JP3525854B2

JP3525854B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3525854B2
Application number: JP2000093024A
Authority: JP
Inventors: 信也広田; 俊明田中; 好一郎中谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2004-05-10
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001271637A

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
が発生することがある。

【０００７】従って、本発明の目的は、排気ガスの逆流
によって捕集したパティキュレートを確実に酸化除去
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、前記逆転手段の上流側から前記パティキ
ュレートフィルタへ還元剤を供給するための還元剤供給
手段とを具備し、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
集壁には酸化触媒と活性酸素放出剤とが担持され、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、前記還元剤供給手段
は、少なくとも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
時の前後において前記還元剤を供給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。

【００１０】

【００１１】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１又は２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、弁体を具
備し、前記弁体を第一位置から第二位置へ切り換えるこ
とによって、前記パティキュレートフィルタの排気上流
側と排気下流側とを逆転させ、前記弁体が前記第一位置
から前記第二位置へ切り換わる間において、少なくとも
排気ガスの一部が前記パティキュレートフィルタをバイ
パスするようになっており、前記弁体が前記第一位置と
前記第二位置との間に位置する時には、前記還元剤供給
手段による前記還元剤の供給が中止されることを特徴と
する。

【００１２】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１又は２に記載の内燃機
関の排気浄化装置において、機関排気系における常に前
記パティキュレートフィルタの下流側となる位置には排
気絞り弁が設けられ、前記パティキュレートフィルタの
温度が設定温度より低い時には前記排気絞り弁によって
排気ガスの通過を抑制させて前記パティキュレートフィ
ルタの温度を前記設定温度以上とさせ、その後に前記還
元剤供給手段によって前記還元剤が供給されることを特
徴とする。

【００１３】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又は２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、弁体を具
備し、前記弁体を第一位置から第二位置へ切り換えるこ
とによって、前記パティキュレートフィルタの排気上流
側と排気下流側とを逆転させ、前記弁体が前記第一位置
から前記第二位置へ切り換わる間において、少なくとも
排気ガスの一部が前記パティキュレートフィルタをバイ
パスするようになっており、前記還元剤供給手段は、機
関排気系へ低圧で還元剤を供給するものであり、機関排
気系の前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給位置
より下流側には、排気絞り弁が設けられ、機関減速時に
は前記排気絞り弁によって排気ガスの通過を抑制させる
と共に前記弁体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を逆転させること特徴とす
る。

【００１４】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、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
には酸化触媒と活性酸素放出剤とが担持され、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
タの両側部は、前記パティキュレートフィルタの中央部
に比較して高い酸化能力を有していることを特徴とす
る。

【００１５】また、本発明による請求項７に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項６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】

【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の
燃焼室の拡大縦断面図であり、図３は図１のディーゼル
エンジンの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。

【００１７】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周りに
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内に導びかれ、機関冷却水
によってＥＧＲガスが冷却される。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】図２および図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
うちの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および図３は圧縮行程末期に燃料
噴射が行われたときを示している。このときには燃料噴
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。

【００２１】図４は排気行程中において排気弁９のリフ
ト量が最大のときに燃料噴射弁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のかさ部背面と排気ポート１０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
のうちの２個のノズル口は、排気弁９が開弁していると
き追加の燃料Ｑａの噴射が行われると燃料噴霧Ｆが排気
弁９のかさ部背面と排気ポート１０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とき燃
料噴霧Ｆが排気弁９のかさ部背面に衝突し、排気弁９の
かさ部背面に衝突した燃料噴霧Ｆは排気弁９のかさ部背
面上において反射し、排気ポート１０内に向かう。

【００２２】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の開度および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、およびスモーク、ＨＣ、Ｃ
Ｏ、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（≒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。

【００２３】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
ったとき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。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮ
Ｏ_xの発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ及
びＣＯの発生量は増大し始める。

【００２４】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ときの燃焼室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ときの燃焼室５内の燃焼
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。

【００２５】図６および図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１
５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図６
に示されるようにＮＯ_xの発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏ_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
とんど発生しないときには燃焼室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、従ってこのとき燃焼室５
内の燃焼温度は低くなっていることになる。

【００２６】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および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およびＣＯの排出
量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。

【００２７】図６および図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
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
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内における燃料およびその周囲
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内における燃料およ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。

【００２８】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、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およ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。このときＮＯ_xの発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
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とき
の温度にほぼ一致する。

【００２９】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
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。

【００３０】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
料およ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、燃料およ
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
の燃料周りの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。

【００３１】即ち、燃料周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、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このとき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。

【００３２】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
には燃焼熱は周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。

【００３３】この場合、燃料およ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な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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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
較的高いとき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。

【００３７】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およ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、およびこの混合ガ
ス量中の空気の割合、およ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。

【００３８】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
れたときに燃料およ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およびその
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、このと
きの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。

【００３９】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およ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。

【００４０】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ガスおよび吸入空気の双方、或いはＥ
ＧＲ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。

【００４１】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。

【００４２】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、このとき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とき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。

【００４３】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。

【００４４】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よ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ときには燃焼時
の燃料およ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。

【００４５】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。

【００４６】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ときに要求負荷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。

【００４７】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および第
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。

【００４８】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、噴射時期およ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１
３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。

【００４９】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
開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度が制御される。な
お、このとき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。

【００５０】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、このとき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１
６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。

【００５１】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。このとき図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。

【００５２】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および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。

【００５３】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。

【００５４】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
であるときを示しており、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。

【００５５】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。

【００５６】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および機関回転数
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および機関回転数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。

【００５７】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および機関回転数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および機関
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。

【００５８】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。

【００５９】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１９と、パティキュレートフィルタ２０と、
パティキュレートフィルタ２０の一方側と切換部１９と
を接続する第一接続部２１ａと、パティキュレートフィ
ルタ２０の他方側と切換部１９とを接続する第二接続部
２１ｂと、切換部１９の下流側の排気通路２２とを具備
している。切換部１９は、切換部１９内で排気流れを遮
断することを可能とする弁体１９ａを具備している。弁
体１９ａ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１９ａの一方の遮断位置にお
いて、切換部１９内の上流側が第一接続部２１ａと連通
されると共に切換部１９内の下流側が第二接続部２１ｂ
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２０の一方側から他方側へ流
れる。

【００６０】また、図２０は、弁体１９ａ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１９
内の上流側が第二接続部２１ｂと連通されると共に切換
部１９内の下流側が第一接続部２１ａ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２０の他方側から一方側へ流れる。こうして、
弁体１９ａを切り換えることによって、パティキュレー
トフィルタ２０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２０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。

【００６１】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、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。

【００６２】この一方で、本排気浄化装置は、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
るために、弁体１９ａを一方の遮断位置から他方の遮断
位置へ回動させる間において、図２１に示すように、排
気ガスがパティキュレートフィルタを通過せずに大気中
へ放出される。また、本排気浄化装置は、図１８及び１
９に示すように、切換部１９の上流側に位置する排気管
１８には、燃料のような還元剤をパティキュレートフィ
ルタ２０へ供給するための還元剤供給装置２３が設けら
れている。さらに、弁体１９ａによるパティキュレート
フィルタ２０の排気上流側と排気下流側との逆転に係わ
らずに、常にパティキュレートフィルタ２０の下流側と
なる位置には、ステップモータ等によって開度制御可能
な排気絞り弁２４が配置されている。

【００６３】図２２にパティキュレートフィルタ２０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２０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２０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
排気上流側表面上及び隔壁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２０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。

【００６４】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。

【００６５】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くとも一つが用いられている。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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２０の排気上流側へ流入することになる。

【００６９】図２３（Ａ）および（Ｂ）はパティキュレ
ートフィルタ２０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２３（Ａ）および（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。

【００７０】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Ｎ
Ｏ₂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
まれる有害なＮＯ_xをパティキュレートフィルタ２０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。

【００７１】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Ｐ
ｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ₂は白金Ｐ
ｔ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ＫＮＯ₃および硫酸カリウムＫ₂ＳＯ ₄が生成され
る。

【００７２】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。

【００７３】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Ｋ₂ＳＯ ₄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
６２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。

【００７４】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は輝炎を発することなく酸化せしめられる。

【００７５】ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６
１は触媒コンバー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が放出される活性
酸素Ｏの量は触媒コンバータの温度が高くなるほど増大
する。従って触媒コンバー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。

【００７６】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
している。なお、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。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、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
レートフィルタに捕集されるや否や短時間のうちにパテ
ィキュレートフィルタにおいて輝炎を発することなく酸
化除去せしめられる。

【００７７】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）はこのような場合の
パティキュレートの酸化の様子を示している。

【００７８】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。

【００７９】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し
て、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。

【００８０】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。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。

【００８１】本実施例では、前述の電子制御ユニット３
０により図２６に示す第一フローチャートに従って還元
剤供給装置２３の供給制御及び弁体１９ａの切換制御を
実施し、主にパティキュレートフィルタを昇温すること
により、図２４に示すように酸化除去可能微粒子量を高
めて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、積算時
間ｔが設定時間ｔｓ以上であるか否かが判断される。こ
の積算時間ｔは、弁体１９ａを切り換えてからの積算時
間である。ステップ１０１における判断が否定される時
には、ステップ１０６において積算時間ｔを積算して終
了するが、肯定される時にはステップ１０２へ進む。ス
テップ１０２では、還元剤供給装置２３によって還元剤
の供給を開始する。次いで、ステップ１０２において、
弁体１９ａが切り換えられる。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が逆転され
る。次いで、ステップ１０４において還元剤の供給を停
止し、ステップ１０５において積算時間ｔは０にリセッ
トされ、ステップ１０６において新たに積算時間ｔが積
算され終了する。

【００８２】本実施例のパティキュレートフィルタ２０
は、前述したように、白金Ｐｔのような酸化触媒を担持
しているが、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、通
常ＨＣ及びＣＯのような還元剤があまり含まれていない
ために、パティキュレートフィルタが還元剤の燃焼熱に
よって昇温されることはない。それにより、パティキュ
レートフィルタの温度は、主に排気ガス温度に依存する
だけである。こうして、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）は排気ガス温度に
維持されるが、特に、排気出口部（各隔壁の排気出口側
端部）は排気ガスによる熱の流出もあって排気入口部よ
りかなり低温となっている。

【００８３】弁体１９ａ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させた後に
還元剤供給装置によって還元剤が供給されても、このよ
うに現在の排気入口部が低温となっていると、排気入口
部では酸化触媒によって還元剤を良好に燃焼させること
ができず、パティキュレートフィルタを全体的に昇温す
ることはできない。しかしながら、第一フローチャート
では、設定時間ｔｓ毎に弁体が切り換えられ、弁体を切
り換える以前に還元剤供給装置によって還元剤が供給さ
れるために、排気ガス温度には維持されているパティキ
ュレートフィルタの排気入口部では、酸化触媒によって
比較的良好に還元剤が燃焼して比較的多量の燃焼熱を発
生する。それにより、パティキュレートフィルタの排気
入口部が昇温すると共に排気出口部では熱の流出以上に
比較的多量の燃焼熱が到来して排気入口部以上に大幅に
昇温される。

【００８４】次いで、弁体によって排気上流側と排気下
流側とが逆転されるために、還元剤の供給が停止される
までに供給された還元剤が、大幅に昇温された現在の排
気入口部において良好に燃焼し、さらに多量の燃焼熱を
発生し、排気入口部をさらに昇温すると共に排気出口部
を大幅に昇温する。こうして、比較的少量の還元剤を使
用してパティキュレートフィルタ全体を効果的に昇温す
ることができ、酸化除去可能微粒子量を大幅に向上さ
せ、もし、設定時間ｔｓの間に図２４の領域IIでの運転
が頻繁に行われ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及び堆積しても、このパティ
キュレートを良好に酸化除去することができる。また、
弁体を切り換える以前において、パティキュレートフィ
ルタの排気入口部における酸化触媒が可溶有機成分（Ｓ
ＯＦ）によって被毒され機能低下していることがある
が、前述のように、排気上流側と排気下流側との逆転後
に、排気出口部に位置することとなるこの酸化触媒は大
幅に昇温されるために、ＳＯＦ被毒を良好に回復するこ
とができる。

【００８５】図２７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。設定時間ｔｓの間には、図
２４の領域IIでの運転が実施されることもあり、図２７
（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。この時点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、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２７（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、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
堆積するパティキュレートを酸化除去する。

【００８７】すなわち、隔壁の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と共に到来する。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。このように、排気ガスの逆
流だけによっても堆積パティキュレートは酸化除去可能
であるが、パティキュレートフィルタの昇温によって酸
化除去可能微粒子量を向上させれば、残留及び堆積パテ
ィキュレートを確実に及び比較的短い時間で酸化除去す
ることが可能となる。

【００８８】第一フローチャートにおいて、弁体の切り
換えは、設定時間ｔｓ毎に実施されるために、この間で
図２４の領域IIでの運転が頻繁に行われたとしても、弁
体の切り換え時点で多量のパティキュレートがパティキ
ュレートフィルタに堆積していることはなく、また、パ
ティキュレートフィルタ上の堆積パティキュレートが長
期間放置されて酸化され難いカーボン質に変質してしま
うようなこともない。こうして、前述のごとく確実に残
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、また、多量の堆積パティキュレートが一度に燃焼す
ることにより、多量の燃焼熱が発生してパティキュレー
トフィルタを溶損する等の問題が発生することはない。
もちろん、弁体の切り換え時期は、設定時間毎に限定さ
れることはなく、設定走行距離毎でも良く、また、多量
のパティキュレートが堆積せずに及び堆積パティキュレ
ートがカーボン質に変質することのないような任意の時
期としても良い。また、本実施例のディーゼルエンジン
は、第一燃焼と第二燃焼とを切り換えて実施するもので
あり、第一燃焼は、前述のごとく排気ガス中に比較的多
量のＨＣ及びＣＯ、すなわち、還元剤を含んでいる。そ
れにより、特に機関排気系に還元剤供給装置を設けるこ
となく、第一燃焼を還元剤供給手段として利用し、第一
燃焼の実施中に弁体を切り換えるようにしても良い。

【００８９】また、排気ガス中に還元剤が含まれ、これ
が酸化触媒によって燃焼されれば、排気ガス中の酸素濃
度が低下する。それにより、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、これら一気に放出さ
れた活性酸素Ｏによっても堆積したパティキュレートが
輝炎を発することなく一気に燃焼除去させ易くなる。弁
体１９ａ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させた後においては、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
壁の他方の捕集面では、一方の捕集面に比較して活性酸
素を放出し易いために、逆転後の還元剤の燃焼は、活性
酸素を多量に放出させ、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を可能とする。

【００９０】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することに加えて、こ
の逆転の前後に還元剤を供給することは、残留及び堆積
パティキュレートの酸化除去に非常に有効である。しか
しながら、本実施例の切換部１９の構造は、前述したよ
うに、弁体１９ａの一方の遮断位置から他方の遮断位置
への切り換え中において、排気ガスの一部がパティキュ
レートフィルタ２０をバイパスしてしまう。それによ
り、この時において、還元剤が供給されると、還元剤が
大気中へ放出されてしまう。それにより、切り換え中に
おいて、弁体１９ａが一方の遮断位置と他方の遮断位置
との間に位置する時には還元剤供給装置２３による還元
剤の供給を中断することが好ましい。

【００９１】また、弁体の切り換え中において排気ガス
中にパティキュレートが含まれていれば、このパティキ
ュレートは大気中へ放出されることとなる。図２８は、
これを防止して堆積パティキュレートを酸化除去するた
めの第二フローチャートである。本フローチャートは、
還元剤供給装置及び弁体を制御することに加えて排気絞
り弁も制御するものであり、所定時間毎に繰り返され
る。先ず、ステップ２０１において、パティキュレート
フィルタの温度Ｔが設定温度Ｔｓ以上であるか否かが判
断される。機関始動時等のように、この判断が否定され
る時には、活性酸素放出剤の酸化除去可能微粒子量が低
く、早急にパティキュレートフィルタを昇温しなければ
ならない。それにより、ステップ２０２に進み、還元剤
の供給を開始する。しかしながら、この設定温度Ｔｓで
は、酸化触媒も十分に活性化しておらず、還元剤を十分
に燃焼させることができないために、ステップ２０３に
おいて、排気絞り弁２４が全開から開度減少させられ、
排気ガスの熱を有効にパティキュレートフィルタへ作用
させ、少なくともパティキュレートフィルタの排気入口
部を酸化触媒の活性化温度へ昇温させる。

【００９２】ここで、機関排気系に還元剤を供給するた
めの還元剤供給装置２３は、安価なものとするために、
還元剤が低圧で噴射されるようにすることが好ましい。
また、還元剤の供給を開始及び停止するための弁体等を
具備する制御部は、機関排気系近傍に設けるためには高
い耐熱性が必要とされるために、エンジルルーム内のよ
うに機関排気系から離して設置することが好ましい。こ
うして、この制御部と機関排気系の還元剤供給位置と
は、ステンレス等の供給管によって接続されることとな
る。このような構成では、比較的長い供給管内が大きな
容積となり、この大きな容積を介して低圧で噴射される
還元剤は、機関排気系の還元剤供給位置における排気ガ
ス圧力が高まると、自動的に供給停止されることとな
る。それにより、還元剤供給装置の制御によって還元剤
の供給を開始しても、排気絞り弁の開度減少によって機
関排気系の還元剤供給位置における排気ガス圧力が高ま
ると、実際的には還元剤の供給は停止されることとな
り、パティキュレートフィルタの排気入口部が酸化触媒
の活性化温度に昇温される間は、還元剤がパティキュレ
ートフィルタへ供給されることはない。

【００９３】次いで、ステップ２０４において、排気絞
り弁が全開へ開度増加されると、機関排気系の還元剤供
給位置における排気ガス圧力が低下し、実際に還元剤が
機関排気系に供給されて、酸化触媒の活性化温度に昇温
したパティキュレートフィルタの排気入口部へ還元剤が
供給され、還元剤の燃焼熱によってパティキュレートフ
ィルタがさらに昇温され、酸化除去可能微粒子量を高め
ることができる。ステップ２０１での判断には、パティ
キュレートフィルタに配置された温度センサを使用して
も良いが、現在の機関運転状態からパティキュレートフ
ィルタの温度を推定しても良く、また、機関始動時には
パティキュレートフィルタの温度が設定温度以下である
として、機関始動毎にステップ２０２からステップ２０
５の処理を実施するようにしても良い。また、還元剤供
給装置が、このような構成ではなく、例えば、機関燃料
噴射弁を使用して排気行程燃料噴射によって還元剤を供
給するように、又は、高圧で還元剤を機関排気系に供給
するように、意図する通りに還元剤をパティキュレート
フィルタへ供給することが可能であるならば、ステップ
２０４において排気絞り弁の開度を増加した後に還元剤
を供給するようにしても良い。

【００９４】一方、ステップ２０１における判断が肯定
される時には、ステップ２０６において、機関減速時で
あるか否かが判断される。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２０
７に進み、還元剤の供給を開始する。次いで、ステップ
２０８において排気絞り弁２４が全開から開度減少され
る。この時、開度減少速度を遅くするか又は、ステップ
２０７の処理後に所定時間を設けてステップ２０８の処
理を実施するなどして、実際に還元剤がパティキュレー
トフィルタへ供給されるようにする。それにより、パテ
ィキュレートフィルタは、第一フローチャートで説明し
たように、排気入口部での還元剤の燃焼によって排気入
口部が昇温されると共に排気入口部以上に排気出口部が
昇温される。その後、排気絞り弁２４の開度減少によっ
て機関排気系における還元剤の供給位置での排気ガス圧
力が高まり、実際的に還元剤の供給が停止される。

【００９５】次いで、ステップ２０９において弁体が切
り換えられ、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が逆転される。この時、機関減
速時であるために、フューエルカットされているか又は
燃料噴射量は僅かであるために、排気ガス中には殆どパ
ティキュレートが含まれていない。また、還元剤の供給
も停止されているために、排気ガス中に還元剤が含まれ
てもいない。それにより、弁体の切り換え中に排気ガス
がパティキュレートフィルタをバイパスしても大気中に
パティキュレート及び還元剤が放出されることはない。
また、機関減速時における排気絞り弁の開度減少は、エ
ンジンブレーキ作用によって車両制動力を高めることが
できる。

【００９６】次いで、ステップ２１０において排気絞り
弁の開度が全開とされ、機関排気系における還元剤の供
給位置での排気ガス圧力が低下し、還元剤の供給が再開
され、その後、ステップ２１１において還元剤の供給が
停止される。それにより、パティキュレートフィルタの
高温度とされた現在の排気入口部には、還元剤が供給さ
れ、この還元剤を良好に燃焼させるために、多大な燃焼
熱によって排気入口部をさらに昇温すると共に排気出口
部を大幅に昇温する。こうして、比較的少量の還元剤を
使用してパティキュレートフィルタ全体を効果的に昇温
することができ、酸化除去可能微粒子量を大幅に向上さ
せる。

【００９７】こうして、本フローチャートでは、機関減
速時毎に、還元剤の供給を伴って弁体が切り換えられ
る。この機関減速時の判断には、ブレーキペダルの踏み
込み又はアクセルペダルの開放等を検出すれば良い。こ
うして、長期に渡って機関減速が行われないことは考え
られず、弁体が切り換えられる間において、図２４の領
域IIでの運転が頻繁に行われたとしても、多量のパティ
キュレートがパティキュレートフィルタに堆積している
ことはなく、また、パティキュレートフィルタ上の堆積
パティキュレートが長期間放置されてカーボン質に変質
してしまうようなこともない。それにより、前述のごと
く確実に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、また、多量の堆積パティキュレートが一度
に燃焼することにより、多量の燃焼熱が発生してパティ
キュレートフィルタを溶損する等の問題が発生すること
はない。排気絞り弁の位置は、パティキュレートフィル
タの温度を排気ガスによって昇温するためには、常にパ
ティキュレートフィルタの排気下流側となる位置とする
ことが好ましいが、弁体の切り換え時における還元剤の
供給停止だけに使用されるならば、還元剤の供給位置の
下流側であれはパティキュレートフィルタの上流側とし
ても良い。

【００９８】第一フローチャート及び第二フローチャー
トにおいて、還元剤の供給は、主に弁体の切り換え前後
に実施するようにしたが、もちろん、少なくともパティ
キュレートフィルタの入口部の温度が酸化触媒の活性温
度以上であるならば、常に還元剤を供給するようにして
も良い。それにより、パティキュレートフィルタの温度
は常に十分に高められ、酸化除去可能微粒子量が常に高
く維持されるために、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ほぼ防止することも可能であ
る。但し、パティキュレートフィルタの温度が所定温度
以上となると、還元剤として燃料を使用した場合には、
燃料中の硫黄分によって酸化触媒でサルフェートが生成
されることとなるために、この所定温度以上となった時
には還元剤として燃料を供給することは停止されること
が好ましい。

【００９９】図２９は、前述とは別の構成を有するパテ
ィキュレートフィルタを示す図であり、本パティキュレ
ートフィルタは、中央部２０ａ’において酸化触媒と活
性酸素放出剤とを担持し、両端部２０ｂ’及び２０ｃ’
においては酸化触媒が多量に担持され中央部に比較して
高い酸化能力を有するようにしてある。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のように、弁
体の切り換え前後において、パティキュレートフィルタ
へ還元剤を供給すれば、この還元剤が非常に少量であっ
ても、パティキュレートフィルタ内へ流入した直後に、
高い酸化能力を有するパティキュレートフィルタの排気
入口部となる一端部２０ｂ’又は２０ｃ’において確実
に燃焼させられ、この燃焼熱がパティキュレートフィル
タの排気出口部となる他端部をさらに昇温する。さら
に、弁体の切り換えによって、この他端部には還元剤が
供給され、この還元剤が非常に少量であっても、高温で
高い酸化能力を有する他端部において還元剤は確実に燃
焼させられ、この燃焼熱によって、他端部はさらに昇温
すると共に、パティキュレートフィルタの排気出口部と
なる一端部は他端部以上に昇温させられる。こうして、
図１８に示すパティキュレートフィルタに比較して、さ
らに少量の還元剤でもパティキュレートフィルタ全体を
確実に昇温することが可能となる。

【０１００】また、特に還元剤を供給しなくても、パテ
ィキュレートフィルタの排気入口部は、常に高い酸化能
力を有しているために、排気ガス中に微量に含まれるＨ
Ｃ及びＣＯ等の還元成分を確実に燃焼させることがで
き、弁体を切り換えるだけでパティキュレートフィルタ
全体を比較的良好に昇温させることも可能である。

【０１０１】こうしてパティキュレートフィルタ全体が
昇温されれば、中央部２０ａにおける酸化除去可能微粒
子量は向上し、パティキュレートフィルタに残留及び堆
積するパティキュレートを良好に酸化除去することがで
きる。もちろん、パティキュレートフィルタの両端部に
は、酸化触媒だけなく、活性酸素放出剤も担持可能であ
り、それにより、パティキュレートフィルタの両端部に
残留及び堆積するパティキュレートも活性酸素によって
良好に酸化除去することができる。

【０１０２】ところで、排気ガス中のカルシウムＣａは
ＳＯ₃が存在すると、前述したアッシュのような硫酸カ
ルシウムＣａＳＯ₄を生成する。この硫酸カルシウムＣ
ａＳＯ₄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を用いると活性酸素放
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ＳＯ
₃と結合することなく触媒コンバータの隔壁を通過す
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。

【０１０３】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、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。

【０１０４】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、吸蔵したＮＯ_x及
び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、第一フローチャ
ート及び第二フローチャートにおける還元剤の供給を、
このリッチ化制御として利用することもできる。

【０１０５】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。

【０１０６】

【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、逆
転手段の上流側からパティキュレートフィルタへ還元剤
を供給するための還元剤供給手段とを具備し、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、捕集壁には酸化触媒と活性酸素放出剤
とが担持され、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るようになっている。それに
より、運転状態によっては、活性酸素放出剤による酸化
除去が不十分となってパティキュレートフィルタ捕集壁
の第一捕集面にはある程度の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
壁の第一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、第一捕集面の活性酸素放出剤から放出され
る活性酸素で徐々に酸化除去が開始される。同時に、捕
集壁の第二捕集面によってパティキュレートの捕集及び
酸化除去が開始され、この酸化除去で使用された残りの
活性酸素は排気ガスと共に第一捕集面に残留するパティ
キュレートへ到来し、残留パティキュレートを酸化除去
する。こうして、パティキュレートフィルタの排気上流
側と排気下流側との逆転によって残留パティキュレート
を良好に酸化除去することができ、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できる。さらに、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時の前後において、還元剤
供給手段によって逆転手段の上流側からパティキュレー
トフィルタへ還元剤が供給される。それにより、パティ
キュレートフィルタに担持された酸化触媒が還元剤を燃
焼させ、この燃焼熱によってパティキュレートフィルタ
が昇温して酸化除去可能微粒子量が向上すると共に、還
元剤の燃焼によって排気ガス中の酸素濃度が低下し、こ
れによっても酸化除去可能微粒子量が向上する。こうし
て、還元剤の供給によってパティキュレートフィルタの
酸化除去可能微粒子量は非常に向上し、パティキュレー
トフィルタへ残留及び堆積するパティキュレートをさら
に確実に及び比較的短時間で酸化除去することができ
る。

【０１０７】また、本発明によるもう一つの内燃機関の
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、捕集壁には酸化触媒
と活性酸素放出剤とが担持され、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、パティキ
ュレートフィルタの両側部は、パティキュレートフィル
タの中央部に比較して高い酸化能力を有している。それ
により、前述同様に、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の逆転によって残留パティキュレ
ートを良好に酸化除去することができ、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できる。さら
に、パティキュレートフィルタの両側部における酸化能
力が高められているために、排気ガス中に僅かな還元物
質しか含まれていなくても、この還元物質を良好に燃焼
させ、この燃焼熱によって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ことがで
き、パティキュレートフィルタへ残留及び堆積するパテ
ィキュレートをさらに確実に及び比較的短時間で酸化除
去することができる。

【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】第２の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】切換部内の弁体の中間位置を示す図である。

【図２２】パティキュレートフィルタの構造を示す図で
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の隔壁の拡大断面
図である。

【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。

【図２９】パティキュレートフィルタのもう一つの構造
を示す機関排気系の一部における平面図である。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁１６…スロットル弁１９…切換部１９ａ…弁体２０…パティキュレートフィルタ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ 53/94 53/36 １０３Ｃ (56)参考文献特開平６−159037（ＪＰ，Ａ) 特開平５−98939（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−30507（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 3/08 B01D 46/42 B01D 53/94

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、前記
逆転手段の上流側から前記パティキュレートフィルタへ
還元剤を供給するための還元剤供給手段とを具備し、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、前記捕集壁には酸化触媒と
活性酸素放出剤とが担持され、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、前記還元剤供給手段は、少なくとも前記
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時の前後において前
記還元剤を供給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１に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項３】前記逆転手段は、弁体を具備し、前記弁
体を第一位置から第二位置へ切り換えることによって、
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
側とを逆転させ、前記弁体が前記第一位置から前記第二
位置へ切り換わる間において、少なくとも排気ガスの一
部が前記パティキュレートフィルタをバイパスするよう
になっており、前記弁体が前記第一位置と前記第二位置
との間に位置する時には、前記還元剤供給手段による前
記還元剤の供給が中止されることを特徴とする請求項１
又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】機関排気系における常に前記パティキュ
レートフィルタの下流側となる位置には排気絞り弁が設
けられ、前記パティキュレートフィルタの温度が設定温
度より低い時には前記排気絞り弁によって排気ガスの通
過を抑制させて前記パティキュレートフィルタの温度を
前記設定温度以上とさせ、その後に前記還元剤供給手段
によって前記還元剤が供給されることを特徴とする請求
項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記逆転手段は、弁体を具備し、前記弁
体を第一位置から第二位置へ切り換えることによって、
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
側とを逆転させ、前記弁体が前記第一位置から前記第二
位置へ切り換わる間において、少なくとも排気ガスの一
部が前記パティキュレートフィルタをバイパスするよう
になっており、前記還元剤供給手段は、機関排気系へ低
圧で還元剤を供給するものであり、機関排気系の前記還
元剤供給手段による前記還元剤の供給位置より下流側に
は、排気絞り弁が設けられ、機関減速時には前記排気絞
り弁によって排気ガスの通過を抑制させると共に前記弁
体によって前記パティキュレートフィルタの排気上流側
と排気下流側とを逆転させること特徴とする請求項１又
は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】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、前記捕集壁には酸化
触媒と活性酸素放出剤とが担持され、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の両側
部は、前記パティキュレートフィルタの中央部に比較し
て高い酸化能力を有していることを特徴とする内燃機関
の排気浄化装置。
【請求項７】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６に記載の内燃機関の排気
浄化装置。