JP2003138924A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パティキュレートフィルタと、パティキュレ
ートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転するた
めの切換部と、ＮＯ_X浄化触媒装置とを具備し、ＮＯ_X浄
化触媒装置における反応熱をパティキュレートフィルタ
の昇温に効果的に利用可能とすることである。 【解決手段】 排気通路に配置されたＮＯ_X浄化触媒装
置７６と、ＮＯ_X浄化触媒装置の直下流側において排気
通路を横断方向に貫通するケース７７と、ケース内に配
置されてパティキュレートを捕集して酸化させるパティ
キュレートフィルタ７０と、ケースの貫通位置より下流
側において排気通路に配置された切換部７１、とを具備
し、排気通路内においてケース回りを通過した排気ガス
が切換部を介してケース内のパティキュレートフィルタ
を通過するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの
排気ガス中には煤を主成分とするパティキュレートが含
まれている。パティキュレートは有害物質であるため
に、大気放出以前にパティキュレートを捕集するための
フィルタを機関排気系に配置することが提案されてい
る。このようなフィルタは、目詰まりによる排気抵抗の
増加を防止するために、捕集したパティキュレートを焼
失させることが必要である。

【０００３】このようなフィルタ再生において、パティ
キュレートは約６００°Ｃとなれば着火燃焼するが、デ
ィーゼルエンジンの排気ガス温度は、通常時において６
００°Ｃよりかなり低く、通常はフィルタ自身を加熱す
る等の手段が必要である。

【０００４】特公平７−１０６２９０号公報には、白金
族金属とアルカリ土金属酸化物とをフィルタに担持させ
れば、フィルタ上のパティキュレートは、ディーゼルエ
ンジンの通常時の排気ガス温度である約４００°Ｃで連
続的に焼失することが開示されている。

【０００５】しかしながら、このフィルタを使用して
も、常に排気ガス温度が４００°Ｃ程度となっていると
は限らず、また、運転状態によってはディーゼルエンジ
ンから多量のパティキュレートが放出されることもあ
り、各時間で焼失できなかったパティキュレートがフィ
ルタ上に徐々に堆積することがある。

【０００６】このフィルタにおいて、ある程度パティキ
ュレートが堆積すると、パティキュレート焼失能力が極
端に低下するために、もはや自身でフィルタを再生する
ことはできない。このように、この種のフィルタを単に
機関排気系に配置しただけでは、比較的早期に目詰まり
が発生して機関出力の大幅低下がもたらされることがあ
る。

【０００７】この問題を解決するために、この種のパテ
ィキュレートフィルタをウォールフロー型として排気上
流側と排気下流側とを逆転することにより、捕集壁の両
側を交互に捕集面として使用することが考えられる。こ
うすることにより、捕集壁の一方側でパティキュレート
を捕集している間は、捕集壁の他方側において捕集した
パティキュレートを焼失することができ、パティキュレ
ートフィルタの目詰まりを防止することが可能となる。

【０００８】パティキュレートフィルタにおける排気上
流側と排気下流側との逆転を可能とするためには、機関
排気系に切換部を設け、この切換部の下流側にパティキ
ュレートフィルタを配置することとなる。

【０００９】ところで、ディーゼルエンジンの排気ガス
中には、パティキュレートの他にも有害物質であるＮＯ
_Xが含まれており、このＮＯ_Xを浄化するためのＮＯ_X浄
化触媒装置を機関排気系に配置しなければならない。

【００１０】前述したパティキュレートフィルタにおい
てパティキュレートを良好に焼失するためには、パティ
キュレートフィルタの温度は高い方が好ましい。それに
より、ＮＯ_X浄化触媒装置をパティキュレートフィルタ
の上流側に配置し、ＮＯ_X浄化触媒装置におけるＮＯ_X浄
化の反応熱をパティキュレートフィルタの昇温に利用す
ることが考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単にＮ
Ｏ_X浄化触媒装置をパティキュレートフィルタの上流側
に配置しても、ＮＯ_X浄化触媒装置は切換部の上流側に
配置されることとなるために、ＮＯ_X浄化触媒装置にお
ける反応熱は切換部を介してしかパティキュレートフィ
ルタへ流入せず、実際的には、反応熱によってパティキ
ュレートフィルタを効果的に昇温させることは困難であ
る。

【００１２】従って、本発明の目的は、パティキュレー
トフィルタと、パティキュレートフィルタの排気上流側
と排気下流側とを逆転するための切換部と、ＮＯ_X浄化
触媒装置とを具備し、ＮＯ_X浄化触媒装置における反応
熱をパティキュレートフィルタの昇温に効果的に利用可
能な内燃機関の排気浄化装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置され
たＮＯ_X浄化触媒装置と、前記ＮＯ_X浄化触媒装置の直下
流側において前記排気通路を横断方向に貫通するケース
と、前記ケース内に配置されてパティキュレートを捕集
するパティキュレートフィルタと、前記ケースの貫通位
置より下流側において前記排気通路に配置された切換
部、とを具備し、前記排気通路内において前記ケース回
りを通過した排気ガスが前記切換部を介して前記ケース
内の前記パティキュレートフィルタを通過するようにな
っており、前記切換部によって前記パティキュレートフ
ィルタの排気上流側と排気下流側とが逆転可能であり、
前記パティキュレートフィルタにおいては捕集したパテ
ィキュレートが酸化させられることを特徴とする。

【００１４】また、本発明による請求項２に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタに
は活性酸素放出剤が担持され、前記活性酸素放出剤から
放出される活性酸素がパティキュレートを酸化すること
を特徴とする。

【００１５】また、本発明による請求項３に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記活性酸素放出剤は、周囲に過
剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周
囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形
で放出することを特徴とする。

【００１６】また、本発明による請求項４に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記活性酸素放出剤は、周囲に過
剰酸素が存在するとＮＯ_Xを酸素と結合させて保持しか
つ周囲の酸素濃度が低下すると結合させたＮＯ_X及び酸
素をＮＯ_Xと活性酸素とに分解して放出することを特徴
とする。

【００１７】また、本発明による請求項５に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記ＮＯ_X浄化触媒装置は、近傍
雰囲気が、リーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、理論空
燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Xを放出して還元浄化
するＮＯ_X吸蔵還元触媒を担持していることを特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による排気浄化装
置を備える４ストロークディーゼルエンジンの概略縦断
面図を示しており、図２は図１のディーゼルエンジンに
おける燃焼室の拡大縦断面図であり、図３は図１のディ
ーゼルエンジンにおけるシリンダヘッドの底面図であ
る。図１から図３を参照すると、１は機関本体、２はシ
リンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、
５ａはピストン４の頂面上に形成されたキャビティ、５
はキャビティ５ａ内に形成された燃焼室、６は電気制御
式燃料噴射弁、７は一対の吸気弁、８は吸気ポート、９
は一対の排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポ
ート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１
２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介
してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内
には電気モータ１５により駆動されるスロットル弁１６
が配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド
１７へ接続される。

【００１９】図１に示されるように排気マニホルド１７
内には空燃比センサ２１が配置される。排気マニホルド
１７とサージタンク１２とはＥＧＲ通路２２を介して互
いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電気制御式ＥＧＲ
制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２２回りに
はＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスを冷却するため
の冷却装置２４が配置される。図１に示される実施例で
は機関冷却水が冷却装置２４内に導かれ、機関冷却水に
よってＥＧＲガスが冷却される。

【００２０】一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結
される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレ
ール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介し
て燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコ
モンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基
づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。

【００２１】３０は電子制御ユニットであり、空燃比セ
ンサ２１の出力信号と、燃料圧センサ２８の出力信号と
が入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセル
ペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する
負荷センサ４１が接続され、電子制御ユニット３０に
は、負荷センサ４１の出力信号も入力され、さらに、ク
ランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルス
を発生するクランク角センサ４２の出力信号も入力され
る。こうして、電子制御ユニット３０は、各種信号に基
づき、燃料噴射弁６、電気モータ１５、ＥＧＲ制御弁２
３、燃料ポンプ２７、及び、詳しくは後述する切換部７
１内の弁体７１ａを作動する。

【００２２】図２及び図３に示されるように本発明によ
る実施例では燃料噴射弁６が６個のノズル口を有するホ
ールノズルからなり、燃料噴射弁６のノズル口からは水
平面に対しやや下向きに等角度間隔でもって燃料Ｆが噴
射される。図３に示されるように６個の燃料噴霧Ｆのう
ちで２個の燃料噴霧Ｆは各排気弁９の弁体の下側面に沿
って飛散する。図２及び図３は圧縮行程末期に燃料噴射
が行われた時を示している。この時には燃料噴霧Ｆはキ
ャビティ５ａの内周面に向けて進み、次いで着火燃焼せ
しめられる。

【００２３】図４は排気行程中において排気弁９のリフ
ト量が最大の時に燃料噴射弁６から追加の燃料が噴射さ
れた場合を示している。即ち、図５に示されるように圧
縮上死点付近において主噴射Ｑｍが行われ、次いで排気
行程の中ほどで追加の燃料Ｑａが噴射された場合を示し
ている。この場合、排気弁９の弁体方向に進む燃料噴霧
Ｆは排気弁９の傘部背面と排気ポート１０との間に向か
う。即ち、云い換えると燃料噴射弁６の６個のノズル口
のうちで２個のノズル口は、排気弁９が開弁している時
に追加の燃料Ｑａの噴射が行われると燃料噴霧Ｆが排気
弁９の傘部背面と排気ポート１０との間に向かうように
形成されている。なお、図４に示す実施例ではこの時に
燃料噴霧Ｆが排気弁９の傘部背面に衝突し、排気弁９の
傘部背面に衝突した燃料噴霧Ｆは排気弁９の傘部背面上
において反射し、排気ポート１０内に向かう。

【００２４】なお通常は追加の燃料Ｑａは噴射されず、
主噴射Ｑｍのみが行われる。図６は機関低負荷運転時に
おいてスロットル弁１６の開度及びＥＧＲ率を変化させ
ることにより空燃比Ａ／Ｆ（図６の横軸）を変化させた
ときの出力トルクの変化、及びスモーク、ＨＣ、ＣＯ、
ＮＯ_xの排出量の変化を示す実験例を表わしている。図
６からわかるようにこの実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さ
くなるほどＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１
４．６）以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上
となっている。

【００２５】図６に示されるようにＥＧＲ率を増大する
ことにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が
４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度にな
った時にスモークの発生量が増大を開始する。次いで、
更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくするとスモ
ークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで
更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると今度
はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセント
以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとスモー
クがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくな
る。この時に機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯ
_xの発生量がかなり低くなる。一方、この時にＨＣ及び
ＣＯの発生量は増大し始める。

【００２６】図７（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近でス
モークの発生量が最も多い時の燃焼室５内の燃焼圧変化
を示しており、図７（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近で
スモークの発生量がほぼ零の時の燃焼室５内における燃
焼圧の変化を示している。図７（Ａ）と図７（Ｂ）とを
比較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零であ
る図７（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図７
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。

【００２７】図６及び図７に示される実験結果から次の
ことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１５．
０以下でスモークの発生量がほぼ零の時には図６に示さ
れるようにＮＯ_xの発生量がかなり低下する。ＮＯ_xの発
生量が低下したということは燃焼室５内の燃焼温度が低
下していることを意味しており、従って煤がほとんど発
生しない時には燃焼室５内の燃焼温度が低くなっている
と言える。同じことが図７からも言える。即ち、煤がほ
とんど発生していない図７（Ｂ）に示す状態では燃焼圧
が低くなっており、従ってこの時に燃焼室５内の燃焼温
度は低くなっていることになる。

【００２８】第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図６に示されるようにＨＣ及びＣＯの
排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長せ
ずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に含
まれる図８に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族炭
化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱分
解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が集
合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際の
煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような形
態をとるかは明確ではないがいずれにしても図８に示さ
れるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長する
ことになる。従って、上述したように煤の発生量がほぼ
零になると図６に示される如くＨＣ及びＣＯの排出量が
増大するがこの時のＨＣは煤の前駆体又はその前の状態
の炭化水素である。

【００２９】図６及び図７に示される実験結果に基づく
これらの考察をまとめると燃焼室５内の燃焼温度が低い
時には煤の発生量がほぼ零になり、この時には煤の前駆
体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室５から排出され
ることになる。このことについて更に詳細に実験研究を
重ねた結果、燃焼室５内における燃料及びその周囲のガ
ス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程が途
中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼室５
内における燃料及びその周囲の温度が或る温度以下にな
ると煤が生成されることが判明したのである。

【００３０】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止する時の燃料及びその周囲の温度、即ち上
述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種々の
要因によって変化するので何度であるかということは言
えないが、この或る温度はＮＯ_xの発生量と深い関係を
有しており、従ってこの或る温度はＮＯ_xの発生量から
或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増大
するほど燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度は低下
し、ＮＯ_xの発生量が低下する。この時においてＮＯ_xの
発生量が１０p.p.m前後又はそれ以下になった時に煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
_xの発生量が１０p.p.m前後又はそれ以下になった時の温
度にほぼ一致する。

【００３１】一旦、煤が生成されるとこの煤は単に酸化
機能を有する触媒を用いた後処理でもって浄化すること
はできない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態
の炭化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でも
って容易に浄化することができる。このように、ＮＯ_x
の発生量を低減すると共に炭化水素を煤の前駆体又はそ
の前の状態で燃焼室５から排出させることは排気ガスの
浄化に極めて有効である。

【００３２】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室５内における燃焼時の燃
料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも
低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料及びそ
の周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際の燃
料回りにおけるガスの吸熱作用が極めて大きく影響する
ことが判明している。

【００３３】即ち、燃料回りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料回りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、この時には燃料から離れている空気は燃料の
燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には燃
焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱を
受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。

【００３４】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は回りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。

【００３５】この場合、燃料及びその周囲のガス温度を
煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそう
するのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量が
必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不活
性ガス量はそれに伴って増大することになる。なお、こ
の場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用は強力
となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが好まし
いことになる。この点、ＣＯ₂やＥＧＲガスは比較的比
熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いるこ
とは好ましいと言える。

【００３６】図９は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
い、ＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とス
モークとの関係を示している。即ち、図９において曲線
ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９
０°Ｃに維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷
却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線
ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示して
いる。

【００３７】図９の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガス
を強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図９の曲線Ｂで示さ
れるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率
が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。

【００３８】また、図９の曲線Ｃで示されるようにＥＧ
Ｒガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５
５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図９は機関負荷が比
較的高い時のスモークの発生量を示しており、機関負荷
が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率は若
干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下限
も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなくな
るＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷に
応じて変化する。

【００３９】図１０は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
いた場合において燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、及びこの混合ガス量
中の空気の割合、及びこの混合ガス中のＥＧＲガスの割
合を示している。なお、図１０において縦軸は燃焼室５
内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは過
給が行われないときに燃焼室５内に吸入しうる全吸入ガ
ス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してお
り、Ｚ１は低負荷運転領域を示している。

【００４０】図１０を参照すると空気の割合、即ち混合
ガス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめる
のに必要な空気量を示している。即ち、図１０に示され
る場合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比とな
っている。一方、図１０においてＥＧＲガスの割合、即
ち混合ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめら
れたときに燃料及びその周囲のガス温度を煤が形成され
る温度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガ
ス量を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表わ
すとほぼ５５パーセント以上であり、図１０に示す実施
例では７０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に
吸入された全吸入ガス量を図１０において実線Ｘとし、
この全吸入ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との
割合を図１０に示すような割合にすると燃料及びその周
囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度とな
り、斯くして煤が全く発生しなくなる。また、この時の
ＮＯ_x発生量は１０p.p.m前後、又はそれ以下であり、従
ってＮＯ_xの発生量は極めて少量となる。

【００４１】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料及びその周囲のガス温度を
煤が生成される温度よりも低い温度に維持するためには
ＥＧＲガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図１０に示されるようにＥＧＲガス量は噴射
燃料量が増大するにつれて増大せしめなければならな
い。即ち、ＥＧＲガス量は要求負荷が高くなるにつれて
増大する必要がある。

【００４２】一方、図１０の負荷領域Ｚ２では煤の発生
を阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘが吸入しうる全吸
入ガス量Ｙを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生
を阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘを燃焼室５内に供
給するにはＥＧＲガス及び吸入空気の双方、或いはＥＧ
Ｒガスを過給又は加圧する必要がある。ＥＧＲガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Ｚ２では全吸入ガ
ス量Ｘは吸入しうる全吸入ガス量Ｙに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてＥＧＲガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。

【００４３】前述したように図１０は燃料を理論空燃比
のもとで燃焼させる場合を示しているが図１０に示され
る低負荷運転領域Ｚ１において空気量を図１０に示され
る空気量よりも少なくても、即ち空燃比をリッチにして
も煤の発生を阻止しつつＮＯ _xの発生量を１０p.p.m前後
又はそれ以下にすることができ、また図１０に示される
低負荷領域Ｚ１において空気量を図１０に示される空気
量よりも多くしても、即ち空燃比の平均値を１７から１
８のリーンにしても煤の発生を阻止しつつＮＯ _xの発生
量を１０p.p.m前後又はそれ以下にすることができる。

【００４４】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、この時にはＮＯ_xも極めて少量しか
発生しない。一方、平均空燃比がリーンの時、或いは空
燃比が理論空燃比の時でも燃焼温度が高くなれば少量の
煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑制
されているので煤は全く生成されない。更に、ＮＯ_xも
極めて少量しか発生しない。

【００４５】このように、機関低負荷運転領域Ｚ１では
空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろう
と、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーン
であろうと煤が発生されず、ＮＯ_xの発生量が極めて少
量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのとき
平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。

【００４６】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料及
びその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止す
る温度以下に抑制するためには、比較的機関負荷が低く
て燃焼による発熱量が少ない時の方が好ましい。従って
本発明による実施例では機関負荷が比較的低い時には燃
焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素の成長が
途中で停止する温度以下に抑制して第一燃焼、即ち低温
燃焼を行うようにし、機関負荷が比較的高いときには第
二燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼を行うよ
うにしている。なお、ここで第一燃焼、即ち低温燃焼と
はこれまでの説明から明らかなように煤の発生量が最大
となる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言い、第二
燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発
生量が最大となる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不
活性ガス量が少ない燃焼のことを言う。

【００４７】図１１は第一燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第１の運転領域Ｉと、第二燃焼、即ち従来の燃焼方法
による燃焼が行われる第２の燃焼領域IIとを示してい
る。なお、図１１において縦軸Ｌはアクセルペダル４０
の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Ｎは機関
回転数を示している。また、図１１においてＸ（Ｎ）は
第１の運転領域Ｉと第２の運転領域IIとの第１の境界を
示しており、Ｙ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転
領域IIとの第２の境界を示している。第１の運転領域Ｉ
から第２の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第１の
境界Ｘ（Ｎ）に基づいて行われ、第２の運転領域IIから
第１の運転領域Ｉへの運転領域の変化判断は第２の境界
Ｙ（Ｎ）に基づいて行われる。

【００４８】即ち、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ
にあって低温燃焼が行われている時に要求負荷Ｌが機関
回転数Ｎの関数である第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると運
転領域が第２の運転領域IIに移ったと判断され、従来の
燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Ｌが機
関回転数Ｎの関数である第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低く
なると運転領域が第１の運転領域Ｉに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。

【００４９】図１２は空燃比センサ２１の出力を示して
いる。図１２に示されるように空燃比センサ２１の出力
電流Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従って空燃比
センサ２１の出力電流Ｉから空燃比を知ることができ
る。次に図１３を参照しつつ第１の運転領域Ｉ及び第２
の運転領域IIにおける運転制御について概略的に説明す
る。

【００５０】図１３は要求負荷Ｌに対するスロットル弁
１６の開度、ＥＧＲ制御弁２３の開度、ＥＧＲ率、空燃
比、噴射時期及び噴射量を示している。図１３に示され
るように要求負荷Ｌの低い第１の運転領域Ｉではスロッ
トル弁１６の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉
近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制
御弁２３の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近
くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図１３
に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ
７０パーセントとされており、空燃比はわずかばかりリ
ーンなリーン空燃比とされている。

【００５１】言い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ
率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁１６の
開度及びＥＧＲ制御弁２３の開度が制御される。なお、
この時の空燃比は空燃比センサ２１の出力信号に基づい
てＥＧＲ制御弁２３の開度を補正することによって目標
リーン空燃比に制御される。また、第１の運転領域Ｉで
は圧縮上死点ＴＤＣ前に燃料噴射が行われる。この場
合、噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌが高くなるにつれて
遅くなり、噴射完了時期θＥも噴射開始時期θＳが遅く
なるにつれて遅くなる。

【００５２】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁１６は全閉近くまで閉弁され、この時にはＥＧＲ制御
弁２３も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁
１６を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室５内の
圧力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力
が小さくなるとピストン４による圧縮仕事が小さくなる
ために機関本体１の振動が小さくなる。即ち、アイドリ
ング運転時には機関本体１の振動を抑制するためにスロ
ットル弁１６が全閉近くまで閉弁せしめられる。

【００５３】一方、機関の運転領域が第１の運転領域Ｉ
から第２の運転領域IIに変わるとスロットル弁１６の開
度が半開状態から全開方向へステップ状に増大せしめら
れる。この時に図１３に示す例ではＥＧＲ率がほぼ７０
パーセントから４０パーセント以下までステップ状に減
少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。即
ち、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲
（図９）を飛び越えるので機関の運転領域が第１の運転
領域Ｉから第２の運転領域IIに変わるときに多量のスモ
ークが発生することがない。

【００５４】第２の運転領域IIでは従来から行われてい
る燃焼が行われる。この燃焼方法では煤及びＮＯ_Xが若
干発生するが低温燃焼に比べて熱効率は高く、従って機
関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域II
に変わると図１３に示されるように噴射量がステップ状
に低減せしめられる。

【００５５】第２の運転領域IIではスロットル弁１６は
一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２３の
開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。こ
の運転領域IIではＥＧＲ率は要求負荷Ｌが高くなるほど
低くなり、空燃比は要求負荷Ｌが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求負荷Ｌが高くなってもリーン
空燃比とされる。また、第２の運転領域IIでは噴射開始
時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。

【００５６】図１４は第１の運転領域Ｉにおける空燃比
Ａ／Ｆを示している。図１４において、Ａ／Ｆ＝１５．
５、Ａ／Ｆ＝１６、Ａ／Ｆ＝１７、Ａ／Ｆ＝１８で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が１５．５、１６、１７、１８
である時を示しており、各曲線間の空燃比は比例配分に
より定められる。図１４に示されるように第１の運転領
域Ｉでは空燃比がリーンとなっており、更に第１の運転
領域Ｉでは要求負荷Ｌが低くなるほど空燃比Ａ／Ｆがリ
ーンとされる。

【００５７】即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少なくなる。従って要求負荷Ｌが低くなるほ
どＥＧＲ率を低下させても低温燃焼を行うことができ
る。ＥＧＲ率を低下させると空燃比は大きくなり、従っ
て図１４に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれ
て空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆが大きく
なるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比
をリーンにするために本実施例では要求負荷Ｌが低くな
るにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。

【００５８】なお、空燃比を図１４に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁１６の目標開度ＳＴが図１
５（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎ
の関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶され
ており、空燃比を図１４に示す目標空燃比とするのに必
要なＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥが図１５（Ｂ）に
示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数とし
てマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

【００５９】図１６は第二燃焼、即ち従来の燃焼方法に
よる普通の燃焼が行われるときの目標空燃比を示してい
る。なお、図１６においてＡ／Ｆ＝２４、Ａ／Ｆ＝３
５、Ａ／Ｆ＝４５、Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫
々目標空燃比２４、３５、４５、６０を示している。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁１
６の目標開度ＳＴが図１７（Ａ）に示されるように要求
負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予め
ＲＯＭ３２内に記憶されており、空燃比をこの目標空燃
比とするのに必要なＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥが
図１７（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転
数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶
されている。

【００６０】こうして、本実施例のディーゼルエンジン
では、アクセルペダル４０の踏み込み量Ｌ及び機関回転
数Ｎとに基づき、第一燃焼、すなわち、低温燃焼と、第
二燃焼、すなわち、普通の燃焼とが切り換えられ、各燃
焼において、アクセルペダル４０の踏み込み量Ｌ及び機
関回転数Ｎとに基づき、図１５又は図１７に示すマップ
によってスロットル弁１６及びＥＧＲ弁の開度制御が実
施される。

【００６１】図１８は排気浄化装置を示す平面図であ
り、図１９はその側面図である。本排気浄化装置は、排
気マニホルド１７の下流側に排気管１８を介して接続さ
れた第一拡管部７４と、第一拡管部７４の直下流側に接
続された第二拡管部７５と、第二拡管部７５の直下流側
に接続された切換部７１と、切換部７１の下流側の排気
管７３とを具備している。第一拡管部７４内にはＮＯ_X
浄化触媒装置７６が配置され、第二拡管部７５を横断方
向に貫通するケース７７内にはパティキュレートフィル
タ７０が配置されている。こうして、排気ガスは、図１
９に矢印で示すように、第一拡管部７４内のＮＯ_X浄化
触媒装置７６を通過した後に第二拡管部７５内をケース
７７の回りを通り切換部７１に達する。

【００６２】ケース７７の一方側開口は第一接続部７２
ａによって切換部７１と接続され、また、ケース７７の
他方側開口は第二接続部７２ｂによって切換部７１と接
続されている。切換部７１は、切換部７１内で排気流れ
を遮断することを可能とする弁体７１ａを具備してい
る。弁体７１ａは、負圧アクチュエータ又はステップモ
ータ等によって駆動される。弁体７１ａの第一遮断位置
において、切換部７１内の上流側が第一接続部７２ａと
連通されると共に切換部７１内の下流側が第二接続部７
２ｂと連通される。それにより、前述したようにＮＯ_X
浄化触媒装置７６を通過した後に切換部７１に達した排
気ガスは、図１８に矢印で示すように、パティキュレー
トフィルタ７０をケース７７の一方側開口から他方側開
口へ向けて通過する。

【００６３】また、図２０は、弁体７１ａの第二遮断位
置を示している。この遮断位置において、切換部７１内
の上流側が第二接続部７２ｂと連通されると共に切換部
７１内の下流側が第一接続部７２ａと連通される。それ
により、ＮＯ_X浄化触媒装置７６を通過した後に切換部
７１に達した排気ガスは、図２０に矢印で示すように、
パティキュレートフィルタ７０をケース７７の他方側開
口から一方側開口へ向けて通過する。こうして、弁体７
１ａを第一遮断位置及び第二遮断位置の一方から他方へ
切り換えることによって、パティキュレートフィルタ７
０へ流入する排気ガスの方向を逆転することができ、す
なわち、パティキュレートフィルタ７０の排気上流側と
排気下流側とを逆転することが可能となる。

【００６４】また、パティキュレートフィルタにおいて
は、排気ガスの流入を容易にするために大きな開口面積
が必要とされるが、本排気浄化装置では、車両搭載性を
悪化させることなく、図１８及び１９に示すように大き
な開口面積を有するパティキュレートフィルタを使用可
能である。

【００６５】図２１にパティキュレートフィルタ７０の
構造を示す。なお、図２１において、（Ａ）はパティキ
ュレートフィルタ７０の正面図であり、（Ｂ）は側面断
面図である。これらの図に示すように、本パティキュレ
ートフィルタ７０は、長円正面形状を有し、例えば、コ
ージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム
構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に
延在する隔壁５４によって細分された多数の軸線方向空
間を有している。隣接する二つの軸線方向空間におい
て、栓５３によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他
方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つ
の軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路５０とな
り、他方は流出通路５１となり、排気ガスは、図２１
（Ｂ）に矢印で示すように、必ず隔壁５４を通過する。
排気ガス中のパティキュレートは、隔壁５４の細孔の大
きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁５４の
排気上流側表面及び隔壁５４内の細孔表面上に衝突して
捕集される。こうして、各隔壁５４は、パティキュレー
トを捕集する捕集壁として機能する。本パティキュレー
トフィルタ７０において、捕集されたパティキュレート
を酸化除去するために、隔壁５４の両側表面上、及び、
好ましくは隔壁５４内の細孔表面上にもアルミナ等を使
用して以下に説明する活性酸素放出剤と貴金属触媒とが
担持されている。

【００６６】活性酸素放出剤とは、活性酸素を放出する
ことによってパティキュレートの酸化を促進するもので
あり、好ましくは、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を
取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると
保持した酸素を活性酸素の形で放出するものである。

【００６７】貴金属触媒としては、通常、白金Ｐｔが用
いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナト
リウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウム
Ｒｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウム
Ｃａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、
ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類、および
遷移金属から選ばれた少なくとも一つが用いられてい
る。

【００６８】なお、この場合、活性酸素放出剤として
は、カルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ
金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウム
Ｌｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、
ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。

【００６９】次に、このような活性酸素放出剤を担持す
るパティキュレートフィルタによって、捕集されたパテ
ィキュレートがどのように酸化除去されるかについて、
白金ＰｔおよびカリウムＫの場合を例にとって説明す
る。他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希
土類、遷移金属を用いても同様なパティキュレート除去
作用が行われる。

【００７０】ディーゼルエンジンでは通常空気過剰のも
とで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を
含んでいる。即ち、吸気通路および燃焼室内に供給され
た空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、こ
の空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室内ではＮ
Ｏが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。
また、燃料中にはイオウＳが含まれており、このイオウ
Ｓは燃焼室内で酸素と反応してＳＯ₂となる。従って排
気ガス中にはＳＯ₂が含まれている。従って過剰酸素、
ＮＯおよびＳＯ₂を含んだ排気ガスがパティキュレート
フィルタ７０の排気上流側へ流入することになる。

【００７１】図２２（Ａ）及び（Ｂ）はパティキュレー
トフィルタ７０における排気ガス接触面の拡大図を模式
的に表わしている。なお、図２２（Ａ）及び（Ｂ）にお
いて６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウ
ムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。

【００７２】上述したように排気ガス中には多量の過剰
酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフ
ィルタの排ガス接触面内に接触すると、図２２（Ａ）に
示されるようにこれら酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白
金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白
金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる
（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次いで生成されたＮＯ₂の
一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内
に吸収され、カリウムＫと結合しながら図２２（Ａ）に
示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で活性酸素放出剤
６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ₃を生成する。こ
のようにして、本実施例では、排気ガスに含まれるＮＯ
_xをパティキュレートフィルタ７０に吸収し、大気中へ
の放出量を減少させることができる。

【００７３】一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ
₂も含まれており、このＳＯ₂もＮＯと同様なメカニズム
によって活性酸素放出剤６１内に吸収される。即ち、上
述したように酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの
表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ₂は白金Ｐｔの
表面でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応してＳＯ₃となる。次いで生
成されたＳＯ₃の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ
活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合し
ながら硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で活性酸素放出剤６１内
に拡散し、硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄を生成する。このよう
にして活性酸素放出触媒６１内には硝酸カリウムＫＮＯ
₃および硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄が生成される。

【００７４】排気ガス中のパティキュレートは、図２２
（Ｂ）において６２で示されるように、パティキュレー
トフィルタに担持された活性酸素放出剤６１の表面上に
付着する。この時、パティキュレート６２と活性酸素放
出剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度
が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との
間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸
素がパティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接
触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放
出剤６１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ₃がカ
リウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏがパティ
キュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向か
い、ＮＯが活性酸素放出剤６１から外部に放出される。
外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸
化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。

【００７５】一方、このとき活性酸素放出剤６１内に形
成されている硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄もカリウムＫと酸素
ＯとＳＯ₂とに分解され、酸素Ｏがパティキュレート６
２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＳＯ₂が
活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出
されたＳＯ₂は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、
再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。但し、硫酸カ
リウムＫ₂ＳＯ₄は、安定化しているために、硝酸カリウ
ムＫＮＯ₃に比べて活性酸素を放出し難い。

【００７６】一方、パティキュレート６２と活性酸素放
出剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮ
Ｏ₃や硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄のような化合物から分解さ
れた酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエ
ネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従って
パティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面
に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。これら活性酸
素Ｏがパティキュレート６２に接触するとパティキュレ
ート６２は数分から数十分の短時間で輝炎を発すること
なく酸化せしめられる。また、パティキュレート６２を
酸化する活性酸素Ｏは、活性酸素放出剤６１へＮＯ及び
ＳＯ₂が吸収されている時にも放出される。すなわち、
ＮＯ_Xは酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつ活性酸
素放出剤６１内において硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で拡散す
るものと考えられ、この間にも活性酸素が発生する。パ
ティキュレート６２はこの活性酸素によっても酸化せし
められる。また、このようにパティキュレートフィルタ
７０上に付着したパティキュレート６２は活性酸素Ｏに
よって酸化せしめられるがこれらパティキュレート６２
は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。

【００７７】ところで白金Ｐｔ及び活性酸素放出剤６１
はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど活性
化するので単位時間当りに活性酸素放出剤６１から放出
される活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタの温
度が高くなるほど増大する。また、当然のことながら、
パティキュレート自身の温度が高いほど酸化除去され易
くなる。従ってパティキュレートフィルタ上において単
位時間当りに輝炎を発することなくパティキュレートを
酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレー
トフィルタの温度が高くなるほど増大する。

【００７８】図２３の実線は単位時間当りに輝炎を発す
ることなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示
しており、図２３において横軸はパティキュレートフィ
ルタの温度ＴＦを示している。なお、図２３は単位時間
を１秒とした場合の、すなわち、１秒当たりの酸化除去
可能微粒子量Ｇを示しているがこの単位時間としては、
１分、１０分等任意の時間を採用することができる。例
えば、単位時間として１０分を用いた場合には単位時間
当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇは１０分間当たりの酸
化除去可能微粒子量Ｇを表わすことになり、この場合で
もパティキュレートフィルタ７０上において単位時間当
たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可
能微粒子量Ｇは図２３に示されるようにパティキュレー
トフィルタ７０の温度が高くなるほど増大する。

【００７９】さて、単位時間当りに燃焼室から排出され
るパティキュレートの量を排出微粒子量Ｍと称するとこ
の排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少な
い時、例えば、１秒当たりの排出微粒子量Ｍが１秒当た
りの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ない時、或いは１
０分当たりの排出微粒子量Ｍが１０分当たりの酸化除去
可能微粒子量Ｇより少ない時、即ち図２３の領域Ｉでは
燃焼室から排出された全てのパティキュレートがパティ
キュレートフィルタ７０上において輝炎を発することな
く順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。

【００８０】これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可
能微粒子量Ｇよりも多い時、即ち図２３の領域IIでは全
てのパティキュレートを順次酸化するには活性酸素量が
不足している。図２４（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合
におけるパティキュレートの酸化の様子を示している。

【００８１】即ち、全てのパティキュレートを酸化する
には活性酸素量が不足している場合には図２４（Ａ）に
示すようにパティキュレート６２が活性酸素放出剤６１
上に付着するとパティキュレート６２の一部のみが酸化
され、十分に酸化されなかったパティキュレート部分が
パティキュレートフィルタの排気上流側面上に残留す
る。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると
次から次へと酸化されなかったパティキュレート部分が
排気上流面上に残留し、その結果図２４（Ｂ）に示され
るようにパティキュレートフィルタの排気上流面が残留
パティキュレート部分６３によって覆われるようにな
る。

【００８２】このような残留パティキュレート部分６３
は、次第に酸化され難いカーボン質に変質し、また、排
気上流面が残留パティキュレート部分６３によって覆わ
れると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ₂の酸化作用および活
性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が抑制され
る。それにより、時間を掛ければ徐々に残留パティキュ
レート部分６３を酸化させることができるが、図２４
（Ｃ）に示されるように残留パティキュレート部分６３
の上に別のパティキュレート６４が次から次へと堆積す
る。即ち、パティキュレートが積層状に堆積すると、こ
れらパティキュレートは、白金Ｐｔや活性酸素放出剤か
ら距離を隔てているために、例え酸化され易いパティキ
ュレートであっても活性酸素によって酸化されることは
ない。従ってこのパティキュレート６４上に更に別のパ
ティキュレートが次から次へと堆積する。即ち、排出微
粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継
続するとパティキュレートフィルタ上にはパティキュレ
ートが積層状に堆積してしまう。

【００８３】このように図２３の領域Ｉではパティキュ
レートはパティキュレートフィルタ上において輝炎を発
することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図２３の
領域IIではパティキュレートがパティキュレートフィル
タ上に積層状に堆積する。従って、排出微粒子量Ｍと酸
化除去可能微粒子量Ｇとの関係を領域Ｉにすれば、パテ
ィキュレートフィルタ上へのパティキュレートの堆積を
防止することができる。その結果、パティキュレートフ
ィルタ７０における排気ガス流の圧損は全くと言ってい
いほど変化することなくほぼ一定の最小圧損値に維持さ
れる。斯くして機関出力低下を最小限に維持することが
できる。しかしながら、これが常に実現されるとは限ら
ず、何もしなければパティキュレートフィルタにはパテ
ィキュレートが堆積することがある。

【００８４】本実施例では、前述の電子制御ユニット３
０により図２５に示す第一フローチャートに従って弁体
７１ａを作動制御することにより、パティキュレートフ
ィルタへのパティキュレートの堆積を防止している。本
フローチャートは所定時間毎に繰り返される。先ず、ス
テップ１０１において、弁体７１ａの切り換え時期であ
るか否かが判断される。切り換え時期は、設定時間又は
設定走行距離毎とされている。この判断が否定される時
にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ
１０２へ進み、弁体７１ａを現在の遮断位置から他方の
遮断位置へ回動させる。

【００８５】図２６は、パティキュレートフィルタの隔
壁５４の拡大断面図である。前述したように、排気ガス
が主に衝突する隔壁５４の排気上流側表面及び細孔内の
排気ガス流対向面は、一方の捕集面としてパティキュレ
ートを衝突捕集し、活性酸素放出剤により放出された活
性酸素によって捕集パティキュレートを酸化除去する
が、設定時間又は設定走行距離を走行する間には、図２
３の領域IIでの運転が実施されることもあり、図２６
（Ａ）に格子で示すように、酸化除去が不十分となって
パティキュレートが残留することがある。この程度のパ
ティキュレートの堆積に伴うパティキュレートフィルタ
の排気抵抗は車両走行に悪影響を与えるほどではない
が、さらにパティキュレートが堆積すれば、機関出力の
大幅な低下等の問題を発生する。しかしながら、この時
点でパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流
側とが逆転されれば、隔壁５４の一方の捕集面に残留す
るパティキュレート上には、さらにパティキュレートが
堆積することはなく、一方の捕集面から放出される活性
酸素によって残留パティキュレートは徐々に酸化除去さ
れる。また、隔壁の細孔内に残留するパティキュレート
は、逆方向の排気ガス流によって、図２６（Ｂ）に示す
ように、容易に破壊されて細分化され、下流側へ移動す
る。

【００８６】それにより、細分化された多くのパティキ
ュレートは、隔壁の細孔内に分散し、すなわち、パティ
キュレートは流動することにより、隔壁の細孔内表面に
担持させた活性酸素放出剤と直接的に接触して酸化除去
される機会が多くなる。こうして、隔壁の細孔内にも活
性酸素放出剤を担持させることで、残留パティキュレー
トを格段に酸化除去させ易くなる。さらに、この酸化除
去に加えて、排気ガスの逆流によって上流側となった隔
壁５４の他方の捕集面、すなわち、現在において排気ガ
スが主に衝突する隔壁５４の排気上流側表面及び細孔内
の排気ガス流対向面（一方の捕集面とは反対側の関係と
なる）では、排気ガス中の新たなパティキュレートが付
着して活性酸素放出剤から放出された活性酸素によって
酸化除去される。これらの酸化除去の際に活性酸素放出
剤から放出された活性酸素の一部は、排気ガスと共に下
流側へ移動し、排気ガスの逆流によっても依然として残
留するパティキュレートを酸化除去する。

【００８７】すなわち、隔壁における一方の捕集面の残
留パティキュレートには、この捕集面から放出される活
性酸素だけでなく、排気ガスの逆流によって隔壁の他方
の捕集面でのパティキュレートの酸化除去に使用された
残りの活性酸素が排気ガスによって到来する。それによ
り、弁体の切り換え時点において、隔壁の一方の捕集面
にある程度パティキュレートが積層状に堆積していたと
しても、排気ガスを逆流させれば、残留パティキュレー
ト上に堆積するパティキュレートへも活性酸素が到来す
ることに加えて、さらにパティキュレートが堆積するこ
とはないために、堆積パティキュレートは徐々に酸化除
去され、次回の逆流までに、ある程度の時間があれば、
この間で十分に酸化除去可能である。

【００８８】弁体の切り換えは、設定時間又は設定走行
距離毎のように定期的に実施しなくても不定期に実施す
るようにしても良い。また、機関減速時毎に弁体を切り
換えるようにしても良い。機関減速時の判断には、運転
者が車両の減速を意図する動作、例えば、アクセルペダ
ルの開放、ブレーキペダルの踏み込み、及びフューエル
カット等のいずれかを検出することが利用可能である。

【００８９】また、パティキュレートフィルタへのパテ
ィキュレート堆積量が設定量となった時に弁体を切り換
えるようにしても良い。パティキュレート堆積量の推定
には、例えば、パティキュレート堆積量の増加に伴って
増大するパティキュレートフィルタ７０の直上流側と直
下流側との間の差圧を利用することができ、また、パテ
ィキュレート堆積量の増加に伴って低下するパティキュ
レートフィルタ所定隔壁上の電気抵抗値を利用しても良
く、また、パティキュレート堆積量の増加に伴って低下
するパティキュレートフィルタ所定隔壁上の光の透過率
又は反射率を利用しても良い。また、図２３のグラフに
基づき、現在の機関運転状態から推定される排出微粒子
量Ｍが現在の機関運転状態から推定されるパティキュレ
ートフィルタの温度を考慮した酸化除去可能微粒子量Ｇ
を上回る時の差（Ｍ−Ｇ）をパティキュレート堆積量と
して積算するようにしても良い。

【００９０】また、排気ガスの空燃比をリッチにする
と、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させると、
活性酸素放出剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出
される。この一気に放出された活性酸素Ｏによって、堆
積パティキュレートは酸化され易いものとなって容易に
酸化除去される。

【００９１】一方、空燃比がリーンに維持されていると
白金Ｐｔの表面が酸素で覆われ、いわゆる白金Ｐｔの酸
素被毒が生じる。このような酸素被毒が生じるとＮＯ_X
に対する酸化作用が低下するためにＮＯ_Xの吸収効率が
低下し、斯くして活性酸素放出剤６１からの活性酸素放
出量が低下する。しかしながら、空燃比がリッチにされ
ると白金Ｐｔ表面上の酸素が消費されるために酸素被毒
が解消され、従って空燃比が再びリッチからリーンに切
り換えられるとＮＯ_Xに対する酸化作用が強まるために
ＮＯ_Xの吸収効率が高くなり、斯くして活性酸素放出剤
６１からの活性酸素補出量が増大する。

【００９２】従って、空燃比がリーンに維持されている
時に空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切り換え
るとその都度白金Ｐｔの酸素被毒が解消されるために空
燃比がリーンである時の活性酸素放出剤が増大し、斯く
してパティキュレートフィルタ７０上におけるパティキ
ュレートの酸化作用を促進することができる。

【００９３】さらに、この酸素被毒の解消は、言わば、
還元物質の燃焼であるために、発熱を伴ってパティキュ
レートフィルタを昇温させる。それにより、パティキュ
レートフィルタにおける酸化除去可能微粒子量が向上
し、さらに、残留及び堆積パティキュレートの酸化除去
が容易となる。弁体７１ａによってパティキュレートフ
ィルタの排気上流側と排気下流側とを切り換えた直後に
排気ガスの空燃比をリッチにすれば、パティキュレート
が残留していないパティキュレートフィルタ隔壁におけ
る他方の捕集面では、一方の捕集面に比較して活性酸素
を放出し易いために、さらに多量に放出される活性酸素
によって、一方の捕集面の残留パティキュレートをさら
に確実に酸化除去することができる。もちろん、弁体７
１ａの切り換えとは無関係に時折排気ガスの空燃比をリ
ッチにしても良く、それにより、パティキュレートフィ
ルタへパティキュレートが残留及び堆積し難くなる。

【００９４】排気ガスの空燃比をリッチにする方法とし
ては、例えば、前述の低温燃焼を実施すれば良い。ま
た、単に燃焼空燃比をリッチにしても良い。また、圧縮
行程での通常の主燃料噴射に加えて、機関燃料噴射弁に
よって排気行程又は膨張行程において気筒内に燃料を噴
射（ポスト噴射）しても良く、又は、吸気行程において
気筒内に燃料を噴射（ビゴム噴射）しても良い。もちろ
ん、ポスト噴射又はビゴム噴射は、主燃料噴射との間に
必ずしもインターバルを設ける必要はない。また、機関
排気系に燃料を供給することも可能である。

【００９５】ところで、排気ガス中のカルシウムＣａは
ＳＯ₃が存在すると、硫酸カルシウムＣａＳＯ₄を生成す
る。この硫酸カルシウムＣａＳＯ₄は、酸化除去され難
く、パティキュレートフィルタ上にアッシュとして残留
することとなる。従って、硫酸カルシウムの残留による
パティキュレートフィルタの目詰まりを防止するために
は、活性酸素放出剤６１としてカルシウムＣａよりもイ
オン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、
例えばカリウムＫを用いることが好ましく、それによ
り、活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ₃はカリウム
Ｋと結合して硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄を形成し、カルシウ
ムＣａはＳＯ₃と結合することなくパティキュレートフ
ィルタの隔壁を通過する。従ってパティキュレートフィ
ルタがアッシュによって目詰まりすることがなくなる。
こうして、前述したように活性酸素放出剤６１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
又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬ
ｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ス
トロンチウムＳｒを用いることが好ましいことになる。

【００９６】また、活性酸素放出剤としてパティキュレ
ートフィルタに白金Ｐｔのような貴金属のみを担持させ
ても、白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ₂又はＳＯ₃か
ら活性酸素を放出させることができる。ただし、この場
合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図２３に示
す実線に比べて若干右側に移動する。また、活性酸素放
出剤としてセリアを用いることも可能である。セリア
は、排気ガス中の酸素濃度が高いと酸素を吸収し、排気
ガス中の酸素濃度が低下すると活性酸素を放出するもの
であるために、パティキュレートの酸化除去のために、
排気ガス中の空燃比を定期的又は不定期にリッチにする
必要がある。セリアに代えて、鉄又は錫を使用しても良
い。

【００９７】本実施例において、パティキュレートフィ
ルタ自身が活性酸素放出剤を担持して、この活性酸素放
出剤が放出する活性酸素によりパティキュレートが酸化
除去されるものとしたが、これは、本発明を限定するも
のではない。例えば、活性酸素及び活性酸素と同等に機
能する二酸化窒素等のパティキュレート酸化成分は、パ
ティキュレートフィルタ又はそれに担持させた物質から
放出されても、外部からパティキュレートフィルタへ流
入するようにしても良い。パティキュレート酸化成分が
外部から流入する場合においても、パティキュレートを
捕集するために、捕集壁の第一捕集面と第二捕集面とを
交互に使用することで、排気下流側となった一方の捕集
面では、新たにパティキュレートが堆積することはな
く、この堆積パティキュレートを、他方の捕集面から流
入するパティキュレート酸化成分によって徐々にでも酸
化除去して、堆積パティキュレートをある程度の時間で
十分に酸化除去することが可能である。この間におい
て、他方の捕集面では、パティキュレートの捕集と共に
パティキュレート酸化成分による酸化が行われるため
に、前述同様な効果がもたらされる。

【００９８】本実施例のディーゼルエンジンは、低温燃
焼と通常燃焼とを切り換えて実施するものとしたが、こ
れは本発明を限定するものではなく、もちろん、通常燃
焼のみを実施するディーゼルエンジン、又はパティキュ
レートを排出するガソリンエンジンにも本発明は適用可
能である。

【００９９】ところで、本実施例のパティキュレートフ
ィルタは、前述したように排気ガス中のＮＯ_Xを良好に
吸収するが、パティキュレートフィルタの構造は、前述
したように、捕集壁の細孔を排気ガスが通過するウォー
ルフロー型であり、触媒を担持する隔壁に沿って排気ガ
スが流れる一般的な触媒装置との比較において、同じ大
きさで同量の排気ガスを通過させるためには、捕集壁間
の寸法を隔壁間の寸法に比較して大きくしなければなら
ない。それにより、パティキュレートフィルタにおいて
排気ガスが捕集壁表面に担持された活性酸素放出剤と接
触する機会は、モノリス型の触媒装置において触媒と接
触する機会より少ない。また、排気ガスは、捕集壁の細
孔を通過する際には、この細孔内に担持された活性酸素
放出剤に接触するが、主には、捕集壁の表面に担持され
た活性酸素放出剤にしか接触しない。しかしながら、多
数の細孔によって捕集壁表面の触媒担持面積はそれほど
大きくない。こうして、ＮＯ_Xを吸収する活性酸素放出
剤をパティキュレートフィルタに担持させても、排気ガ
ス中のＮＯ_Xを十分に浄化することはできない。

【０１００】本実施例では、前述したようにパティキュ
レートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転する
ための切換部７１の上流側にＮＯ_X浄化触媒装置７６を
配置している。それにより、排気ガス中のＮＯ_Xの一部
をＮＯ_X浄化触媒装置７６によって浄化し、パティキュ
レートフィルタと合わせて大気中へＮＯ_X放出量を十分
に低減することが可能となる。本パティキュレートフィ
ルタ７０では、前述したように、パティキュレートの酸
化除去にＮＯ_Xを使用するものであるために、ＮＯ_X浄化
触媒装置７６によってパティキュレートフィルタ７０の
上流側であまり多量のＮＯ_Xを浄化しないようにしなけ
ればならない。

【０１０１】ＮＯ_X浄化触媒装置７６がＮＯ_Xを浄化する
ためのいずれの触媒を担持していても、ＮＯ_Xの浄化は
還元剤によるＮＯ_Xの還元であり、すなわち、還元剤の
酸化を伴うこととなる。本実施例において、この反応熱
は、排気ガスを利用してＮＯ_X浄化触媒装置７６の直下
流において排気通路を横断するケース７７を良好に加熱
する。それにより、ケース７７内に配置されたパティキ
ュレートフィルタ７０も良好に加熱される。こうして加
熱されたパティキュレートフィルタ７０では、図２３に
示すように酸化除去可能微粒子量が増大するために、捕
集したパティキュレートを良好に酸化除去することがで
きる。

【０１０２】本実施例におけるＮＯ_X浄化触媒装置７６
は、例えば、ハニカム構造担体の隔壁にアルミナ等を使
用して以下に説明するＮＯ_X吸収剤と白金Ｐｔのような
貴金属触媒とが担持されている。ＮＯ_X吸収剤は、本実
施例では、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬ
ｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金
属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳ
ｒのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウム
Ｙのような希土類、および遷移金属から選ばれた少なく
とも一つである。このＮＯ_X吸収剤は、近傍雰囲気中の
空燃比（空気と燃料との比であり、ここで、どれだけの
燃料が空気中の酸素を使用して燃焼しているかは関係な
い）がリーンのときにはＮＯ_Xを吸収し、空燃比が理論
空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_Xを放出するＮ
Ｏ_Xの吸放出作用を行う。

【０１０３】このＮＯ_X吸収剤は実際にＮＯ_Xの吸放出作
用を行うが、この吸放出作用の詳細なメカニズムについ
ては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出
作用は図２３に示すようなメカニズムで行われているも
のと考えられる。次にこのメカニズムについて隔壁上に
白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にと
って説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

【０１０４】低温燃焼及び普通燃焼に係わらず、空燃比
がリーンの状態で燃焼が行われている場合には、排気ガ
ス中の酸素濃度は高く、このときには図２７（Ａ）に示
されるようにこれら酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金
Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは
白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応し、ＮＯ₂とな
る（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次いで生成されたＮＯ₂
の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収され
て酸化バリウムＢａＯと結合しながら図２７（Ａ）に示
されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散す
る。このようにしてＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤内に吸収され
る。近傍雰囲気の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面で
ＮＯ₂が生成され、吸収剤のＮＯ_X吸収能力が飽和しない
限り、ＮＯ ₂が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-
が生成される。

【０１０５】一方、近傍雰囲気の空燃比がリッチにされ
ると酸素濃度が低下し、その結果白金Ｐｔの表面でのＮ
Ｏ₂の生成量が低下する。ＮＯ₂の生成量が低下すると反
応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くして吸収剤
内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形で吸収剤から放出さ
れる。このときＮＯ_X吸収剤から放出されたＮＯ_Xは図２
７（Ｂ）に示されるように近傍雰囲気中に含まれるＨＣ
及びＣＯ等と反応して還元せしめられる。このようにし
て白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂が存在しなくなると吸収剤
から次から次へとＮＯ₂が放出される。従って近傍雰囲
気の空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯ_X吸
収剤からＮＯ_Xが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_X
が還元されるために大気中にＮＯ_Xが排出されることは
ない。

【０１０６】なお、この場合、近傍雰囲気の空燃比を理
論空燃比にしてもＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xが放出される。
しかしながら、この場合にはＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xが徐
々にしか放出されないためにＮＯ_X浄化触媒装置に吸収
されている全ＮＯ_Xを放出させるには若干長い時間を要
する。

【０１０７】ところでＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X吸収能力には
限度があり、ＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X吸収能力が飽和する前
にＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させる必要がある。すな
わち、ＮＯ_X浄化触媒装置に吸収されているＮＯ_X量がＮ
Ｏ_X貯蔵可能量に達する以前に、ＮＯ_Xを放出させ還元浄
化する再生の必要があり、そのためには、このＮＯ_X量
を推定する必要がある。そこで本実施例では低温燃焼が
行われているときの単位時間当りのＮＯ_X吸収量Ａを要
求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図２８（Ａ）に
示すようなマップの形で予め求めておき、普通燃焼が行
われているときの単位時間当りのＮＯ_X吸収量Ｂを要求
負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図２８（Ｂ）に示
すようなマップの形で予め求めておき、これら単位時間
当りのＮＯ_X吸収量Ａ，Ｂを積算することによってＮＯ_X
浄化触媒装置に吸収されているＮＯ_X量を推定するよう
にしている。ここで、低温燃焼が行われているときの単
位時間当たりのＮＯ_X吸収量Ａは、もちろん、低温燃焼
がリッチ空燃比で行われる時にはＮＯ_Xは放出されるこ
ととなるために、マイナス値となる。本実施例ではこの
ＮＯ_X吸収量が予め定められた許容値を越えたときにＮ
Ｏ_X浄化触媒装置を再生するために、理論空燃比又はリ
ッチ空燃比での低温燃焼を実施するか、又は、排気行程
で気筒内へ燃料を噴射するなどして、ＮＯ_X浄化触媒装
置の近傍雰囲気を理論空燃比又リッチ空燃比とし、少な
くとも再生が完了するまでの時間（近傍雰囲気の空燃比
が小さいほど短くなる）だけこの状態を維持するように
なっている。この再生処理がＮＯ_Xの還元浄化であり、
還元剤の酸化に伴って反応熱が発生する。本実施例で
は、前述したように、この反応熱をパティキュレートフ
ィルタの加熱に有効利用することができる。

【０１０８】ところで、排気ガス中には可溶有機成分Ｓ
ＯＦが含まれ、このＳＯＦは、粘着性を有し、パティキ
ュレートフィルタ上でパティキュレート同士を付着させ
大きな塊に成長させる。これは、パティキュレートフィ
ルタにおいて、パティキュレートを酸化除去させ難くし
てパティキュレートフィルタの目詰まりを促進する。そ
れにより、本実施例のように、パティキュレートフィル
タ７０の上流側に配置したＮＯ_X浄化触媒装置に白金Ｐ
ｔ等の酸化触媒が担持されていれば、パティキュレート
フィルタの上流側で排気ガス中のＳＯＦを焼失させ、Ｓ
ＯＦによるパティキュレートフィルタの目詰まり促進を
防止することができる。

【０１０９】ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含ま
れており、燃焼に際してＳＯ_Xが生成される。ＳＯ_Xは、
ＮＯ_X浄化触媒装置へＮＯ_Xと同様なメカニズムにより硫
酸塩の形で吸収される。この硫酸塩も硝酸塩と同様なメ
カニズムによって活性酸素を放出可能であるが、硫酸塩
は、安定な物質であるために、近傍雰囲気をリッチ空燃
比としてもＮＯ_X浄化触媒装置から放出され難く、実際
には、ＮＯ_X浄化触媒装置に残留して、吸蔵量が徐々に
増加する。ＮＯ_X浄化触媒装置への硝酸塩又は硫酸塩の
吸蔵可能量は有限であり、ＮＯ_X浄化触媒装置における
硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯ_X被毒と称す
る）、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、
全くＮＯ_Xを吸収することができなくなる。

【０１１０】本実施例では、上流側のＮＯ_X浄化触媒装
置７６がＳＯ_X被毒するが、その分、下流側のパティキ
ュレートフィルタ上の活性酸素放出剤にはＳＯ_Xが吸収
され難くなる。ＮＯ_X浄化触媒装置７６のＳＯ_X被毒の回
復は、以下の手順によって行われる。

【０１１１】先ず、ＳＯ_X被毒の回復時期であるか否か
の判断が実施される。この判断には、これまでに消費し
た燃料を積算して、この積算燃料量が設定量に達した時
にＳＯ_X被毒の回復時期と判断することができる。ま
た、ＮＯ_X浄化触媒装置の再生処理において、ＮＯ_X浄化
触媒装置の排気上流側の空燃比はリッチにされるが、再
生中においては、ＨＣ等の還元物質が放出されたＮＯ_X
の還元浄化に使用されるために、ＮＯ_X浄化触媒装置の
下流側の空燃比は理論空燃比に近くなる。しかしなが
ら、再生が完了すると、ＮＯ_X浄化触媒装置の下流側の
空燃比は、上流側の空燃比とほぼ等しくリッチとなる。
これを利用して再生時間を検出すれば、ＳＯ _X被毒の回
復時期が判断可能である。なぜなら、回復が必要なほど
ＳＯ_X被毒が進行していると、再生時期におけるＮＯ_X吸
収量が実際には少なくなっており、再生時間が短くなる
ためである。

【０１１２】ＳＯ_X被毒の再生時期である時には、燃焼
空燃比をリーンとして、排気ガス中には比較的多くの酸
素が含まれているようにすると共に、排気行程での気筒
内燃料噴射又はＮＯ_X浄化触媒装置の上流側において機
関排気系へ燃料を噴射するなどして、ＮＯ_X浄化触媒装
置へ十分な酸素と未燃燃料等の還元物質とを供給し、Ｎ
Ｏ_X浄化触媒装置の有する酸化能力によって還元物質を
十分に燃焼させる。

【０１１３】こうして、ＮＯ_X浄化触媒装置を６００°
Ｃ程度に昇温させると、安定な硫酸塩は、近傍雰囲気を
理論空燃比又はリッチ空燃比として酸素濃度を低下させ
ることにより、ＳＯ_Xとして放出させることができる。
ＮＯ_X浄化触媒装置を７００°Ｃ以上に昇温すると、担
持させた白金Ｐｔ等の酸化触媒がシンタリングを起こし
て機能低下するために、ＮＯ_X浄化触媒装置の直下流側
の排気温度等を監視して、これが起こらないようにする
ことが好ましい。このＮＯ_X浄化触媒装置のＳＯ_X被毒回
復処理中には、切換部７１において弁体７１ａは二つの
遮断位置の間の開放位置とされており、ＮＯ_X浄化触媒
装置から放出されたＳＯ_Xは、パティキュレートフィル
タ７０をバイパスするために、パティキュレートフィル
タ７０の活性酸素放出剤に吸収されることはない。ＮＯ
_X浄化触媒装置を高温にして近傍雰囲気を一定時間リッ
チ空燃比とすると、ＳＯ_X被毒回復処理は完了したと判
断することができ、燃焼空燃比は通常運転に適した空燃
比に戻される。このＳＯ_X被毒回復処理において、ＮＯ_X
浄化触媒装置の昇温時の発生熱及びＳＯ_X還元浄化の際
の還元物質の燃焼熱は、ケース７７を良好に加熱してケ
ース７７内のパティキュレートフィルタ７０を効果的に
昇温させる。

【０１１４】また、ＮＯ_X浄化触媒装置のＳＯ_X被毒回復
処理の完了と同時又は完了直後において、ＮＯ_X浄化触
媒装置から放出されたＳＯ_Xのほぼ全てが排気管７３へ
排出されれば、切換部７１の切換弁７１ａを一方の遮断
位置として、高温度（約６００°Ｃ）とされたＮＯ_X浄
化触媒装置を通り加熱された排気ガスをパティキュレー
トフィルタへ導くことにより、パティキュレートフィル
タをさらに昇温させることができる。

【０１１５】

【発明の効果】本発明による内燃機関の排気浄化装置
は、排気通路に配置されたＮＯ_X浄化触媒装置と、ＮＯ_X
浄化触媒装置の直下流側において排気通路を横断方向に
貫通するケースと、このケース内に配置されてパティキ
ュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、ケー
スの貫通位置より下流側において排気通路に配置された
切換部、とを具備し、排気通路内においてケース回りを
通過した排気ガスが切換部を介してケース内のパティキ
ュレートフィルタを通過するようになっており、切換部
によってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気
下流側とが逆転可能であり、パティキュレートフィルタ
においては捕集したパティキュレートが酸化させられる
ようになっている。

【０１１６】こうして、切換部によってパティキュレー
トフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転すること
により、パティキュレートフィルタでの捕集パティキュ
レートの酸化は比較的良好となるが、さらに、ＮＯ_X浄
化触媒装置でのＮＯ_X浄化の際の反応熱が、切換部を介
してではなく、ＮＯ_X浄化触媒装置の直下流側において
排気通路を横断方向に貫通するケースを良好に加熱し、
このケース内のパティキュレートフィルタを効果的に昇
温させるために、この昇温によってパティキュレートフ
ィルタでの捕集パティキュレートの酸化をさらに良好に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気浄化装置を備えるディーゼル
エンジンの概略縦断面図である。

【図２】図１の燃焼室の拡大縦断面図である。

【図３】図１のシリンダヘッドの底面図である。

【図４】燃焼室の側面断面図である。

【図５】吸排気弁のリフトと燃料噴射を示す図である。

【図６】スモークおよびＮＯ_Xの発生量等を示す図であ
る。

【図７】燃焼圧を示す図である。

【図８】燃料分子を示す図である。

【図９】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。

【図１０】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図で
ある。

【図１１】第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域IIを
示す図である。

【図１２】空燃比センサの出力を示す図である。

【図１３】スロットル弁の開度等を示す図である。

【図１４】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図で
ある。

【図１５】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。

【図１６】普通燃焼における空燃比を示す図である。

【図１７】スロットル弁等の目標開度を示す図である。

【図１８】機関排気系における切換部及びパティキュレ
ートフィルタ近傍の平面図である。

【図１９】図１８の側面図である。

【図２０】切換部内の弁体の図１８とは異なるもう一つ
の遮断位置を示す図である。

【図２１】パティキュレートフィルタの構造を示す図で
ある。

【図２２】パティキュレートの酸化作用を説明するため
の図である。

【図２３】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフ
ィルタの温度との関係を示す図である。

【図２４】パティキュレートの堆積作用を説明するため
の図である。

【図２５】パティキュレートフィルタへの多量のパティ
キュレートの堆積を防止するためのフローチャートであ
る。

【図２６】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面
図である。

【図２７】ＮＯ_Xの吸放出作用を説明するための図であ
る。

【図２８】単位時間当りのＮＯ_X吸収量のマップを示す
図である。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁 １６…スロットル弁 ７１…切換部 ７０…パティキュレートフィルタ ７６…ＮＯ_X浄化触媒装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ０１Ｄ 46/00 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ 46/42 53/36 １０３Ｂ １０３Ｃ １０１Ｂ Ｆターム(参考） 3G090 AA02 AA03 BA01 CA01 CB23 CB25 EA01 EA02 EA06 EA07 3G091 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB09 AB13 BA00 BA11 BA14 BA15 BA19 BA39 CB00 CB02 CB03 CB07 EA00 EA01 EA03 EA07 EA34 GA06 GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB10X GB17X HA14 HA36 HB05 4D048 AA06 AA18 AB01 AB02 BA02Y BA10X BA14X BA15X BA18Y BA30X BB01 BB14 BC01 CA01 CC25 CC32 CC47 CD05 DA01 DA02 DA03 DA20 EA04 4D058 JA32 MA41 PA09 QA01 QA19 SA08 TA02 TA06 UA25

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に配置されたＮＯ_X浄化触媒装
   置と、前記ＮＯ_X浄化触媒装置の直下流側において前記
   排気通路を横断方向に貫通するケースと、前記ケース内
   に配置されてパティキュレートを捕集するパティキュレ
   ートフィルタと、前記ケースの貫通位置より下流側にお
   いて前記排気通路に配置された切換部、とを具備し、前
   記排気通路内において前記ケース回りを通過した排気ガ
   スが前記切換部を介して前記ケース内の前記パティキュ
   レートフィルタを通過するようになっており、前記切換
   部によって前記パティキュレートフィルタの排気上流側
   と排気下流側とが逆転可能であり、前記パティキュレー
   トフィルタにおいては捕集したパティキュレートが酸化
   させられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記パティキュレートフィルタには活性
   酸素放出剤が担持され、前記活性酸素放出剤から放出さ
   れる活性酸素がパティキュレートを酸化することを特徴
   とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記活性酸素放出剤は、周囲に過剰酸素
   が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸
   素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出
   することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気
   浄化装置。
4. 【請求項４】 前記活性酸素放出剤は、周囲に過剰酸素
   が存在するとＮＯ_Xを酸素と結合させて保持しかつ周囲
   の酸素濃度が低下すると結合させたＮＯ_X及び酸素をＮ
   Ｏ_Xと活性酸素とに分解して放出することを特徴とする
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 前記ＮＯ_X浄化触媒装置は、近傍雰囲気
   が、リーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、理論空燃比又
   はリッチ空燃比の時にＮＯ_Xを放出して還元浄化するＮ
   Ｏ_X吸蔵還元触媒を担持していることを特徴とする請求
   項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。