの温度とを用いて、待機時間を決定する。吸入空気量が同じであっても、排気ガスの温度が異なると、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０は変化する。このため、第３の手法では、排気ガスの温度を用いている。図１８は、排気ガス温度の測定が可能な浄化ユニット２００Ａを示す説明図である。図１８は、図４（Ａ）〜図６（Ａ）とほぼ同じであるが、温度センサ１１１が追加されている。温度センサ１１１は、第１の浄化部２１０内部の排気ガスの温度を測定する。温度センサ１１１は、ＥＣＵ９０に接続されており、測定結果をＥＣＵ９０に与える。ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、吸入空気量および排気ガス温度と、待機時間と、の関係を示すマップを格納している。そして、ＥＣＵ９０は、吸入空気量および排気ガス温度を検出してマップを参照することにより、待機時間を決定する。こうすれば、第２の手法を採用する場合と比べ、還元剤を注入する際の排気ガス流量Ｑをより正確にほぼ一定に保つことができる。
【０１５５】
なお、排気ガス温度Ｔ１において第１の浄化部２１０を単位時間あたりに通過する排気ガスの質量流量をＷ１とすると、排気ガス温度Ｔ２においては、排気ガスの質量流量Ｗ２がＷ１×（Ｔ１／Ｔ２）とほぼ等しくなるようにすれば、排気ガス流量Ｑをほぼ一定に保つことができる。すなわち、還元剤を注入する際の排気ガスの質量流量を排気ガス温度に応じて変化させれば、還元剤を注入する際の排気ガス流量Ｑをほぼ一定に保つことができる。
【０１５６】
上記のような手法を用いれば、ＥＣＵ９０は、切替弁の切替前に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑ０に応じて、容易に待機時間を変更することができる。
【０１５７】
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。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フィルタを有する第１の浄化部２１０が設けられている。また、浄化ユニット２００は、第１の部分環状通路３０ｂ１内に、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させるための還元剤を注入する還元剤注入部２６０を備えている。そして、経路変更部２５０と還元剤注入部２６０とは、ＥＣＵ９０によって制御される。
【０１５８】
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、この浄化ユニット２００では、還元剤注入部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。
【０１５９】
また、本実施例のＥＣＵ９０は、切替弁２５１の切替方向に応じて、切替弁の切替開始時刻から還元剤の注入開始時刻までの待機時間を変更する。これにより、切替弁２５１の切替前の状態に関わらず、還元剤を第１の浄化部２１０に供給することができ、この結果、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させることが可能となる。
【０１６０】
なお、以上の説明から分かるように、本実施例の第１の浄化部２１０が本発明における浄化部に相当し、ＥＣＵ９０が制御部に相当する。また、図１８に示す浄化ユニット２００Ａが用いられる場合には、ＥＣＵ９０と温度センサ１１１とが、制御部に相当する。
【０１６１】
Ｂ．第２実施例：
図１９は、第２実施例における浄化ユニット２００Ｂを示す説明図である。図１９は、図４（Ａ）〜図６（Ａ）とほぼ同じであるが、２つの圧力センサ１２１，１２２が追加されている。第１の圧力センサ１２１は、第１の部分環状通路３０ｂ１内の圧力Ｐ１を測定し、第２の圧力センサ１２２は、第２の部分環状通路３０ｂ２内の圧力Ｐ２を測定する。２つの圧力センサ１２１，１２２は、ＥＣＵ９０に接続されており、測定結果をＥＣＵ９０に与える。ＥＣＵ９０は、与えられた測定結果を用いて、還元剤の注入開始時刻を決定する。
【０１６２】
図２０は、第２実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、ＥＣＵ９０からの命令に従って実行される。
【０１６３】
ステップＳ１０１では、切替弁２５１の切替動作が開始される。次に、ステップＳ１０２では、切替弁２５１の切替方向が判断される。なお、切替弁２５１の切替方向は、ＥＣＵ９０が指定するため、通常は既知である。もちろん、ＥＣＵ９０は、経路変更部２５０の駆動部２５２に与えられる信号を用いて、切替方向を判断するようにしてもよい。切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合（すなわち、排気ガスの流れが順流方向から逆流方向に変化する場合）には、ステップＳ１０３ａに進む。一方、切替弁２５１が第２の状態から第１の状態に切り替わる場合（すなわち、排気ガスの流れが逆流方向から順流方向に変化する場合）には、ステップＳ１０３ｂに進む。ステップＳ１０３ａでは、２つの圧力センサ１２１，１２２の測定結果の差分、すなわち、差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が予め設定された目標値Ｐａと等しいか否かが判断される。差圧ΔＰがＰａと等しくなると、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０３ｂについても同様であり、差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が予め設定された設定値Ｐｂと等しくなると、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤が所定期間注入される。そして、ステップＳ１０５において、切替弁２５１の切替動作が終了する。
【０１６４】
図２１は、排気ガス流量Ｑの変化と差圧ΔＰの変化とを示す説明図である。図２１（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Ｑの変化を示しており、図１４（Ａ）とほぼ同じである。図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示すように排気ガス流量Ｑが変化する場合の差圧ΔＰの変化を示している。
【０１６５】
図示するように、切替弁が第１の状態に設定されているときには、差圧ΔＰは、Ｐ０となっている。切替弁の切替期間中には、差圧ΔＰは次第に減少し、途中、切替弁が第３の状態になると、差圧ΔＰはほぼ０になる。そして、切替弁が第２の状態に設定されると、差圧ΔＰは、−Ｐ０となる。
【０１６６】
図２０のステップＳ１０３ａにおいて、差圧ΔＰが目標値Ｐａとなる時刻には、排気ガス流量ＱはほぼＱａとなる。したがって、差圧ΔＰが目標値Ｐａとなるときに還元剤の注入を開始すれば、排気ガス流量ＱがほぼＱａとなるときに、タイミングよく還元剤を注入することが可能となる。
【０１６７】
前述のように、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０は、エンジン１００の運転状態に応じて変化する。図２２は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と差圧ΔＰの変化とを示す説明図であり、図２１に対応する。第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑは、差圧ΔＰによってほぼ決定されている。換言すれば、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が比較的大きい場合には、そのときの差圧ΔＰ０も比較的高くなる。したがって、図２０のステップＳ１０３ａにおいて、差圧ΔＰが目標値Ｐａとなるときに還元剤の注入を開始すれば、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０に関わらず、排気ガス流量ＱがほぼＱａとなるときに、タイミングよく還元剤を注入することができる。
【０１６８】
なお、図２１，図２２では、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合について説明したが、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる場合についても同様である。すなわち、図２０のステップＳ１０３ｂにおいて、差圧ΔＰが目標値Ｐｂとなるときに還元剤の注入を開始することにより、排気ガス流量ＱがほぼＱｂとなるときに、タイミングよく還元剤を注入することができる。
【０１６９】
また、図２０では、切替弁の切替方向に応じて、差圧ΔＰの目標値が変更される場合の処理について説明したが、切替弁の切替方向に関わらず、差圧ΔＰの目標値を同じ値（例えば、Ｐａ）に設定するようにしてもよい。こうすれば、図２０のステップＳ１０２，Ｓ１０３ｂを省略することができる。ただし、図２０の処理を実行すれば、還元剤を注入する際に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑを、切替弁の切替方向に応じて、変更することができる。
【０１７０】
以上説明したように、本実施例の浄化ユニット２００Ｂは、第１の部分環状通路３０ｂ１内の圧力Ｐ１と第２の部分環状通路３０ｂ２内の圧力Ｐ２とを測定するための２つの圧力センサ１２１，１２２を備えている。そして、ＥＣＵ９０は、２つの圧力の差ΔＰが所定の目標値となるときに、還元剤を注入している。このようにすれば、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、還元剤をタイミングよく注入することが可能となる。
【０１７１】
なお、本実施例のＥＣＵ９０と２つの圧力センサ１２１，１２２とが、本発明における制御部に相当する。
【０１７２】
Ｃ．第３実施例：
図２３は、第３実施例における浄化ユニット２００Ｃを示す説明図である。図２３は、図１９とほぼ同じであるが、２つの圧力センサ１２１，１２２に代えて、１つの圧力センサ１３１が設けられている。圧力センサ１３１は、上流側の部分基幹通路３０ａ１内の圧力（以下、単に「背圧」とも呼ぶ）ＰＥを測定する。圧力センサ１３１は、ＥＣＵ９０に接続されており、測定結果をＥＣＵ９０に与える。ＥＣＵ９０は、与えられた測定結果を用いて、還元剤の注入開始時刻を決定する。
【０１７３】
図２４は、第３実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。なお、図２４は、図２０とほぼ同じであるが、ステップＳ１０３ａ１，ステップＳ１０３ｂ１が変更されている。
【０１７４】
すなわち、ステップＳ１０３ａ１では、圧力センサ１３１の測定結果、すなわち、背圧ＰＥが予め設定された目標値ＰＥａと等しいか否かが判断される。背圧ＰＥがＰＥａと等しくなると、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０３ｂ１についても同様であり、背圧ＰＥが予め設定された目標値ＰＥｂと等しくなると、ステップＳ１０４に進む。
【０１７５】
図２５は、排気ガス流量Ｑの変化と背圧ＰＥの変化とを示す説明図である。図２５（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Ｑの変化を示しており、図１４（Ａ）とほぼ同じである。図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）に示すように排気ガス流量Ｑが変化する場合の背圧ＰＥの変化を示している。
【０１７６】
図示するように、切替弁が第１の状態に設定されているときには、背圧ＰＥはＰＥ０となっている。そして、切替弁２５１が第１の状態から第３の状態になるに連れて、背圧ＰＥはＰＥ１まで減少し、切替弁２５１が第３の状態から第２の状態になるに連れて、背圧ＰＥは再びＰＥ０まで増加する。なお、背圧の最低値（最低背圧）ＰＥ１は、第２の浄化部２２０以降の圧力損失に起因する。
【０１７７】
図２４のステップＳ１０３ａ１において、背圧ＰＥが目標値ＰＥａとなる時刻には、排気ガス流量ＱはほぼＱａとなる。したがって、背圧ＰＥが目標値ＰＥａとなるときに還元剤の注入を開始すれば、排気ガス流量ＱがほぼＱａとなるときに、タイミングよく還元剤を注入することが可能となる。
【０１７８】
前述のように、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０は、エンジン１００の運転状態に応じて変化する。第２実施例（図１９）の浄化ユニット２００Ｂでは、２つの圧力センサ１２１，１２２から得られる差圧ΔＰを用いているため、エンジンの運転状態に依らずに、排気ガス流量Ｑがほぼ所定量になったときに還元剤を注入することができる。しかしながら、図２３の浄化ユニット２００Ｃでは、１つの圧力センサ１３１から得られる背圧ＰＥを用いているため、エンジンの運転状態が変化した場合に、排気ガス流量Ｑがほぼ所定量になったときに還元剤を注入することは、比較的困難である。
【０１７９】
そこで、ＥＣＵ９０は、以下のような種々の手法を用いて、排気ガス流量Ｑ０に応じて、還元剤の注入開始時刻を決定するための背圧の目標値（目標背圧）を変更している。
【０１８０】
（Ｃ１）第１の手法：
第１の手法では、ＥＣＵ９０は、エンジンの運転条件を用いて、目標背圧を決定する。ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、エンジン回転速度やアクセル開度などのエンジン運転条件と目標背圧との関係を示すマップを格納している。そして、ＥＣＵ９０は、エンジン運転条件を検出してマップを参照することにより、目標背圧を決定する。
【０１８１】
（Ｃ２）第２の手法：
第２の手法では、ＥＣＵ９０は、切替弁の始状態における背圧（以下、「初期背圧」とも呼ぶ）と、燃焼室＃１〜＃４に吸入される吸入空気量と、を用いて、目標背圧を決定する。図２６は、特定の吸入空気量のときの第１の浄化部２１０を流れる排気ガス流量Ｑと背圧ＰＥとの関係を示す説明図である。図２６では、吸入空気量ＧがＧ１の場合について示されている。また、図２６では、排気ガス温度Ｔに応じた排気ガス流量Ｑと背圧ＰＥとの関係が、例示的に３つの曲線Ｃ１〜Ｃ３で示されており、曲線Ｃ１が、排気ガス温度Ｔが比較的高い場合を示している。例えば、切替弁の始状態における背圧ＰＥがＰＥ０である場合には、第２の曲線Ｃ２が選択される。第２の曲線Ｃ２上において、排気ガス流量Ｑが目標流量Ｑａとなる背圧ＰＥの目標値はＰＥａである。したがって、この場合には、背圧ＰＥがＰＥａとなるときに、還元剤の注入を開始すればよい。図２６に示す関係は、吸入空気量Ｇの値に応じて異なっている。このため、ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、図２６に示すようなマップを吸入空気量Ｇの値に応じて格納している。そして、ＥＣＵ９０は、吸入空気量および初期背圧を検出してマップを参照することにより、目標背圧を決定する。
【０１８２】
（Ｃ３）第３の手法：
第３の手法では、ＥＣＵ９０は、初期背圧と排気ガス温度とを用いて、目標背圧を決定する。図２７は、特定の排気ガス温度のときの第１の浄化部２１０を流れる排気ガス流量Ｑと背圧ＰＥとの関係を示す説明図である。図２７では、排気ガス温度ＴがＴ１の場合について示されている。また、図２７では、吸入空気量Ｇに応じた排気ガス流量Ｑと背圧ＰＥとの関係が、例示的に３つの曲線Ｄ１〜Ｄ３で示されており、曲線Ｄ１が、吸入空気量Ｇが比較的高い場合を示している。例えば、切替弁の始状態における背圧ＰＥがＰＥ０である場合には、第２の曲線Ｄ２が選択される。第２の曲線Ｄ２上において、排気ガス流量Ｑが目標流量Ｑａとなる背圧ＰＥの目標値はＰＥａである。したがって、この場合には、背圧ＰＥがＰＥａとなるときに、還元剤の注入を開始すればよい。図２７に示す関係は、排気ガス温度Ｔの値に応じて異なっている。このため、ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、図２７に示すようなマップを排気ガス温度Ｔの値に応じて格納している。そして、ＥＣＵ９０は、排気ガス温度および初期背圧を検出してマップを参照することにより、目標背圧を決定する。
【０１８３】
なお、第３の手法を採用する場合には、図２３の浄化ユニット２００Ｃに図１８に示す温度センサ１１１が追加される。
【０１８４】
（Ｃ４）第４の手法：
図２６，図２７に示す目標背圧は、第１の浄化部２１０に含炭素微粒子が堆積していないと仮定した場合の値を示しているが、実際には、含炭素微粒子は僅かに堆積している場合もある。この場合には、第１の浄化部２１０における圧力損失が大きくなる。したがって、同じ目標背圧であっても、含炭素微粒子の堆積量により、第１の浄化部２１０を流れる排気ガス流量Ｑは異なる。そこで、第４の手法では、含炭素微粒子の堆積量を考慮して、目標背圧を決定している。
【０１８５】
すなわち、第４の手法では、ＥＣＵ９０は、初期背圧と吸入空気量と排気ガス温度とを用いて、目標背圧を決定する。図２８は、特定の排気ガス温度のときの第１の浄化部２１０内の含炭素微粒子の堆積量Ｍと背圧ＰＥとの関係を示す説明図である。図２８（Ａ），（Ｂ）では、排気ガス温度ＴがＴ１の場合について示されている。図２８（Ａ）では、吸入空気量Ｇに応じた堆積量Ｍと初期背圧ＰＥとの関係が、例示的に３つの曲線Ｆａ１〜Ｆａ３で示されている。図２８（Ｂ）では、図２８（Ａ）の吸入空気量Ｇに応じた堆積量Ｍと目標背圧ＰＥとの関係が、３つの曲線Ｆｂ１〜Ｆｂ３で示されている。なお、曲線Ｆａ１，Ｆｂ１が、吸入空気量Ｇが比較的高い場合を示している。例えば、吸入空気量ＧがＧ２である場合には、図２８（Ａ）において第２の曲線Ｆａ２が選択される。そして、初期背圧ＰＥがＰＥ０である場合には、堆積量ＭはＭ０と推定される。また、上記のように、吸入空気量ＧはＧ２なので、図２８（Ｂ）においても第２の曲線Ｆｂ２が選択される。そして、第２の曲線Ｆｂ２上において、上記の推定された堆積量Ｍ０を用いて、目標背圧ＰＥがＰＥａに決定される。したがって、この場合には、背圧ＰＥがＰＥａとなるときに、還元剤の注入を開始すればよい。図２８（Ａ），（Ｂ）に示す関係は、排気ガス温度Ｔの値に応じて異なっている。このため、ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、図２８（Ａ），（Ｂ）に示すようなマップを排気ガス温度Ｔの値に応じて格納している。そして、ＥＣＵ９０は、排気ガス温度と吸入空気量と初期背圧とを検出してマップを参照することにより、目標背圧を決定する。なお、図２８では、説明の都合上、含炭素微粒子の堆積量Ｍを推定しているが、堆積量Ｍを推定せずに、直接、目標背圧を決定するようにしてもよい。
【０１８６】
なお、第４の手法を採用する場合にも、図２３の浄化ユニット２００Ｃに図１８に示す温度センサ１１１が追加される。
【０１８７】
上記のように、第２〜第４の手法では、種々のパラメータを用いて目標背圧を決定しているが、第１の手法と、第２〜第４のいずれかの手法とを組み合わせて、第１の手法で得られた目標背圧を補正するようにしてもよい。この場合には、図２６〜図２８に示すようなマップには、目標背圧に代えて、目標背圧の補正値が含まれている。
【０１８８】
（Ｃ５）第５の手法：
第５の手法では、ＥＣＵ９０は、初期背圧のみを用いて、目標背圧を決定する。図２９は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と背圧ＰＥの変化とを示す説明図であり、図２５に対応する。図示するように、切替弁の始状態における排気ガスの流量Ｑ０が変化すると、初期背圧ＰＥ０は変化する。また、切替弁２５１が第３の状態となるときの最低背圧ＰＥ１も変化する。図２５では、目標背圧ＰＥａは、最低背圧ＰＥ１から所定の圧力Ｐａだけ高い値に設定されている。この場合には、第１の部分環状通路３０ｂ１内の圧力と第２の部分環状通路３０ｂ２内の圧力との差分（すなわち、第２実施例における差圧ΔＰ）は、Ｐａとなる。したがって、初期背圧ＰＥ０に応じた背圧の最低値ＰＥ１を予め求め、最低値ＰＥ１にＰａだけ加算した圧力を目標背圧とすれば、図２９に示すように切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化する場合にも、排気ガス流量ＱがほぼＱａとなるときに、還元剤の注入を開始することができると考えられる。この手法を採用する場合には、ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、初期背圧と目標背圧との関係を示すマップを格納する。そして、ＥＣＵ９０は、初期背圧を検出してマップを参照することにより、目標背圧を決定する。
【０１８９】
なお、本実施例では、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合について説明したが、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる場合についても同様である。すなわち、図２４のステップＳ１０３ｂ１において、背圧ＰＥが目標値ＰＥｂとなるときに還元剤の注入を開始することにより、排気ガス流量ＱがほぼＱｂとなるときに、タイミングよく還元剤を注入することができる。
【０１９０】
ただし、図２５（Ｂ）に示すように、切替弁の１回の切替期間中に、背圧ＰＥが目標背圧となる時刻は２つ存在する。このため、いずれか一方の時刻に還元剤をタイミングよく注入する必要がある。具体的には、切替弁の切替期間において、切替弁が始状態（例えば、第２の状態）から第３の状態に変化するまでの間に還元剤を注入する場合には、背圧ＰＥが１回目に目標背圧となる時刻に還元剤を注入すればよい。一方、切替弁が第３の状態から終状態（例えば、第１の状態）に変化するまでの間に還元剤を注入する場合には、背圧ＰＥが２回目に目標背圧となる時刻に還元剤を注入すればよい。
【０１９１】
また、図２４では、切替弁の切替方向に応じて、背圧ＰＥの目標値が変更される場合の処理について説明したが、切替弁の切替方向に関わらず、背圧ＰＥの目標値を同じ値（例えば、ＰＥａ）に設定するようにしてもよい。こうすれば、図２４のステップＳ１０２，Ｓ１０３ｂ１を省略することができる。ただし、図２４の処理を実行すれば、還元剤を注入する際に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑを、切替弁の切替方向に応じて、変更することができる。
【０１９２】
上記のような手法を用いれば、ＥＣＵ９０は、切替弁の切替途中に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑがほぼ所定量となる目標値を、比較的精度よく決定することができる。
【０１９３】
以上説明したように、本実施例の浄化ユニット２００Ｃは、経路変更部２５０よりも上流側の部分基幹通路３０ａ１内の圧力（背圧）を測定するための１つの圧力センサ１３１を備えている。そして、ＥＣＵ９０は、背圧が所定の目標値となるときに、還元剤を注入している。このようにすれば、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、還元剤をタイミングよく注入することが可能となる。
【０１９４】
なお、本実施例のＥＣＵ９０と１つの圧力センサ１３１とが、本発明における制御部に相当する。
【０１９５】
Ｄ．第４実施例：
第２実施例では、差圧ΔＰを用いて切替弁の切替途中に還元剤を注入しているが、本実施例では、差圧ΔＰを用いて切替弁の切替途中に切替動作を一旦停止させて還元剤を注入している。
【０１９６】
図３０は、第４実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。なお、図３０の処理は、図１９に示す浄化ユニット２００Ｂにおいて実行される。
【０１９７】
ステップＳ２０１では、切替弁２５１の切替動作が開始される。次に、ステップＳ２０２では、２つの圧力センサ１２１，１２２（図１９）の測定結果の差分、すなわち、差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が予め設定された目標値Ｐｓと等しいか否かが判断される。差圧ΔＰがＰｓと等しくなると、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、切替弁２５１の切替動作が所定期間停止される。そして、ステップＳ２０４において、第１の部分環状通路３０ｂ１内に還元剤が所定期間注入される。還元剤が注入されると、ステップＳ２０５において切替弁２５１の切替動作が再開され、ステップＳ２０６において切替弁２５１の切替動作が終了する。
【０１９８】
図３０では、ステップＳ２０３において切替弁を切替途中で停止させているため、図２０のステップＳ１０２のように切替弁の切替方向は判断されていない。これは、切替弁を切替途中で停止させる場合には、切替弁の切替方向に関わらず、第１の浄化部２１０付近の排気ガスの流れ方向や流量がほぼ同じ状態のときに、還元剤を注入することができるためである。
【０１９９】
図３１は、切替弁を切替途中で停止させる場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図であり、図１４に対応する。図３０のステップＳ２０２において、差圧ΔＰが目標値Ｐｓとなる時刻には、排気ガス流量ＱはほぼＱｓとなる。したがって、差圧ΔＰが目標値Ｐｓとなるときに、切替弁の切替動作を停止させるとともに、還元剤の注入を開始すれば、排気ガス流量ＱがほぼＱｓで維持された状態で、還元剤を注入することが可能となる。
【０２００】
図３２は、図３１において、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合を示す説明図である。図示するように、差圧ΔＰを用いる場合には、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０に関わらず、排気ガス流量ＱがほぼＱｓで維持された状態で、還元剤を注入することができる。
【０２０１】
なお、本実施例では、切替弁の切替方向に関わらず、差圧ΔＰの目標値が同じ値に設定される場合について説明したが、第２実施例と同様に、切替弁の切替方向に応じて、差圧ΔＰの目標値を変更するようにしてもよい。こうすれば、還元剤を注入する際に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑを、切替弁の切替方向に応じて、変更することができる。
【０２０２】
以上説明したように、本実施例では、第２実施例と同様の浄化ユニットを備えている。そして、ＥＣＵ９０は、２つの圧力の差ΔＰが所定の目標値となるときに、切替弁を停止させて、還元剤を注入している。このようにすれば、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量で維持された状態で、還元剤を注入することができる。
【０２０３】
Ｅ．第５実施例：
第３実施例では、背圧ＰＥを用いて切替弁の切替途中に還元剤を注入しているが、本実施例では、背圧ＰＥを用いて切替弁の切替途中に切替動作を一旦停止させて還元剤を注入している。
【０２０４】
図３３は、第５実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。なお、図３３の処理は、図２３に示す浄化ユニット２００Ｃにおいて実行される。また、図３３は、図３０とほぼ同じであるが、ステップＳ２０２ａが変更されている。
【０２０５】
すなわち、ステップＳ２０２ａでは、圧力センサ１３１の測定結果、すなわち、背圧ＰＥが予め設定された目標値ＰＥｓと等しいか否かが判断される。背圧ＰＥがＰＥｓと等しくなると、ステップＳ２０３に進む。
【０２０６】
なお、図３３でも、ステップＳ２０３において切替弁を切替途中で停止させているため、図２４のステップＳ１０２のように切替弁の切替方向は判断されていない。
【０２０７】
図３４は、切替弁を切替途中で停止させる場合の排気ガス流量Ｑの変化と背圧ＰＥの変化とを示す説明図であり、図２５に対応する。図３３のステップＳ２０２ａにおいて、背圧ＰＥが目標値ＰＥｓとなる時刻には、排気ガス流量ＱはＱｓとなる。したがって、背圧ＰＥが目標値ＰＥｓとなるときに、切替弁の切替動作を停止させるとともに、還元剤の注入を開始すれば、排気ガス流量ＱがほぼＱｓで維持された状態で、還元剤を注入することが可能となる。
【０２０８】
前述のように、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０は、エンジン１００の運転状態に応じて変化する。本実施例のＥＣＵ９０は、第３実施例において例示した種々の手法（（Ｃ１）〜（Ｃ５））を用いて、排気ガス流量Ｑ０に応じて、切替弁の切替動作を停止させ、還元剤の注入を開始するための目標背圧を決定することができる。
【０２０９】
具体的には、ＥＣＵ９０は、（Ｃ１）エンジンの運転条件や、（Ｃ２）初期背圧および吸入空気量、（Ｃ３）初期背圧および排気ガス温度、（４）初期背圧と吸入空気量と排気ガス温度、（５）初期背圧のみ、などの種々のパラメータを用いて目標背圧を決定する。
【０２１０】
なお、本実施例では、切替弁の切替方向に関わらず、背圧ＰＥの目標値が同じ値に設定される場合について説明したが、第３実施例と同様に、切替弁の切替方向に応じて、背圧ＰＥの目標値を変更するようにしてもよい。こうすれば、還元剤を注入する際に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑを、切替弁の切替方向に応じて、変更することができる。
【０２１１】
以上説明したように、本実施例では、第３実施例と同様の浄化ユニットを備えている。そして、ＥＣＵ９０は、背圧ＰＥが所定の目標値となるときに、切替弁を停止させて、還元剤を注入している。このようにすれば、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量で維持された状態で、還元剤を注入することができる。
【０２１２】
Ｆ．第６実施例：
第１〜第５実施例では、切替弁の切替開始時刻を始点とする還元剤の注入開始時刻は、切替弁の切替方向に応じて異なる時刻に設定されているが、切替弁の切替方向に関わらず、同じ時刻に設定することも可能である。本実施例では、切替弁の切替方向に関わらず、切替弁の切替開始時刻から所定時間の経過後に還元剤を注入するとともに、切替弁の切替方向に応じて、切替弁の切替動作を変更している。
【０２１３】
図３５は、切替弁の切替方向に応じて切替弁の切替速度を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。図３５（Ａ），（Ｂ）では、切替弁の切替開始時刻から還元剤の注入開始時刻までの待機時間は、切替弁の切替方向に関わらず、同じ時間に設定されている。具体的には、還元剤の注入開始時刻は、切替弁を第２の状態から第１の状態に切り替える場合において切替弁が第３の状態となる時刻に設定されている。また、切替弁の切替方向に応じて、切替速度が変更されている。具体的には、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合（図３５（Ａ））の切替速度は、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる場合（図３５（Ｂ））の切替速度よりも、低く設定されている。このため、図３５（Ａ）の切替期間は、図３５（Ｂ）よりも長くなっている。
【０２１４】
図３６は、切替弁の切替方向に応じて切替弁の停止期間を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。図３６（Ａ），（Ｂ）でも、還元剤の注入開始時刻は、切替弁を第２の状態から第１の状態に切り替える場合において切替弁が第３の状態となる時刻に設定されている。また、切替弁の切替方向に応じて、切替弁の停止期間が変更されている。具体的には、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合（図３６（Ａ））には、切替弁は第３の状態となる前の時刻に停止されるが、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる場合（図３６（Ｂ））には、切替弁は切替途中で停止されない。換言すれば、図３６（Ａ）の停止期間は、図３６（Ｂ）の停止期間よりも、長く設定されている。このため、図３６（Ａ）の切替期間は、図３６（Ｂ）よりも長くなっている。そして、図３６（Ａ）では、切替弁が停止されたときに、還元剤の注入が開始され、停止期間中に還元剤が環状通路３０ｂ内に拡散することによって、第１の浄化部２１０の浄化機能が再生される。
【０２１５】
仮に、図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように切替弁を切り替える場合に、図３５，図３６と同様の時刻に還元剤を注入すると、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる際には、第１の浄化部２１０の浄化機能は再生されない。これは、還元剤の注入直後に、排気ガスの流れが逆流方向となり、第１の浄化部２１０に還元剤が供給されないためである。一方、図３５，図３６に示すように、切替弁の切替方向に応じて切替弁の切替動作を変更する場合には、切替弁の切替方向に関わらず、還元剤を第１の浄化部２１０に供給することができるので、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させることが可能となる。
【０２１６】
なお、図３５，図３６では、還元剤の注入開始時刻は、図３５（Ｂ），図３６（Ｂ）において、切替弁が第３の状態になる時刻に設定されているが、例えば、切替弁が第３の状態になった後の時刻に設定されていてもよい。
【０２１７】
また、図３６では、切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える場合のみ、切替弁を停止させているが、切替弁の切替方向に関わらず、切替弁を停止させてもよい。すなわち、ＥＣＵ９０は、少なくとも切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える場合には、切替弁を切替途中で停止させ、切替弁の切替方向に応じて、切替弁の停止期間を変更すればよい。なお、切替弁の停止期間は、切替弁を切替途中で停止させない場合の停止期間「０」を含んでいる。
【０２１８】
以上説明したように、図３５，図３６では、切替弁の切替方向に関わらず、同じ時刻に還元剤が注入されている。そして、図３５では、切替弁の切替方向に応じて切替弁の切替速度が変更されており、図３６では、切替弁の切替方向に応じて切替弁の停止期間が変更されている。
【０２１９】
一般には、ＥＣＵ９０は、切替弁の切替方向に応じて、切替弁の切替動作を変更し、切替弁の切替方向に関わらず、切替弁の切替開始時刻から所定時間の経過後に、還元剤を注入させればよい。このようにしても、切替弁の切替前の状態に関わらず、還元剤を第１の浄化部２１０に供給することができ、この結果、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させることができる。
【０２２０】
なお、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化する場合には、第１実施例と同様に、排気ガス流量Ｑ０に応じて、還元剤の注入開始時刻を変更するようにしてもよい。
【０２２１】
Ｇ．第７実施例：
第１〜第６実施例では、切替弁の切替方向に関わらず、切替弁の終状態は始状態と異なる状態に設定されているが、切替弁の始状態が第１の状態である場合には、切替弁の始状態と終状態とを同じ状態に設定するようにしてもよい。
【０２２２】
図３７は、切替弁の始状態に応じて切替弁の切替動作を変更したときの排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。図３７（Ａ）は、切替弁の始状態が第１の状態である場合を示しており、図３７（Ｂ）は、切替弁の始状態が第２の状態である場合を示している。
【０２２３】
図３７（Ａ），（Ｂ）では、切替弁の始状態に応じて、切替弁の切替動作が変更されている。具体的には、切替弁の始状態が第１の状態である場合（図３７（Ａ））には、切替弁を第１の状態から第３の状態に変化させた後、第１の状態に戻す。一方、切替弁の始状態が第２の状態である場合（図３７（Ｂ））には、切替弁を第２の状態から第１の状態に切り替える。また、切替弁の切替開始時刻から還元剤の注入開始時刻までの待機時間は、切替弁の始状態に関わらず、同じ時間に設定されている。具体的には、還元剤の注入開始時刻は、切替弁が第３の状態に設定される時刻に設定されている。なお、図３７（Ａ）の切替期間は、図３７（Ｂ）と同じである。
【０２２４】
このようにすれば、切替弁の始状態に依らずに、第１の浄化部２１０に流れる排気ガスの流れ方向や流量がほぼ同じ状態のときに、還元剤を注入することが可能となる。
【０２２５】
なお、図３７では、切替弁の始状態が第１の状態である場合には、切替弁は、一旦第３の状態に設定されているが、第１の状態から第３の状態に変化する途中で、切替弁を第１の状態に戻すようにしてもよい。また、切替弁を戻す際に、切替弁を一旦停止させるようにしてもよい。さらに、図３７では、還元剤の注入開始時刻は、切替弁の始状態に関わらず、切替弁が第３の状態となる時刻に設定されているが、例えば、切替弁が第３の状態となった後の時刻に設定されていてもよい。この場合には、還元剤の注入開始時刻は、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０に応じて変更されることが好ましい。
【０２２６】
一般に、ＥＣＵ９０は、切替弁が切替前に第１の状態である場合には、切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える途中で還元剤を注入させ、その後、切替弁を第２の状態に移行させずに第１の状態に戻せばよい。このようにしても、切替弁の切替前の状態に関わらず、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生させることができる。
【０２２７】
Ｈ．第８実施例：
前述のように、第１の浄化部２１０の浄化機能は、排気ガス空燃比が比較的低い（ストイキオまたはリッチ）状態で、再生される。したがって、例えば、エンジン１００の運転状態が変化して、排気ガス空燃比がリーン側にシフトした場合には、排気ガス空燃比をストイキオまたはリッチとするために、還元剤の注入量を増加させる必要がある。
【０２２８】
還元剤の注入量は、還元剤の注入圧力や注入期間などを調整することによって、変更可能である。なお、注入圧力は、還元剤供給ポンプ２６８の圧力によって調整され、注入期間は、還元剤噴射ノズル２６１（図４）のオン期間によって調整される。
【０２２９】
還元剤の注入量や注入圧力、注入期間などの還元剤の注入条件は、以下の要求を満足するように決定されることが好ましい。すなわち、第１の浄化部２１０を通過する排気ガスの空燃比が所定値以下になるように、還元剤注入前の排気ガスの空燃比が大きくなる程、注入量を大きくする必要がある。また、環状通路３０ｂの通路壁面に付着する還元剤の量が比較的少なくなり、かつ、排気ガスと還元剤とが充分に混合されるように、第１の浄化部を通過する排気ガスの流量が大きくなる程、注入圧力を高める必要がある。さらに、排気ガスの流れ方向を考慮して、切替弁の切替方向に応じて、注入期間を調整する必要がある。
【０２３０】
図３８は、吸入空気量が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入動作とを示す説明図である。図３８（Ａ），（Ｂ）では、切替弁の切替開始時刻から還元剤の注入開始時刻までの待機時間は、切替弁の切替方向に関わらず、同じ時間に設定されている。吸入空気量が増大する場合には、排気ガス空燃比は大きくなり、また、還元剤を注入する際における排気ガス流量Ｑも大きくなる。
【０２３１】
図３８（Ａ），（Ｂ）では、吸入空気量に応じて、還元剤の注入期間が変更されている。具体的には、吸入空気量が大きくなる程、注入期間が長く設定されている。また、切替弁の切替方向に応じて、還元剤の注入期間が変更されている。具体的には、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合の注入期間は、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる場合の注入期間よりも、短く設定されている。なお、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合には、切替弁が第３の状態になる前に、還元剤の注入が終了している必要がある。このため、図３８（Ａ），（Ｂ）では、切替弁の切替方向に応じて、注入期間が変更されており、これに伴い、還元剤の注入圧力も変更されている。具体的には、切替弁が第１の状態から第２の状態に切り替わる場合の注入圧力は、切替弁が第２の状態から第１の状態に切り替わる場合の注入圧力よりも、高く設定されている。
【０２３２】
なお、図３８（Ａ），（Ｂ）では、吸入空気量に応じて、還元剤の注入期間のみが変更されているが、これに代えて、還元剤の注入圧力のみを変更するようにしてもよい。この場合には、吸入空気量が大きくなる程、注入圧力を高く設定すればよい。こうすれば、注入期間のみを変更する場合と比べて、排気ガス中に還元剤をより均一に分布させることができるという利点がある。もちろん、注入圧力と注入期間との双方を調整するようにしてもよい。
【０２３３】
このように、還元剤の注入条件は、注入圧力や注入期間などを調整することによって、変更される。そして、注入圧力や注入期間などを調整することによって、還元剤の注入量が調整される。一般には、還元剤の注入圧力と注入期間とのうちの少なくとも一方を調整することによって、還元剤の注入条件を変更すればよい。こうすれば、排気ガスの状態に応じて、還元剤の注入を適切に実行することが可能となる。
【０２３４】
なお、切替弁の切替方向に応じて還元剤の注入条件を変更すれば、切替弁の切替方向に関わらず、還元剤を第１の浄化部２１０に確実に供給することができ、この結果、第１の浄化部２１０の浄化機能を確実に再生させることができる。また、上記のように、吸入空気量に応じて還元剤の注入条件を変更すれば、排気ガス空燃比に応じて還元剤の注入量を決定することができるので、還元剤の注入量を低減させることが可能となる。
【０２３５】
そして、ＥＣＵ９０は、以下のような種々の手法を用いて、排気ガス空燃比に応じて、還元剤の注入条件を変更することができる。
【０２３６】
（Ｈ１）第１の手法：
第１の手法では、ＥＣＵ９０は、エンジンの運転条件を用いて、還元剤の注入条件を決定する。ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、エンジン回転速度やアクセル開度などのエンジン運転条件と還元剤の注入条件との関係を示すマップを格納している。そして、ＥＣＵ９０は、エンジン運転条件を検出してマップを参照することにより、還元剤の注入条件を決定する。なお、上記のマップにおいて、還元剤の注入条件は、通常、注入圧力や注入期間などの値で示されている。
【０２３７】
（Ｈ２）第２の手法：
第２の手法では、ＥＣＵ９０は、吸入空気量Ｇと排気ガス空燃比とを用いて、還元剤の注入条件を決定する。すなわち、吸入空気量Ｇが分かれば、還元剤を注入する際における第１の浄化部２１０付近の排気ガス流量Ｑを推定することができる。そして、推定される排気ガス流量Ｑと排気ガス空燃比とから、必要な還元剤の注入量を決定することができる。図３９は、排気ガス空燃比の測定が可能な浄化ユニット２００Ｈを示す説明図である。図３９は、図４（Ａ）〜図６（Ａ）とほぼ同じであるが、空燃比センサ１４１が追加されている。空燃比センサ１４１は、上流側の部分基幹通路３０ａ１を流れる排気ガスの空燃比を測定する。空燃比センサ１４１は、ＥＣＵ９０に接続されており、測定結果をＥＣＵ９０に与える。ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、吸入空気量および排気ガス空燃比と、還元剤の注入条件と、の関係を示すマップを格納している。そして、ＥＣＵ９０は、吸入空気量および排気ガス空燃比を検出してマップを参照することにより、還元剤の注入条件を決定する。
【０２３８】
（Ｈ３）第３の手法：
第３の手法では、ＥＣＵ９０は、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流れに起因する情報と排気ガス空燃比とを用いて、還元剤の注入条件を決定する。第２の手法では、吸入空気量から推定された排気ガス流量が用いられているが、第３の手法では、実際に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流れに起因する情報が用いられる。具体的には、第２実施例における差圧ΔＰや、第３実施例における背圧ＰＥなどを用いることができる。ＥＣＵ９０は、内部の図示しないメモリに、差圧ΔＰなどの実際の排気ガスの流れに起因する情報および排気ガス空燃比と、還元剤の注入条件と、の関係を示すマップを格納している。そして、ＥＣＵ９０は、該情報および排気ガス空燃比を検出してマップを参照することにより、還元剤の注入条件を決定する。
【０２３９】
なお、上記の情報が差圧ΔＰである場合には、浄化ユニットは、図３９に示す空燃比センサ１４１と図１９に示す２つの圧力センサ１２１，１２２を備えていればよい。同様に、上記の情報が背圧ＰＥである場合には、浄化ユニットは、図３９に示す空燃比センサ１４１と図２３に示す１つの圧力センサ１３１とを備えていればよい。また、上記の情報は、流量計から直接得られる排気ガス流量であってもよい。
【０２４０】
また、第３の手法では、実際の排気ガスの流れに起因する情報と排気ガス空燃比とを用いて、還元剤の注入条件が決定されているが、この情報を用いて還元剤の注入条件を予備的に決定し、排気ガス空燃比を用いて補正するようにしてもよい。
【０２４１】
なお、図３８で説明したように、切替弁の切替方向に応じて還元剤の注入条件を変更する場合には、（Ｈ１）〜（Ｈ３）の各手法で用いられるマップ内には、切替弁の切替方向に応じた注入条件が含まれる。
【０２４２】
以上のように、ＥＣＵ９０は、種々の手法を用いて、排気ガス空燃比に応じて、比較的精度よく還元剤の注入条件を決定することができる。一般には、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの空燃比が所定値以下となるように、還元剤の注入条件を変更すればよい。このようにすれば、第１の浄化部２１０の浄化機能をより確実に浄化することができるとともに、還元剤の注入量を低減させることが可能となる。
【０２４３】
Ｉ．第９実施例：
第１〜第８実施例では、切替弁の切替期間は、切替方向に関わらず一定に保たれているか、または、切替方向に応じて変更されている。ところで、還元剤を注入する場合には、切替弁の切替期間が長い程、還元剤は排気ガス中に拡散されやすいため、第１の浄化部２１０の浄化機能は効率よく再生される。しかしながら、エンジンの負荷が比較的高い場合には、図２で説明したように、含炭素微粒子やＮＯｘの生成量が比較的大きくなる。このような場合に、切替弁の切替期間が長いと、環状通路３０ｂを通らずに、すなわち、第１の浄化部２１０を通らずに大気に排出される排気ガスが増大してしまう。そこで、本実施例では、エンジン運転条件に応じて、切替弁の切替期間を変更している。
【０２４４】
図４０は、エンジン運転条件に応じて切替期間を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化を示す説明図である。なお、エンジンの負荷が高い程、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０は大きくなる。そして、図４０では、エンジン運転条件に応じて、切替弁の切替速度が変更されている。具体的には、エンジンの負荷が比較的高い場合には、切替速度は比較的高く設定されており、エンジンの負荷が比較的低い場合には、切替速度は比較的低く設定されている。このため、エンジンの負荷が比較的高い場合の切替期間は、エンジンの負荷が比較的低い場合の切替期間よりも短くなっている。
【０２４５】
なお、図４０では、第２実施例に示す浄化ユニット２００Ｂが用いられており、差圧ΔＰが所定の目標値となるときに還元剤の注入が開始されている。
【０２４６】
図４１も、エンジン運転条件に応じて切替期間を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化を示す説明図である。図４１では、エンジン運転条件に応じて、切替弁の停止期間が変更されている。具体的には、エンジンの負荷が比較的高い場合には、停止期間は比較的短く設定されており、エンジンの負荷が比較的低い場合には、停止期間は比較的長く設定されている。このため、エンジンの負荷が比較的高い場合の切替期間は、エンジンの負荷が比較的低い場合の切替期間よりも短くなっている。なお、エンジンの負荷が高い場合には、切替弁を停止させないようにしてもよい。
【０２４７】
なお、図４１では、第２実施例に示す浄化ユニット２００Ｂが用いられており、差圧ΔＰが所定の目標値となるときに切替弁の切替動作が停止されるとともに、還元剤の注入が開始されている。
【０２４８】
以上説明したように、本実施例では、ＥＣＵ９０は、エンジン１００の負荷に応じて、切替弁の切替期間を変更している。このようにすれば、第１の浄化部２１０を通過せずに大気に放出される排気ガスを減少させることができるので、排気ガス中に含まれる含炭素微粒子やＮＯｘなどの大気汚染物質の大気への放出量を低減させることが可能となる。一般には、エンジン１００の負荷に応じて、切替弁の切替期間を変更すればよい。
【０２４９】
Ｊ．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。
【０２５０】
Ｊ−１．変形例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られる。
【０２５１】
また、上記実施例では、少なくとも第１の浄化部２１０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。
【０２５２】
このようすれば、切替弁２５１の切替頻度や、還元剤噴射ノズル２６１による還元剤の注入頻度、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。
【０２５３】
Ｊ−２．変形例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。
【０２５４】
Ｊ−３．変形例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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
Ｊ−４．変形例４：
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
また、上記実施例では、第２の浄化部２２０が設けられているが、第２の浄化部２２０は、省略されていてもよい。
【０２５９】
一般に、排気ガス浄化装置は、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する第１の浄化部２１０を備えていればよい。もちろん、排気ガス浄化装置は、第２の浄化部２２０のように、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他の浄化部を備えていてもよい。
【０２６０】
Ｊ−５．変形例５：
第２実施例では、制御部は、２つの圧力センサ１２１，１２２を備えており、差圧ΔＰが所定の目標値となるときに還元剤を注入させている。第３実施例では、制御部は、１つの圧力センサ１３１を備えており、背圧ＰＥが所定の目標値となるときに還元剤を注入させている。制御部は、これらの圧力センサに代えて、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量を直接測定可能な流量計を備えるようにしてもよい。この場合には、制御部は、排気ガスの流量が所定の目標値となるときに還元剤を注入させればよい。
【０２６１】
一般に、制御部は、切替弁の切替途中に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、還元剤を注入させればよい。こうすれば、還元剤は、第１の浄化部２１０の浄化機能の再生に効率よく利用されるので、再生に必要な還元剤の注入量を低減させることが可能となる。
【０２６２】
Ｊ−６．変形例６：
第４実施例では、制御部は、２つの圧力センサ１２１，１２２を備えており、差圧ΔＰが所定の目標値となるときに、切替弁を停止させるとともに還元剤を注入させている。第３実施例では、制御部は、１つの圧力センサ１３１を備えており、背圧ＰＥが所定の目標値となるときに、切替弁を停止させるとともに還元剤を注入させている。制御部は、これらの圧力センサに代えて、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量を直接測定可能な流量計を備えるようにしてもよい。この場合には、制御部は、排気ガスの流量が所定の目標値となるときに、切替弁を停止させるとともに還元剤を注入させればよい。
【０２６３】
一般に、制御部は、切替弁の切替途中に第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量がほぼ所定量となるときに、切替弁を停止させ、還元剤を注入させればよい。こうすれば、還元剤は、第１の浄化部２１０の浄化機能の再生に効率よく利用されるので、再生に必要な還元剤の注入量を低減させることが可能となる。
【０２６４】
Ｊ−７．変形例７：
第４実施例では、切替弁の切替方向に関わらず、切替弁を切替途中で停止させているが、第６実施例（図３６）のように、切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える場合にのみ、切替弁を停止させるようにしてもよい。
【０２６５】
一般に、制御部は、少なくとも切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える場合には、切替弁を切替途中で停止させて、還元剤を注入させればよい。こうすれば、少なくとも切替弁を第１の状態から第２の状態に切り替える場合に、第１の浄化部２１０を流れる排気ガスの流量Ｑがほぼ一定の流量で維持された状態で、還元剤を注入することが可能となる。
【０２６６】
Ｊ−８．変形例８：
上記実施例では、制御部は、種々の制御を実行することによって、第１の浄化部２１０の浄化機能を再生しているが、他の制御を実行するようにしてもよい。また、制御部は、上記の各実施例のうちの２以上を組み合わせた制御を実行するようにしてもよい。
【０２６７】
一般に、制御部は、切替弁の切替動作と再生剤の注入動作との少なくとも一方を調整することにより、切替弁の切替前の状態に関わらず、浄化部の浄化機能を再生すればよい。
【０２６８】
Ｊ−９．変形例９：
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。
【０２６９】
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。
【０２７０】
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１の浄化部２１０付近の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻と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Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。
【図１６】切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図であり、図１４に対応する。
【図１７】切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図であり、図１５に対応する。
【図１８】排気ガス温度の測定が可能な浄化ユニット２００Ａを示す説明図である。
【図１９】第２実施例における浄化ユニット２００Ｂを示す説明図である。
【図２０】第２実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。
【図２１】排気ガス流量Ｑの変化と差圧ΔＰの変化とを示す説明図である。
【図２２】切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と差圧ΔＰの変化とを示す説明図であり、図２１に対応する。
【図２３】第３実施例における浄化ユニット２００Ｃを示す説明図である。
【図２４】第３実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。
【図２５】排気ガス流量Ｑの変化と背圧ＰＥの変化とを示す説明図である。
【図２６】特定の吸入空気量のときの第１の浄化部２１０を流れる排気ガス流量Ｑと背圧ＰＥとの関係を示す説明図である。
【図２７】特定の排気ガス温度のときの第１の浄化部２１０を流れる排気ガス流量Ｑと背圧ＰＥとの関係を示す説明図である。
【図２８】特定の排気ガス温度のときの第１の浄化部２１０内の含炭素微粒子の堆積量Ｍと背圧ＰＥとの関係を示す説明図である。
【図２９】切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と背圧ＰＥの変化とを示す説明図であり、図２５に対応する。
【図３０】第４実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。
【図３１】切替弁を切替途中で停止させる場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図であり、図１４に対応する。
【図３２】図３１において、切替弁の始状態における排気ガス流量Ｑ０が変化した場合を示す説明図である。
【図３３】第５実施例において第１の浄化部２１０の浄化機能を再生する際の処理を示すフローチャートである。
【図３４】切替弁を切替途中で停止させる場合の排気ガス流量Ｑの変化と背圧ＰＥの変化とを示す説明図であり、図２５に対応する。
【図３５】切替弁の切替方向に応じて切替弁の切替速度を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。
【図３６】切替弁の切替方向に応じて切替弁の停止期間を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。
【図３７】切替弁の始状態に応じて切替弁の切替動作を変更したときの排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入開始時刻とを示す説明図である。
【図３８】吸入空気量が変化した場合の排気ガス流量Ｑの変化と還元剤の注入動作とを示す説明図である。
【図３９】排気ガス空燃比の測定が可能な浄化ユニット２００Ｈを示す説明図である。
【図４０】エンジン運転条件に応じて切替期間を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化を示す説明図である。
【図４１】エンジン運転条件に応じて切替期間を変更した場合の排気ガス流量Ｑの変化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
１１１…温度センサ
１２１，１２２…圧力センサ
１３１…圧力センサ
１４１…空燃比センサ
２００，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｈ…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…還元剤注入部
２６１…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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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