JP3565135B2

JP3565135B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3565135B2
Application number: JP2000142323A
Authority: JP
Inventors: 和浩伊藤; 俊明田中; 信也広田; 孝充浅沼; 光壱木村; 好一郎中谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP2001317336A

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】
従来、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置が知られている。この種の内燃機関の排気浄化装置の例としては、例えば特公平７−１０６２９０号公報に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが特開平７−１０６２９０号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れが逆転されない。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子をパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散することができない。その結果、ある一定量以上の微粒子がパティキュレートフィルタの壁に捕集されると、微粒子を除去しようとする作用がすべての微粒子に十分に伝わらなくなってしまう。従って、特開平７−１０６２９０号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに流入する微粒子量がある一定量以上になると、そのすべての微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面に捕集されてしまうのに伴い、パティキュレートフィルタの有する微粒子除去作用がすべての微粒子に十分に伝わらなくなってしまい、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまう。そのため、パティキュレートフィルタが目詰まりし、背圧が上昇してしまう。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させ、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることにより微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止すると共に、排気ガス中のＮＯｘを良好に浄化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を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている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一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、前記パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互に前記パティキュレートフィルタを通過するようにし、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００６】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタに担持され、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスがパティキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更に請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに担持されたＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持される。そのため、排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされるか、あるいは、されないかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００８】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされるか、あるいは、されないかを選択することにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が通常継続的に維持される。例えば、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも排気ガスの温度が低く、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が低くなる可能性があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。また、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が高くなる可能性があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。一方、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲からパティキュレートフィルタの温度が外れてしまう可能性がないときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされないことにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。そのため、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入するための機関排気通路が第一通路と第二通路とを有し、前記第一通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記第二通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスが前記第一通路を通されるか、あるいは、前記第二通路を通されるかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１０】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が高くなる第一通路とパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなる第二通路とが設けられ、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスが第一通路を通されるか、あるいは、第二通路を通されるかを選択することにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が通常継続的に維持される。例えば、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲からパティキュレートフィルタの温度が外れてしまう可能性がないときに、排気ガスが第一通路を通されることによってパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にそのまま維持されることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。また、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が高くなる可能性があるときに、排気ガスが第二通路を通されることによってパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の温度にされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。そのため、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にあるときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされ、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも高いときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされないようにすることにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１２】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にあるときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされ、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも高いときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされないようにすることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が通常継続的に維持される。例えば、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度があり、燃料カット時の排気ガスがパティキュレートフィルタ内に流入するとＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が低くなってしまう可能性があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。また、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が高く、パティキュレートフィルタの温度を低下させる必要があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされず、燃料カット時の比較的温度の低い排気ガスがパティキュレートフィルタ内に流入せしめられることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が入れられる。そのため、燃料カット時のような内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている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の壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１４】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタの壁に担持され、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散される。そのため、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更に請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散されることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性が低減せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止することができる。また請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに担持されたＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持される。そのため、排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持され、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１６】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置では、酸化剤がパティキュレートフィルタの壁の内部に担持されているため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更に、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子が移動される。そのため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、前記パティキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、通常は継続的に前記排出微粒子量及びパティキュレートフィルタの温度を前記排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにした請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１８】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置では、通常は継続的に排出微粒子量及びパティキュレートフィルタの温度が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持される。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去しつつ、排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明によれば、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２０】
請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度に基づき、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないようにすることができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明の内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。図１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、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、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を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口はパティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。
【００２３】
パティキュレートフィルタ２２は排気ガスを順流方向にも逆流方向にも流すことができるように構成されている。７１は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を順流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２の上流側通路となる第一通路、７２は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を逆流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２の上流側通路となる第二通路である。７３は排気ガスの流れを順流方向と逆流方向とバイパス状態とで切り換えるための排気切換バルブ、７４は排気切換バルブ駆動装置である。
【００２４】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２６を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管２６を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２５】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、ケーシング２３にはパティキュレートフィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取付けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。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、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５には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が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８及び排気切換バルブ駆動装置７４に接続される。
【００２６】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ，ＴＱ＝ｂ，ＴＱ＝ｃ，ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数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。本発明による実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
【００２７】
図３にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図３において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図３（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２８】
パティキュレートフィルタ２２は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図３（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。本発明による実施形態では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒、および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酸素吸蔵・活性酸素放出剤が担持されている。この場合、本発明による実施形態では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、酸素吸蔵・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、セリウムＣｅ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。なお、この場合酸素吸蔵・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。
【００２９】
次にパティキュレートフィルタ２２による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では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、燃焼室５および排気通路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図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室５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５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およびＳＯ_２を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００３０】
図４（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の内周面および隔壁５４内の細孔内壁面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図４（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を含んでいる酸素吸蔵・活性酸素放出剤を示している。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２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図４（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上で酸化されつつ酸素吸蔵・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４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻は硝酸カリウムＫＮＯ_３を生成する。
【００３１】
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酸素吸蔵・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酸素吸蔵・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−の形で酸素吸蔵・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。このようにして酸素吸蔵・活性酸素放出触媒６１内には硝酸カリウムＫＮＯ_３および硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４が生成される。
【００３２】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子が生成され、従って排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内を流れているときに、或いは排気ガス流入通路５０から排気ガス流出通路５１に向かうときに図４（Ｂ）において６２で示されるように担体層の表面、例えば酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１の表面上に接触し、付着する。このように微粒子６２が酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と酸素吸蔵・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酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２と酸素吸蔵・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、酸素吸蔵・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が微粒子６２と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＮＯが酸素吸蔵・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、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００３３】
一方、このとき酸素吸蔵・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が微粒子６２と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＳＯ_２が酸素吸蔵・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、再び酸素吸蔵・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、硝酸カリウムＫＮＯ_３に比べ放出しづらい。一方、微粒子６２と酸素吸蔵・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。従って微粒子６２と酸素吸蔵・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が微粒子６２に接触すると微粒子６２は短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は消滅する。従って微粒子６２はパティキュレートフィルタ２２上に堆積することがない。なお、このようにパティキュレートフィルタ２２上に付着した微粒子６２は活性酸素Ｏによって酸化せしめられるがこれら微粒子６２は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。
【００３４】
パティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、従ってこのような火炎を伴なう燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温に維持しなければならない。これに対して本発明では微粒子６２は上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２２の表面が赤熱することもない。即ち、云い換えると本発明ではかなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。従って本発明による輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００３５】
ところで白金Ｐｔおよび酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１が放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。従ってパティキュレートフィルタ２２上において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はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。
【００３６】
図６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６において横軸はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを示している。単位時間当りに燃焼室５から排出される微粒子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Ｇよりも少ないとき、即ち図６の領域Ｉでは燃焼室５から排出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２２に接触するや否や短時間のうちにパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００３７】
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６の領域ＩＩでは全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図５（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。即ち、全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には図５（Ａ）に示すように微粒子６２が酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１上に付着すると微粒子６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。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微粒子部分が担体層上に残留し、その結果図５（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われるようになる。
【００３８】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６３は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くしてこの残留微粒子部分６３はそのまま残留しやすくなる。また、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ_２の酸化作用および酸素吸蔵・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。その結果、図５（Ｃ）に示されるように残留微粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと堆積する。即ち、微粒子が積層状に堆積することになる。このように微粒子が積層状に堆積するとこれら微粒子は白金Ｐｔや酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から距離を隔てているためにたとえ酸化されやすい微粒子であってももはや活性酸素Ｏによって酸化されることがなく、従ってこの微粒子６４上に更に別の微粒子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２２上には微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。このように図６の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ２２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６の領域ＩＩでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する。従って微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積しないようにするためには排出微粒子量Ｍを常時酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くしておく必要がある。
【００３９】
図６からわかるように本発明の実施形態で用いられているパティキュレートフィルタ２２ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であり、従って図１に示す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持することが可能である。従って本発明による実施形態においては排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するようにしている。このように排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するとパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が全く堆積しなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ２２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。また、微粒子の酸化による微粒子除去作用はかなり低温でもって行われる。従ってパティキュレートフィルタ２２の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュレートフィルタ２２が劣化する危険性はほとんどない。また、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が全く堆積しないのでアッシュが凝集する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィルタ２２が目詰まりする危険性が少なくなる。
【００４０】
ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウムＣａＳＯ_４によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウム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は固体であって高温になっても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ_４が生成され、この硫酸カルシウムＣａＳＯ_４によってパティキュレートフィルタ２２の細孔が閉塞されると目詰まりを生ずることになる。しかしながらこの場合、酸素吸蔵・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を用いると酸素吸蔵・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２２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ２２の細孔が目詰まりすることがなくなる。従って前述したように酸素吸蔵・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。
【００４１】
さて、本発明による第一の実施形態では基本的に全ての運転状態において排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持することを意図している。しかしながら実際には全ての運転状態において排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くすることはほとんど不可能である。例えば機関始動時には通常パティキュレートフィルタ２２の温度は低く、従ってこのときには通常排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。従って本発明による第二の実施形態では機関始動直後のような特別の場合を除いて通常継続的に排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるようにしている。
【００４２】
なお、機関始動直後におけるように排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなるとパティキュレートフィルタ２２上に酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめる。しかしながらこのように酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめているときに、即ち微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くなるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏによって輝炎を発することなく酸化除去される。従って本発明による第二の実施形態では機関始動直後のような特別の運転状態のときには、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に積層しないように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。
【００４３】
また、このように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持するようにしていたとしても何らかの理由によりパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。このような場合であっても排気ガスの一部又は全体の空燃比が一時的にリッチにされるとパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子は輝炎を発することなく酸化せしめられる。即ち、排気ガスの空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられると酸素吸蔵・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によって堆積した微粒子が輝炎を発することなく一気に短時間で酸化除去せしめられる。
【００４４】
つまり第二の実施形態では、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量Ｍが一時的に酸化除去可能微粒子量Ｇより多くなったとしてもその後排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に堆積しないように、排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。
【００４５】
図７は図３（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の拡大断面図である。図７において、６６は隔壁５４の内部に広がっている排気ガス通路、６７はパティキュレートフィルタの基材、２６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の表面上に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤である。上述したように、この酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の表面上に一時的に捕集された微粒子を酸化する機能を有する。１６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の内部に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤である。この酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１も、酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１と同様な酸化機能を有し、パティキュレートフィルタの隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子を酸化することができる。
【００４６】
図８は図１に示したパティキュレートフィルタ２２の拡大図である。詳細には、図８（Ａ）はパティキュレートフィルタの拡大平面図、図８（Ｂ）はパティキュレートフィルタの拡大側面図である。図９は排気切換バルブの切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図である。詳細には、図９（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置にあるときの図、図９（Ｂ）は排気切換バルブ７３が逆流位置にあるときの図、図９（Ｃ）は排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるときの図である。排気切換バルブ７３が順流位置にあるとき、図９（Ａ）に示すように、排気切換バルブ７３を通過してケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず第一通路７１を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２を通過し、最後に第二通路７２を通過し、再び排気切換バルブ７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ７３が逆流位置にあるとき、図９（Ｂ）に示すように、排気切換バルブ７３を通過してケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず第二通路７２を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２を図９（Ａ）に示した場合とは逆向きに通過し、最後に第一通路７１を通過し、再び排気切換バルブ７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるとき、図９（Ｃ）に示すように、第一通路７１内の圧力と第二通路７２内の圧力とが等しくなるために、排気切換バルブ７３に到達した排気ガスはケーシング２３内に流入することなくそのまま排気切換バルブ７３を通過する。排気切換バルブ７３の切換は、例えば内燃機関の減速運転毎に行われる。
【００４７】
図１０は排気切換バルブ７３の位置が切り換えられるのに応じてパティキュレートフィルタの隔壁５４の内部の微粒子が移動する様子を示した図である。詳細には、図１０（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置（図９（Ａ）参照）にあるときのパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の拡大断面図、図１０（Ｂ）は排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置（図９（Ｂ）参照）に切り換えられたときのパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の拡大断面図である。図１０（Ａ）に示すように、排気切換バルブ７３が順流位置に配置され、排気ガスが上側から下側に流れているとき、隔壁内部の排気ガス通路６６内に存在する微粒子１６２は、排気ガスの流れによって隔壁内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に押しつけられ、その上に堆積してしまっている。そのため、酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に直接接触していない微粒子１６２は、十分な酸化作用を受けていない。次に図１０（Ｂ）に示すように排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置に切り換えられて排気ガスが下側から上側に流れると、隔壁内部の排気ガス通路６６内に存在する微粒子１６２は排気ガスの流れによって移動せしめられる。その結果、十分に酸化作用を受けていなかった微粒子１６２が、酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に直接接触せしめられ、十分な酸化作用を受けるようになる。また、排気切換バルブ７３が順流位置に配置されていたとき（図１０（Ａ）参照）にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１上に堆積していた微粒子の一部は、排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置に切り換えられることにより、パティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１上から脱離する（図１０（Ｂ）参照）。この微粒子の脱離量は、パティキュレートフィルタ２２の温度が高いほど多くなり、また、排気ガス量が多いほど多くなる。パティキュレートフィルタ２２の温度が高いほど微粒子の脱離量が多くなるのは、パティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるに従って、微粒子を堆積させているバインダとしてのＳＯＦの結合力が弱くなるからである。
【００４８】
本実施形態では、図９（Ａ）に示す排気切換バルブ７３の順流位置から図９（Ｂ）に示す逆流位置への切り換え、及び、図９（Ｂ）に示す逆流位置から図９（Ａ）に示す順流位置への切り換えは、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集される微粒子をパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の上面と下面（図７参照）とに分散させるようにして行われる。そのように排気切換バルブ７３の切換を行うことにより、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性が低減せしめられる。好適には、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集される微粒子は、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の上面と下面とにほぼ同程度に分散される。
【００４９】
さて、図６においては酸化除去可能微粒子量Ｇがパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦのみの関数として示されているがこの酸化除去可能微粒子量Ｇは実際には排気ガス中の酸素濃度、排気ガス中のＮＯｘ濃度、排気ガス中の未燃ＨＣ濃度、微粒子の酸化のしやすさの程度、パティキュレートフィルタ２２内における排気ガス流の空間速度、排気ガス圧等の関数でもある。従って酸化除去可能微粒子量Ｇはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを含む上述の全ての因子の影響を考慮に入れて算出することが好ましい。
【００５０】
しかしながらこれら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるのはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦであり、比較的大きな影響を与えるのは排気ガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度である。図１１（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス中の酸素が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示しており、図１１（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス中のＮＯｘ濃度が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示している。なお、図１１（Ａ），（Ｂ）において破線は排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ濃度が基準値であるときを示しており、図１１（Ａ）において〔Ｏ_２〕_１は基準値よりも排気ガス中の酸素濃度が高いとき、〔Ｏ_２〕_２は〔Ｏ_２〕_１よりも更に酸化濃度が高いときを夫々示しており、図１１（Ｂ）において〔ＮＯ〕_１は基準値よりも排気ガス中のＮＯｘ濃度が高いとき、〔ＮＯ〕_２は〔ＮＯ〕_１よりも更にＮＯｘ濃度が高いときを夫々示している。
【００５１】
排気ガス中の酸素濃度が高くなるとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するが更に酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に取込まれる酸素量が増大するので酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素も増大する。従って図１１（Ａ）に示されるように排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。一方、排気ガス中のＮＯは前述したように白金Ｐｔの表面上において酸化されてＮＯ_２となる。このようにして生成されたＮＯ_２の一部は酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸収され、残りのＮＯ_２は白金Ｐｔの表面から外部に離脱する。このとき微粒子はＮＯ_２と接触すると酸化反応が促進され、従って図１１（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。ただし、このＮＯ_２による微粒子の酸化促進作用は排気ガス温がほぼ２５０℃からほぼ４５０℃の間でしか生じないので図１１（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなるとパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがほぼ２５０℃から４５０℃の間のときに酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。
【００５２】
前述したように酸化除去可能微粒子量Ｇは酸化除去可能微粒子量Ｇに影響を与える全ての因子を考慮に入れて算出することが好ましい。しかしながら本発明による実施形態ではこれら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦと、比較的大きな影響を与える排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ濃度のみに基づいて酸化除去可能微粒子量Ｇを算出するようにしている。即ち、本発明による実施形態では図１２の（Ａ）から（Ｆ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２の各温度ＴＦ（２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃）における酸化除去可能微粒子量Ｇが夫々排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ_２〕と排気ガス中のＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕の関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、各パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦ、酸化濃度〔Ｏ_２〕およびＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕に応じた酸化除去可能微粒子量Ｇが図１２の（Ａ）から（Ｆ）に示されるマップから比例配分により算出される。
【００５３】
なお、排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ_２〕およびＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕は酸素濃度センサおよびＮＯｘ濃度センサを用いて検出することができる。しかしながら本発明による実施形態では排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ_２〕が要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１３（Ａ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、排気ガス中のＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕も要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１３（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、これらのマップから排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ_２〕およびＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕が算出される。
【００５４】
一方、排出微粒子量Ｍは機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数となる。図１４（Ａ）は図１に示される内燃機関の排出微粒子量Ｍを示しており、各曲線Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４，Ｍ_５は等排出微粒子量（Ｍ_１＜Ｍ_２＜Ｍ_３＜Ｍ_４＜Ｍ_５）を示している。図１４（Ａ）に示される例では要求トルクＴＱが高くなるほど排出微粒子量Ｍが増大する。なお、図１４（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１４（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５５】
さて、前述したように本発明による実施形態ではパティキュレートフィルタ２２の各隔壁５４の両側面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒および酸素吸蔵・活性酸素放出剤が担持されている。更に本発明による実施形態ではこの担体上に貴金属触媒、およびパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸収しパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤が担持されている。
【００５６】
本発明による実施形態ではこの貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤としてカリウム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、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つが用いられている。なお、前述した酸素吸蔵・活性酸素放出剤を構成する金属と比較すればわかるようにＮＯｘ吸収剤を構成する金属と、酸素吸蔵・活性酸素放出剤を構成する金属とは大部分が一致している。この場合、ＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることもできるし、同一の金属を用いることもできる。ＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として同一の金属を用いた場合にはＮＯｘ吸収剤としての機能と酸素吸蔵・活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになる。
【００５７】
次に貴金属触媒として白金Ｐｔを用い、ＮＯｘ吸収剤としてカリウムＫを用いた場合を例にとってＮＯｘの吸放出作用について説明する。まず初めにＮＯｘの吸収作用について検討するとＮＯｘは図４（Ａ）に示すメカニズムと同じメカニズムでもってＮＯｘ吸収剤に吸収される。ただし、この場合図４（Ａ）において符号６１はＮＯｘ吸収剤を示す。即ち、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に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２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図４（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ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤６１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻は硝酸カリウムＫＮＯ_３を生成する。このようにしてＮＯがＮＯｘ吸収剤６１内に吸収される。
【００５８】
一方、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスがリッチになると硝酸イオンＮＯ_３ ⁻は酸素とＯとＮＯに分解され、次から次へとＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。従ってパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出され、しかもこの放出されたＮＯが還元されるために大気中にＮＯが排出されることはない。なお、この場合、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。しかしながらこの場合にはＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが徐々にしか放出されないためにＮＯｘ吸収剤６１に吸収されている全ＮＯｘを放出させるには若干長い時間を要する。
【００５９】
ところで前述したようにＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることができる。しかしながら本発明による実施形態ではＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として同一の金属を用いている。この場合には前述したようにＮＯｘ吸収剤としての機能と酸素吸蔵・活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになり、このように双方の機能を同時に果すものを以下、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤と称する。従って本発明による実施形態では図４（Ａ）における符号６１は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤を示している。
【００６０】
このような活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１を用いた場合、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯは活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収され、排気ガス中に含まれる微粒子が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に付着するとこの微粒子は排気ガス中に含まれる活性酸素および活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出される活性酸素によって短時間のうちに酸化除去せしめられる。従ってこのとき排気ガス中の微粒子およびＮＯｘの双方が大気中に排出されるのを阻止することができることになる。一方、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。このＮＯは未燃ＨＣ，ＣＯにより還元され、斯くしてこのときにもＮＯが大気中に排出されることがない。また、このときパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積していた場合にはこの微粒子は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出される活性酸素によって酸化除去せしめられる。
【００６１】
ところで図６を参照しつつ既に説明したように酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１からの活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２２の温度がかなり低いときから開始される。これは活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１を用いたときでも同じである。これに対してＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１へのＮＯｘの吸収作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが活性酸素の放出開始温度よりも高くならないと開始されない。これは、活性酸素の放出は例えば硝酸カリウムＫＮＯ_３から酸素を奪えれば生ずるのに対してＮＯｘの吸収作用は白金Ｐｔが活性化しないと開始されないからであると考えられる。
【００６２】
図１５はＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてカリウムＫを用いた場合の酸化除去可能微粒子量ＧとＮＯｘ吸収率とを示している。図１５から活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが２００℃以下から開始されるのに対してＮＯｘの吸収作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが２００℃以上にならないと開始されないことがわかる。一方、活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなれば高くなるほど活発になる。これに対してＮＯｘの吸収作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなると消失する。即ち、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが一定温度、図１５に示す例ではほぼ５００℃を越えると硝酸イオンＮＯ_３ ⁻又は硝酸カリウムＫＮＯ_３が熱分解し、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。このような状態になるとＮＯｘの吸収量よりもＮＯの放出量が多くなり、斯くして図１５に示されるようにＮＯｘ吸収率が低下する。
【００６３】
図１５はＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてカリウムＫを用いた場合のＮＯｘ吸収率を示している。この場合、用いる金属によってＮＯｘ吸収率の高くなるパティキュレートフィルタ２２の温度範囲は異なる。例えばＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてバリウムＢａを用いた場合にはＮＯｘ吸収率の高くなるパティキュレートフィルタ２２の温度範囲は図１５に示されるカリウムＫを用いた場合よりも狭くなる。
【００６４】
ところで前述したように排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ２２上において堆積することなく酸化除去せしめるためには排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくする必要がある。しかしながら単に排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇより少くしただけではＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１によるＮＯｘ吸収作用は行われず、ＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１によるＮＯｘの吸収作用を確保するにはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをＮＯｘの吸収作用が行われる温度範囲内に維持する必要がある。この場合、ＮＯｘ吸収作用が行われるパティキュレートフィルタ２２の温度範囲はＮＯｘ吸収率が一定値以上、例えば５０パーセント以上となる温度範囲とする必要があり、従ってＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてカリウムＫを用いた場合には図１５からわかるようにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをほぼ２５０℃から５００℃の間に維持する必要がある。
【００６５】
従って、本発明による実施形態では排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ２２上において堆積することなく酸化除去せしめ、かつ排気ガス中のＮＯｘを吸収するために、通常は継続的に排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持しかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをパティキュレートフィルタ２２のＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内に維持するようにしている。即ち、排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図１５のハッチングで示す微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにしている。
【００６６】
ところでこのように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度を微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにしておいても排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域外にずれてしまう場合がある。このような場合、本発明による実施形態では排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域内となるように排出微粒子量Ｍ、酸化除去可能微粒子量Ｇ又はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦの少くとも一つを制御するようにしている。次にこのことについて図１６を参照しつつ説明する。
【００６７】
まず初めに排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図１６に示される微粒子ＮＯｘ同時処理領域外のＡ点になった場合、即ち排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなり、かつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域の下限温度よりも低くなった場合について説明する。この場合には矢印で示すようにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。
【００６８】
次に排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図１６に示される微粒子ＮＯｘ同時処理領域外のＢ点になった場合、即ち排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなり、かつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域の温度範囲内にある場合について説明する。この場合には矢印で示すように排出微粒子量Ｍを低下させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。
【００６９】
次に排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図１６に示される微粒子ＮＯｘ同時処理領域外のＣ点になった場合、即ち排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなり、かつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域の上限温度よりも高くなった場合について説明する。この場合には矢印で示すように排出微粒子量Ｍを低下させかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。
【００７０】
このように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域外となったときには排出微粒子量Ｍを低下させるか、又はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇或いは低下させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。なお、別の方法として、酸化除去可能微粒子量Ｇを増大させることによっても排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度を微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻すことができる。そこで次に排出微粒子量Ｍを低下させる方法、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇或いは下降させる方法、および酸化除去可能微粒子量Ｇを増大させる方法について説明する。
【００７１】
パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑ_ｍは図１７において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図１７の（ＩＩ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。この場合、燃料噴射時期の遅角量を少なくすればパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。また、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるために図１７の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_ｖを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑ_ｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑ_ｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００７２】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_ｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑ_ｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑ_ｍの反応が加速される。従ってこの場合には図１７の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑ_ｍの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをすみやかに上昇させることができる。この場合、補助燃料Ｑ_ｖの噴射を停止するか或いは補助燃料Ｑ_ｖの噴射量を減少させて主燃料Ｑ_ｍの噴射時期の遅角量を少なくすればパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。
【００７３】
また、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるために図１７の（ＩＶ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑ_ｐを噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑ_ｐは燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはパティキュレートフィルタ２２上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。この場合、補助燃料Ｑ_ｐの噴射量を減少させればパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。
【００７４】
次に排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを制御するために低温燃焼を用いる方法について説明する。図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについて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す図１８を参照しつつ説明する。なお、図１８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℃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。
【００７５】
図１８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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。一方、図１８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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。また、図１８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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。このようにＥＧＲガス率を５５パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲のガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
【００７６】
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制しつつＮＯｘの発生量を低減することができるという特徴を有する。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、斯くしてスモークが発生することがない。また、このときＮＯｘ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低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。
【００７７】
一方、この低温燃焼を行うと燃料およびその周囲のガス温は低くなるが排気ガス温は上昇する。このことについて図１９（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。図１９（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示しており、図１９（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示している。また、図１９（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示しており、図１９（Ｂ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示している。
【００７８】
低温燃焼が行われているときには通常の燃焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、従って図１９（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、即ち圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均ガス温Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス温Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図１９（Ｂ）に示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図１９（Ｂ）の実線で示されるようにＥＧＲガスの吸熱作用により燃料およびその周囲のガス温Ｔｆはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には燃料周りに多量の酸素が存在するために図１９（Ｂ）の破線で示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合の方が低くなっており、従って図１９（Ａ）に示されるように圧縮上死点付近における燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇは低温燃焼が行われている場合の方が通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図１９（Ａ）に示されるように燃焼が完了した後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温燃焼が行われた場合の方が通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガス温が高くなる。
【００７９】
このように低温燃焼が行われるとスモークの発生量、即ち排出微粒子量Ｍが少なくなり、排気ガス温が上昇する。従って機関運転中に通常の燃焼から低温燃焼に切換えると排出微粒子量Ｍを減少させ、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させることができる。これに対し、低温燃焼から通常の燃焼に切換えるとパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは低下する。ただし、このとき排出微粒子量Ｍは増大する。いずれにしても通常の燃焼と低温燃焼とを切換えることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度を制御することができる。
【００８０】
ところで機関の要求トルクＴＱが高くなると、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料および周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。即ち、低温燃焼を行いうるのは燃焼による発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。図２０において領域Ｉ’は煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室５の不活性ガス量が多い第１の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域を示しており、領域ＩＩ’は煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運転領域を示している。図２１は運転領域Ｉ’において低温燃焼を行う場合の目標空燃比Ａ／Ｆを示しており、図２２は運転領域Ｉ’において低温燃焼を行う場合の要求トルクＴＱに応じたスロットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２５の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射開始時期θＳ、噴射完了時期θＥ、噴射量を示している。なお、図２２には運転領域ＩＩ’において行われる通常の燃焼時におけるスロットル弁１７の開度等も合わせて示している。図２１および図２２から運転領域Ｉ’において低温燃焼が行われているときにはＥＧＲ率が５５パーセント以上とされ、空燃比Ａ／Ｆが１５．５から１８程度のリーン空燃比とされることがわかる。なお、前述したように運転領域Ｉ’において低温燃焼が行われているときには空燃比をリッチにしてもスモークはほとんど発生しない。
【００８１】
次にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図２３はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図２３を参照するとこの内燃機関では炭化水素供給装置７０、１７０、２７０がそれぞれ排気管２０、第一通路７１、第二通路７２内に配置されており、必要に応じてこの炭化水素供給装置７０、１７０、２７０から炭化水素が供給される。炭化水素が供給されるとこの炭化水素はパティキュレートフィルタ２２上において過剰酸素により酸化せしめられ、このときの酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。この場合、炭化水素の供給量を減少させることによってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。なお、この炭化水素供給装置７０はパティキュレートフィルタ２２と排気ポート１０との間であればどこに配置してもよい。図２３において８３、１８３は空燃比センサである。
【００８２】
次にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図２４はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図２４を参照するとこの内燃機関ではパティキュレートフィルタ２２下流の排気管２０内にアクチュエータ７５により駆動される排気制御弁７６が配置されている。この方法ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇すべきときに排気制御弁７６がほぼ全閉とされ、排気制御弁７６をほぼ全閉にすることによる機関出力トルクの低下を阻止するために主燃料Ｑ_ｍの噴射量が増大せしめられる。排気制御弁７６をほぼ全閉にすると排気制御弁７６上流の排気通路内の圧力、即ち背圧が上昇する。背圧が上昇すると燃焼室５内から排気ガスが排気ポート１０内に排出されるときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従って温度もさほど低下しなくなる。しかもこのとき主燃料Ｑ_ｍの噴射量が増大せしめられているので燃焼室５内の既燃ガス温が高くなっており、従って排気ポート１０内に排出された排気ガスの温度はかなり高くなる。その結果、パティキュレートフィルタ２２の温度が急速に上昇せしめられる。この場合、排気制御弁７３の開度を増大し、主燃料Ｑ_ｍの噴射量を減少させることによってパティキュレートフィルタ２２の温度を低下させることができる。
【００８３】
次にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図２５はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図２５を参照するとこの内燃機関では排気タービン２１を迂回する排気バイパス通路７７内にアクチュエータ７８により制御されるウェストゲートバルブ７９が配置されている。このアクチュエータ７８は通常サージタンク１２内の圧力、即ち過給圧に応動して過給圧が一定圧以上にならないようにウェストゲートバルブ７９の開度を制御している。この方法ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇すべきときにウェストゲートバルブ７９が全開せしめられる。排気ガスは排気タービン２１を通過すると温度低下するがウェストゲートバルブ７９を全開にすると大部分の排気ガスは排気バイパス通路７７内を流れるために温度低下しなくなる。斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度が上昇することになる。この場合、ウェストゲートバルブ７９の開度を小さくすることによってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。
【００８４】
上述した実施形態では、例えば図１５及び図１６に示すようにＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が低く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低くなる可能性があるとき、図９（Ｃ）に示すように排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。また、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなる可能性があるとき、同様に図９（Ｃ）に示すように排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタの温度が維持される。このような場合には例えば内燃機関の急加速運転時等が含まれ、急加速運転時か否かは例えばアクセル開度の変化度合い、角速度、エンジン回転数、トルク、排気温、吸入空気量等に基づいて判断することができる。一方、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃の間からパティキュレートフィルタの温度が外れてしまう可能性がないとき、排気切換バルブ７３が図９（Ａ）又は図９（Ｂ）に示す位置に維持され、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされないことにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。排気ガスの温度は実際に測定されてもよく、内燃機関の運転条件に基づいて推定してもよい。また、排気切換バルブ７３の切換位置を切り換えることと、上述したように内燃機関の運転条件を変更することとを組み合わせることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持するようにしてもよい。
【００８５】
また、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が低くＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低いとき、上述したように内燃機関の運転条件を変更することにより排気ガスの温度を上昇させ、排気切換バルブ７３を順流位置（図９（Ａ））又は逆流位置（図９（Ｂ））に配置して昇温した排気ガスをパティキュレートフィルタ２２内に流入させ、次いで、排気切換バルブ７３をバイパス位置（図９（Ｃ））に配置し、昇温した排気ガスをパティキュレートフィルタ２２内に閉じ込め、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間までパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させることも可能である。この場合、温度センサ３９によりパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦの変化を検出すると共にパティキュレートフィルタ２２内の温度分布を推定し、それに基づいて、パティキュレートフィルタ２２に排気ガスを流す方向及び炭化水素を供給するための炭化水素供給装置１７０、２７０を選択することも可能である。
【００８６】
他の実施形態では、第二通路７２（図１）に冷却フィン等の冷却装置（図示せず）が設けられている。ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃の間からパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが外れてしまう可能性がないとき、排気ガスが冷却装置のない第一通路７１を通されることによってパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にそのまま維持されることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。一方、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなる可能性があるとき、排気ガスが冷却装置のある第二通路７２を通されることによってパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間の温度にされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。
【００８７】
図２６は本発明の内燃機関の排気浄化装置の他の実施形態の図１と同様の概略構成図である。図２６において１２３はケーシングを示している。上述した実施形態のように第二通路７２に冷却装置を設ける代わりに、本実施形態では、第二通路１７２の排気ガス流路長さが第一通路１７１の排気ガス流路長さよりも長くなっている。本実施形態では、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃の間からパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが外れてしまう可能性がないとき、排気ガスが排気ガス流路長さの短い第一通路１７１を通されることによってパティキュレートフィルタ１２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にそのまま維持されることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが維持される。一方、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが高くなる可能性があるとき、排気ガスが排気ガス流路長さの長い第二通路１７２を通されることによってパティキュレートフィルタ１２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間の温度にされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが維持される。
【００８８】
また上述した実施形態では、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがあり、燃料カット時の排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内に流入するとＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低くなってしまう可能性があるとき、排気切換バルブ７３がバイパス位置（図９（Ｃ））に配置されて排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。このときは燃料カット状態であるため、パティキュレートフィルタ２２をバイパスさせてもＮＯｘが車外に排出されることはない。また、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高く、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させる必要があるとき、排気切換バルブ７３が順流位置（図９（Ａ））又は逆流位置（図９（Ｂ））に配置され排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされず、燃料カット時の比較的温度の低い排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内に流入せしめられることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが入れられる。このように排気ガスをバイパスさせるのが禁止される場合、つまり、燃料カット時であってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃よりも高い場合には、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが実際に高くなっている場合のみならず、上述したように排気ガスをバイパスさせることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなってしまうことが予測される場合も含まれる。
【００８９】
次に排出微粒子量Ｍを低下させる方法について説明する。即ち、噴射燃料と空気とが十分に混合すればするほど、即ち、噴射燃料周りの空気量が多くなればなるほど噴射燃料は良好に燃焼せしめられるので微粒子は発生しなくなる。従って排出微粒子量Ｍを低下させるには噴射燃料と空気とがより一層十分に混合するようにしてやればよいことになる。ただし、噴射燃料と空気との混合をよくすると燃焼が活発になるためにＮＯｘの発生量が増大する。従って排出微粒子量Ｍを低下させる方法は、別の言い方をするとＮＯｘの発生量を増大させる方法と言える。いずれにしても排出微粒子量ＰＭを低下させる方法も種々の方法があり、従ってこれら方法について順次説明する。
【００９０】
排出微粒子量ＰＭを低下させる方法として前述した低温燃焼を用いることもできるがその他の有効な方法としては燃料噴射を制御する方法が挙げられる。例えば燃料噴射量を低下させると噴射燃料周りに十分な空気が存在するようになり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、噴射時期を進角すると噴射燃料周りに十分な空気が存在するようになり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、コモンレール２７内の燃料圧、即ち噴射圧を高めると噴射燃料が分散するので噴射燃料と空気との混合が良好となり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、主燃料Ｑ_ｍの噴射直前の圧縮行程末期に補助燃料を噴射するようにしている場合、いわゆるパイロット噴射を行っている場合には補助燃料の燃焼により酸素が消費されるために主燃料Ｑ_ｍ周りの空気が不十分となる。従ってこの場合にはパイロット噴射を停止することによって排出微粒子量Ｍが低減する。即ち、燃料噴射を制御することによって排出微粒子量Ｍを低減するようにした場合には燃料噴射量が低下せしめられるか、又は燃料噴射時期が進角されるか、又は噴射圧が高められるか、又はパイロット噴射が停止される。
【００９１】
次に排出微粒子量Ｍを低減するための別の方法について説明する。この方法では排出微粒子量Ｍを低減すべきときにはＥＧＲ率を低下させるためにＥＧＲ制御弁２５の開度が低下せしめられる。ＥＧＲ率が低下すると噴射燃料周りの空気量が増大し、斯くして排出微粒子量Ｍが減少する。
【００９２】
次に排出微粒子量Ｍを低減するための更に別の方法について説明する。この方法では排出微粒子量Ｍを低減すべきときには過給圧を増大するためにウェストゲートバルブ７９（図２５）の開度が減少せしめられる。過給圧が増大すると噴射燃料周りの空気量が増大し、斯くして排出微粒子量Ｍが減少する。
【００９３】
次に酸化除去可能微粒子量Ｇを増大するために排気ガス中の酸素濃度を増大させる方法について説明する。排気ガス中の酸素濃度が増大するとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するが更に活性酸素放出剤６１内に取込まれる酸素量が増大するので活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素量が増大し、斯くして酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。この方法を実行するための方法としてはＥＧＲ率を制御する方法が挙げられる。即ち、酸化除去可能微粒子量Ｇを増大すべきときにはＥＧＲ率が低下するようにＥＧＲ制御弁２５の開度が減少せしめられる。ＥＧＲ率が低下するということは吸入空気中における吸入空気量の割合が増大することを意味しており、斯くしてＥＧＲ率が低下すると排気ガス中の酸素濃度が上昇する。その結果、酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。また、ＥＧＲ率が低下すると前述したように排出微粒子量Ｍが減少する。従ってＥＧＲ率が低下すると排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも急速に小さくなる。
【００９４】
次に排気ガス中の酸素濃度を増大させるために２次空気を用いる方法について説明する。図２７に示す例では排気タービン２１とパティキュレートフィルタ２２との間の排気管８３が２次空気供給導管８０を介して吸気ダクト１３に連結され、２次空気供給導管８０内に供給制御弁８１が配置される。また、図２８に示す例では２次空気供給導管８０が機関駆動のエアポンプ８２に連結されている。なお、排気通路内への２次空気の供給位置はパティキュレートフィルタ２２と排気ポート１０との間であればどこでもよい。図２２又は図２３に示す内燃機関においては排気ガス中の酸素濃度を増大すべきときには供給制御弁８１が開弁せしめられる。このとき、２次空気供給導管８０から排気管８３に２次空気が供給され、斯くして排気ガス中の酸素濃度が増大せしめられる。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更に排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９６】
請求項２に記載の発明によれば、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９７】
請求項３に記載の発明によれば、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９８】
請求項４に記載の発明によれば、燃料カット時のような内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９９】
請求項５に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更にパティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止することができる。また排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０１００】
請求項６に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更にパティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【０１０１】
請求項７に記載の発明によれば、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去しつつ、排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０１０２】
請求項８に記載の発明によれば、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないようにすることができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】機関の要求トルクを示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図４】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図５】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図６】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７】図３（Ｂ）に示した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。
【図８】図１に示したパティキュレートフィルタ２２の拡大図である。
【図９】排気切換バルブの切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図である。
【図１０】排気切換バルブ７３の位置が切り換えられるのに応じてパティキュレートフィルタの隔壁５４の内部の微粒子が移動する様子を示した図である。
【図１１】酸化除去可能微粒子量を示す図である。
【図１２】酸化除去可能微粒子量Ｇのマップを示す図である。
【図１３】排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ濃度のマップを示す図である。
【図１４】排出微粒子量を示す図である。
【図１５】微粒子ＮＯｘ同時処理領域を示す図である。
【図１６】微粒子の酸化除去方法を説明するための図である。
【図１７】噴射制御を説明するための図である。
【図１８】スモークの発生量を示す図である。
【図１９】燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図２０】運転領域Ｉ’，ＩＩ’を示す図である。
【図２１】空燃比Ａ／Ｆを示す図である。
【図２２】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【図２３】内燃機関の別の実施形態を示す全体図である。
【図２４】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２５】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２６】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２７】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２８】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…排気管
２２…パティキュレートフィルタ
２５…ＥＧＲ制御弁
５４…隔壁
６１…活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤
６２…微粒子
７３…排気切換バルブ

Claims

燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている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一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、前記パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互に前記パティキュレートフィルタを通過するようにし、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした内燃機関の排気浄化装置。
排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされるか、あるいは、されないかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
燃焼室から排出された排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入するための機関排気通路が第一通路と第二通路とを有し、前記第一通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記第二通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスが前記第一通路を通されるか、あるいは、前記第二通路を通されるかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にあるときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされ、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも高いときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされないようにすることにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている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の壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした内燃機関の排気浄化装置。
前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持され、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、通常は継続的に前記排出微粒子量及びパティキュレートフィルタの温度を前記排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにした請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。