JP2001289030A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2001289030A
JP2001289030A JP2000108035A JP2000108035A JP2001289030A JP 2001289030 A JP2001289030 A JP 2001289030A JP 2000108035 A JP2000108035 A JP 2000108035A JP 2000108035 A JP2000108035 A JP 2000108035A JP 2001289030 A JP2001289030 A JP 2001289030A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微粒子がパティキュレートフィルタ隔壁の片
面に捕集されるのを回避し、微粒子酸化除去作用をすべ
ての微粒子に十分に伝え、低温燃焼実行時のHC、CO
により微粒子酸化除去作用を促進し、酸化触媒において
NOからNO2 を生成しそれによっても微粒子酸化除去
作用を向上させる。 【解決手段】 微粒子を酸化する活性酸素放出剤61をパ
ティキュレートフィルタ22の隔壁54に担持し、隔壁54を
通る排気ガス流れを排気切換バルブ73で逆転させ捕集さ
れる微粒子を隔壁54の一方の面と他面とに分散させ、隔
壁54に捕集された微粒子が酸化除去されずに堆積する可
能性を低減し、酸化触媒122 をパティキュレートフィル
タ22と直列に配置し、煤がほとんど発生しない低温燃焼
実行時にパティキュレートフィルタ22、酸化触媒122 の
順に排気ガスを流し、通常燃焼実行時に酸化触媒122 、
パティキュレートフィルタ22の順に排気ガスを流す。

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】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7−1
06290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、パティキュレート
フィルタにおける微粒子の酸化除去作用を促進し、か
つ、パティキュレートフィルタを通過した微粒子及びH
Cを浄化し、その上、パティキュレートフィルタの酸化
触媒側の表面上に微粒子が堆積してパティキュレートフ
ィルタのその表面上の酸化剤が硫黄被毒されてしまって
いてもその微粒子を硫黄被毒の影響を受けることなく酸
化除去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、酸化触媒
を前記パティキュレートフィルタと直列に配置し、前記
燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと
煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室
内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前
記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生し
なくなる内燃機関を用い、煤の発生量がピークとなる不
活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガ
スの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実行される
時に、排気ガスが最初に前記パティキュレートフィルタ
を通過し次いで前記酸化触媒を通過するようにし、煤の
発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室
内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼が実行され
る時に、排気ガスが最初に前記酸化触媒を通過し次いで
前記パティキュレートフィルタを通過するようにした内
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1に
記載の内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒がパティ
キュレートフィルタと直列に配置され、煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される
不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実
行される時に、排気ガスが最初にパティキュレートフィ
ルタを通され次いで酸化触媒を通される。そのため、煤
がほとんど発生しない燃焼が実行される時の排気ガス中
に含まれるHC、COによりパティキュレートフィルタ
における微粒子の酸化除去作用を促進することができ、
微粒子及びHCがパティキュレートフィルタを通過して
もそれらを酸化触媒において浄化することができる。ま
た、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃
焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼が実行
された時にパティキュレートフィルタの酸化触媒側の表
面上に微粒子が堆積し、パティキュレートフィルタのそ
の表面上の酸化剤が硫黄被毒されてしまっていても、パ
ティキュレートフィルタの反対側の表面から流入してパ
ティキュレートフィルタの壁の内部を通過したHC、C
O含有排気ガスにより、パティキュレートフィルタの酸
化触媒側の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響
を受けることなく酸化除去することができる。その上、
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置では、煤の発
生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供
給される不活性ガスの量が少ない燃焼が実行される時
に、排気ガスが最初に酸化触媒を通され次いでパティキ
ュレートフィルタを通される。そのため、酸化触媒にお
いて排気ガス中のSOF等が酸化されるのに伴って還元
剤が減少し、NOが酸化されて還元剤であるNO2 が生
成され、その結果、そのNO2 によりパティキュレート
フィルタにおける微粒子の酸化除去作用を向上させるこ
とができる。
【0007】請求項2に記載の発明によれば、前記パテ
ィキュレートフィルタの圧損が上昇したときに、煤の発
生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内
に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生し
ない燃焼を実行すると共に、排気ガスが最初に前記パテ
ィキュレートフィルタを通過し次いで前記酸化触媒を通
過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、パティキュレートフィルタの圧損が上昇したとき
に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃
焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど
発生しない燃焼が実行されると共に、排気ガスが最初に
パティキュレートフィルタを通され次いで酸化触媒を通
される。そのため、煤がほとんど発生しない燃焼が実行
される時の排気ガス中に含まれるHC、COにより、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
子を酸化除去し、パティキュレートフィルタの圧損を低
減することができる。
【0009】請求項3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、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
するための制御手段を具備し、それによって排気ガス中
の微粒子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を
発することなく酸化除去せしめるようにした請求項1又
は2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、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が維持されることにより、
排気ガス中の微粒子が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酸化除去せしめられる。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することができる。
【0011】請求項4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3
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、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。
【0013】請求項5に記載の発明によれば、前記酸化
剤が、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸
素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下するとその保持し
た酸素を活性酸素の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放
出剤である請求項1〜4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。
【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に担持されている酸化
剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤により、周囲に過
剰酸素が存在するときに酸素が取り込まれて保持され、
周囲の酸素濃度が低下したときにその保持された酸素が
活性酸素の形で放出される。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
積した後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異
なり、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、酸素吸蔵・活性酸素放出剤が放出する活
性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子を酸化
除去することができる。
【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】
【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。
【0018】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1
9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、直列に配列されたパティキュレートフィルタ22及
び酸化触媒122を内蔵したケーシング23に連結され
る。
【0019】パティキュレートフィルタ22及び酸化触
媒122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及び酸化触媒122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及び酸化触媒122を逆流方向に
通過するときに酸化触媒122の上流側通路となる第二
通路である。75はパティキュレートフィルタ22と酸
化触媒122とを連結する連結通路、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。
【0020】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。
【0021】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、連結
通路75内にはパティキュレートフィルタ22及び酸化
触媒122の温度を代表する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4
0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。
【0022】図2にパティキュレートフィルタ22の構
造を示す。図2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2
(A)及び(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2(A)においてハッチングを付した部分は栓5
3を示している。従って排気ガス流入通路50及び排気
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及び排気ガ
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。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2(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。
【0023】本発明による実施形態では各排気ガス流入
通路50及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、栓53の外端面及び栓52,5
3の内端面上には全面に亘って例えばアルミナからなる
担体の層が形成されており、この担体上には、貴金属触
媒、及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、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ための酸化触媒とし
て担持されている。
【0024】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。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。
【0025】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
及びカリウム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、吸気通路及び燃焼室5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及びSO2 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。
【0026】図3(A)及び(B)は排気ガス流入通路
50の内周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3(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2
2の排気ガス流入通路50内に流入すると図3(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O2-と反応し、NO2
なる(2NO+O2 →2NO2 )。次いで生成されたN
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3(A)に示されるように硝酸イオンNO3 - の形
で酸素吸蔵・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。
【0027】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O2 がO2 - 又はO2-
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O2 - 又はO2-と反応してSO 3
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SO4 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K2 SO4 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KNO3
及び硫酸カリウムK2 SO4 が生成される。
【0028】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2
2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3(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。
【0029】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6
1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、N
O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。
【0030】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K2 SO4 もカリ
ウムKと酸素OとSO2 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、SO2 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SO2 は下流側の白金P
t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。ただし、硫酸カリウムK2 SO4
は、安定化しているために硝酸カリウムKNO 3 に比べ
て活性酸素を放出しづらい。
【0031】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KN
3 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はただちに輝炎を発することなく酸化
せしめられ、微粒子62は完全に消滅する。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。
【0032】従来のようにパティキュレートフィルタ2
2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。
【0033】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従来に比べて
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6
2の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼
による微粒子除去作用と全く異なっている。
【0034】ところで白金Pt及び酸素吸蔵・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。
【0035】図5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5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5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。
【0036】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5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4(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4(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4(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。
【0037】担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分6
3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,SO2 の酸化作用及び
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4(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。
【0038】このように図5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5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よりも少なくしてお
く必要がある。
【0039】図5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及びパテ
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よりも常時少なくなるように
維持することが可能である。従って本発明による第1の
実施形態においては排出微粒子量M及びパティキュレー
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よりも常時少なくなるように維持するよ
うにしている。排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量
Gよりも常時少ないとパティキュレートフィルタ22上
に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど
上昇しない。従って機関出力は低下しない。
【0040】一方、前述したように一旦微粒子がパティ
キュレートフィルタ22上において積層状に堆積すると
たとえ排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも
少なくなったとしても活性酸素Oにより微粒子を酸化さ
せることは困難である。しかしながら酸化されなかった
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気微粒子量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。従って第2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図4(B)に示されるように担
体層の表面が残留微粒子部分63によって覆われないよ
うに、即ち排出微粒子量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及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る。
【0041】機関始動直後はパティキュレートフィルタ
22の温度TFは低く、従ってこのときには排出微粒子
量Mの方が酸化除去可能微粒子量Gよりも多くなる。従
って実際の運転を考えると第2の実施形態の方が現実に
合っていると考えられる。一方、第1の実施形態又は第
2の実施形態を実行しうるように排出微粒子量M及びパ
ティキュレートフィルタ22の温度TFを制御していた
としても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。このような場合には排気ガ
スの一部又は全体の空燃比を一時的にリッチにすること
によってパティキュレートフィルタ22上に堆積した微
粒子を輝炎を発することなく酸化させることができる。
【0042】即ち、排気ガスの空燃比をリッチにする
と、即ち排気ガス中の酸素濃度を低下させると酸素吸蔵
・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燃焼除去さ
れる。この場合、パティキュレートフィルタ22上にお
いて微粒子が積層状に堆積したときに排気ガスの空燃比
をリッチにしてもよいし、周期的に排気ガスの空燃比を
リッチにしてもよい。排気ガスの空燃比をリッチにする
方法としては、例えば機関負荷が比較的低いときにEG
R率(EGRガス量/(吸入空気量+EGRガス量))
が65パーセント以上となるようにスロットル弁17の
開度及びEGR制御弁25の開度を制御し、このとき燃
焼室5内における平均空燃比がリッチになるように噴射
量を制御する方法を用いることができる。
【0043】図6に機関の運転制御ルーチンの一例を示
す。図6を参照するとまず初めにステップ100におい
て燃焼室5内の平均空燃比をリッチにすべきか否かが判
別される。燃焼室5内の平均空燃比をリッチにする必要
がないときには排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量
Gよりも少なくなるようにステップ101においてスロ
ットル弁17の開度が制御され、ステップ102におい
てEGR制御弁25の開度が制御され、ステップ103
において燃料噴射量が制御される。
【0044】一方、ステップ100において燃焼室5内
の平均空燃比をリッチにすべきであると判別されたとき
にはEGR率が65パーセント以上になるようにステッ
プ104においてスロットル弁17の開度が制御され、
ステップ105においてEGR制御弁25の開度が制御
され、燃焼室5内の平均空燃比がリッチとなるようにス
テップ106において燃料噴射量が制御される。
【0045】ところで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CaSO4 が生成されるとこ
の硫酸カルシウムCaSO4 によってパティキュレート
フィルタ22の細孔が閉塞されてしまい、その結果排気
ガスがパティキュレートフィルタ22内を流れづらくな
る。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SO3 はカリウ
ムKと結合して硫酸カリウムK2 SO4 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2
2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。
【0046】図7は図2(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。
【0047】図8は図1に示したパティキュレートフィ
ルタ22及び酸化触媒122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及び酸化触
媒の拡大平面図、図8(B)はパティキュレートフィル
タ及び酸化触媒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7
3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、次いで
連結通路75を通過し、次いで酸化触媒122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、次いで酸化触
媒122、連結通路75、及び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。
【0048】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。
【0049】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)に示す順流位置
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。
【0050】図11は機関低負荷運転時にスロットル弁
17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11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,CO,NOxの排出
量の変化を示す実験例を表している。図11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E
GR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。
図11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EG
R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EG
R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NOxの発生
量がかなり低くなる。一方、このときHC,COの発生
量は増大し始める。
【0051】図12(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12(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12(A)と図12
(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12(B)に示す場合はスモークの発生
量が多い図12(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低い
ことがわかる。
【0052】図11および図12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ときには図
11に示されるようにNOxの発生量がかなり低下す
る。NOx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12からも言
える。即ち、煤がほとんど発生していない図12(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。
【0053】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11に示されるようにHCおよびC
O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13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1
3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11に示される如くHCおよびC
O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。
【0054】図11および図12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
度以上になると煤が生成されることが判明したのであ
る。
【0055】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の圧縮比等の種
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NOx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NOx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、NOxの発生量が低下する。このときNOx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。
【0056】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。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。
【0057】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。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。
【0058】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。
【0059】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
が強力となり、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。
【0060】図14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14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。図14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14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。また、図
14の曲線Cで示されるようにEGRガスを強制的に冷
却していない場合にはEGR率が55パーセントの付近
で煤の発生量がピークとなり、この場合にはEGR率を
ほぼ70パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しな
くなる。なお、図14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。
【0061】図15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15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
ている。図15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15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15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15に示す実施形態
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15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15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NOx発生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であ
り、従ってNOxの発生量は極めて少量となる。
【0062】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15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。ところで過給が行われていない場
合には燃焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限は
Yであり、従って図15において要求負荷がLo よりも
大きい領域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガ
ス割合を低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持す
ることができない。云い換えると過給が行われていない
場合に要求負荷がLo よりも大きい領域において空燃比
を理論空燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高
くなるにつれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷が
Loよりも大きい領域では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しえなく
なる。
【0063】ところが、図示しないがEGR通路を介し
て過給機の入口側即ち排気ターボチャージャの空気吸込
管内にEGRガスを再循環させると要求負荷がLo より
も大きい領域においてEGR率を55パーセント以上、
例えば70パーセントに維持することができ、斯くして
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ことができる。即ち、空気吸込
管内におけるEGR率が例えば70パーセントになるよ
うにEGRガスを再循環させれば排気ターボチャージャ
のコンプレッサにより昇圧された吸入ガスのEGR率も
70パーセントとなり、斯くしてコンプレッサにより昇
圧しうる限度ま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ことができ
る。従って、低温燃焼を生じさせることのできる機関の
運転領域を拡大することができることになる。要求負荷
がLo よりも大きい領域でEGR率を55パーセント以
上にする際にはEGR制御弁が全開せしめられる、スロ
ットル弁が若干閉弁せしめられる。
【0064】前述したように図15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空気量を図15
に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッ
チにしても煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、また空気量
を図15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NOx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。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、NOxも極めて少量しか発生しない。このよう
に、低温燃焼が行われているときに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、NOx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。
【0065】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比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
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1の燃焼、即ち低温燃焼
を行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃焼、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1の燃焼、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多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている通常燃焼とは煤の発生量
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
ス量が少い燃焼のことを言う。
【0066】図16は第1の燃焼、即ち低温燃焼が行わ
れる第1の運転領域I’と、第2の燃焼、即ち従来の燃
焼方法による燃焼が行われる第2の運転領域II’とを示
している。なお、図16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16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。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。
【0067】このように第1の境界X(N)と第1の境
界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の理
由は、第2の運転領域II’の高負荷側では比較的燃焼温
度が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)よ
り低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないから
である。即ち、要求負荷Lがかなり低くなったとき、即
ち第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなければ
ただちに低温燃焼が開始されないからである。第2の理
由は第1の運転領域I’と第2の運転領域II’間の運転
領域の変化に対してヒステリシスを設けるためである。
【0068】ところで機関の運転領域が第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は煤はほと
んど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又は
その前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。こ
のとき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能
を有する触媒(図示せず)により良好に酸化せしめられ
る。この触媒としては酸化触媒、三元触媒、又はNOx
吸収剤を用いることができる。NOx吸収剤は燃焼室5
内における平均空燃比がリーンのときにNOxを吸収
し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチになるとN
Oxを放出する機能を有する。このNOx吸収剤は例え
ばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム
K、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのよ
うなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCa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と、白金Ptのよ
うな貴金属とが担持されている。酸化触媒はもとより、
三元触媒およびNOx吸収剤も酸化機能を有しており、
従って上述した如く三元触媒およびNOx吸収剤を上述
した触媒として用いることができる。
【0069】図17は空燃比センサ(図示せず)の出力
を示している。図17に示されるように空燃比センサの
出力電流Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空
燃比センサの出力電流Iから空燃比を知ることができ
る。
【0070】次に図18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。図18は要求負荷Lに対するスロ
ットル弁17の開度、EGR制御弁25の開度、EGR
率、空燃比、噴射時期および噴射量を示している。図1
8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17の開度は要求負荷Lが高くな
るにつれて全閉近くから2/3開度程度まで徐々に増大
せしめられ、EGR制御弁25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18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。
【0071】言い換えると第1の運転領域I’ではEG
R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17
の開度およびEGR制御弁25の開度が制御される。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。なお、
アイドル運転時にはスロットル弁17は全閉近くまで閉
弁され、このときEGR制御弁25も全閉近くまで閉弁
せしめられる。スロットル弁17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、アイドル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17が全閉近くまで閉
弁せしめられる。
【0072】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2
0の開度が2/3開度程度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18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14)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。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。この第2の運転領域II’ではスロットル弁17は一
部を除いて全開状態に保持され、EGR制御弁25の開
度は要求負荷Lが高くなると次第に小さくされる。ま
た、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。
【0073】図19(A)は第1の運転領域I’におけ
る目標空燃比A/Fを示している。図19(A)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目標空燃比が1
5.5,16,17,18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19
(A)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が低くなるほど目標空燃比A/Fがリーンとさ
れる。即ち、要求負荷Lが低くなるほど燃焼による発熱
量が少くなる。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19
(A)に示されるように要求負荷Lが低くなるにつれて
目標空燃比A/Fが大きくされる。目標空燃比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発明による実施形態では
要求負荷Lが低くなるにつれて目標空燃比A/Fが大き
くされる。
【0074】なお、図19(A)に示される目標空燃比
A/Fは図19(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ROM3
2内に記憶されている。また、空燃比を図19(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁1
7の目標開度STが図20(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19
(A)に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR
制御弁25の目標開度SEが図20(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。
【0075】図21(A)は第2の燃焼、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A
/Fを示している。なお、図21(A)においてA/F
=24,A/F=35,A/F=45,A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24,35,45,6
0を示している。図21(A)に示される目標空燃比A
/Fは図21(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。また、空燃比を図21(A)に示
す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁17
の目標開度STが図22(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21(A)
に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁
25の目標開度SEが図22(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。
【0076】また、第2の燃焼が行われているときには
燃料噴射量Qは要求負荷Lおよび機関回転数Nに基づい
て算出される。この燃料噴射量Qは図23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。
【0077】次に図24を参照しつつ本実施形態の運転
制御について説明する。図24を参照すると、まず初め
にステップ1100において機関の運転状態が第1の運
転領域I’であることを示すフラグIがセットされてい
るか否かが判別される。フラグIがセットされていると
き、即ち機関の運転状態が第1の運転領域I’であると
きにはステップ1101に進んで要求負荷Lが第1の境
界X(N)よりも大きくなったか否かが判別される。L
≦X(N)のときにはステップ1103に進んで低温燃
焼が行われる。一方、ステップ1101においてL>X
(N)になったと判別されたときにはステップ1102
に進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ11
09に進んで第2の燃焼が行われる。
【0078】ステップ1100において、機関の運転状
態が第1の運転領域I’であることを示すフラグIがセ
ットされていないと判別されたとき、即ち機関の運転状
態が第2の運転領域II’であるときには、ステップ11
08に進んで要求負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低
くなったか否かが判別される。L≧Y(N)のときには
ステップ1110に進み、リーン空燃比のもとで第2の
燃焼が行われる。一方、ステップ1108においてL<
Y(N)になったと判別されたときにはステップ110
9に進んでフラグIがセットされ、次いでステップ11
03に進んで低温燃焼が行われる。
【0079】ステップ1103では図20(A)に示す
マップからスロットル弁17の目標開度STが算出さ
れ、スロットル弁17の開度がこの目標開度STとされ
る。次いでステップ1104では図20(B)に示すマ
ップからEGR制御弁25の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁25の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ1105では質量流量検出器(図示せ
ず)により検出された吸入空気の質量流量(以下、単に
吸入空気量と称す)Gaが取込まれ、次いでステップ1
106では図19(B)に示すマップから目標空燃比A
/Fが算出される。次いでステップ1107では吸入空
気量Gaと目標空燃比A/Fに基づいて空燃比を目標空
燃比A/Fとするのに必要な燃料噴射量Qが算出され
る。
【0080】上述したようにに低温燃焼が行われている
ときには要求負荷L又は機関回転数Nが変化するとスロ
ットル弁17の開度およびEGR制御弁25の開度がた
だちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目標開度
ST,SEに一致せしめられる。従って例えば要求負荷
Lが増大せしめられるとただちに燃焼室5内の空気量が
増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに
増大せしめられる。一方、スロットル弁17の開度又は
EGR制御弁25の開度が変化して吸入空気量が変化す
るとこの吸入空気量Gaの変化が質量流量検出器により
検出され、この検出された吸入空気量Gaに基づいて燃
料噴射量Qが制御される。即ち、吸入空気量Gaが実際
に変化した後に燃料噴射量Qが変化せしめられることに
なる。
【0081】ステップ1110では図23に示されるマ
ップから目標燃料噴射量Qが算出され、燃料噴射量がこ
の目標燃料噴射量Qとされる。次いでステップ1111
では図22(A)に示すマップからスロットル弁17の
目標開度STが算出される。次いでステップ1112で
は図22(B)に示すマップからEGR制御弁25の目
標開度SEが算出され、EGR制御弁25の開度がこの
目標開度SEとされる。次いでステップ1113では質
量流量検出器により検出された吸入空気量Gaが取込ま
れる。次いでステップ1114では燃料噴射量Qと吸入
空気量Gaから実際の空燃比(A/F)R が算出され
る。次いでステップ1115では図21(B)に示すマ
ップから目標空燃比A/Fが算出される。次いでステッ
プ1116では実際の空燃比(A/F)R が目標空燃比
A/Fよりも大きいか否かが判別される。(A/F)R
>A/Fのときにはステップ1117に進んでスロット
ル開度の補正値ΔSTが一定値αだけ減少せしめられ、
次いでステップ1119へ進む。これに対して(A/
F)R ≦A/Fのときにはステップ1118に進んで補
正値ΔSTが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステ
ップ1119に進む。ステップ1119ではスロットル
弁17の目標開度STに補正値ΔSTを加算することに
より最終的な目標開度STが算出され、スロットル弁1
7の開度がこの最終的な目標開度STとされる。即ち、
実際の空燃比(A/F)R が目標空燃比A/Fとなるよ
うにスロットル弁17の開度が制御される。
【0082】このように第2の燃焼が行われているとき
には要求負荷L又は機関回転数Nが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目
標燃料噴射量Qに一致せしめられる。例えば要求負荷L
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。一方、燃料噴射量Qが増大せしめられて空燃比
が目標空燃比A/Fからずれると空燃比が目標空燃比A
/Fとなるようにスロットル弁20の開度が制御され
る。即ち、燃料噴射量Qが変化した後に空燃比が変化せ
しめられることになる。
【0083】これまで述べた実施形態では低温燃焼が行
われているときに燃料噴射量Qはオープンループ制御さ
れ、第2の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁20の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Qを空燃比センサ27の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第2の燃焼が行われ
ているときに空燃比をEGR制御弁31の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。
【0084】図25は本実施形態の排気切換バルブ73
の切換制御方法を示したフローチャートである。図25
に示すように、このルーチンが開始されると、まずステ
ップ200において上述した低温燃焼が実行可能である
か否かが判断される。詳細には、内燃機関の運転条件が
図16の領域I’内にあるか否かが判断される。YES
のときにはステップ201に進み、NOのときにはステ
ップ203に進む。ステップ201では、煤の発生量が
ピークとなる不活性ガスとしてのEGRガス量よりも燃
焼室5内に供給されるEGRガス量が多く煤がほとんど
発生しない低温燃焼が実行される。詳細には、図24の
ステップ1103からステップ1107が実行される。
次いでステップ202では排気切換バルブ73が順流位
置(図9(A))に配置される。その結果、HC及び酸
素が混在した排気ガスがまず最初にパティキュレートフ
ィルタ22内に流入し、HCがパティキュレートフィル
タ22内で酸化(後燃え)することにより発熱し、パテ
ィキュレートフィルタ22の温度が上昇し、それゆえ、
微粒子の酸化除去能力が向上する(図5参照)。パティ
キュレートフィルタ22を通過した微粒子やHCは、パ
ティキュレートフィルタ22の排気ガス流れ下流側に位
置する酸化触媒122により浄化される。
【0085】ステップ203では、煤の発生量がピーク
となる不活性ガスとしてのEGRガス量よりも燃焼室5
内に供給されるEGRガス量が少ない通常燃焼が実行さ
れる。詳細には、図24のステップ1110からステッ
プ1119が実行される。次いでステップ204では排
気切換バルブ73が逆流位置(図9(B))に配置され
る。その結果、排気ガス流れ上流側の酸化触媒122内
では、リーンの排気ガス中でSOF等が酸化されるため
に還元剤が減少し、NOが酸化されることにより酸化剤
であるNO2 が生成される。そのNO2 を含有する排気
ガスがパティキュレートフィルタ22内に流入すること
により、パティキュレートフィルタ22が担持している
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61の酸化除去能力が向上す
る(図3参照)。
【0086】図26は本実施形態のパティキュレートフ
ィルタの圧損を低減する圧損低減制御方法を示したフロ
ーチャートである。このルーチンは、図25に示したル
ーチンに割り込んで実行される。このルーチンが開始さ
れると、まずステップ300においてパティキュレート
フィルタ22の圧損が閾値TPを越えたか否かが判断さ
れる。パティキュレートフィルタ22の圧損は、パティ
キュレートフィルタ22の排気ガス流れ上流側及び排気
ガス流れ下流側に配置された不図示の圧力センサにより
検出された圧力から算出される。YESのときにはステ
ップ301に進み、NOのときにはこのルーチンを終了
する。ステップ301では、図25のステップ200と
同様に低温燃焼が実行可能であるか否かが判断される。
YESのときにはステップ302に進み、NOのときに
はこのルーチンを終了する。ステップ303では、図2
5のステップ201と同様に、煤の発生量がピークとな
る不活性ガスとしてのEGRガス量よりも燃焼室5内に
供給されるEGRガス量が多く煤がほとんど発生しない
低温燃焼が実行される。次いでステップ303では、図
25のステップ202と同様に排気切換バルブ73が順
流位置(図9(A))に配置される。その結果、パティ
キュレートフィルタ22が担持している酸素吸蔵・活性
酸素放出剤61による微粒子の酸化除去能力が向上せし
められ、パティキュレートフィルタ22が一時的に捕集
している微粒子が酸化除去され、それゆえ、パティキュ
レートフィルタ22の圧損が低減される。
【0087】更に本実施形態では、単位時間当たりに燃
焼室5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22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
通常少なくなり、つまり、通常、図5の領域I内に位置
し、かつ、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子
量より多くなり図5の領域II内に位置したとしてもその
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22上に堆積しないように、
排出微粒子量及びパティキュレートフィルタ22の温度
を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。
【0088】本実施形態によれば、図7に示すようにパ
ティキュレートフィルタ22の隔壁54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
剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤261がパティキ
ュレートフィルタ22の隔壁54に担持され、図9に示
すようにパティキュレートフィルタ22の隔壁54を通
過する排気ガスの流れが逆転されることにより、パティ
キュレートフィルタ22の隔壁54に捕集される微粒子
が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隔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22の隔壁54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。上述した
酸化除去作用は、パティキュレートフィルタ22の隔壁
54表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤261(図7参
照)を必須要件としているため、パティキュレートフィ
ルタ22の隔壁54の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤
161(図7参照)が存在しない場合であっても達成す
ることが可能である。
【0089】更に本実施形態によれば、上述したように
パティキュレートフィルタ22の隔壁54に捕集される
微粒子がパティキュレートフィルタ22の隔壁54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は、微粒子が分
散されない場合に比べて低減せしめられる。そのため、
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22の隔壁54
に堆積してしまうのを阻止することができる。酸化除去
作用をすべての微粒子に十分に伝えることも、パティキ
ュレートフィルタ22の隔壁54表面上の酸素吸蔵・活
性酸素放出剤261(図7参照)を必須要件としている
ため、パティキュレートフィルタ22の隔壁54の内部
の酸素吸蔵・活性酸素放出剤161(図7参照)が存在
しない場合であっても達成することが可能である。
【0090】また本実施形態によれば、酸化触媒122
がパティキュレートフィルタ22と直列に配置され、ス
テップ201において煤の発生量がピークとなる不活性
ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が
多く煤がほとんど発生しない低温燃焼が実行される時
に、ステップ202において排気ガスが最初にパティキ
ュレートフィルタ22を通され次いで酸化触媒122を
通される。そのため、煤がほとんど発生しない低温燃焼
が実行される時の排気ガス中に含まれるHC、COによ
りパティキュレートフィルタ22における微粒子の酸化
除去作用を促進することができ、微粒子及びHCがパテ
ィキュレートフィルタ22を通過してもそれらを酸化触
媒122において浄化することができる。また、煤の発
生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供
給される不活性ガスの量が少ない通常燃焼が実行された
時にパティキュレートフィルタ22の酸化触媒側(図8
(A)の下側)の表面上に微粒子が堆積し、パティキュ
レートフィルタ22のその表面上の酸化剤としての酸素
吸蔵・活性酸素放出剤61が硫黄被毒されてしまってい
ても、パティキュレートフィルタ22の反対側(図8
(A)の上側)の表面から流入してパティキュレートフ
ィルタ22の隔壁54の内部を通過したHC、CO含有
排気ガスにより、パティキュレートフィルタ22の酸化
触媒側(図8(A)の下側)の表面上に堆積した微粒子
を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去すること
ができる。
【0091】また本実施形態によれば、ステップ203
において煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量より
も燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない通常燃
焼が実行される時に、ステップ204において排気ガス
が最初に酸化触媒122を通され次いでパティキュレー
トフィルタ22を通される。そのため、酸化触媒122
において排気ガス中のSOF等が酸化されるのに伴って
還元剤が減少し、NOが酸化されて還元剤であるNO2
が生成され、その結果、そのNO2 によりパティキュレ
ートフィルタ22における微粒子の酸化除去作用を向上
させることができる。
【0092】また本実施形態によれば、ステップ300
においてパティキュレートフィルタ22の圧損が上昇し
た、詳細には、パティキュレートフィルタ22の圧損が
閾値TPを越えたと判断されたときであって、ステップ
301において煤の発生量がピークとなる不活性ガスの
量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤
がほとんど発生しない低温燃焼が実行できると判断され
たときに、ステップ302において煤がほとんど発生し
ない低温燃焼が実行されると共に、ステップ303にお
いて排気ガスが最初にパティキュレートフィルタ22を
通され次いで酸化触媒122を通される。そのため、煤
がほとんど発生しない低温燃焼が実行される時の排気ガ
ス中に含まれるHC、COにより、パティキュレートフ
ィルタ22の隔壁54に一時的に捕集された微粒子を酸
化除去し、パティキュレートフィルタ22の圧損を低減
することができる。
【0093】また本実施形態によれば、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22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22の温度が維持されることにより、排気ガス中の
微粒子が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。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することができる。
【0094】また本実施形態によれば、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22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22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22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2
2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22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22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。
【0095】また本実施形態によれば、パティキュレー
トフィルタ22に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放
出剤61により、周囲に過剰酸素が存在するときに酸素
が取り込まれて保持され、周囲の酸素濃度が低下したと
きにその保持された酸素が活性酸素の形で放出される
(図3参照)。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そ
の微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、微粒子
62がパティキュレートフィルタ22上に積層状に堆積
する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤61が放出する活
性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子62を
酸化除去することができる。
【0096】本実施形態によれば、図7及び図10に示
すように、パティキュレートフィルタ22の隔壁54の
内部に一時的に捕集された微粒子162を酸化するため
の酸化剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤161が、
パティキュレートフィルタ22の隔壁54の内部に担持
されている。そのため、パティキュレートフィルタ22
の隔壁54の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤161に
より、パティキュレートフィルタ22の隔壁54の内部
の微粒子162をパティキュレートフィルタ22の隔壁
54の内部において酸化除去することができる。更に本
実施形態によれば、パティキュレートフィルタ22の隔
壁54の内部に一時的に捕集された微粒子162を移動
させるための排気ガス逆流手段として、排気切換バルブ
73が設けられている。そのため、パティキュレートフ
ィルタ22の隔壁54の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出
剤161によりパティキュレートフィルタ22の隔壁5
4の内部の微粒子162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22の隔壁54の内部に
一時的に捕集された微粒子162を移動させることによ
って促進することができる(図10参照)。
【0097】本実施形態の変形例では、図8に示したパ
ティキュレートフィルタ22及び酸化触媒122の代わ
りに、図27に示すパティキュレートフィルタ22及び
酸化触媒122を設けることも可能である。図27はパ
ティキュレートフィルタ22及び酸化触媒122の変形
例の拡大図である。本変形例によっても、上述した実施
形態と同様の効果を奏することができる。
【0098】更に本発明は、パティキュレートフィルタ
上流の排気通路内に酸化触媒を配置してこの酸化触媒に
より排気ガス中のNOをNO2 に変換し、このNO2
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子とを反応
させてこのNO2 により微粒子を酸化させるようにした
内燃機関の排気浄化装置にも適用できる。
【0099】
【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、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、煤がほとんど発生しない燃焼が実行
される時の排気ガス中に含まれるHC、COによりパテ
ィキュレートフィルタにおける微粒子の酸化除去作用を
促進することができ、微粒子及びHCがパティキュレー
トフィルタを通過してもそれらを酸化触媒において浄化
することができる。また、煤の発生量がピークとなる不
活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの
量が少ない燃焼が実行された時にパティキュレートフィ
ルタの酸化触媒側の表面上に微粒子が堆積し、パティキ
ュレートフィルタのその表面上の酸化剤が硫黄被毒され
てしまっていても、パティキュレートフィルタの反対側
の表面から流入してパティキュレートフィルタの壁の内
部を通過したHC、CO含有排気ガスにより、パティキ
ュレートフィルタの酸化触媒側の表面上に堆積した微粒
子を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去するこ
とができる。その上、酸化触媒において排気ガス中のS
OF等が酸化されるのに伴って還元剤が減少し、NOが
酸化されて還元剤であるNO2 が生成され、その結果、
そのNO2 によりパティキュレートフィルタにおける微
粒子の酸化除去作用を向上させることができる。
【0100】請求項2に記載の発明によれば、煤がほと
んど発生しない燃焼が実行される時の排気ガス中に含ま
れるHC、COにより、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除去し、パティキュ
レートフィルタの圧損を低減することができる。
【0101】請求項3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
中の微粒子を除去することができる。
【0102】請求項4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。
【0103】請求項5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
状に堆積した後にその微粒子が輝炎を発して除去される
のと異なり、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、酸素吸蔵・活性酸素放出剤が放出
する活性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子
を酸化除去することができる。
【0104】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。
【図面の簡単な説明】
【図1】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た図である。
【図2】パティキュレートフィルタ22の構造を示した
図である。
【図3】排気ガス流入通路50の内周面上に形成された
担体層の表面の拡大図である。
【図4】微粒子の酸化の様子を示した図である。
【図5】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を示した図である。
【図6】機関の運転制御ルーチンの一例を示した図であ
る。
【図7】図2(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】スモークおよびNOxの発生量等を示す図で
ある。
【図12】燃焼圧を示す図である。
【図13】燃料分子を示す図である。
【図14】スモークの発生量とEGR率との関係を示す
図である。
【図15】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図で
ある。
【図16】第1の運転領域I’および第2の運転領域I
I’を示す図である。
【図17】空燃比センサの出力を示す図である。
【図18】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図19】第1の運転領域I’における空燃比等を示す
図である。
【図20】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図21】第2の燃焼における空燃比等を示す図であ
る。
【図22】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図23】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図24】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図25】第一及び第二の実施形態の排気切換バルブ7
3の切換制御方法を示したフローチャートである。
【図26】第一及び第二の実施形態のパティキュレート
フィルタの圧損を低減する圧損低減制御方法を示したフ
ローチャートである。
【図27】パティキュレートフィルタ22及び酸化触媒
122の変形例の拡大図である。
【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…酸素吸蔵・活性酸素放出剤 62…微粒子 73…排気切換バルブ 122…酸化触媒
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01D 53/86 ZAB B01D 53/36 ZAB 53/94 103C Fターム(参考) 3G090 AA03 BA01 CB23 DA04 DA18 DA20 EA02 EA06 4D048 AA14 AC06 BA30X CC61 CD05 4D058 JA32 MA15 NA05 QA19 RA19 SA08 TA06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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、酸
    化触媒を前記パティキュレートフィルタと直列に配置
    し、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大し
    ていくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前
    記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大して
    いくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周
    囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとん
    ど発生しなくなる内燃機関を用い、煤の発生量がピーク
    となる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される
    不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実
    行される時に、排気ガスが最初に前記パティキュレート
    フィルタを通過し次いで前記酸化触媒を通過するように
    し、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前
    記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼が
    実行される時に、排気ガスが最初に前記酸化触媒を通過
    し次いで前記パティキュレートフィルタを通過するよう
    にした内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記パティキュレートフィルタの圧損が
    上昇したときに、煤の発生量がピークとなる不活性ガス
    の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が
    多く煤がほとんど発生しない燃焼を実行すると共に、排
    気ガスが最初に前記パティキュレートフィルタを通過し
    次いで前記酸化触媒を通過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。
  3. 【請求項3】 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、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るための制御手段を具備し、
    それによって排気ガス中の微粒子を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酸化除去せしめ
    るようにした請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄
    化装置。
  4. 【請求項4】 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3に記載の内燃機関の排気浄化装
    置。
  5. 【請求項5】 前記酸化剤が、周囲に過剰酸素が存在す
    ると酸素を取り込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度
    が低下するとその保持した酸素を活性酸素の形で放出す
    る酸素吸蔵・活性酸素放出剤である請求項1〜4のいず
    れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項6】 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。
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