JP5977074B2 - フィルター再生装置 - Google Patents

Description

本開示の技術は、エンジンからの排気をフィルターによって浄化するフィルター再生装置、特にフィルターに堆積した微粒子をバーナーの加熱によって取り除くフィルター再生装置に関する。

従来から、例えば特許文献１に記載のように、排気中の微粒子をディーゼル微粒子捕集フィルター（以下、フィルター）によって捕らえる排気浄化装置が広く用いられている。この排気浄化装置では、排気中の微粒子がフィルターに捕らえられることで排気が浄化される一方、フィルターの機能を保つために、フィルターから微粒子を取り除くことが必要とされる。

フィルターから微粒子を取り除く排気浄化装置の一つとして、フィルターに供給される排気をバーナーで加熱する装置が知られている。バーナーを含むフィルター再生装置を有する排気浄化装置では、フィルターに堆積した微粒子の量が所定量を超えると、バーナーによる燃料の燃焼によって排気が加熱され、微粒子の主成分である煤が酸化される程度にまで、フィルターの温度が高められる。その結果、フィルターに堆積した微粒子が取り除かれるため、排気中の微粒子を再生されたフィルターによって再び捕らえることが可能になる。

特開２０１１−１５７８２４号公報

ところで、上記バーナーでは、通常、燃料噴射ノズルの短期的な噴射の繰り返しによって燃料は供給され、燃料噴射ノズルにおける燃料噴射量は、燃料噴射ノズルにおける噴射ごとの開弁期間によって制御される。例えば、高い燃料噴射量が設定される場合には上記開弁期間が長く、また、低い燃料噴射量が設定される場合には上記開弁期間が短い。

一方で、燃料噴射ノズルの開弁直後とは、燃料噴射ノズル内の燃料の状態において、燃料の流動が始まる過渡状態である。こうした過渡状態では、通常、燃料の噴射が燃料の供給に先行する結果、燃料の噴射圧が一度下がり、燃料の平均粒径が大きくなる。それゆえに、開弁期間が過度に短くなると、平均粒径の大きい燃料が繰り返して噴射されて、燃料が燃焼されにくくなる。ひいては、噴射された燃料あたりのフィルターの温度上昇の度合いが小さくなる。

なお、上記開弁直後における平均粒径の増大は、例えば、燃料噴射ノズルの噴射孔を小さくすることによって抑えられる。しかしながら、噴射ノズルの噴射孔が小さくなると、最大噴射量が小さくなってしまうため、結局のところ、フィルターの温度が上昇しにくくなるという同一の問題を招いてしまう。

本開示の技術は、燃料噴射ノズルから噴射される燃料量の範囲を狭めることなく、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の粒径が低噴射量で大きくなることを抑えることのできるフィルター再生装置を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段及び作用効果について記載する。
本開示におけるフィルター再生装置の一態様は、エンジンの排気管におけるフィルターの前段で燃料を燃焼するバーナーと、前記バーナーの燃料噴射ノズルにおける燃料噴射の状態を制御する制御部とを備え、前記燃料噴射ノズルは、第１ノズルと第２ノズルとを含み、前記第１ノズルの噴口の面積は、前記第２ノズルの噴口の面積よりも小さく、前記制御部は、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの燃料噴射をデューティ比の制御によって断続し、前記第１ノズルで燃料を噴射する第１状態と、前記第２ノズルで燃料を噴射する第２状態とを含み、前記第１状態にて燃料を噴射する噴口の総面積が第１面積として設定され、前記第２状態にて燃料を噴射する噴口の総面積が第２面積として設定される場合、前記第１面積は前記第２面積よりも小さく、燃料噴射量が所定の切り替え噴射量以下であるときに前記第１状態とし、燃料噴射量が前記切り替え噴射量を超えるときに前記第２状態とし、前記第１ノズルが最小噴射量で燃料を噴射するときの燃料の粒径が第１粒径であり、前記第１ノズルから前記第２ノズルに切り替えたときに前記第２ノズルが噴射する燃料の粒径が第２粒径であり、前記第２粒径が前記第１粒径よりも小さい。

本開示におけるフィルター再生装置の一態様では、燃料噴射量が切り替え噴射量以下であるときには、噴口の総面積の小さい第１状態で燃料の噴射が行われ、且つ、燃料噴射量が切り替え噴射量を超えるときには、噴口の総面積の大きい第２状態で燃料の噴射が行われる。そのため、第１ノズルの噴口面積が第２ノズルよりも小さい構成であることにより、切り替え噴射量以下の燃料が第２ノズルで噴射される構成と比べて、燃料噴射ノズルの開弁期間が長くなる。それゆえに、噴射される燃料の平均粒径が低噴射量で相対的に大きくなることを抑えつつ、少なくとも第２ノズルを用いた相対的に高噴射量での燃料の噴射を行うこともできる。
また、本開示におけるフィルター再生装置の他の態様によれば、第１ノズルの噴射量と第２ノズルの噴射量とは別々のタイミングで制御される。すなわち、複数の燃料噴射ノズルの各々の噴射の状態が同時に制御されることがない。それゆえに、低噴射量での平均粒径の増大の抑制と、高噴射量での燃料の噴射とが可能になる上で、燃料噴射ノズルにおける噴射の状態の制御が簡易になる。

本開示におけるフィルター再生装置の他の態様は、前記切り替え噴射量では前記第１ノズルにおける噴射制御のデューティ比が１００％である。
燃料の噴射周期に対する燃料噴射ノズルの開弁期間の割合が噴射制御のデューティ比として設定される場合に、燃料の平均粒径の拡大の度合いは、デューティ比が小さくなるに従って大きくなる。言い換えれば、噴射制御のデューティ比が１００％である場合に、その燃料噴射ノズルにおいて平均粒径が最も小さくなる。

この点で、本開示におけるフィルター再生装置の他の態様では、燃料噴射量が切り替え噴射量である場合に、第１ノズルにおける噴射制御のデューティ比が１００％であり、燃料噴射量が切り替え噴射量より低くなるに従って、第１ノズルにおける噴射制御のデューティ比が徐々に小さくなる。それゆえに、第１ノズルにおいて平均粒径が最も小さくなる噴射の状態が第１状態では確実に利用される。

本開示におけるフィルター再生装置の他の態様は、前記第１状態では前記第１ノズルにおける噴射制御のデューティ比が５０％以上である。
燃料の噴射周期に対する燃料噴射ノズルの開弁期間の割合が噴射制御のデューティ比として設定される場合に、燃料の平均粒径の拡大の度合いは、デューティ比が小さくなるに従って大きくなる。特に、デューティ比が５０％よりも小さい範囲では、燃料の平均粒径の拡大の度合いは、５０％以上の範囲に比べて急激に大きくなる。

この点、本開示におけるフィルター再生装置の他の態様では、第１ノズルにおける噴射制御のデューティ比が５０％以上であるため、切り替え噴射量よりも低い低噴射量の全体にて、燃料の平均粒径が大きくなることを抑えることができる。

本開示におけるフィルター再生装置の他の態様は、前記第２状態では前記第２ノズルにおける噴射制御のデューティ比が５０％以上である。
本開示におけるフィルター再生装置の他の態様では、第２ノズルにおける噴射制御のデューティ比が５０％以上であるため、切り替え噴射量よりも高い高噴射量でも、燃料の平均粒径が大きくなることを抑えることができる。

ディーゼルエンジンの全体構成を示すブロック図であって、本開示におけるフィルター再生装置の第１実施形態の構成を示す図である。 ディーゼルエンジンの電気的構成を示すブロック図である。 各燃料噴射ノズルにおける燃料噴射量とデューティ比との関係を示すグラフである。 各燃料噴射ノズルにおける燃料の平均粒径と燃料噴射量との関係を示すグラフである。 フィルター再生処理においてエンジン制御装置にて行われる処理の手順を示すフローチャートである。 フィルター再生処理においてバーナー制御装置にて行われる処理の手順を示すフローチャートである。 フィルター温度、燃料噴射量、高燃料噴射ノズルのデューティ比、低燃料噴射ノズルのデューティ比、及び、微粒子の堆積量における変化の様子を示すタイミングチャートである。 本開示におけるフィルター再生装置の第２実施形態が搭載されたディーゼルエンジンの電気的構成の一部を示すブロック図である。 フィルター再生処理においてバーナー制御装置にて行われる処理の手順を示すフローチャートである。 フィルター温度、燃料噴射量、第１燃料噴射ノズルのデューティ比、第２燃料噴射ノズルのデューティ比、及び、微粒子の堆積量における変化の様子を示すタイミングチャートである。

［第１実施形態］
本開示のフィルター再生装置をディーゼルエンジンのフィルター再生装置として具体化した第１実施形態について、図１から図７を参照して説明する。まず、フィルター再生装置が搭載されるディーゼルエンジンの全体構成について、図１を参照して説明する。なお、ここでは、ディーゼルエンジンに吸入された空気の通路、及び、ディーゼルエンジンから排出される空気の通路について説明することとし、その他の構成については割愛する。

［ディーゼルエンジンの概略構成］
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１０のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ６つのシリンダー１１ａが形成されている。シリンダーブロック１１には、各シリンダー１１ａに吸入空気を供給するための吸気マニホールド１２と、各シリンダー１１ａからの排気が流入する排気マニホールド１６とが接続されている。以下では、相対的に吸入空気の供給側であるときに上流側であるとし、他方、相対的に排気の排出側であるときに下流側であるとする。

吸気マニホールド１２に取り付けられた吸気管１３の上流端には、エアクリーナー１４が取り付けられている。また、吸気管１３の途中には、ターボチャージャーＴＣのコンプレッサー１５が取り付けられている。排気マニホールド１６には、排気の通路である排気管１８が接続されている。また、吸気管１３と排気マニホールド１６とを接続することで排気を吸気管１３に流入させるＥＧＲ配管１７が接続されている。排気管１８の上流側には、上述したコンプレッサー１５に連結されるタービン１９が接続されている。そして、排気管１８の下流側には、排気管１８中の微粒子、例えば煤を取り除くことで排気を浄化する排気浄化装置２０が搭載されている。

［排気浄化装置の構成］
次に、排気浄化装置２０の構成について同じく図１を参照して説明する。排気浄化装置２０には、排気中に含まれる微粒子を吸着するフィルター２１が搭載されている。フィルター２１は、例えば多孔質のコージェライトで形成されたハニカム構造を有し、ハニカム構造を構成する柱体の内壁面に排気中の微粒子を捕らえる。排気浄化装置２０におけるフィルター２１よりも上流には、フィルター２１に供給される排気を加熱するためのバーナー２２が搭載されている。

バーナー２２は、相対的に噴口の面積が大きい第２ノズルとしての高燃料噴射ノズル２３と、相対的に噴口の面積が小さい第１ノズルとしての低燃料噴射ノズル２４と、点火プラグ２５と、保炎器２６とを有している。高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４とには、上述のシリンダー１１ａに燃料を供給するための燃料タンク３１が、燃料通路３２と、燃料通路３２の途中に取り付けられた加圧ポンプ３３とを通じて接続されている。加圧ポンプ３３は、燃料タンク３１内の燃料を例えば０．５ＭＰａ〜４ＭＰａ、好ましくは１ＭＰａ以下の圧力に加圧した状態で高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４とに供給する。そして、高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４とは、加圧ポンプ３３によって供給される燃料の圧力と略同じ圧力にて燃料を噴射する。なお、高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４との噴射圧は固定値であるため、高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４とから単位時間あたりに噴射される燃料量も固定量となる。

点火プラグ２５は、火花を生じさせることによって、高燃料噴射ノズル２３あるいは低燃料噴射ノズル２４から噴射された燃料と空気との混合気に着火する。保炎器２６は、高燃料噴射ノズル２３、低燃料噴射ノズル２４、及び点火プラグ２５を取り囲む略円形筒状をなしている。保炎器２６内には、混合気への着火によって火炎Ｆが生成される。

排気浄化装置２０には、吸気管１３におけるコンプレッサー１５の下流と、排気浄化装置２０における保炎器２６によって囲まれた空間とに開口を有する空気供給管４１が接続されている。空気供給管４１の途中には空気バルブ４２が取り付けられている。空気供給管４１では、空気バルブ４２が開弁されると、吸気管１３から排気浄化装置２０への吸入空気の流入が開始される。他方、空気バルブ４２が閉弁されると、吸気管１３から排気浄化装置２０への吸入空気の流入が停止される。

［ディーゼルエンジンの電気的構成］
以下、第１実施形態におけるディーゼルエンジン１０の電気的構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１に示されるように、排気管１８における排気浄化装置２０の上流には、排気温度センサー５１と上流側排気流量センサー５２とが取り付けられている。排気浄化装置２０におけるバーナー２２の下流、且つ、フィルター２１の上流には、フィルター温度センサー５３が取り付けられている。そして、排気管１８における排気浄化装置２０の下流には、下流側排気流量センサー５４が取り付けられている。また、空気供給管４１における空気バルブ４２の下流には、空気温度センサー５５と空気流量センサー５６とが取り付けられている。

また、ディーゼルエンジン１０には、図２に示されるように、上述した上流側排気流量センサー５２、下流側排気流量センサー５４、及びフィルター温度センサー５３に接続されたエンジン制御装置６０が搭載されている。エンジン制御装置６０は、これらセンサー５２〜５４から入力される信号を用いてディーゼルエンジン１０の駆動の態様を制御する。

加えて、ディーゼルエンジン１０には、上述した排気温度センサー５１、上流側排気流量センサー５２、空気温度センサー５５、及び空気流量センサー５６に接続されたバーナー制御装置７０が搭載されている。また、バーナー制御装置７０には、高燃料噴射ノズル２３、低燃料噴射ノズル２４、点火プラグ２５、及び空気バルブ４２が接続されている。さらに、バーナー制御装置７０は、上述のエンジン制御装置６０に接続されている。バーナー制御装置７０は、上述のセンサー５１，５２，５５，５６、及びエンジン制御装置６０から入力される信号を用いて高燃料噴射ノズル２３、低燃料噴射ノズル２４、点火プラグ２５、及び空気バルブ４２の駆動の態様を制御する。

エンジン制御装置６０には、入出力部６１、制御部６２、及び記憶部６３が搭載されている。このうち、入出力部６１は、上流側排気流量センサー５２及び下流側排気流量センサー５４から入力される排気流量に関する検出信号の入力処理を実行する。入出力部６１は、フィルター温度センサー５３から入力されるフィルター２１の上流における排気の温度に関する検出信号の入力処理を実行する。また、入出力部６１は、この排気の温度に関する検出信号をバーナー制御装置７０に対して出力する出力処理を実行する。入出力部６１は、フィルター２１の再生処理を開始させるための再生開始信号、及びフィルター２１の再生処理を停止させるための再生停止信号のバーナー制御装置７０に対する出力処理を実行する。

制御部６２は、上流側排気流量センサー５２の検出信号から得られる検出値、及び下流側排気流量センサー５４の検出信号から得る検出値との差とを堆積量の算出式に適用することで、フィルター２１における微粒子の堆積量を算出する。

また、制御部６２は、微粒子の堆積量が所定の閾値αを上回るときに排気浄化装置２０に再生処理を開始させる再生開始信号を生成し、他方、微粒子の堆積量が所定の閾値βを下回るときに排気浄化装置２０に再生処理を停止させる再生停止信号を生成する。

記憶部６３には、フィルター２１から微粒子を取り除くフィルター再生処理を排気浄化装置２０に行わせるためのフィルター再生プログラムが納められている。また、記憶部６３には、微粒子の堆積量を算出するための算出式と、堆積量における閾値αと、閾値βとが納められている。

バーナー制御装置７０には、入出力部７１、制御部７２、記憶部７３、高燃料噴射ノズル駆動部７４、低燃料噴射ノズル駆動部７５、点火プラグ駆動部７６、及び空気バルブ駆動部７７が搭載されている。このうち、入出力部７１は、排気温度センサー５１から入力される排気温度に関する検出信号の入力処理、及び、上流側排気流量センサー５２から入力される排気流量に関する検出信号の入力処理を実行する。入出力部７１は、空気温度センサー５５から入力される空気温度に関する検出信号の入力処理、及び、空気流量センサー５６から入力される空気流量に関する検出信号の入力処理を実行する。入出力部７１は、エンジン制御装置６０から入力される再生開始信号と再生停止信号との入力処理、及びエンジン制御装置６０から入力されるフィルター温度に関する検出信号の入力処理を実行する。また、入出力部７１は、排気浄化装置２０における１回の燃料噴射の終了に関する噴射終了信号の出力処理を実行する。入出力部７１は、燃料を噴射させるための燃料噴射信号の高燃料噴射ノズル２３あるいは低燃料噴射ノズル２４に対する出力処理と、点火プラグ２５に火花を生じさせるための火花生成信号の点火コイルに対する出力処理とを実行する。加えて、入出力部７１は、開弁させるための開弁信号、あるいは閉弁させるための閉弁信号の空気バルブ４２に対する出力処理を実行する。

制御部７２は、排気温度センサー５１、上流側排気流量センサー５２、空気温度センサー５５、及び空気流量センサー５６の検出信号から得られる検出値と、エンジン制御装置６０から得られるフィルター２１の温度の検出値を用いる。これにより、制御部７２は、高燃料噴射ノズル２３あるいは低燃料噴射ノズル２４から噴射される燃料の量を算出する。

制御部７２は、この算出された燃料噴射量を燃料の噴射に用いるノズルを選択するためのノズル選択マップに適用することによって、燃料噴射に用いるノズルを選択する。制御部７２は、上述の燃料噴射量を各ノズルにおける開弁期間を燃料噴射周期に対する開弁期間の割合であるデューティ比として算出するためのデューティ比算出マップに適用することによって、選択されたノズルにおける噴射制御のデューティ比を算出する。

また、制御部７２は、点火プラグ２５に火花を生成させるための火花生成信号、空気バルブ４２を開弁させるための開弁信号、及び、空気バルブ４２を閉弁させるための閉弁信号を生成する。さらに、制御部７２は、高燃料噴射ノズル２３あるいは低燃料噴射ノズル２４での燃料噴射の終了に関する噴射終了信号を生成する。

記憶部７３には、記憶部６３と同様、フィルター２１から微粒子を取り除くフィルター再生処理を排気浄化装置２０に行わせるためのフィルター再生プログラムが納められている。また、記憶部７３には、上述の燃料噴射量の算出に用いられる算出式と、熱量から燃料噴射量への換算式とが納められている、また、記憶部７３には、燃料の噴射に用いる燃料噴射ノズルを選択するためのノズル選択マップと、各燃料噴射ノズル２３，２４に対するデューティ比の算出に用いられるデューティ比算出マップとが納められている。

高燃料噴射ノズル駆動部７４は、制御部７２から入力されるデューティ比ＤＨに関する信号に基づいて、高燃料噴射ノズル２３に燃料を噴射させるためのノズル駆動信号を生成する。低燃料噴射ノズル駆動部７５は、高燃料噴射ノズル駆動部７４と同様、制御部７２から入力されるデューティ比ＤＬに関する信号に基づいて、低燃料噴射ノズル２４に燃料を噴射させるためのノズル駆動信号を生成する。点火プラグ駆動部７６は、制御部７２から入力される火花生成信号に基づいて、点火プラグ２５に火花を生成させるためのプラグ駆動信号を生成する。空気バルブ駆動部７７は、制御部７２から入力される開弁信号に基づいて、空気バルブ４２を開弁させるためのバルブ駆動信号を生成する。また、空気バルブ駆動部７７は、制御部７２から入力される閉弁信号に基づいて、空気バルブ４２を閉弁させるためのバルブ駆動信号を生成する。

なお、フィルター再生装置は、上述のバーナー２２と、エンジン制御装置６０の制御部６２と、バーナー制御装置７０の制御部７２とから構成されている。
［各ノズルからの燃料噴射量と燃料の粒径］
次に、高燃料噴射ノズル２３、及び低燃料噴射ノズル２４の特性について、図３及び図４を参照して説明する。

排気浄化装置２０の燃料噴射ノズルでは、所定の燃料噴射周期Ｃにて燃料の噴射が繰り返し行われている。１周期あたりの燃料噴射量は、フィルター２１の温度を目標温度にするために必要な熱量から算出される。この熱量は、例えば、燃料の燃焼に用いられる空気の温度を目標温度にするための熱量と、フィルター２１に供給される排気の温度を目標温度にするための熱量との和として算出される。このうち、空気に対する熱量は、例えば、目標温度と空気温度との差、及び空気流量を用いて算出される。他方、排気に対する熱量は、例えば、目標温度と排気温度との差、及び排気流量を用いて算出される。

そして、こうして算出された燃料噴射量が、図３に示されるデューティ比算出マップに適用されることで、燃料噴射周期Ｃに対する開弁期間の割合であるデューティ比Ｄが算出される。なお、図３には、高燃料噴射ノズル２３における燃料噴射量とデューティ比ＤＨとの関係が実線で示され、且つ、低燃料噴射ノズル２４における燃料噴射量とデューティ比ＤＬとの関係が一点鎖線で示されている。

ここで、高燃料噴射ノズル２３は、低燃料噴射ノズル２４よりも噴口あたりの開口径が大きいこと、及び、噴口の数が多いことの少なくとも一方によって、噴口の面積が相対的に大きい。そのため、高燃料噴射ノズル２３では、単位時間あたりに噴射される燃料量が、低燃料噴射ノズル２４よりも大きい。これにより、デューティ比ＤＨとデューティ比ＤＬとが同一であるとき、高燃料噴射ノズル２３における燃料噴射量は、低燃料噴射ノズル２４における燃料噴射量よりも大きくなる。言い換えれば、燃料噴射量が同一であるとき、高燃料噴射ノズル２３におけるデューティ比ＤＨは、低燃料噴射ノズル２４におけるデューティ比ＤＬよりも短くなる。

次いで、各燃料噴射ノズルにおける燃料噴射量と、噴射された燃料の平均粒径とについて、図４を参照して説明する。なお、図４には、高燃料噴射ノズル２３における燃料噴射量と粒径との関係が実線で示され、且つ、低燃料噴射ノズル２４における燃料噴射量と粒径との関係が一点鎖線で示されている。

燃料噴射ノズルの開弁直後には、上述のように、燃料の噴射が燃料の供給に先行する。結果として、燃料の噴射圧が一度下がるため、燃料の平均粒径が相対的に大きくなる。そのため、燃料噴射ノズルの燃料噴射量が小さくなることで、燃料噴射ノズルの開弁時間が短くなるほど、燃料噴射圧が低くなっている状態のときに燃料の噴射が終了する。あるいは、燃料噴射ノズルの開弁時間が短くなるほど、燃料噴射ノズルが開ききる前に閉じられてしまう。これにより、燃料噴射周期Ｃに対する相対的に大きい粒径の燃料が噴射される期間の割合が大きくなるため、燃料噴射ノズルの開弁時間が短くなるほど燃料の平均粒径が大きくなる。

低燃料噴射ノズル２４は、高燃料噴射ノズル２３と比べて単位時間あたりの燃料噴射量が小さい分、低燃料噴射ノズル２４と高燃料噴射ノズル２３とで燃料噴射量が同一である場合、開弁期間が相対的に長くなる。つまり、低燃料噴射ノズル２４では、高燃料噴射ノズル２３よりも開弁時間が長くなるため、上述したような噴射圧の低下する期間や、開弁時間よりも開弁期間が長くなりやすい。それゆえに、低燃料噴射ノズル２４では、燃料噴射周期Ｃに対する相対的に大きい粒径の燃料が噴射される期間の割合が小さくなるため燃料の平均粒径がより小さくなる。

ここで、本願発明者らは、高燃料噴射ノズル２３では、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも小さくなると、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２から最大噴射量Ｆ３までの間であるときと比べて、燃料噴射量の減少に対する粒径の拡大の度合いが大きくなることを見出した。つまり、図３に示されるように、高燃料噴射ノズル２３では、燃料噴射周期Ｃに対する開弁期間の割合であるデューティ比ＤＨが５０％よりも小さくなると、燃料噴射量の減少に対する粒径の拡大の度合いが大きくなることを見出した。

また、本願発明者らは、低燃料噴射ノズル２４では、燃料噴射量が最小噴射量Ｆ１よりも小さくなると、燃料噴射量が最小噴射量Ｆ１から切り替え噴射量Ｆ２までの間であるときと比べて、燃料噴射量の減少に対する粒径の拡大の度合いが大きくなることを見出した。つまり、低燃料噴射ノズル２４では、図３に示されるように、燃料噴射周期Ｃに対する開弁期間の割合であるデューティ比ＤＬが５０％よりも小さくなると、燃料噴射量の減少に対する粒径の拡大の度合いが大きくなることを見出した。

このように、デューティ比ＤＨ，ＤＬが５０％よりも小さくなると、各燃料噴射ノズルの開弁期間に対する開弁直後における噴射圧の変動する期間の割合が、燃料噴射量の減少に対する粒径の拡大の度合いに影響する程度に大きくなる。

そこで、高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４として、低燃料噴射ノズル２４でのデューティ比ＤＬが１００％である切り替え噴射量Ｆ２のときに、高燃料噴射ノズル２３でのデューティ比ＤＨが５０％であるノズルを用いる。そして、燃料噴射量が最小噴射量Ｆ１から切り替え噴射量Ｆ２の間であるときには、低燃料噴射ノズル２４から燃料を噴射し、且つ、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２を超えるときには、燃料噴射ノズルを低燃料噴射ノズル２４から高燃料噴射ノズル２３に切り替える。つまり、上述のノズル選択マップによれば、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２以下であるときに、低燃料噴射ノズル２４が燃料の噴射に用いられるノズルとして選択される。他方、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも大きいときに、高燃料噴射ノズル２３が燃料の噴射に用いられるノズルとして選択される。したがって、本実施形態では、低燃料噴射ノズル２４の噴口の面積が、第１面積を構成し、且つ、高燃料噴射ノズル２３の噴口の面積が、第２面積を構成している。

このように、切り替え噴射量Ｆ２にて高燃料噴射ノズル２３、すなわち第２面積で燃料を噴射する第２状態と、低燃料噴射ノズル２４、すなわち第１面積で燃料を噴射する第１状態とを切り替えることによって、粒径の分布範囲が、範囲ＤＲ１となる。これに対し、高燃料噴射ノズル２３のみによって最小噴射量Ｆ１から最大噴射量Ｆ３までの燃料量を噴射すると、粒径の分布範囲が、範囲ＤＲ１よりも最大粒径が大きい範囲ＤＲ２となる。したがって、燃料噴射に用いられる燃料噴射ノズルが高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４とで切り替えられることによって、粒径の分布範囲における最大値をより小さく抑えることができる。

また、低燃料噴射ノズル２４のみによって燃料を噴射した場合、粒径の分布範囲はより最大値の小さい範囲ＤＲ１とすることができるものの、燃料噴射量の範囲が、最小噴射量Ｆ１から切り替え噴射量Ｆ２までに限られてしまう。これに対し、切り替え噴射量Ｆ２にて低燃料噴射ノズル２４と高燃料噴射ノズル２３とが切り替えられることによって、粒径の分布範囲を範囲ＤＲ１に抑えたままで、燃料噴射量の範囲を最小噴射量Ｆ１から最大噴射量Ｆ３にまで拡げることができる。

加えて、高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４とのデューティ比ＤＨ，ＤＬを燃料噴射周期Ｃの半分の長さである５０％以上１００％以下としている。これにより、切り替え噴射量Ｆ２よりも低い低噴射量、及び、切り替え噴射量Ｆ２よりも高い高噴射量の両方にて、燃料の平均粒径が大きくなることを抑えることができる。

［排気浄化装置の作用］
排気浄化装置２０の作用として、排気浄化装置２０にて行われる動作の一つであるフィルター再生処理について、図５及び図６を参照して説明する。なお、フィルター再生処理は、エンジン制御装置６０の制御部６２とバーナー制御装置７０の制御部７２とによるフィルター再生プログラムの実行によって、所定時間毎に行われる。

まず、フィルター再生処理のうち、エンジン制御装置６０の制御部６２にて実行される処理手順について、図５を参照して説明する。図５に示されるように、制御部６２が、上流側排気流量と下流側排気流量とを入出力部６１から取得する（ステップＳ１０１）。そして、制御部６２は、上流側排気流量と下流側排気流量との差を算出式に適用することによって、フィルター２１に堆積している微粒子の量を算出する（ステップＳ１０２）。

次いで、制御部６２は、算出した堆積量と、記憶部６３に記憶された堆積量の閾値αとを比べ（ステップＳ１０３）、算出した堆積量が閾値α以下であるときには（ステップＳ１０３：ＮＯ）、フィルター再生処理を終了する。なお、閾値αには、例えば、フィルター２１における微粒子の最大堆積量に対する９５％の堆積量が設定されている。

一方、閾値αよりも堆積量が大きいときには（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、制御部６２は、入出力部６１から最新のフィルター２１の温度を取得する（ステップＳ１０４）。そして、制御部６２は、フィルター２１の温度と、再生処理信号とを入出力部６１からバーナー制御装置７０に出力する（ステップＳ１０５）。

そして、制御部６２は、入出力部６１からの終了信号の取得を行う（ステップＳ１０６）。なお、終了信号は、ステップＳ１０５にて出力された再生処理信号に基づく燃料噴射の終了を示す信号である。制御部６２は、終了信号を取得すると（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、最新のフィルター２１の温度を入出力部６１から再び取得する（ステップＳ１０７）。なお、制御部６２は、終了信号を入出力部６１から取得できないときには（ステップＳ１０６：ＮＯ）、終了信号を取得することができるまで待機する。

フィルター２１の最新の温度を取得すると、制御部６２は、フィルター２１の温度を目標温度である６００℃と比べる（ステップＳ１０８）。なお、ここでいう６００℃には、例えば、５８０℃から６２０℃までの間の温度であって、所定の範囲を有した温度が設定されている。フィルター２１の温度が６００℃よりも低いときには（ステップＳ１０８：ＮＯ）、制御部６２は、上述のステップＳ１０５に戻ることで、ステップＳ１０７にて取得したフィルター２１の温度と、再生処理指令とを入出力部６１からバーナー制御装置７０に出力する。

一方、フィルター２１の温度が６００℃であるときには（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、制御部６２は、例えば、バーナー２２にて行われた燃料噴射の回数と、フィルター２１の温度の推移とから、バーナー２２での燃料の燃焼によって取り除かれた微粒子の量を算出する。そして、制御部６２は、ステップＳ１０２にて算出した微粒子の堆積量から取り除かれた微粒子の量を減算することで、フィルター２１に残存する微粒子の堆積量を算出する。そして、制御部６２は、記憶部６３に記憶された閾値βを読み出し、フィルター２１に残存する微粒子の堆積量と比べる（ステップＳ１０９）。なお、閾値βとは、例えば、フィルター２１における微粒子の最大堆積量に対する５％の堆積量である。

フィルター２１に残存する微粒子の堆積量が閾値βよりも小さいときには（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、制御部６２は、再生処理停止信号を入出力部６１からバーナー制御装置７０に出力する（ステップＳ１１０）。そして、制御部６２は、フィルター再生処理を終了する。

一方、堆積量が閾値β以上であるときには（ステップＳ１０９：ＮＯ）、制御部６２は、上述したステップＳ１０５に戻り、フィルター２１の温度と再生処理信号とをバーナー制御装置７０に再び出力することで、排気浄化装置２０での燃料の燃焼を行う（ステップＳ１０５、ステップＳ１０６）。

次に、フィルター再生処理のうち、バーナー制御装置７０にて実行される処理手順について、図６を参照して説明する。図６に示されるように、制御部７２は、再生処理信号とフィルター２１の温度との入出力部７１からの取得を行う（ステップＳ２０１）。制御部７２は、再生処理信号とフィルター２１の温度とを取得すると（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、最新の排気温度、上流側排気流量、空気温度、及び空気流量を取得する（ステップＳ２０２）。他方、制御部７２は、再生処理指令とフィルター２１の温度とを入出力部７１から取得できないときには（ステップＳ２０１：ＮＯ）、フィルター再生処理を終了する。

そして、制御部７２は、記憶部７３に記憶された熱量の算出式に排気温度、上流側排気流量、空気温度、及び空気流量を適用することで熱量を算出した後、熱量から燃料噴射量への換算式によって燃料噴射量を算出する（ステップＳ２０３）。その後、制御部７２は、算出した燃料噴射量と、記憶部７３から読み出した切り替え噴射量Ｆ２とを比べる（ステップＳ２０４）。

燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも大きいときには（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、制御部７２は、ノズル選択マップにより、高燃料噴射ノズル２３を燃料の噴射に用いられるノズルとして選択する。そして、制御部７２は、記憶部７３のデューティ比算出マップを用いて、高燃料噴射ノズル２３のデューティ比ＤＨを算出する（ステップＳ２０５）。次いで、制御部７２は、空気バルブ４２の開弁、高燃料噴射ノズル２３の駆動、及び点火プラグ２５の駆動を行う（ステップＳ２０６）。これにより、バーナー２２での燃料の燃焼によって加熱された排気が、フィルター２１に供給される。

一方、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２以下であるときには（ステップＳ２０４：ＮＯ）、制御部７２は、ノズル選択マップにより、低燃料噴射ノズル２４を燃料の噴射に用いられるノズルとして選択する。そして、制御部７２は、記憶部７３のデューティ比算出マップを用いて、低燃料噴射ノズル２４のデューティ比ＤＬを算出する（ステップＳ２０７）。次いで、制御部７２は、空気バルブ４２の駆動、低燃料噴射ノズル２４の駆動、及び点火プラグ２５の駆動を行う（ステップＳ２０８）。これにより、バーナー２２での燃料の燃焼によって加熱された排気が、フィルター２１に供給される。

そして、ステップＳ２０６及びステップＳ２０８のいずれかの処理による燃料の噴射が終了すると、制御部７２は、１周期の燃料噴射が終了したことを示す終了信号を入出力部７１からエンジン制御装置６０に出力する（ステップＳ２０９）。

次いで、制御部７２は、入出力部７１からの再生処理停止信号の取得を行う（ステップＳ２１０）。制御部７２は、再生処理停止指令を取得すると（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、点火プラグ２５の駆動、及び燃料噴射ノズルの駆動を停止し、且つ、空気バルブ４２を閉弁する（ステップＳ２１１）。そして、制御部７２は、フィルター再生処理を終了する。

一方、制御部７２が再生処理停止信号を入出力部７１から取得できないときには（ステップＳ２１０：ＮＯ）、制御部７２は、上述のステップＳ２０１に戻ることで、入出力部７１からの再生処理信号と、フィルター２１の温度との取得を行う（ステップＳ２０１）。そして、再生処理信号と、フィルター２１の温度とを取得すると（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、ステップＳ２０２からステップＳ２０９までの処理を行うことで、排気浄化装置２０での燃料の燃焼を再び行う。なお、制御部７２は、ステップＳ２１０にて再生処理停止信号を取得せず、且つ、その後のステップＳ２０１にて再生処理指令を取得する間は、ステップＳ２０２からステップＳ２１０までの処理を繰り返し行うことで、排気浄化装置２０での燃料の燃焼を繰り返し行う。

こうしたフィルター再生処理によるフィルター２１の温度、燃料噴射量、高燃料噴射ノズル２３のデューティ比ＤＨ、低燃料噴射ノズル２４のデューティ比ＤＬ、及びフィルター２１における微粒子の堆積量の変化の様子について、図７を参照して説明する。なお、図７には、ディーゼルエンジン１０の運転状態が、所定の状態に保たれているために、上流側排気流量、下流側排気流量、及び空気流量が略一定に維持されているときの変化の様子が例示されている。

図７に示されるように、タイミングＴ０にて、微粒子の堆積量が閾値αを越えると、排気浄化装置２０でのフィルター再生処理が開始される。このとき、フィルター２１の温度は、初期温度Ｔｍｐｓ、例えば、排気と略同一の温度であって、１５０℃から２００℃程度の温度である。そして、燃料噴射量が、目標温度と初期温度Ｔｍｐｓとの差の反映された初期噴射量Ｆｓに設定される。なお、初期噴射量Ｆｓは、切り替え噴射量Ｆ２と最大噴射量Ｆ３との間の所定の噴射量である。

これにより、高燃料噴射ノズル２３が燃料の噴射に用いられるノズルとして選択され、高燃料噴射ノズル２３のデューティ比ＤＨが、初期デューティ比ＤＨｓに設定される。なお、初期デューティ比ＤＨｓは、１００％と５０％との間の所定の割合である。これに対し、低燃料噴射ノズル２４のデューティ比ＤＬは、０に設定される。

燃料の噴射がタイミングＴ０から継続して行われると、フィルター２１の温度は、目標温度である６００℃に向かって上昇する。これにより、目標温度とフィルター２１の温度との差が小さくなるため、燃料噴射量と、高燃料噴射ノズル２３のデューティ比ＤＨとが小さくなる。また、微粒子の堆積量は、排気浄化装置２０での燃料の燃焼に伴って、次第に小さくなる。

そして、タイミングＴ１にて、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２になると、燃料噴射ノズルが、高燃料噴射ノズル２３から低燃料噴射ノズル２４に切り替えられる。これにより、高燃料噴射ノズル２３のデューティ比ＤＨは、０に設定される。これに対し、低燃料噴射ノズル２４のデューティ比ＤＬは、初期デューティ比ＤＬｓである１００％に設定される。

こうした低燃料噴射ノズル２４による燃料の噴射により、高燃料噴射ノズル２３による燃料の噴射時と同様、フィルター２１の温度が目標温度に向かって上昇することに伴って、燃料噴射量と、デューティ比ＤＬとが小さくなる。また、微粒子の堆積量は次第に小さくなる。

その後、タイミングＴ２にて、フィルター２１の温度が６００℃になって以降は、燃料噴射量と、低燃料噴射ノズル２４のデューティ比ＤＬとが略一定に保たれる。なお、このときの燃料噴射量は、最小噴射量Ｆ１と切り替え噴射量Ｆ２との間の所定の噴射量である。また、デューティ比ＤＬは、５０％よりも大きく、且つ初期デューティ比ＤＬｓよりも小さい所定の値である。

次いで、タイミングＴ２から所定時間後のタイミングＴ３にて、微粒子の堆積量が閾値βよりも小さくなると、フィルター再生処理が終了される。これにより、燃料噴射量が０に設定されることで、低燃料噴射ノズル２４のデューティ比ＤＬが０に設定される。

以上説明したように、本開示のフィルター再生装置における第１実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２以下であるときには、噴口の面積の小さい第１状態で燃料の噴射が行われ、且つ、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２を超えるときには、噴口の面積の大きい第２状態で燃料の噴射が行われる。しかも、低燃料噴射ノズル２４の噴口面積が高燃料噴射ノズル２３よりも小さい構成であるため、切り替え噴射量Ｆ２以下の燃料が高燃料噴射ノズル２３で噴射される構成と比べて、開弁期間が長くなる。それゆえに、噴射される燃料の平均粒径が低噴射量で相対的に大きくなることを抑えつつ、高燃料噴射ノズル２３を用いた相対的に高噴射量での燃料の噴射を行うこともできる。

（２）高燃料噴射ノズル２３の噴射量と低燃料噴射ノズル２４の噴射量とは別々のタイミングで制御される。すなわち、複数の燃料噴射ノズルの各々の噴射の状態が同時に制御されることがない。それゆえに、低噴射量での平均粒径の増大の抑制と、高噴射量での燃料の噴射とが可能になる上で、燃料噴射ノズルにおける噴射の状態の制御が簡易になる。

（３）燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２である場合に、低燃料噴射ノズル２４における噴射制御のデューティ比が１００％であり、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２より低くなるに従って、低燃料噴射ノズル２４における噴射制御のデューティ比が徐々に小さくなる。それゆえに、低燃料噴射ノズル２４において平均粒径が最も小さくなる噴射の状態が第１状態では確実に利用される。

（４）低燃料噴射ノズル２４における噴射制御のデューティ比が５０％以上であるため、切り替え噴射量Ｆ２よりも低い低噴射量の全体にて、燃料の平均粒径が大きくなることを抑えることができる。

（５）高燃料噴射ノズル２３における噴射制御のデューティ比が５０％以上であるため、切り替え噴射量Ｆ２よりも高い高噴射量でも、燃料の平均粒径が大きくなることを抑えることができる。

［第２実施形態］
本開示のフィルター再生装置をディーゼルエンジンのフィルター再生装置として具体化した第２実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて、燃料噴射ノズルとして低燃料噴射ノズルを２つ備えている点が異なっている。そのため、以下では、この相違点について詳しく説明し、その他についての説明は、第１実施形態での説明によって代えることとする。

［排気浄化装置の電気的構成］
以下、第２実施形態におけるディーゼルエンジン１０の電気的構成について、図８を参照して説明する。

図８に示されるように、バーナー制御装置８０には、第１実施形態のバーナー制御装置７０と同様、排気温度センサー５１、上流側排気流量センサー５２、空気温度センサー５５、及び、空気流量センサー５６が接続されている。バーナー制御装置８０には、第１実施形態のバーナー制御装置７０と同様、入出力部７１、制御部７２、記憶部７３、点火プラグ駆動部７６、及び空気バルブ駆動部７７が搭載されている。

また、バーナー制御装置８０には、第１燃料噴射ノズル駆動部８１と、第２燃料噴射ノズル駆動部８２とが搭載されている。第１燃料噴射ノズル駆動部８１は、制御部７２から入力されるデューティ比Ｄ１に関する信号に基づいて、第１ノズルとしての第１燃料噴射ノズル９１の燃料を噴射させるためのノズル駆動信号を生成する。第２燃料噴射ノズル駆動部８２は、第１燃料噴射ノズル駆動部８１と同様、制御部７２から入力されるデューティ比Ｄ２に関する信号に基づいて、第２ノズルとしての第２燃料噴射ノズル９２に燃料を噴射させるためのノズル駆動信号を生成する。

［各ノズルからの燃料噴射量と燃料の粒径］
上述の第１燃料噴射ノズル９１及び第２燃料噴射ノズル９２は、噴口の面積が相互に等しく、且つ、これらノズル９１，９２の燃料噴射特性は、第１実施形態における低燃料噴射ノズル２４と同一である。そのため、第１燃料噴射ノズル９１のみを燃料の噴射に用いる第１状態によって、最小噴射量Ｆ１から切り替え噴射量Ｆ２までの燃料量を噴射することができる。そして、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２とを燃料の噴射に用いる第２状態によって、切り替え噴射量Ｆ２から最大噴射量Ｆ３までの燃料量を噴射することができる。本実施形態では、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２以下であるときに、ノズル選択マップによって第１燃料噴射ノズル９１が燃料の噴射に用いられるノズルとして選択される。他方、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも大きいときに、ノズル選択マップによって第１燃料噴射ノズル９１及び第２燃料噴射ノズル９２が燃料の噴射に用いられるノズルとして選択される。したがって、本実施形態では、第１燃料噴射ノズル９１の噴口の面積が、第１面積を構成し、且つ、第１燃料噴射ノズル９１の噴口の面積と第２燃料噴射ノズル９２の噴口の面積との総和が、第２面積を構成している。

ここで、切り替え噴射量Ｆ２から最大噴射量Ｆ３までの燃料の噴射は、第１燃料噴射ノズル９１からの燃料噴射量を切り替え噴射量Ｆ２としつつ、第２燃料噴射ノズル９２からの燃料噴射量を次第に増やすことによって行うことができる。すなわち、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１を１００％に固定しつつ、第２燃料噴射ノズル９２のデューティ比Ｄ２を次第に長くすることによって行うことができる。

しかしながら、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１を１００％に固定した場合、切り替え噴射量Ｆ２の近傍では、第２燃料噴射ノズル９２のデューティ比Ｄ２が、５０％を下回ってしまう。これにより、第２燃料噴射ノズル９２から噴射される燃料の平均粒径が大きくなってしまう。

それゆえに、本実施形態では、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２を超える場合、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２とから噴射される燃料量を同一とすることによって、各デューティ比Ｄ１，Ｄ２とが、５０％以上の長さとされる。

［排気浄化装置の作用］
排気浄化装置２０の作用として、排気浄化装置２０にて行われる動作の一つであるフィルター再生処理について、図９を参照して説明する。なお、エンジン制御装置６０の制御部６２によるフィルター再生プログラムの実行では、第１実施形態と同様の処理が行われる。そのため、以下では、バーナー制御装置８０の制御部７２によるフィルター再生プログラムの実行による処理の手順について説明する。

図９に示されるように、制御部７２では、第１実施形態と同様のステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理が行われる。そして、制御部７２は、ステップＳ２０３にて算出した燃料噴射量と、切り替え噴射量Ｆ２とを比べる（ステップＳ２０４）。燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも大きいときには（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、制御部７２は、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２との両方を燃料の噴射に用いられるノズルとして選択する。

そして、制御部７２は、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２との両方のデューティ比Ｄ１，Ｄ２を算出する（ステップＳ２２１）。次いで、制御部７２は、空気バルブ４２の駆動、第１燃料噴射ノズル９１の駆動、第２燃料噴射ノズル９２の駆動、及び点火プラグ２５の駆動を行う（ステップＳ２２２）。これにより、バーナー２２での燃料の燃焼によって加熱された排気が、フィルター２１に供給される。

一方、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２以下であるときには（ステップＳ２０４：ＮＯ）、制御部７２は、第１燃料噴射ノズル９１のみを燃料の噴射に用いられるノズルとして選択する。そして、制御部７２は、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１を算出する（ステップＳ２２３）。次いで、制御部７２は、空気バルブ４２の駆動、第１燃料噴射ノズル９１の駆動、及び点火プラグ２５の駆動を行う（ステップＳ２２４）。これにより、バーナー２２での燃料の燃焼によって加熱された排気が、フィルター２１に供給される。

そして、ステップＳ２２２及びステップＳ２２４のいずれかの処理による燃料の噴射が終了して以降は、第１実施形態と同様の処理が行われる。これにより、バーナー２２での燃料の燃焼が繰り返される、若しくは、フィルター再生処理が終了される。

こうしたフィルター再生処理によるフィルター２１の温度、燃料噴射量、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１、第２燃料噴射ノズル９２のデューティ比Ｄ２、及びフィルター２１における微粒子の堆積量の変化の様子について、図１０を参照して説明する。なお、図１０には、図７と同様、ディーゼルエンジン１０の運転状態が、所定の状態に保たれているために、上流側排気流量、下流側排気流量、及び空気流量が略一定に維持されているときの変化の様子が例示されている。

図１０に示されるように、タイミングＴ０にて、微粒子の堆積量が閾値αを越えると、排気浄化装置２０でのフィルター再生処理が開始される。このとき、フィルター２１の温度は、初期温度Ｔｍｐｓである。そして、燃料噴射量が、目標温度と初期温度Ｔｍｐｓとの差の反映された初期噴射量Ｆｓに設定される。なお、初期噴射量Ｆｓは、切り替え噴射量Ｆ２と最大噴射量Ｆ３との間の所定の噴射量である。

これにより、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２とが燃料を噴射するノズルとして選択される。そして、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１は、燃料噴射量が１／２Ｆｓとなる初期デューティ比Ｄ１ｓに設定される。また、同じく、第２燃料噴射ノズル９２のデューティ比Ｄ２も、燃料噴射量が１／２Ｆｓとなる初期デューティ比Ｄ２ｓに設定される。なお、各初期デューティ比Ｄ１ｓ，Ｄ２ｓは、１００％と５０％との間の所定の割合である。

燃料の噴射がタイミングＴ０から継続して行われると、フィルター２１の温度は、目標温度である６００℃に向かって上昇する。これにより、目標温度とフィルター２１の温度との差が小さくなるため、燃料噴射量と、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１、第２燃料噴射ノズル９２のデューティ比Ｄ２とが小さくなる。また、微粒子の堆積量は、排気浄化装置２０での燃料の燃焼に伴って、次第に小さくなる。

そして、タイミングＴ１にて、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２になると、燃料を噴射するノズルが、第１燃料噴射ノズル９１のみに切り替えられる。これにより、第２燃料噴射ノズル９２のデューティ比Ｄ２は、０に設定される。これに対し、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１は、１００％に設定される。

こうした第１燃料噴射ノズル９１による燃料の噴射により、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２とによる燃料の噴射時と同様、フィルター２１の温度が目標温度に向かって上昇することに伴って、燃料噴射量とデューティ比Ｄ２とが小さくなる。また、微粒子の堆積量は次第に小さくなる。

その後、タイミングＴ２にて、フィルター２１の温度が６００℃になって以降は、燃料噴射量と、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１とが略一定に保たれる。なお、このときの燃料噴射量は、最小噴射量Ｆ１と切り替え噴射量Ｆ２との間の所定の噴射量である。また、デューティ比Ｄ１は、５０％よりも大きく、且つ、１００％よりも小さい所定の割合である。

次いで、タイミングＴ２から所定時間後のタイミングＴ３にて、微粒子の堆積量が閾値βよりも小さくなると、フィルター再生処理が終了される。これにより、燃料噴射量が０に設定されることで、第１燃料噴射ノズル９１のデューティ比Ｄ１が０に設定される。

以上説明したように、本開示のフィルター再生装置における第２実施形態によれば、第１実施形態によって得られる効果に加えて、以下に列挙する効果を得ることができる。
（６）第１燃料噴射ノズル９１の噴口の面積と第２燃料噴射ノズル９２の噴口の面積とが同一であるものの、第１面積が第２面積よりも小さい以上、第１状態では燃料の平均粒径が相対的に大きくなることを抑えつつ、第２状態では相対的に高噴射量での燃料の噴射を行うことができる。

（７）第１状態と第２状態との切り替えに際し、第１燃料噴射ノズル９１における噴射の状態が継続して制御される。すなわち、第２燃料噴射ノズル９２による噴射が加えられるか否かによって、第１状態と第２状態とが切り替えられる。それゆえに、第１状態から第２状態への遷移と第２状態から第１状態への遷移とが円滑に進められる。

（８）第１燃料噴射ノズル９１の噴口の面積と第２燃料噴射ノズル９２の噴口の面積とが相互に等しいため、第１燃料噴射ノズル９１の仕様と第２燃料噴射ノズル９２の仕様との共通化を図ることが可能にもなる。結果として、フィルター再生装置に含まれる燃料噴射ノズルの種類が増えることを抑えることが可能にもなる。

（９）燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも大きいときには、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２のデューティ比Ｄ１，Ｄ２が同一とされる。そのため、２つの燃料噴射ノズルを用いて燃料の噴射を行ったとしても、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２とが各別の燃料噴射量で噴射する構成よりも、燃料噴射に関わる処理が簡単になる。

なお、上述した実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・バーナー２２には、３以上の燃料噴射ノズルが取り付けられていてもよい。例えば、第１状態では、第１ノズルのみから燃料が噴射され、且つ、第２状態では、第１ノズルよりも噴口の面積が大きい第２ノズルと、その他の第３ノズルとから燃料が噴射される構成でもよい。

・第１実施形態では、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも大きいときに、高燃料噴射ノズル２３と低燃料噴射ノズル２４との両方から燃料を噴射してもよい。こうした構成によれば、第１状態と第２状態との切り替えに際し、低燃料噴射ノズル２４における噴射の状態が継続して制御される。すなわち、高燃料噴射ノズル２３による噴射が加えられるか否かによって、第１状態と第２状態とが切り替えられる。それゆえに、第１状態から第２状態への遷移と第２状態から第１状態への遷移とが円滑に進められる。

・第１実施形態及び第２実施形態では、切り替え噴射量Ｆ２における低燃料噴射ノズル２４あるいは第１燃料噴射ノズル９１の燃料制御のデューティ比が１００％でなくともよい。こうした構成であっても、切り替え噴射量Ｆ２において、第１状態と第２状態とを切り替える以上、低噴射量での燃料の平均粒径が大きくなることを抑えることができる。

・第１実施形態では、高燃料噴射ノズル２３で噴射した場合よりも燃料の平均粒径が小さくなれば、切り替え噴射量Ｆ２以下にて、低燃料噴射ノズル２４におけるデューティ比が５０％よりも小さい状態が含まれてもよい。

・第２実施形態では、切り替え噴射量Ｆ２以下である第１状態にて、第１燃料噴射ノズル９１におけるデューティ比が５０％よりも小さい状態が含まれてもよい。こうした構成であっても、切り替え噴射量Ｆ２より大きい第２状態にて、第１燃料噴射ノズル９１及び第２燃料噴射ノズル９２から噴射される燃料の平均粒径よりも第２状態での燃料の平均粒径が小さくなればよい。

・第１実施形態及び第２実施形態では、第１状態での燃料噴射量よりも第２状態での燃料噴射量が大きくなれば、高燃料噴射ノズル２３の噴射制御のデューティ比が５０％より小さくてもよく、また、第１燃料噴射ノズル９１及び第２燃料噴射ノズル９２の噴射制御のデューティ比が５０％より小さくてもよい。

・第２実施形態では、燃料噴射量が切り替え噴射量Ｆ２よりも大きいときに、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２とのデューティ比Ｄ１，Ｄ２を同一とした。これに限らず、第１燃料噴射ノズル９１と第２燃料噴射ノズル９２とのデューティ比Ｄ１，Ｄ２の両方が５０％以上であれば、デューティ比Ｄ１とデューティ比Ｄ２とが異なる長さであってもよい。

・フィルター２１の目標温度は、５８０℃から６２０℃に限らず、６００℃を挟む他の範囲に設定されてもよい。
・フィルター２１の形成材料は、コージェライトでなくともよく、例えば炭化ケイ素であってもよい。この場合、フィルター２１の耐熱温度がより高くなるため、フィルター２１の目標温度を６００℃よりも高い温度にすることができる。そのため、再生処理時のフィルター２１の温度が高く保たれるため、フィルター２１に堆積した微粒子の除去速度が高められる。

・各燃料噴射ノズルから噴射される燃料は、燃料タンクではなく、コモンレールから供給されてもよい。また、各燃料噴射ノズルのみに燃料を供給する燃料タンクが搭載されてもよい。

・排気浄化装置２０は、点火プラグ２５に加えてグローヒーターが搭載された構成であってもよい。また、火炎Ｆの生成が可能であれば、グローヒーターのみが搭載された構成であってもよい。

・排気浄化装置２０への空気の供給は、吸気管１３に接続された空気供給管４１ではなく、ブレーキのエアタンクに接続された空気供給管や、排気浄化装置用のブロワーに接続された空気供給管によって行われる構成でもよい。

・フィルター温度センサー５３は、フィルター２１内の温度を検出するセンサーとして具体化されてもよい。あるいは、保炎器２６内の火炎Ｆの温度を検出するセンサーとして具体化されてもよい。この場合、検出された火炎Ｆの温度からフィルター２１の温度を算出すればよい。

・下流側排気流量センサー５４に代えて、フィルター２１の前段と後段との排気流量の圧力差を検出する差圧センサーが搭載されてもよい。
・フィルター２１における微粒子の堆積量は、フィルター２１の上流側の排気流量と、下流側の排気流量との差を算出式に適用して算出する構成に限らない。例えば、フィルター２１の前段の排気流量と例えば、ディーゼルエンジン１０の運転状態、例えばディーゼルエンジン１０の回転数や、各シリンダー１１ａに対して噴射される燃料量等に基づいて所定期間毎に微粒子の量を算出し、この微粒子の量を積算して算出するようにしてもよい。

・閾値α及び閾値βは、閾値βよりも閾値αが大きい範囲で、適宜変更可能である。
・フィルター２１から取り除かれる微粒子の量を算出する方法は、バーナー２２にて行われた燃料噴射の回数と、フィルター２１の温度の推移とから算出するものに限らない。例えば、各燃料噴射周期Ｃが終了したときの上流側排気流量センサー５２と下流側排気流量センサー５４の検出値に基づいて算出する方法等、他の方法を用いてもよい。

・フィルター再生装置では、例えば、エンジン制御装置６０の制御部６２にて、燃料噴射に用いられるノズルの選択を実行したり、ノズルの選択及びノズルから噴射される燃料量の算出を実行したりしてもよい。つまり、例えば、第１実施形態においては、上述のステップＳ２０１からステップＳ２０５までの処理、あるいはステップＳ２０１からステップＳ２０７までの処理をエンジン制御装置６０の制御部６２で行ってもよい。また、例えば、第２実施形態においては、上述のステップＳ２０１からステップＳ２２１までの処理、あるいはステップＳ２０１からステップＳ２２３までの処理をエンジン制御装置６０の制御部６２で行ってもよい。

・あるいは、フィルター再生装置は、エンジン制御装置６０の制御部６２の機能と、バーナー制御装置の制御部７２の機能とを有する１つの制御部を含み、フィルター再生処理はその制御部で実行されてもよい。

・排気浄化装置の搭載されるエンジンは、ガソリンエンジンであってもよい。

１０…ディーゼルエンジン、１１…シリンダーブロック、１１ａ…シリンダー、１２…吸気マニホールド、１３…吸気管、１４…エアクリーナー、１５…コンプレッサー、１６…排気マニホールド、１７…ＥＧＲ配管、１８…排気管、１９…タービン、２０…排気浄化装置、２１…フィルター、２２…バーナー、２３…高燃料噴射ノズル、２４…低燃料噴射ノズル、２５…点火プラグ、２６…保炎器、３１…燃料タンク、３２…燃料供給管、３３…加圧ポンプ、４１…空気供給管、４２…空気バルブ、５１…排気温度センサー、５２…上流側排気流量センサー、５３…フィルター温度センサー、５４…下流側排気流量センサー、５５…空気温度センサー、５６…空気流量センサー、６０…エンジン制御装置、６１…入出力部、６２…制御部、６３…記憶部、７０，８０…バーナー制御装置、７１…入出力部、７２…制御部、７３…記憶部、７４…ノズル駆動部、７５…ノズル駆動部、７６…点火プラグ駆動部、７７…空気バルブ駆動部、８１…第１燃料噴射ノズル駆動部、８２…第２燃料噴射ノズル駆動部、９１…第１燃料噴射ノズル、９２…第２燃料噴射ノズル、Ｆ…火炎、ＴＣ…ターボチャージャー。

Claims (4)

1. エンジンの排気管におけるフィルターの前段で燃料を燃焼するバーナーと、
   前記バーナーの燃料噴射ノズルにおける燃料噴射の状態を制御する制御部とを備え、
   前記燃料噴射ノズルは、第１ノズルと第２ノズルとを含み、
   前記第１ノズルの噴口の面積は、前記第２ノズルの噴口の面積よりも小さく、
   前記制御部は、
   前記第１ノズル及び前記第２ノズルの燃料噴射をデューティ比の制御によって断続し、
   前記第１ノズルで燃料を噴射する第１状態と、
   前記第２ノズルで燃料を噴射する第２状態とを含み、
   前記第１状態にて燃料を噴射する噴口の総面積が第１面積として設定され、
   前記第２状態にて燃料を噴射する噴口の総面積が第２面積として設定される場合、
   前記第１面積は前記第２面積よりも小さく、
   燃料噴射量が所定の切り替え噴射量以下であるときに前記第１状態とし、
   燃料噴射量が前記切り替え噴射量を超えるときに前記第２状態とし、
   前記第１ノズルが最小噴射量で燃料を噴射するときの燃料の粒径が第１粒径であり、
   前記第１ノズルから前記第２ノズルに切り替えたときに前記第２ノズルが噴射する燃料の粒径が第２粒径であり、
   前記第２粒径が前記第１粒径よりも小さい
   フィルター再生装置。
2. 前記切り替え噴射量では前記第１ノズルにおける噴射制御のデューティ比が１００％である
   請求項１に記載のフィルター再生装置。
3. 前記第１状態では前記第１ノズルにおける噴射制御のデューティ比が５０％以上である
   請求項１又は２に記載のフィルター再生装置。
4. 前記第２状態では前記第２ノズルにおける噴射制御のデューティ比が５０％以上である
   請求項１〜３のいずれか１つに記載のフィルター再生装置。

Images