JP3552673B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【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６００°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】
【発明が解決しようとする課題】
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】
従って、本発明の目的は、パティキュレートフィルタにおける捕集パティキュレートによる目詰まりを防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【０００８】
【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、機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタを排気ガスがバイパスすることを可能とするバイパス通路とを具備し、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、前記パティキュレートフィルタは前記パティキュレートフィルタの温度に依存した酸化除去可能微粒子量を有し、現在必要とされる前記パティキュレートフィルタの酸化除去可能微粒子量をもたらす前記パティキュレートフィルタの最低温度を算出し、現在の前記パティキュレートフィルタの温度、排気ガス量、及び排気ガス温度に基づき前記パティキュレートフィルタの温度変化量を算出し、現在の前記パティキュレートフィルタの温度に前記温度変化量を加えた結果が前記最低温度を下回る時には、排気ガスの少なくとも一部を前記バイパス通路によってバイパスさせることを特徴とする。
【０００９】
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させることを特徴とする。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００２３】
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から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記バイパス通路によって排気ガスの少なくとも一部をバイパスさせる時に前記パティキュレートフィルタへ酸素を供給することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明による請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から４のいずれか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は酸化機能を有し、バイパス通路によって排気ガスの少なくとも一部をバイパスさせる時に前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給することを特徴とする。
【００２５】
【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１２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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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２３、及び、燃料ポンプ２７を作動する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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（≒１４．６）以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、ＣＯ_２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。
【００４３】
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９０°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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、図９の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５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。
【００４６】
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時に燃焼室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。
【００４７】
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時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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ＥＧＲ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。
【００５０】
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１８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。
【００５１】
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とき、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。
【００５２】
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、この時の平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
【００５３】
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しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷が低いときに限られる。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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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１５（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。
【００６６】
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＝３５、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１６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。
【００６７】
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。
【００６８】
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切換部７１と、パティキュレートフィルタ７０と、パティキュレートフィルタ７０の一方側と切換部７１とを接続する第一接続部７２ａと、パティキュレートフィルタ７０の他方側と切換部７１とを接続する第二接続部７２ｂと、切換部７１の下流側の排気通路７３とを具備している。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の一方の遮断位置において、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７２ｂと連通され、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の一方側から他方側へ流れる。
【００６９】
また、図２０は、弁体７１ａの他方の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、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の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁体７１ａを切り換えることによって、パティキュレートフィルタ７０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。
【００７０】
このように、本排気浄化装置は、非常に簡単な構成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を可能とする。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、図１８及び１９に示すように、車両搭載性を悪化させることなく、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。
【００７１】
また、図２１は、弁体７１ａにおける二つの遮断位置の間の中間位置を示している。この中間位置においては、切換部７１内は遮断されることがなく、排気ガスは、通過抵抗の高いパティキュレートフィルタ７０を通過することなく、すなわち、図２０に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ７０をバイパスして直接的に排気通路７２へ流れる。このように、弁体７１ａは、前述のアクチュエータによって任意の位置に開度制御可能となっている。しかしながら、通常は、一方の遮断位置とされて使用される。
【００７２】
図２２にパティキュレートフィルタ７０の構造を示す。なお、図２２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２２（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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、及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。
【００７５】
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。
【００７６】
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及びカリウム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。
【００７７】
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、吸気通路及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ＮＯ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ＳＯ_２となる。従って排気ガス中にはＳＯ_２が含まれている。従って過剰酸素、ＮＯ及びＳＯ_２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。
【００７８】
図２３（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している。なお、図２３（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。
【００７９】
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２３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻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Ｏ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２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２３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ_３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大幅に減少させることができる。
【００８０】
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ＳＯ_２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Ｏ_２がＯ_２ ⁻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ＳＯ_２は白金Ｐｔの表面でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応してＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３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ＳＯ_４ ^２−の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４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及び硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４が生成される。
【００８１】
排気ガス中のパティキュレートは、図２３（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ＫＮＯ_３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。
【００８２】
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Ｋ_２ＳＯ_４もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ_２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、ＳＯ_２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ＳＯ_２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Ｋ_２ＳＯ_４は、安定化しているために、硝酸カリウムＫＮＯ_３に比べて活性酸素を放出し難い。
【００８３】
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ＫＮＯ_３や硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４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ＳＯ_２が吸収され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ＮＯ_３ ⁻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。
【００８４】
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。
【００８５】
図２４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２４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２４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２４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。
【００８６】
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よりも少ないとき、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よりも少ないとき、或いは１０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よりも少ないとき、即ち図２４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。
【００８７】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図２４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２５（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。
【００８８】
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２５（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２５（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。
【００８９】
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，ＳＯ_２の酸化作用及び活性酸素放出剤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２５（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。
【００９０】
このように図２４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２４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。斯くして機関の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。
【００９１】
本実施例では、前述の電子制御ユニット３０により図２６に示す第一フローチャートに従って弁体７１ａの開度制御を実施し、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、パティキュレートフィルタの温度ＴＦが検出される。この検出には、パティキュレートフィルタに温度センサを設けて直接的に検出する。また、機関始動から所定時間毎にパティキュレートフィルタに流入した排気ガス量及び排気ガス温度等に基づきパティキュレートフィルタの温度を算出するようにしても良い。次いで、負荷センサ４１及びクランク角センサ４２等を使用して現在の機関運転状態が把握される。本実施例のディーゼルエンジンの場合には、二つの燃焼方式のうちのいずれの燃焼方式が採用されているかも把握される。この運転状態の把握によって、排気ガス量、排気ガス温度、排気ガス中の酸素濃度、及び、排出微粒子量等を推定することが可能である。
【００９２】
次いで、ステップ１０３において、排気ガス中の酸素濃度及び排出微粒子量等に基づき現在必要とされるパティキュレートフィルタの酸化除去可能微粒子量が算出され、この酸化除去可能微粒子量をもたらすパティキュレートフィルタの最低温度ＴＦｔが算出される。ステップ１０４では、現在のパティキュレートフィルタの温度ＴＦ、排気ガス量、及び、排気ガス温度等に基づき、パティキュレートフィルタの温度変化量ｄＴＦが算出される。
【００９３】
次いで、ステップ１０５では、パティキュレートフィルタにおいて、現在の温度ＴＦに温度変化量ｄＴＦが加えられ、その結果が最低温度ＴＦｔを上回るか否かが判断される。例えば、パティキュレートフィルタの現在の温度ＴＦがかなり高く、排気ガス温度が、この温度ＴＦより低くてパティキュレートフィルタの温度を低下させる場合でも、ステップ１０５における判断が肯定されるならば、特に問題はなく、弁体７１ａは一方の遮断位置のままとされて終了する。
【００９４】
しかしながら、ステップ１０５における判断が否定される時は、このままではパティキュレートフィルタ上にパティキュレートが堆積して酸化除去が困難となるために、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過せずにバイパスするようにする。ステップ１０６では、バイパスさせる排気ガス量を算出する。ステップ１０３及び１０４における最低温度ＴＦｔ及び温度変化量ｄＴＦは、排気ガスの全量がパティキュレートフィルタへ流入した場合であり、例えば、パティキュレートフィルタへ流入する排気ガスが半分となれば、排出微粒子量、すなわち、パティキュレートフィルタへ流入する微粒子量も半減され、必要な最低温度ＴＦｔも下げることができる。さらに、排気ガス温度がパティキュレートフィルタの現在の温度ＴＦより低い場合には、温度変化量ｄＴＦがマイナス値となるが、この絶対値を小さくすることができる。こうして、排気ガス温度がパティキュレートフィルタの現在の温度ＴＦより低い場合において、ステップ１０５での判断が、大きな差でなく否定された時には、ステップ１０７において、弁体７１ａは現在の遮断位置と前述の中間位置との間の適当な開度とされ、ステップ１０６において算出された一部の排気ガスをバイパスさせることにより、パティキュレートフィルタでのパティキュレートの堆積を防止することができる。
【００９５】
もちろん、排気ガス温度が非常に低い場合には、パティキュレートフィルタの大幅な温度低下を防止するために、弁体７１ａは中間位置とされ、全ての排気ガスをバイパスさせる。ところで、ステップ１０３において算出される現在必要な酸化除去可能微粒子量は、常に現在の排出微粒子量だけを酸化除去できれば良いものではない。例えば、機関減速時等にフューエルカットが実施されれば、排出微粒子量はほぼゼロとなるが、この時に必要な酸化除去可能微粒子量をゼロとして、最低温度ＴＦｔを１００°Ｃ以下（図２４参照）とすると、実際にパティキュレートフィルタの温度が１００°Ｃ以下となった場合において、次回の機関加速時には、パティキュレートフィルタの温度は直ぐには昇温せず、ほとんどのパティキュレートを酸化除去できないこととなる。従って、必要な酸化除去可能微粒子量は常に所定量以上とし、すなわち、パティキュレートフィルタの最低温度ＴＦｔは、例えば、２００°Ｃを下回らないようにすることが好ましい。
【００９６】
また、機関運転状態によっては、排出微粒子量が多量となってステップ１０５における判断が否定されることがあるが、この時にも一部の排気ガスをバイパスさせることにより、排出微粒子量、すなわち、パティキュレートフィルタへ流入する微粒子量を低減させることができ、パティキュレートフィルタでのパティキュレートの堆積を防止することが可能である。
【００９７】
図２７は、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するために、第一フローチャートに代えて実施される第二フローチャートである。これを以下に説明する。本フローチャートも所定時間毎に繰り返される。先ず、ステップ２０１において、現在の燃料噴射量ＴＡＵが所定量ＴＡＵ１より少ないか否かが判断される。この判断が否定される時には、燃料噴射量ＴＡＵは比較的多く、排気温度が高くなるために、パティキュレートフィルタの温度を大幅に低下させることはなく、弁体７１ａは一方の遮断位置のままとされて終了する。
【００９８】
一方、ステップ２０１における判断が肯定される時には、排気ガス温度が低くなり、全ての排気ガスをパティキュレートフィルタに通過させると、パティキュレートフィルタの温度を大幅に低下させ、酸化除去可能微粒子量を大幅に低下させることとなるために、排気ガス温度が低いほど、又は、燃料噴射量が少ないほど、多くの排気ガスがパティキュレートフィルタを通過せずにバイパスするように、バイパス排気ガス量が算出され、このバイパス排気ガス量に基づきステップ２０３において弁体７１ａが一方の遮断位置と中間位置との間において開度制御される。
【００９９】
こうして、例えば、排気ガスが非常に低温度となるフューエルカット時においては全ての排気ガスをバイパスさせ、排気ガスがそれほど低温度でない時には、一部の排気ガスをバイパスさせ、パティキュレートフィルタの大幅な温度低下を防止することにより、パティキュレートフィルタの酸化除去可能微粒子量を比較的高く維持し、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することができる。
【０１００】
もちろん、本フローチャートにおいて、ステップ２０１の判断が肯定される時には、パティキュレートフィルタの温度低下を確実に防止するために、全ての排気ガスをバイパスさせるようにしても良い。本フローチャートは、第一フローチャートに比較してラフな制御であるが、複雑な計算を必要としないために非常に簡単である。また、ステップ２０１における燃料噴射量の判断に代えて、例えば、車両走行中において運転者がブレーキペダルを踏み込んだことを検出し、この時には、フューエルカットが実施されるために、全ての排気ガスをバイパスさせるようにしても良い。また、例えば、車両停止中において運転者がアクセルペダルを放していることを検出し、この時にはアイドル時であるために燃料噴射量が僅かであり、全ての又は一部の排気ガスをバイパスさせるようにしても良い。
【０１０１】
第一フローチャート及び第二フローチャートによって排気ガスをバイパスさせた時には、パティキュレートフィルタ隔壁にパティキュレートが残留していたとしても、排気ガスのバイパスによって残留パティキュレート上にさらにパティキュレートが堆積することはない。それにより、隔壁の活性酸素放出剤から放出される活性酸素によって、この残留パティキュレートは徐々に酸化除去される。活性酸素放出剤から放出される活性酸素は有限であり、活性酸素放出剤は、活性酸素を放出してパティキュレートの酸化除去に使用した後には、前述のごとく雰囲気中の酸素を吸収しなければ、新たに活性酸素放出することはできない。こうして、全ての排気ガスがバイパスされていると、隔壁周囲には新たな酸素が供給されず、酸素不足によってこのような活性酸素放出剤による酸素の吸放出が不活発となり、残留パティキュレートを完全に酸化除去できないことがある。また、隔壁の活性酸素放出剤に接触していないパティキュレートは酸素不足によって酸化され難い。それにより、第一フローチャート及び第二フローチャートにおいて、排気ガスをバイパスさせる際には、常にそうしなくても良いが、全ての排気ガスをバイパスさせずに、少なくとも一部の排気ガスがパティキュレートフィルタを通過するようにし、パティキュレートフィルタ隔壁周囲を酸素不足としないことが好ましい。
【０１０２】
図２９は、排気浄化装置のもう一つの実施例を示す平面図であり、図１８に示す排気浄化装置との違いは、第一接続部７２ａ及び第二接続部７２ｂのそれぞれに酸素を供給する酸素供給装置７４ａ及び７４ｂが設けられていることである。本実施例によって、好ましくは、前述のように一部の排気ガスがパティキュレートフィルタを通過する時に、排気上流側となる一方の接続部７２ａ又は７２ｂへ酸素を供給することが可能である。それにより、パティキュレートフィルタ隔壁周囲の酸素不足は確実に防止され、パティキュレートフィルタ隔壁に残留するパティキュレートを排気バイパス中において確実に酸化除去することができる。
【０１０３】
図３０は、排気浄化装置のさらにもう一つの実施例を示す平面図であり、図１８に示す排気浄化装置との違いは、パティキュレートフィルタの両側へ広範囲に燃料のような還元剤を供給する還元剤供給装置７５ａ及び７５ｂが設けられていることである。本実施例によって、好ましくは、前述のように一部の排気ガスがパティキュレートフィルタを通過する時に、パティキュレートフィルタの排気入口側へ還元剤を供給することが可能である。それにより、この還元剤は、パティキュレートフィルタ隔壁に担持された白金Ｐｔのような酸化触媒によって酸素不足とならずに良好に燃焼させられ、この燃焼熱によってパティキュレートフィルタの排気入口部が昇温するだけでなく、この燃焼熱は排気ガスによってパティキュレートフィルタの排気出口部も昇温させる。こうして、パティキュレートフィルタ全体が昇温させられるために、パティキュレートフィルタの酸化除去可能微粒子量が向上し、排気バイパス中において隔壁の残留パティキュレートを確実に酸化除去することができる。本実施例において、還元剤供給装置は、パティキュレートフィルタへ直接的に還元剤を供給するために、接続部７２ａ，７２ｂの内壁に付着する等の無駄な還元剤の使用が防止され、還元剤を必要最小限とすることができる。
【０１０４】
また、第一フローチャート及び第二フローチャートにおいて、一時的にではあるが、パティキュレートフィルタを通過しない排気ガスが大気中に放出されることとなる。しかしながら、第一フローチャートにおいて、排出微粒子量が多量となった時以外は、排気ガスが比較的低温度である時、すなわち、燃料噴射量が少なくて排出微粒子量が非常に少ない時であるために、あまり問題とはならない。
【０１０５】
ところで、本実施例で使用したようなウォールフロー型パティキュレートフィルタでは、パティキュレートは、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、すなわち、隔壁５４の一方の捕集面に衝突捕集され、この一方の捕集面からの活性酸素の放出が捕集パティキュレートに対して不十分であると、全て酸化除去されずに残留することとなる。第一フローチャート及び第二フローチャートによって、このようなパティキュレートの残留はほぼ防止されるが、何らかの理由によって図２８（Ａ）に示すように隔壁の一方の捕集面にパティキュレートが残留したとしても、前述したように、切換部７１内の弁体７１ａは二つの遮断位置とすることが可能であり、すなわち、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可能となっているために、定期的に、不定期に、所定走行距離毎に、又は、第一フローチャート又は第二フローチャートによって弁体７１ａが中間位置とされた後に、弁体７１ａを他方の遮断位置へ切り換えれば、この残留及び堆積パティキュレートを酸化除去することができる。
【０１０６】
なぜなら、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の逆転によって、隔壁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、特に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２８（Ｂ）に示すように、容易に破壊されて細分化され、細孔内を主に下流側へ移動する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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、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させてパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面と他方の捕集面とをパティキュレートの捕集に交互に使用することにより、逆転時にパティキュレートフィルタ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、排気ガスの逆流によって、この堆積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。こうして、パティキュレートの捕集に第一捕集面と第二捕集面とが交互に使用されると、常に単一の捕集面でパティキュレートを捕集する場合に比較して、各捕集面でのパティキュレート捕集量を低減することができ、パティキュレートの酸化除去に有利である。
【０１０９】
また、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時に、パティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面に多量のパティキュレートが堆積してしまったとしても、この堆積パティキュレートは、排気ガスの逆流によって比較的容易に破壊及び細分化されるために、隔壁の細孔内で酸化除去できなかった一部のパティキュレートはパティキュレートフィルタから排出されることとなるが、パティキュレートフィルタの排気抵抗がさらに高まって車両走行に悪影響を与えることはなく、多量の堆積パティキュレートが一度に着火燃焼して多量の燃焼熱によりパティキュレートフィルタを溶損させることもない。また、パティキュレートフィルタ隔壁の他方の捕集面によって新たなパティキュレートの捕集が可能となる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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からの活性酸素放出量が増大する。
【０１１２】
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量が増大し、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。
【０１１３】
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、さらに多量の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７１ａ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。
【０１１４】
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。もちろん、通常燃焼から低温燃焼へ切り換わる時に、又は、それに先だ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るようにしても良い。また、排気ガスの空燃比をリッチにするために、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。また、前述したように、低温燃焼は機関低負荷側で実施されるために、機関減速時のフューエルカット直後に低温燃焼が実施される。こうして、弁体７１ａが中間位置とされた直後に低温燃焼が実施される機会は多い。また、前述の還元剤供給装置によって還元剤を供給することにより、排気ガスの空燃比をリッチにすることも可能である。
【０１１５】
ところで、排気ガス中のカルシウムＣａはＳＯ_３が存在すると、硫酸カルシウムＣａＳＯ_４を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ_４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ＳＯ_３はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４を形成し、カルシウムＣａはＳＯ_３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ことになる。
【０１１６】
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ＮＯ_２又はＳＯ_３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２４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（Ｃｅ_２Ｏ_３→２ＣｅＯ_２）、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（２ＣｅＯ_２→Ｃｅ_２Ｏ_３）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。
【０１１７】
また、活性酸素放出剤として排気ガス中のＮＯ_Ｘ浄化に使用されるＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を用いることも可能である。この場合においては、ＮＯ_Ｘ又はＳＯ_Ｘを放出させるために排気ガスの空燃比を少なくとも一時的にリッチにする必要があり、このリッチ化制御をパティキュレートフィルタの上流側と下流側との逆転後に実施することが好ましい。
【０１１８】
このように、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可能にすることは好ましいが、これは、本発明を限定するものではなく、もちろん、単にパティキュレートフィルタの上流側と排気側とを連通するバイパス通路によって、必要に応じて排気ガスの全部又は一部をバイパスさせるようにしても良い。また、本実施形態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。
【０１１９】
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物質は、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物質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。また、この場合においても、パティキュレートフィルタの昇温は、パティキュレート自身の温度を高めて酸化除去させ易くなる。
【０１２０】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタを排気ガスがバイパスすることを可能とするバイパス通路とを具備し、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、パティキュレートフィルタは、パティキュレートフィルタの温度に依存した酸化除去可能微粒子量を有し、現在必要とされるパティキュレートフィルタの酸化除去可能微粒子量をもたらすパティキュレートフィルタの最低温度を算出し、現在のパティキュレートフィルタの温度、排気ガス量、及び排気ガス温度に基づきパティキュレートフィルタの温度変化量を算出し、現在のパティキュレートフィルタの温度に温度変化量を加えた結果が最低温度を下回る時には、排気ガスの少なくとも一部をバイパス通路によってバイパスさせるようになっている。それにより、十分な酸化除去可能微粒子量によってパティキュレートフィルタに捕集されるパティキュレートは良好に酸化除去され、パティキュレートフィルタの目詰まりは防止される。
【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】スモーク及びＮＯ_Ｘの発生量等を示す図である。
【図７】Ａは空燃比が２１付近でスモークの発生量が最も多い時の燃焼圧変化を示す図であり、Ｂは空燃比が１８付近でスモークの発生量がほぼ零の時の燃焼圧変化を示す図である。
【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及び第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】Ａはスロットル弁の目標開度のマップを示す図であり、ＢはＥＧＲ制御弁の目標開度のマップを示す図である。
【図１６】第二燃焼における空燃比を示す図である。
【図１７】Ａはスロットル弁の目標開度のマップを示す図であり、ＢはＥＧＲ制御弁の目標開度のマップを示す図である。
【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】切換部内の弁体の中間位置を示す図である。
【図２２】Ａはパティキュレートフィルタの構造を示す正面図であり、Ｂはパティキュレートフィルタの構造を示す側面断面図である。
【図２３】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２４】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２５】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２６】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するための第一フローチャートである。
【図２７】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するための第二フローチャートである。
【図２８】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２９】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もう一つの実施例を示す平面図である。
【図３０】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さらにもう一つの実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁
１６…スロットル弁
７０…パティキュレートフィルタ
７１…切換部
７１ａ…弁体

Claims (6)

1. 機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタを排気ガスがバイパスすることを可能とするバイパス通路とを具備し、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、前記パティキュレートフィルタは前記パティキュレートフィルタの温度に依存した酸化除去可能微粒子量を有し、現在必要とされる前記パティキュレートフィルタの酸化除去可能微粒子量をもたらす前記パティキュレートフィルタの最低温度を算出し、現在の前記パティキュレートフィルタの温度、排気ガス量、及び排気ガス温度に基づき前記パティキュレートフィルタの温度変化量を算出し、現在の前記パティキュレートフィルタの温度に前記温度変化量を加えた結果が前記最低温度を下回る時には、排気ガスの少なくとも一部を前記バイパス通路によってバイパスさせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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させ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. 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. 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請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記バイパス通路によって排気ガスの少なくとも一部をバイパスさせる時に前記パティキュレートフィルタへ酸素を供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記パティキュレートフィルタは酸化機能を有し、バイパス通路によって排気ガスの少なくとも一部をバイパスさせる時に前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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