JP7067987B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

エンジンから排気された排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質を捕捉して取り除く車両用のフィルタとして、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）が知られている。このようなフィルタは、使用を継続するに従って粒子状物質によって目詰まりしてしまう。そこで、フィルタを昇温させることで捕捉された煤を燃焼させてフィルタから除去する再生処理が行われる。

再生処理を行う際に、排気ガス中の酸素が相対的に少ないと、煤の燃焼が促進されない。そこで、排気路に空気を噴射することで酸素を補う技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２００３－３１４２４５号公報

再生処理を行う際に、効率よく煤を燃焼させる技術の開発が希求されている。

本発明は、効率よく煤を燃焼させることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンから排気された排気ガスが通過する上流排気管と、上流排気管の下流側に接続された管体と、管体の下流側に接続された下流排気管と、管体内に設けられ、管体内を、上流排気管と連通する上流空間と、下流排気管と連通する下流空間とに仕切る、少なくとも２つのフィルタと、第１のフィルタと第２のフィルタとを直列に配置して上流排気管から管体に導入された排気ガスを第１のフィルタに通過させた後第２のフィルタに通過させて下流排気管に導く直列状態と、第１のフィルタと第２のフィルタを並列に配置して上流排気管から管体に導入された排気ガスを第１のフィルタまたは第２のフィルタに通過させて下流排気管に導く並列状態とに切り替える切替機構と、を備え、フィルタは、外筒と、外筒内に設けられたフィルタ壁とを有し、上流排気管および下流排気管の軸方向と、外筒の軸方向とが交差するように、管体内に設けられ、外筒における上流空間に位置する部位であって、上流排気管と管体との連通箇所から所定範囲内の部位は、管体と非接触であり、切替機構は、エンジンの始動時およびフィルタに対し再生処理を実行している間、直列状態とし、エンジンの暖機が終了した後、並列状態とする。

また、フィルタは、エンジンが搭載される車両の車体の下方に配置され、管体と下流排気管との連通箇所は、上流排気管と管体との連通箇所よりも車体から離隔していてもよい。

本発明によれば、効率よく煤を燃焼させることが可能となる。

エンジンシステムの構成を示す概略図である。 排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 ＧＰＦを説明する図である。 第１の変形例のフィルタユニットの構成を示す概略図である。 第２の変形例の排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 直列状態と、並列状態とを説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジンシステム１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、エンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１１０が設けられ、ＥＣＵ１１０によりエンジン１２０全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。また、ここでは、エンジン１２０として、ガソリンエンジンを例に挙げて説明する。

エンジン１２０は、複数の気筒１２２ａを有する多気筒エンジンであり、シリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａの吸気ポート１２４に、吸気マニホールド１２６が連通される。吸気マニホールド１２６の集合部には、エアチャンバ１２８を介して吸気管１３０が連通される。吸気管１３０の上流側には、エアクリーナ１３２が設けられる。吸気管１３０におけるエアクリーナ１３２の下流側には、スロットル弁１３４が設けられる。

また、エンジン１２０のシリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａの排気ポート１３６には、排気マニホールド１３８が連通される。排気マニホールド１３８の集合部には、排気管１４０を介してマフラー１４２が連通される。排気管１４０には、後述する排気ガス浄化装置２００が設けられる。以下、排気マニホールド１３８の集合部と、排気ガス浄化装置２００を構成するフィルタユニット２２０（後述）とを連通する排気管１４０を上流排気管１４０ａと呼び、フィルタユニット２２０とマフラー１４２とを連通する排気管１４０を下流排気管１４０ｂと呼ぶ場合がある。なお、上流排気管１４０ａおよび下流排気管１４０ｂは、実質的に内径が等しい。

エンジン１２０には、点火プラグ１４８が、その先端が燃焼室１４６内に位置するように各気筒１２２ａそれぞれに対して設けられる。また、各気筒１２２ａの燃焼室１４６には、インジェクタ１５０が設けられる。

エンジンシステム１００には、吸気管１３０におけるエアクリーナ１３２とスロットル弁１３４との間に、エンジン１２０に流入する吸入空気量を検出する吸入空気量センサ１６０、および、エンジン１２０に流入する空気（外気）の温度を検出する吸気温センサ１６２が設けられる。また、エンジンシステム１００には、スロットル弁１３４の開度を検出するスロットル開度センサ１６４が設けられる。また、エンジンシステム１００には、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ１６６、アクセル（図示せず）の開度を検出するアクセル開度センサ１６８が設けられる。

これら各センサ１６０～１６８は、ＥＣＵ１１０に接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ１１０に出力する。

ＥＣＵ１１０は、各センサ１６０～１６８から出力された信号を取得してエンジン１２０を制御する。ＥＣＵ１１０は、エンジン１２０を制御する際、信号取得部１８０、目標値導出部１８２、空気量決定部１８４、噴射量決定部１８６、スロットル開度決定部１８８、点火時期決定部１９０、駆動制御部１９２として機能する。

信号取得部１８０は、各センサ１６０～１６８が検出した値を示す信号を取得する。目標値導出部１８２は、クランク角センサ１６６から取得したクランク角を示す信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。また、目標値導出部１８２は、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ１６８から取得したアクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。

空気量決定部１８４は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数および目標トルクなどに基づいて、各気筒１２２ａに供給する目標空気量を決定する。スロットル開度決定部１８８は、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量の合計量を導出し、合計量の空気を外部から吸気するための目標スロットル開度を決定する。

噴射量決定部１８６は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数および目標トルク、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量などに基づいて、各気筒１２２ａに供給する燃料の目標噴射量を決定する。また、噴射量決定部１８６は、決定した目標噴射量の燃料をエンジン１２０の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ１５０から噴射させるために、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各インジェクタ１５０の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。

点火時期決定部１９０は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数や目標トルク、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号などに基づいて、各気筒１２２ａでの点火プラグ１４８の目標点火時期を決定する。

駆動制御部１９２は、スロットル開度決定部１８８により決定された目標スロットル開度でスロットル弁１３４が開口するように、スロットル弁用アクチュエータ（図示せず）を駆動する。また、駆動制御部１９２は、噴射量決定部１８６により決定された目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ１５０を駆動することで、インジェクタ１５０から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部１９２は、点火時期決定部１９０により決定された目標点火時期で点火プラグ１４８を点火させる。

このようにして、燃焼室１４６で燃料が燃焼されたことにより生じた排気ガスは、排気管１４０を通じて外部に排出される。排気ガスには、炭化水素（ＨＣ：Hydro Carbon）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物(ＮＯｘ)や、煤等の粒子状物質が含まれるため、これらを除去する必要がある。そこで、排気管１４０に排気ガス浄化装置２００を設けておき、排気ガス浄化装置２００において、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質を除去する。

なお、ＥＣＵ１１０は、排気ガス浄化装置として機能する際、堆積量推定部１９４、供給制御部１９６として機能する。堆積量推定部１９４および供給制御部１９６については後に詳述する。

（排気ガス浄化装置２００）
図２は、排気ガス浄化装置２００の構成を示す概略図である。なお、図２中、信号の流れを破線の矢印で示し、エンジン１２０が搭載される車両の車体を一点鎖線で示す。図２に示すように、排気ガス浄化装置２００は、堆積量推定部１９４と、供給制御部１９６と、三元触媒（Three-Way Catalyst）２１０と、フィルタユニット２２０と、酸素含有ガス供給部２３０とを含む。本実施形態において、排気ガス浄化装置２００は、車体の下方に設けられる。

三元触媒２１０は、上流排気管１４０ａ内に設けられる。三元触媒２１０は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒成分を含む。三元触媒２１０は、排気ポート１３６から排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。

フィルタユニット２２０は、管体２２２と、ＧＰＦ（フィルタ）２２４とを含む。管体２２２は、上流排気管１４０ａと下流排気管１４０ｂとを接続する。上流排気管１４０ａおよび管体２２２は、これらの連通箇所２２２ａが管体２２２の流路断面の中央より車体側に位置するように接続される。また、管体２２２および下流排気管１４０ｂは、これらの連通箇所２２２ｂが管体２２２の流路断面の中央より車体から離隔した位置となるように接続される。

ＧＰＦ２２４は、管体２２２内に設けられる。つまり、ＧＰＦ２２４は、排気管１４０内における三元触媒２１０の下流側に設けられる。ＧＰＦ２２４は、排気ポート１３６から排気された排気ガス中の粒子状物質（煤）を捕捉する。

図３は、ＧＰＦ２２４を説明する図である。図３（ａ）は、ＧＰＦ２２４の斜視図である。図３（ｂ）はＧＰＦ２２４の正面図である。図３（ｃ）は、ＧＰＦ２２４のＹＺ断面図である。なお、図３（ａ）中、排気ガスの流れを白抜き矢印で示し、図３（ｃ）中、排気ガスの流れを実線の矢印で示す。また、本実施形態の図３では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸（排気ガスの流れ方向）、Ｚ軸を図示の通り定義している。さらに、図３（ａ）～図３（ｃ）において、理解を容易にするために、外筒３１２に対してセル３１６を大きく示す。

図３（ａ）～図３（ｃ）に示すように、ＧＰＦ２２４は、ウォールフロー型のフィルタである。ＧＰＦ２２４は、フィルタ部３１０と、上流プラグ部３２０と、下流プラグ部３３０とを含む。

フィルタ部３１０は、円筒形状の外筒３１２と、排気ガスを通過させるフィルタ壁３１４とを含む。外筒３１２は、例えば、セラミックで構成される。

フィルタ壁３１４は、例えば、セラミックで構成される。フィルタ壁３１４には、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉しつつ排気ガスを通過させる孔が複数形成されている。フィルタ壁３１４は、図３中、ＸＹ面と平行な面上に設けられるとともに、Ｙ軸方向に延在する第１壁３１４ａと、ＹＺ面と平行な面上に設けられるとともに、Ｙ軸方向に延在する第２壁３１４ｂとを含む。そして、図３（ｂ）に示すように、２つの第１壁３１４ａと、２つの第２壁３１４ｂに囲繞された空間、もしくは、第１壁３１４ａ、第２壁３１４ｂ、外筒３１２に囲繞された空間がセル３１６として形成される。

したがって、複数のセル３１６は、外筒３１２（フィルタ部３１０）内において、外筒３１２の軸方向（図３中、Ｙ軸方向）に延在するとともに、軸方向と直交する方向（図３中、Ｘ軸方向およびＺ軸方向）に並列して配される。また、ＧＰＦ２２４では、第１セル群に分類されるセル３１６Ａと、第２セル群に分類されるセル３１６Ｂとが交互に配置される。つまり、セル３１６Ａとセル３１６Ｂとは隣接して交互に配される。

上流プラグ部３２０は、図３（ｃ）に示すように、セル３１６のうち、第１セル群に分類されるセル３１６Ａの上流側の上流開口３１８ａを封止する。上流プラグ部３２０は、例えば、セラミックで構成される。

下流プラグ部３３０は、図３（ｃ）に示すように、セル３１６Ａ以外の（第２セル群に分類される）セル３１６Ｂの下流側の下流開口３１８ｂを封止する。下流プラグ部３３０は、例えば、セラミックで構成される。

また、本実施形態においてＧＰＦ２２４は、粒子状物質を捕捉する機能を有するとともに、排気ガスを浄化する三元触媒としての機能とＯＳＣ（Oxygen Storage capacity）としての機能とを有する。具体的に説明すると、ＧＰＦ２２４を構成するフィルタ壁３１４には三元触媒を構成する触媒成分およびＯＳＣ材が担持されている。

このように、排気ガス浄化装置２００は、排気管１４０にＧＰＦ２２４を備える構成により、ＧＰＦ２２４に粒子状物質を堆積させて、排気ガスから除去することができる。そして、ＧＰＦ２２４に堆積した粒子状物質（炭素Ｃ）は、下記式（１）に示す反応（粒子状物質の酸化反応）を進行させることによってＧＰＦ２２４から除去され、ＧＰＦ２２４が再生される。
Ｃ ＋ Ｏ_２ → ＣＯ_２ …式（１）

しかし、本実施形態のエンジン１２０はガソリンエンジンであるため、噴射量決定部１８６は、基本的に理論空燃比（ストイキ）となるように燃料の目標噴射量を決定する。理論空燃比での運転では、排気ガスに含まれる酸素が低濃度となるため、ＧＰＦ２２４の再生処理が促進されない。

そこで、排気ガス浄化装置２００は、酸素含有ガス供給部２３０を含み、ＧＰＦ２２４における粒子状物質の堆積量が所定の堆積閾値以上になった場合に、酸素含有ガス供給部２３０を駆動してＧＰＦ２２４に供給される酸素濃度を増加させる。

図２に戻って具体的に説明すると、酸素含有ガス供給部２３０は、供給管２３２と、ポンプ２３４とを含む。供給管２３２は、上流排気管１４０ａにおける三元触媒２１０と管体２２２（ＧＰＦ２２４）との間に接続され、端部が大気開放される。ポンプ２３４は、供給管２３２に設けられ、外気（酸素含有ガス）を供給管２３２に供給する。

堆積量推定部１９４は、ＧＰＦ２２４における粒子状物質の堆積量を推定する。堆積量推定部１９４は、例えば、エンジン１２０の運転条件や、前回外気を供給してから現在までの運転時間（走行距離）に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する。

供給制御部１９６は、堆積量が堆積閾値以上であるとき、排気ガスの温度等のエンジン運転状態が再生処理条件を満たすと、酸素含有ガス供給部２３０を制御して、外気の供給を開始させる。

このように、外気を供給して再生処理を実行することで、ＧＰＦ２２４に堆積した粒子状物質（煤）を効率よく燃焼させる。本実施形態の排気ガス浄化装置２００は、上流排気管１４０ａに対するＧＰＦ２２４の配置を工夫することで、再生処理において粒子状物質をさらに効率よく燃焼させる。

図２に示すように、ＧＰＦ２２４は、管体２２２内を上流空間Ｕと下流空間Ｄとに仕切る。ここで、上流空間Ｕは、管体２２２内における上流排気管１４０ａと連通する空間である。下流空間Ｄは、管体２２２内における下流排気管１４０ｂと連通する空間である。また、ＧＰＦ２２４は、上流空間Ｕにセルの上流開口３１８ａが臨み、下流空間Ｄにセルの下流開口３１８ｂが臨むように、管体２２２内に設けられる。

さらに、本実施形態において、ＧＰＦ２２４は、外筒３１２の軸方向の長さが外筒３１２の内径よりも小さく形成されるとともに、上流排気管１４０ａおよび下流排気管１４０ｂの軸方向と、外筒３１２の軸方向とが交差するように管体２２２内に設けられる。例えば、ＧＰＦ２２４は、外筒３１２の軸方向が鉛直方向となるように、または、外筒３１２の軸方向が鉛直方向から上流側に０度を上回り４５度未満傾斜するように、管体２２２内に設けられる。

したがって、軸方向が水平方向（上流排気管１４０ａ、下流排気管１４０ｂの軸方向と平行）となるようにＧＰＦ２２４が設けられる従来技術と比較して、管体２２２の鉛直方向の幅を小さくしたまま、ＧＰＦ２２４の流路断面積（外筒３１２の内径）を大きくすることができる。これにより、車体の下方といったスーペースが制限された場所に、流路断面積が相対的に大きいＧＰＦ２２４を配置することが可能となる。また、ＧＰＦ２２４の流路断面積を相対的に大きくすることにより、流路断面積が小さいＧＰＦ２２４よりも圧力損失を低くすることができる。これにより、燃費を向上することが可能となる。

なお、ＧＰＦ２２４は、不図示のストッパに支持される。ストッパは、ＧＰＦ２２４の下方に設けられ、管体２２２から延在している。また、ＧＰＦ２２４の下部と管体２２２（ストッパ）との間隙には、耐熱性を有するセラミックウールが充填されている。

また、本実施形態のＧＰＦ２２４は、外筒３１２における最も上流側かつ鉛直上方の部位Ｍが、管体２２２と非接触となり、かつ、連通箇所２２２ａに臨むように管体２２２内に設けられる。

そうすると、上流排気管１４０ａを流れる高温の排気ガスは、最初に部位Ｍに接触することになる。したがって、部位Ｍは、通常運転時（再生処理を実行していないとき）に排気ガスの熱を効率よく蓄積することができる。また、部位Ｍは、管体２２２と非接触であるため、蓄積した熱が管体２２２を通じて外部に放熱されることを回避可能となる。

このように、通常運転時に部位Ｍで熱を蓄積しておくことにより、再生処理を開始する前において、部位Ｍが最も高温となる。そして、再生処理を実行すべく、ポンプ２３４が駆動されて外気が供給されると、外気は、上流排気管１４０ａ、連通箇所２２２ａを通じてＧＰＦ２２４に到達する。ここで、上記したように部位Ｍは、連通箇所２２２ａに臨んでいるため、外気は、ＧＰＦ２２４における部位Ｍに最初に到達する。そうすると、ＧＰＦ２２４に蓄積した粒子状物質は、まず、部位Ｍの近傍から燃焼し始め、その後、下流側に延焼する。ここで、部位Ｍは、ＧＰＦ２２４において最も高温となっているため、部位Ｍの近傍の粒子状物質の着火性を向上させることができる。したがって、ＧＰＦ２２４の外筒３１２を管体２２２に接触させている従来技術と比較して、再生処理において、粒子状物質の燃焼性をさらに向上させることが可能となる。

また、上記したように、連通箇所２２２ａが車体側に設けられ、連通箇所２２２ｂが車体から離隔する方向に設けられ、セル３１６が連通箇所２２２ａと連通箇所２２２ｂと（上流空間Ｕと下流空間Ｄと）を連通する。したがって、外気は、車体側から車体と離隔する方向に流れる。そうすると、ＧＰＦ２２４に堆積された粒子状物質は、部位Ｍの近傍から燃焼しはじめ、その後、下流側、かつ、車体から離隔する方向に延焼する。

したがって、排気ガス浄化装置２００において、燃焼熱は、ＧＰＦ２２４における車体から離隔する方向に伝搬する。このため、再生処理が実行された際、排気ガス浄化装置２００において、ＧＰＦ２２４の外筒３１２における最も下流側かつ鉛直下方の部位Ｎは、上流側かつ車体側から伝搬した熱と、粒子状物質の燃焼熱とが合わさり、最も高温となる。

このように、再生処理を実行した際に最も高温となる部位を車体から離隔した位置とすることができる。これにより、再生処理において生じた熱の車体への伝搬を抑制することが可能となる。したがって、熱による車体への影響を抑制することができる。

（第１の変形例）
上記実施形態において、管体２２２内に１のＧＰＦ２２４が設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、ＧＰＦ２２４の数に限定はない。

図４は、第１の変形例のフィルタユニット４２０の構成を示す概略図である。なお、図４中、車体を一点鎖線で示す。また、上記排気ガス浄化装置２００のフィルタユニット２２０と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

フィルタユニット４２０は、管体２２２内に、２つのＧＰＦ２２４（図４中、２２４Ａ、２２４Ｂで示す）が設けられている点のみがフィルタユニット２２０と異なる。

具体的に説明すると、管体２２２内において上流側に位置するＧＰＦ２２４Ａおよび下流側に位置するＧＰＦ２２４Ｂは、外筒３１２同士が接触し、かつ、外筒３１２の軸方向が平行となるように管体２２２内に設けられる。

また、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂは、上流排気管１４０ａおよび下流排気管１４０ｂの軸方向と、外筒３１２の軸方向とが交差するように管体２２２内に設けられる。例えば、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂは、外筒３１２の軸方向が鉛直方向となるように、または、外筒３１２の軸方向が鉛直方向から上流側に０度を上回り４５度未満傾斜するように、管体２２２内に設けられる。

また、ＧＰＦ２２４Ａは、外筒３１２における最も上流側かつ鉛直上方の部位Ｍが、管体２２２と非接触となり、かつ、連通箇所２２２ａに臨むように管体２２２内に設けられる。これにより、上記フィルタユニット２２０と同様に、通常運転時において部位Ｍは、排気ガスの熱を効率よく蓄積することができる。また、部位Ｍは、管体２２２と非接触であるため、蓄積した熱が管体２２２を通じて外部に放熱されることを回避可能となる。

また、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂは、管体２２２内を上流空間Ｕと下流空間Ｄとに仕切る。ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂは、上流空間Ｕにセルの上流開口３１８ａが臨み、下流空間Ｄにセルの下流開口３１８ｂが臨むように、管体２２２内に設けられる。

そして、上記したように、連通箇所２２２ａが車体側に設けられ、連通箇所２２２ｂが車体から離隔する方向に設けられ、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂのセル３１６が連通箇所２２２ａと連通箇所２２２ｂと（上流空間Ｕと下流空間Ｄと）を連通する。したがって、外気は、車体側から車体と離隔する方向に流れる。そうすると、ＧＰＦ２２４に堆積された粒子状物質は、部位Ｍの近傍から燃焼しはじめ、その後、下流側、かつ、車体から離隔する方向に延焼する。

したがって、フィルタユニット４２０においても、フィルタユニット２２０と同様に、燃焼熱は、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂにおける車体から離隔する方向に伝搬する。このため、再生処理が実行された際、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂの外筒３１２における最も下流側かつ鉛直下方の部位Ｎは、上流側かつ車体側から伝搬した熱と、粒子状物質の燃焼熱とが合わさり、最も高温となる。

このように、再生処理を実行した際に最も高温となる部位を車体から離隔した位置とすることができる。これにより、再生処理において生じた熱の車体への伝搬を抑制することが可能となる。したがって、熱による車体への影響を抑制することができる。また、第１の変形例のフィルタユニット４２０は、フィルタユニット２２０と異なり、既存のＧＰＦ２２４を採用することができる。

（第２の変形例）
図５は、第２の変形例の排気ガス浄化装置５００の構成を示す概略図である。なお、図５中、信号の流れを破線の矢印で示し、車体を一点鎖線で示す。また、図５中、理解を容易にするために、三元触媒２１０、酸素含有ガス供給部２３０を省略する。また、上記排気ガス浄化装置２００のフィルタユニット２２０、フィルタユニット４２０と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

排気ガス浄化装置５００は、堆積量推定部１９４と、供給制御部１９６と、切替制御部５９０と、三元触媒２１０と、フィルタユニット５２０と、第１バルブ（切替機構）５３０と、第２バルブ（切替機構）５４０と、酸素含有ガス供給部２３０とを含む。排気ガス浄化装置５００は、車体の下方に設けられる。

フィルタユニット５２０は、フィルタユニット４２０と同様に、管体２２２内に、２つのＧＰＦ２２４（図５中、２２４Ａ、２２４Ｂで示す）が設けられている。なお、下流側に位置するＧＰＦ２２４Ｂは、フィルタユニット４２０とは異なり、外筒３１２が管体２２２から離隔して管体２２２内に設けられる。また、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂは、外筒３１２の軸方向が鉛直方向となるように、管体２２２内に設けられる。

第１バルブ５３０は、上流空間Ｕに設けられる。第１バルブ５３０は、回転軸５３２と、弁体５３４とを有する。回転軸５３２は、管体２２２における上流空間Ｕを区画する部分、詳細には管体２２２の上面に設けられる。弁体５３４は、回転軸５３２に接続され、回転軸５３２によって回転自在となっている。弁体５３４は、先端が、ＧＰＦ２２４Ａの外筒３１２と、ＧＰＦ２２４Ｂの外筒３１２との接触箇所（詳細には接触箇所の上端）に当接可能となっている。

第１バルブ５３０は、後述する切替制御部５９０によって、弁体５３４が外筒３１２の接触箇所に当接している第１状態と、弁体５３４が外筒３１２の接触箇所から離隔している第２状態とに切り替わる。

第２バルブ５４０は、上流空間Ｕと下流空間Ｄの連通空間に設けられる。第２バルブ５４０は、回転軸５４２と、弁体５４４とを有する。回転軸５４２は、ＧＰＦ２２４Ｂの外筒３１２における下流側に設けられる。弁体５４４は、回転軸５４２に接続され、回転軸５４２によって回転自在となっている。弁体５４４は、先端が、管体２２２における上流空間Ｕを区画する部分２２２ｕ、および、管体２２２における下流空間Ｄを区画する部分２２２ｄに当接可能となっている。

第２バルブ５４０は、切替制御部５９０によって、弁体５４４が部分２２２ｕに当接している第３状態と、弁体５４４が部分２２２ｄに当接している第４状態とに切り替わる。

切替制御部５９０は、第１バルブ５３０を第１状態とし、第２バルブ５４０を第４状態とする直列状態と、第１バルブ５３０を第２状態とし、第２バルブ５４０を第３状態とする並列状態とに切り替える。

図６は、直列状態と、並列状態とを説明する図である。図６（ａ）は、直列状態について説明する図である。図６（ｂ）は、並列状態について説明する図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）中、排気ガス（または外気）の流れを実線の矢印で示す。

図６（ａ）に示すように、切替制御部５９０が、第１バルブ５３０を第１状態とし、第２バルブ５４０を第４状態としたとする。そうすると、上流排気管１４０ａから管体２２２に導入された排気ガスは、まず、ＧＰＦ２２４Ａ（第１のフィルタ）を上方から下方に向かって（車体と離隔する方向に）通過し、下流空間Ｄに到達する。その後、下流空間Ｄに到達した排気ガスは、ＧＰＦ２２４Ｂ（第２のフィルタ）を下方から上方に向かって（車体に近接する方向に）通過する。そして、ＧＰＦ２２４Ｂを通過した排気ガスは、連通箇所２２２ｂを通じて、下流排気管１４０ｂに導かれる。つまり、直列状態は、ＧＰＦ２２４ＡとＧＰＦ２２４Ｂを直列に配置し、上流排気管１４０ａから管体２２２に導入された排気ガスを、ＧＰＦ２２４Ａに通過させた後、ＧＰＦ２２４Ｂに通過させて下流排気管１４０ｂに導く状態と言える。

また、図６（ｂ）に示すように、切替制御部５９０が、第１バルブ５３０を第２状態とし、第２バルブ５４０を第３状態としたとする。そうすると、上流排気管１４０ａから管体２２２に導入された排気ガスは、ＧＰＦ２２４ＡおよびＧＰＦ２２４Ｂのいずれかを上方から下方に向かって（車体と離隔する方向に）通過し、下流空間Ｄに到達する。その後、下流空間Ｄに到達した排気ガスは、連通箇所２２２ｂを通じて、下流排気管１４０ｂに導かれる。つまり、並列状態は、ＧＰＦ２２４ＡとＧＰＦ２２４Ｂを並列に配置し、上流排気管１４０ａから管体２２２に導入された排気ガスを、ＧＰＦ２２４ＡまたはＧＰＦ２２４Ｂに通過させて下流排気管１４０ｂに導く状態と言える。

このように、切替制御部５９０は、第１バルブ５３０および第２バルブ５４０を制御して、排気ガスの通過経路を直列状態と並列状態とに切替える。例えば、切替制御部５９０は、エンジン１２０の始動時や再生処理を実行する際に、直列状態に切替える。エンジン１２０の始動時は、排気ガス中の粒子状物質の濃度が相対的に高いため、排気ガスの通過経路を直列状態とすることにより、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂに効率よく粒子状物質を捕捉させることができる。また、再生処理を実行する際に、直列状態とすることにより、ＧＰＦ２２４Ａの外筒３１２における最も上流側かつ鉛直上方の部位Ｍを着火点として効率よく燃焼を開始させることができる。また、ＧＰＦ２２４Ｂには、ＧＰＦ２２４Ａによって加熱された外気が供給されるため、ＧＰＦ２２４Ｂにおいて効率よく燃焼を開始させることが可能となる。さらに、ＧＰＦ２２４Ａにおいて浄化しきれなかった成分をＧＰＦ２２４Ｂで浄化させることもできる。

また、切替制御部５９０は、エンジン１２０の暖機が終了した場合や、エンジン１２０が高負荷となっている場合に、排気ガスの通過経路を並列状態に切替える。これにより、直列状態と比較して、ＧＰＦ２２４Ａ、２２４Ｂによる圧力損失を低減することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記実施形態および変形例において、ＥＣＵ１１０が堆積量推定部１９４、供給制御部１９６、切替制御部５９０として機能する構成を例に挙げて説明した。しかし、堆積量推定部１９４、供給制御部１９６、切替制御部５９０は、ＥＣＵ１１０と別体で構成されてもよい。

また、上記実施形態および変形例において、ＧＰＦ２２４としてウォールフロー型のフィルタを例に挙げて説明した。しかし、ＧＰＦ２２４は、少なくとも外筒３１２と、フィルタ壁とを有していればよく、構成に限定はない。

また、上記実施形態におよび変形例において、ＧＰＦ２２４が触媒を含む構成を例に挙げて説明したが、ＧＰＦ２２４は粒子状物質を捕捉できればよく、触媒を含まずともよい。

また、上記実施形態および変形例において、上流排気管１４０ａと管体２２２との連通箇所２２２ａは、車体側に位置し、管体２２２と下流排気管１４０ｂとの連通箇所２２２ｂは、連通箇所２２２ａよりも車体から離隔している場合を例に挙げて説明した。しかし、連通箇所２２２ａは、連通箇所２２２ｂよりも車体から離隔していてもよい。また、連通箇所２２２ａと連通箇所２２２ｂとは同じ位置、つまり、上流排気管１４０ａと下流排気管１４０ｂとが同軸であってもよい。

また、上記実施形態および変形例において、外筒３１２における最も上流側かつ鉛直上方の部位Ｍが、管体２２２と非接触となる構成を例に挙げて説明した。しかし、外筒３１２における上流空間Ｕに位置する部位であって、連通箇所２２２ａから所定範囲内の部位が、管体２２２と非接触となっていればよい。例えば、外筒３１２の連通箇所２２２ａ側の側面であって、上流空間Ｕに位置する部位が管体２２２と非接触になっていてもよい。

また、上記第２の変形例の排気ガス浄化装置５００において、切替機構が第１バルブ５３０および第２バルブ５４０を含む場合を例に挙げて説明した。しかし、切替機構は、上流排気管１４０ａから管体２２２に導入された排気ガスを、第１のフィルタに通過させた後第２のフィルタに通過させて下流排気管１４０ｂに導く直列状態と、第１のフィルタに通過させるとともに第１のフィルタと並行して第２のフィルタに通過させて下流排気管１４０ｂに導く並列状態とに切り替えることができれば、構成に限定はない。

また、上記実施形態および変形例において、酸素含有ガス供給部２３０が酸素含有ガスとして外気を供給する場合を例に挙げて説明した。しかし、酸素含有ガス供給部２３０が供給する酸素含有ガスは、理論空燃比の排気ガスより酸素濃度が高いガスであればよい。

また、上記実施形態において、エンジン１２０としてガソリンエンジンを例に挙げて説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００、５００は、エンジンの種類に限らず（例えば、ディーゼルエンジン）、エンジンから排気された排気ガスに含まれる粒子状物質を取り除くことができる。

本発明は、排気ガス浄化装置に利用できる。

１４０ａ 上流排気管
１４０ｂ 下流排気管
２００、５００ 排気ガス浄化装置
２２２ 管体
２２４ ＧＰＦ（フィルタ）
３１２ 外筒
３１４ フィルタ壁
３１６、３１６Ａ、３１６Ｂ セル
３１８ａ 上流開口
３１８ｂ 下流開口
５３０ 第１バルブ（切替機構）
５４０ 第２バルブ（切替機構）
５９０ 切替制御部（切替機構）

Claims (2)

1. エンジンから排気された排気ガスが通過する上流排気管と、
   前記上流排気管の下流側に接続された管体と、
   前記管体の下流側に接続された下流排気管と、
   前記管体内に設けられ、前記管体内を、前記上流排気管と連通する上流空間と、前記下流排気管と連通する下流空間とに仕切る、少なくとも２つのフィルタと、
   第１の前記フィルタと第２の前記フィルタとを直列に配置して前記上流排気管から前記管体に導入された排気ガスを前記第１のフィルタに通過させた後前記第２のフィルタに通過させて前記下流排気管に導く直列状態と、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを並列に配置して前記上流排気管から前記管体に導入された排気ガスを前記第１のフィルタまたは前記第２のフィルタに通過させて前記下流排気管に導く並列状態とに切り替える切替機構と、
   を備え、
   前記フィルタは、
   外筒と、前記外筒内に設けられたフィルタ壁とを有し、
   前記上流排気管および前記下流排気管の軸方向と、前記外筒の軸方向とが交差するように、前記管体内に設けられ、
   前記外筒における前記上流空間に位置する部位であって、前記上流排気管と前記管体との連通箇所から所定範囲内の部位は、前記管体と非接触であり、
   前記切替機構は、
   前記エンジンの始動時および前記フィルタに対し再生処理を実行している間、前記直列状態とし、
   前記エンジンの暖機が終了した後、前記並列状態とする排気ガス浄化装置。
2. 前記フィルタは、前記エンジンが搭載される車両の車体の下方に配置され、
   前記管体と前記下流排気管との連通箇所は、前記上流排気管と前記管体との連通箇所よりも前記車体から離隔している請求項１に記載の排気ガス浄化装置。

Images