JP3521878B2

JP3521878B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3521878B2
Application number: JP2001091149A
Authority: JP
Inventors: 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2001342822A

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】

【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
トフィルタによって捕集されたパティキュレートを良好
に酸化除去し、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
トフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転するため
の逆転手段とを具備し、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、パティキュレートを
捕集するための捕集壁を有し、前記捕集壁は第一捕集面
と第二捕集面とを有し、前記逆転手段によって前記パテ
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
転されることによりパティキュレートを捕集するために
前記捕集壁の前記第一捕集面と前記第二捕集面とが交互
に使用され、前記パティキュレートフィルタは酸化機能
を有し、前記逆転手段は、前記パティキュレートフィル
タの排気出口部の温度が排気入口部の温度より高い時
に、前記パティキュレートフィルタの排気上流側と排気
下流側とを逆転す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。

【００１２】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、前記逆転手段に
より前記パティキュレートフィルタの排気上流側と排気
下流側とを逆転する時期となっても前記パティキュレー
トフィルタの排気出口部の温度が排気入口部の温度より
高くなるまで前記逆転手段による前記逆転を延期するこ
とを特徴とする。

【００１３】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、前記逆転手段
は、前記パティキュレートフィルタの排気出口部の温度
が排気入口部の温度より高くて機関減速時に前記パティ
キュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転
することを特徴とする。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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、及び、燃料ポンプ２７を作動する。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。図１８において、４３ａは第一接続部７２ａ内の排
気圧力を検出するための第一圧力センサであり、４３ｂ
は第二接続部７２ｂ内の排気圧力を検出するための第二
圧力センサである。また、４４ａはパティキュレートフ
ィルタ７０の一方の端部における温度を検出するための
第一温度センサであり、４４ｂはパティキュレートフィ
ルタ７０の他方の端部における温度を検出するための第
二温度センサである。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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、Ｎ
Ｏ及び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。

【００６６】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。

【００６７】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
の放出量を大幅に減少させることができる。

【００６８】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及び硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄が生成される。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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の切換制御を実施し、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、弁体の切り換え時期であるか否かが判
断される。例えば、車両の走行距離積算値が設定走行距
離以上となった時を弁体の切り換え時期とすることがで
きる。

【００８０】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。車両が設定走行距離を走行
する間には、図２３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、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酸化除去する
が、この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。この時点では、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。それにより、少
なくとも、この程度のパティキュレート堆積時点では弁
体の切り換え時期であると判断され、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ること
が好ましい。この逆転により、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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】弁体の切り換え時期は、所定走行距離毎で
なく設定時間毎としても良い。もちろん、このように定
期的ではなく、不定期に弁体切り換え時期を設定しても
良い。いずれにしても、弁体の切り換え時期は、パティ
キュレートフィルタ上の残留パティキュレートが酸化さ
れ難いカーボン質に変質する以前に設定されるように機
関始動から機関停止の間に少なくとも一回は行うことが
好ましい。また、多量のパティキュレートが堆積する以
前にパティキュレートを酸化除去することは、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
を発生させ、この燃焼熱によりパティキュレートフィル
タが溶損する等の問題を防止することにもなる。また、
何らかの要因によって、弁体の切り換え時期においてパ
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、弁体が切
り換えられれば、堆積パティキュレートは逆方向の排気
ガス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細分化
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
ない。また、パティキュレートフィルタ隔壁の他方の捕
集面では、新たなパティキュレートの捕集が可能であ
る。

【００８４】また、パティキュレートフィルタ７０の一
方側の排気圧力Ｐ１、すなわち、第一接続部７２ａ（図
１８参照）内の排気圧力を、第一接続部７２ａに配置さ
れた第一圧力センサ４３ａによって検出し、また、パテ
ィキュレートフィルタ７０の他方側の排気圧力Ｐ２、す
なわち、第二接続部７２ｂ（図１８参照）内の排気圧力
を、第二接続部７２ｂに配置された第二圧力センサ４３
ｂによって検出し、これら排気圧力Ｐ１及びＰ２の差圧
の絶対値が、設定圧力差以上となったときを弁体の切り
換え時期としても良い。ここで、差圧の絶対値を使用す
るのは、第一接続部７２ａ及び第二接続部７２ｂのいず
れが排気上流側となっていても差圧の上昇を把握可能と
するためである。この弁体の切り換え時期において、パ
ティキュレートフィルタには、ある程度のパティキュレ
ートが残留しているために、弁体７１ａを切り換えてパ
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
逆転することが好ましい。

【００８５】それにより、前述のように、残留パティキ
ュレートは、パティキュレートフィルタから酸化除去さ
れる。こうして、パティキュレートフィルタにある程度
のパティキュレートが残留していることをパティキュレ
ートフィルタの両側の差圧を利用して間接的に検知し、
それ以上のパティキュレートが堆積して機関出力を大幅
に低下することを確実に防止することができる。もちろ
ん、この差圧以外にも、例えば、パティキュレートフィ
ルタにおける所定隔壁上の電気抵抗値の変化を監視し
て、パティキュレートの堆積によって電気抵抗値が設定
値以下となった時を、パティキュレートフィルタ上にあ
る程度のパティキュレートが堆積しているとして弁体の
切り換え時期としても良く、また、パティキュレートフ
ィルタの所定隔壁において、パティキュレートの堆積に
より、光の透過率が低下すること、又は、光の反射率が
低下することを利用して、パティキュレートフィルタ上
にある程度のパティキュレートが堆積していると判断
し、これを弁体の切り換え時期としても良い。このよう
に、パティキュレートの残留を直接的に判断して弁体を
切り換えることにより、さらに確実に機関出力の大幅な
低下を防止することができる。また、パティキュレート
フィルタの両側の差圧は、厳密には、機関運転状態毎の
気筒内から排出される排気ガス圧力によっても変化する
ために、パティキュレートの堆積の判断には、機関運転
状態を特定することが好ましい。

【００８６】このように、弁体の切り換え時期において
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
を逆転すれば、残留及び堆積パティキュレートを比較的
良好に酸化除去することができるが、第一フローチャー
トでは、さらに良好に残留及び堆積パティキュレートを
酸化除去するために、ステップ１０１において弁体の切
り換え時期と判断された時にはステップ１０２及び１０
３の処理が実施されるようになっている。

【００８７】ステップ１０２では、第一温度センサ４４
ａ及び第二温度センサ４４ｂによって検出されたパティ
キュレートフィルタ７０の二つの端部の温度において、
現在の排気出口側端部の温度Ｔｏが排気入口側端部の温
度Ｔｉより高いか否かが判断される。この判断が肯定さ
れる時にはステップ１０４において弁体７１ａを切り換
える。しかしながら、ステップ１０２における判断が否
定される時にはステップ１０３において、弁体７１ａの
切り換え時期となってからの経過時間ｔが設定時間ｔ１
以上となったか否かが判断される。この判断が肯定され
る時には、パティキュレートフィルタ隔壁の現在上流側
の捕集面に多量のパティキュレートが堆積する可能性が
あり、ステップ１０４に進んで弁体７１ａを直ぐに切り
換える。

【００８８】一方、ステップ１０３における判断が否定
される時にはステップ１０２に戻る。こうして、ステッ
プ１０２及び１０３における判断が繰り返され、ステッ
プ１０２における判断が肯定されると、ステップ１０４
において弁体７１ａを切り換えるようになっている。

【００８９】本実施例のように白金等の酸化触媒を担持
する等してパティキュレートフィルタが酸化機能を有し
ている場合には、パティキュレートフィルタで排気ガス
中のＨＣ及びＣＯ等の還元物質を燃焼させることができ
る。この燃焼熱は、パティキュレートフィルタを昇温し
て酸化除去可能微粒子量を向上させると共にパティキュ
レート自身の温度を高めるために、パティキュレートの
酸化除去に有利となる。

【００９０】ところで、排気ガスは、パティキュレート
フィルタ隔壁の排気上流側表面から排気下流側表面へ隔
壁の細孔を通り流れるが、細孔を通過する以外は排気上
流側表面又は排気下流側表面に沿って流れる。それによ
り、パティキュレートフィルタの排気入口部（各隔壁の
排気入口側端部）での燃焼熱は、排気ガスと共に、パテ
ィキュレートフィルタの中央部（各隔壁の中央部）を介
してパティキュレートフィルタの排気出口部（各隔壁の
排気出口側端部）へ移動し、最終的にはパティキュレー
トフィルタから排出される。

【００９１】通常の排気ガスの空燃比はリーンであり、
排気ガス中には還元物質は僅かしか含まれておらず、排
気入口部では、僅かな燃焼熱が排気ガスによって奪わ
れ、燃焼熱による昇温は殆ど無い。一方、中央部は、こ
こでの燃焼熱が排気ガスによって奪われるが、排気入口
部からの熱移動もあって排気入口部よりは昇温され、排
気出口部は、ここでの燃焼熱に加えて排気入口部及び中
央部からの熱移動によって最も良く昇温される。

【００９２】こうして、パティキュレートフィルタ各部
に温度差がもたらされると、各部における酸化触媒の活
性化程度に差が発生し、排気ガス中の還元物質は、排気
入口部では殆ど燃焼せず、主に排気出口部で燃焼するこ
ととなり、パティキュレートフィルタ各部の温度差は、
図２９に点線で示すように顕著なものとなる。

【００９３】しかしながら、主に排気出口部で還元物質
を燃焼させても、この燃焼熱は、パティキュレートフィ
ルタの他部を昇温させることなく、パティキュレートフ
ィルタから排出されるだけであり、パティキュレートフ
ィルタの酸化除去可能微粒子量を向上させるのに効果的
ではない。

【００９４】本フローチャートにおいて、通常は、弁体
７１ａの切り換え時期となった時に、前述したように排
気出口部の温度が排気入口部より高くなっており、ステ
ップ１０２における判断が肯定されて弁体７１ａの切り
換えが実施され、前述したようにして、これまで排気上
流側であった捕集面の残留パティキュレートの酸化除去
と共に、現在排気上流側となった捕集面での新たなパテ
ィキュレートの捕集が開始される。さらに、現在の排気
入口部は、これまでの排気出口部であるために比較的温
度が高く、排気ガス中の還元物質の多くを燃焼させるた
めに、排気入口部での燃焼熱が増大し、ある程度が排気
ガスによって中央部及び排気出口部へ移動させられて
も、排気入口部を比較的良好に昇温することができる。

【００９５】こうして、排気入口部の温度は比較的高く
維持され、暫くは、排気ガス中の還元物質の多くを排気
入口部で燃焼させることができる。主に排気入口部で還
元物質を燃焼させれば、この燃焼熱は、排気入口部を昇
温させるだけでなく、排気ガスによる熱移動によってパ
ティキュレートフィルタから排出される以前に、中央部
及び排気出口部を昇温させるために、図２９に実線で示
す温度分布となり、パティキュレートフィルタを全体的
に昇温させることができる。それにより、排気ガス中の
還元物質を効果的に酸化除去可能微粒子量向上に利用す
ることができる。

【００９６】このように排気入口部の温度が比較的高く
維持される期間は、通常のリーン状態の排気ガスにおい
て、含まれている還元物質の量が僅かであるために、そ
れほど長くはなく、徐々に排気入口部の温度は低下し、
遂には前述したように図２９に点線で示す温度分布とな
る。しかしながら、排気ガスの空燃比がリッチとされて
排気ガス中に比較的多くの還元物質が含まれていれば、
その間においては、排気入口部で比較的多量の燃焼熱が
発生し、排気入口部の温度を比較的高く維持することが
できる。

【００９７】こうして、もし、弁体７１ａの切り換え時
期となっても、パティキュレートフィルタにおいて排気
入口部の温度が排気出口部より高ければ、直ぐに排気入
口部と排気出口部とを逆転することは、排気ガス中の還
元物質をパティキュレートフィルタの昇温に効果的に利
用できないために好ましくなく、本フローチャートのス
テップ１０３において、弁体の切り換え時期となってか
らの経過時間ｔが設定時間ｔ１となるまでの間は、弁体
７１ａを切り換えないようになっている。

【００９８】本フローチャートでは、車両走行距離等に
基づいて弁体の切り換え時期となった時に、パティキュ
レートフィルタの排気入口部の温度と排気出口部の温度
とを比較して弁体を実際に切り換えるか否かを判断する
ようにしたが、もちろん、弁体の切り換えは任意に実施
しても効果的であるために、単にパティキュレートフィ
ルタの排気出口部の温度が排気入口部の温度より高くな
った時に弁体を切り換えるようにしても良い。

【００９９】また、図２８に示す第二フローチャートの
ように、パティキュレートフィルタの排気出口部の温度
Ｔｏが排気入口部の温度Ｔｉより高い時に（ステップ２
０１）に、機関減速時であるか否かを判断し（ステップ
２０２）、機関減速時であれば弁体を切り換えるように
しても良い（ステップ２０３）。また、パティキュレー
トフィルタの排気出口部の温度Ｔｏが排気入口部の温度
Ｔｉより高くなる毎に、機関減速時を待って弁体を切り
換えるようにしても良い。機関減速時の判断は、フュー
エルカット信号を検出すれば良く、また、車両走行中に
おいてブレーキペダルの踏み込み信号を検出するように
しても良く、又は、車両走行中においてアクセルペダル
の開放信号を検出しても良い。

【０１００】本排気浄化装置の切換部７１の構造では、
弁体７１ａが切り換わる間において、切換部７１内が開
放され、一部の排気ガスは、直接的に排気通路７３へ流
入するために、パティキュレートフィルタをバイパスし
てしまう。機関減速時は、フューエルカットされている
か又は燃料噴射量が非常に少ないために、排気ガス中に
パティキュレートが殆ど含まれていない。それにより、
この時に弁体を切り換えれば、一部の排気ガスがパティ
キュレートフィルタをバイパスしても大気中へパティキ
ュレートが放出されることがない。また、機関減速時
は、フューエルカットされているか又は燃料噴射量が非
常に少ないために、排気ガス温度が非常に低くなる。そ
れにより、この時に弁体を切り換えれば、一部の排気ガ
スでもパティキュレートフィルタをバイパスさせること
ができ、パティキュレートフィルタの温度低下、すなわ
ち、酸化除去可能微粒子量の減少を抑制することができ
る。

【０１０１】第一フローチャート及び第二フローチャー
トでは、実際的にパティキュレートフィルタの排気入口
部の温度と排気出口部の温度とを検出するようにした
が、もちろん、機関運転状態により変化する排気ガス温
度及び排気ガス中の還元物質量等に基づきパティキュレ
ートフィルタの排気入口部の温度と排気出口部の温度を
推定しても良く、また、いずれの温度が高いかだけを推
定するようにしても良い。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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を弁体の切
り換え時期としても良い。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。

【０１０７】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。

【０１０８】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（Ｃｅ
₂Ｏ₃→２ＣｅＯ₂）、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（２ＣｅＯ₂→Ｃｅ₂Ｏ₃）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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】

【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逆転手段とを具
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、パティキュレートを捕集するための捕集壁を有
し、捕集壁は第一捕集面と第二捕集面とを有し、逆転手
段によってパティキュレートフィルタの排気上流側と排
気下流側とが逆転されることにより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が交
互に使用され、前記パティキュレートフィルタは酸化機
能を有し、前記逆転手段は、前記パティキュレートフィ
ルタの排気出口部の温度が排気入口部の温度より高い時
に、前記パティキュレートフィルタの排気上流側と排気
下流側とを逆転するようになっている。それにより、運
転状態によっては、パティキュレートフィルタでのパテ
ィキュレートの酸化が不十分となってパティキュレート
フィルタ捕集壁の一方の捕集面にはある程度パティキュ
レートが残留することがあるが、逆転手段によるパティ
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、捕集壁のこの捕集面には新たにパティキュレ
ートが堆積することはなく、残留パティキュレートを徐
々に酸化除去可能である。同時に、捕集壁の他方の捕集
面によってパティキュレートの捕集及び酸化が開始され
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となるために、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
ことはなく、パティキュレートフィルタの目詰まりを防
止することができる。さらに、逆転手段は、パティキュ
レートフィルタの排気出口部の温度が排気入口部の温度
より高い時に、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ようになっている。それによ
り、逆転後においてはパティキュレートフィルタの排気
入口部の温度は高く、排気ガス中の還元物質は主にこの
排気入口部において酸化機能により燃焼させられる。こ
の燃焼熱は、排気ガスによる熱移動によってパティキュ
レートフィルタから排出される以前にパティキュレート
フィルタの中央部及び排気出口部を昇温させるために、
排気ガス中の還元物質をパティキュレートフィルタ全体
の昇温に効果的に利用することができ、パティキュレー
トの酸化除去を容易にする。

【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１
８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】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】パティキュレートフィルタの各部温度を示す
グラフである。

【図２８】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。

【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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/04 ３８０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８０Ｃ３８０Ｍ 41/38 41/38 Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ３０１Ｔ 45/00 ３１４ 45/00 ３１４Ｒ３１４ＺＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 301 F02D 41/04 F02D 41/38 F02D 43/00 F02M 25/07

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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の排気上
流側と排気下流側とを逆転するための逆転手段とを具備
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、パティキュレートを捕集するための捕集
壁を有し、前記捕集壁は第一捕集面と第二捕集面とを有
し、前記逆転手段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されることにより
パティキュレートを捕集するために前記捕集壁の前記第
一捕集面と前記第二捕集面とが交互に使用され、前記パ
ティキュレートフィルタは酸化機能を有し、前記逆転手
段は、前記パティキュレートフィルタの排気出口部の温
度が排気入口部の温度より高い時に、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を逆転するこ
とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【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。
【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。
【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。
【請求項５】前記逆転手段により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を逆転する時期
となっても前記パティキュレートフィルタの排気出口部
の温度が排気入口部の温度より高くなるまで前記逆転手
段による前記逆転を延期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。
【請求項６】前記逆転手段は、前記パティキュレート
フィルタの排気出口部の温度が排気入口部の温度より高
くて機関減速時に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を逆転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。