JP2001303929A

JP2001303929A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2001303929A
Application number: JP2000128982A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 光壱木村; Shinya Hirota; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2020-04-25
Also published as: JP3525860B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気ヒータによって多大な電力を消費するこ
となく、パティキュレートフィルタにおける捕集パティ
キュレートによる目詰まりを防止すること。【解決手段】機関排気系に配置されたパティキュレー
トフィルタ７０と、パティキュレートフィルタを加熱す
るための電気ヒータ７４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
７１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
活性酸素放出剤が担持され、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。

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、フィルタを機関排気系に配置して大気放出以前にパ
ティキュレートを捕集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。この加熱手段として電気ヒー
タが一般的に使用されるが、フィルタを６００°Ｃ程度
に加熱するには多大な電力が必要である。

【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、前述の
フィルタを使用しても、常に排気ガス温度が４００°Ｃ
程度に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、電気ヒータによ
って多大な電力を消費することなく、パティキュレート
フィルタにおける捕集パティキュレートによる目詰まり
を防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置さ
れたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレー
トフィルタを加熱するための電気ヒータと、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、前記捕集壁には活性酸素放出剤が担持され、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】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、前記パティキュレートフィ
ルタは、前記活性酸素放出剤によって前記パティキュレ
ートフィルタの温度に応じた酸化除去可能微粒子量を有
し、現在の機関燃焼室からの排出微粒子量が現在の前記
酸化除去可能微粒子量を上回ることとなる時には、前記
電気ヒータを作動することを特徴とする。

【００１１】また、本発明による請求項４に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機
関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィ
ルタは、前記活性酸素放出剤によって前記パティキュレ
ートフィルタの温度に応じた酸化除去可能微粒子量を有
し、現在の排気ガス状態が現在必要な酸化除去可能微粒
子量を下回らせることとなる時には、前記電気ヒータを
作動することを特徴とする。

【００１２】また、本発明による請求項５に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項３又は４に記載の内燃機
関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィ
ルタを排気ガスがバイパスすることを可能とするバイパ
ス手段を前記逆転手段と一体又は別体に具備し、前記電
気ヒータを作動させる時には、前記バイパス手段によっ
て排気ガスの少なくとも一部をバイパスさせることを特
徴とする。

【００１３】また、本発明による請求項６に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項５に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記バイパス手段によってバイパ
スさせる排気ガス量を調節することにより、前記電気ヒ
ータによって加熱される前記パティキュレートフィルタ
の温度を制御することを特徴とする。

【００１４】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、前記パティキュレートフィ
ルタに担持された酸化触媒へ還元剤を供給するための還
元剤供給装置を具備することを特徴とする。

【００１５】また、本発明による請求項８に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項７に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記電気ヒータを作動させて前記
パティキュレートフィルタの温度が設定温度以上となっ
た時に、前記還元剤供給装置によって前記酸化触媒へ還
元剤が供給され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７１と、パティキュレートフィルタ７０と、
パティキュレートフィルタ７０の一方側と切換部７１と
を接続する第一接続部７２ａと、パティキュレートフィ
ルタ７０の他方側と切換部７１とを接続する第二接続部
７２ｂと、切換部７１の下流側の排気通路７３とを具備
している。切換部７１は、切換部７１内で排気流れを遮
断することを可能とする弁体７１ａを具備している。弁
体７１ａの一方の遮断位置において、切換部７１内の上
流側が第一接続部７２ａと連通されると共に切換部７１
内の下流側が第二接続部７２ｂと連通され、排気ガス
は、図１８に矢印で示すように、パティキュレートフィ
ルタ７０の一方側から他方側へ流れる。

【００６０】また、図２０は、弁体７１ａの他方の遮断
位置を示している。この遮断位置において、切換部７１
内の上流側が第二接続部７２ｂと連通されると共に切換
部７１内の下流側が第一接続部７２ａと連通され、排気
ガスは、図２０に矢印で示すように、パティキュレート
フィルタ７０の他方側から一方側へ流れる。こうして、
弁体７１ａを切り換えることによって、パティキュレー
トフィルタ７０へ流入する排気ガスの方向を逆転するこ
とができ、すなわち、パティキュレートフィルタ７０の
排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能とな
る。

【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が可能である。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、図１８及び１９に示すように、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】また、図２１は、弁体７１ａの二つの遮断
位置の間の中間位置を示している。この中間位置におい
ては、切換部７１内は遮断されることがなく、排気ガス
は、通過抵抗の高いパティキュレートフィルタ７０を通
過することなく、すなわち、図２０に矢印で示すよう
に、パティキュレートフィルタ７０をバイパスして直接
的に排気通路７３へ流れる。弁体７１ａは、負圧アクチ
ュエータ又はステップモータ等によって、二つの遮断位
置を含む任意の位置に開度制御可能となっている。

【００６３】本排気浄化装置は、さらに、パティキュレ
ートフィルタ７０内に配置された電気ヒータ７４と、パ
ティキュレートフィルタ７０の両側へ広範囲に燃料のよ
うな還元剤を供給する還元剤供給装置７５ａ，７５ｂと
が設けられている。

【００６４】図２２にパティキュレートフィルタ７０の
構造を示す。なお、図２２において、（Ａ）はパティキ
ュレートフィルタ７０の正面図であり、（Ｂ）は側面断
面図である。これらの図に示すように、本パティキュレ
ートフィルタ７０は、長円正面形状を有し、例えば、コ
ージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム
構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に
延在する隔壁５４によって細分された多数の軸線方向空
間を有している。隣接する二つの軸線方向空間におい
て、栓５３によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他
方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つ
の軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路５０とな
り、他方は流出通路５１となり、排気ガスは、図２２
（Ｂ）に矢印で示すように、必ず隔壁５４を通過する。
排気ガス中のパティキュレートは、隔壁５４の細孔の大
きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁５４の
排気上流側表面上及び隔壁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７０において、捕集されたパティキュレー
トを酸化除去するために、隔壁５４の両側表面上、及
び、好ましくは隔壁５４内の細孔表面上にアルミナ等を
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。前述したように、本パティキュレー
トフィルタ７０には電気ヒータが配置されている。この
電気ヒータは、図１９に示すように、隔壁５４内を通り
矩形波状に配置されているために、排気ガスがパティキ
ュレートフィルタを通過する際の妨げとはならない。

【００６５】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。

【００６６】この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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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７０の排気上流側へ流入することになる。

【００７０】図２３（Ａ）および（Ｂ）はパティキュレ
ートフィルタ７０における排気ガス接触面の拡大図を模
式的に表わしている。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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６
１はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど活
性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤６１が放出
される活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタの温
度が高くなるほど増大する。従ってパティキュレートフ
ィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなく
パティキュレートを酸化除去可能な酸化除去可能微粒子
量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増
大する。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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電気
ヒータ７４及び弁体７１ａを制御し、パティキュレート
フィルタへの多量のパティキュレートの堆積を防止して
いる。本フローチャートは所定時間毎に繰り返される。
先ず、ステップ１０１において、パティキュレートフィ
ルタの温度ＴＦが検出される。この検出には、パティキ
ュレートフィルタに温度センサを設けて直接的に検出す
る。また、機関始動から所定時間毎にパティキュレート
フィルタに流入した排気ガス量及び排気ガス温度等に基
づきパティキュレートフィルタの温度を算出するように
しても良い。次いで、負荷センサ４１及びクランク角セ
ンサ４２等を使用して現在の機関運転状態が把握され
る。本実施例のディーゼルエンジンの場合には、二つの
燃焼方式のうちのいずれの燃焼方式が採用されているか
も把握される。この運転状態の把握によって、排気ガス
量、排気ガス温度、排気ガス中の酸素濃度、及び、排出
微粒子量等を推定することが可能である。

【００８３】次いで、ステップ１０３において、排気ガ
ス中の酸素濃度及び排出微粒子量等に基づき現在必要と
されるパティキュレートフィルタの酸化除去可能微粒子
量が算出され、この酸化除去可能微粒子量をもたらすパ
ティキュレートフィルタの最低温度ＴＦｔが算出され
る。ステップ１０４では、現在のパティキュレートフィ
ルタの温度ＴＦ、排気ガス量、及び、排気ガス温度等に
基づき、パティキュレートフィルタの温度変化量ｄＴＦ
が算出される。

【００８４】次いで、ステップ１０５では、パティキュ
レートフィルタにおいて、現在の温度ＴＦに温度変化量
ｄＴＦが加えられ、その結果が最低温度ＴＦｔを上回る
か否かが判断される。例えば、パティキュレートフィル
タの現在の温度ＴＦがかなり高く、排気ガス温度が、こ
の温度ＴＦより低くてパティキュレートフィルタの温度
を低下させる場合でも、ステップ１０５における判断が
肯定されるならば、特に問題はなく、弁体７１ａは一方
の遮断位置のままとされて終了する。

【００８５】しかしながら、ステップ１０５における判
断が否定される時は、このままではパティキュレートフ
ィルタ上にパティキュレートが堆積して酸化除去不可能
となるために、ステップ１０６において電気ヒータ７４
を作動させてパティキュレートフィルタ７０を前述の最
低温度ＴＦｔへ昇温することにより、パティキュレート
フィルタ７０の酸化除去可能微粒子量を現在の必要量へ
向上させるようになっている。

【００８６】もちろん、こうして単に電気ヒータ７４を
作動させてパティキュレートフィルタ７０を昇温させて
も良いが、本フローチャートでは、この時に、弁体７１
ａを図２１に示す中間位置近傍として、少なくとも一部
の排気ガスをパティキュレートフィルタを通過させずに
バイパスさせるようになっている。それにより、電気ヒ
ータ７４により発生させた熱が排気ガスと共にパティキ
ュレートフィルタ７０から流出することを低減させ、電
気ヒータ７４によって効率的にパティキュレートフィル
タ７０を昇温させることにより、パティキュレートフィ
ルタを最低温度ＴＦｔへ昇温するための電力消費を低減
することが可能であり、また、パティキュレートフィル
タ７０の最低温度ＴＦｔへの昇温が大幅である場合に、
これを可能とする。

【００８７】もちろん、全ての排気ガスをバイパスさせ
ることは、電気ヒータ７４の電力消費低減又は電気ヒー
タ７４によるパティキュレートフィルタ７０の大幅な昇
温に最も有効であるが、この時の排気ガス中にパティキ
ュレートが含まれていると、このパティキュレートは全
て大気中へ放出されることとなる。それにより、燃焼が
行われないフューエルカット時のように排気ガス中に全
くパティキュレートが含まれていない場合を除き、バイ
パス排気ガス量はできる限り少なくすることが好まし
い。こうして、ステップ１０７ではバイパスさせる排気
ガス量を算出し、ステップ１０８では、このバイパス排
気ガス量を実現するように、弁体７１ａが開度制御され
る。

【００８８】ところで、ステップ１０３及び１０４にお
ける最低温度ＴＦｔ及び温度変化量ｄＴＦは、排気ガス
の全量がパティキュレートフィルタへ流入した場合であ
り、例えば、排気ガスのバイパスによってパティキュレ
ートフィルタへ流入する排気ガスが半分となれば、排出
微粒子量、すなわち、パティキュレートフィルタへ流入
する微粒子量も半減され、必要な最低温度ＴＦｔも下げ
ることができる。さらに、排気ガス温度がパティキュレ
ートフィルタの現在の温度ＴＦより低い場合には、温度
変化量ｄＴＦがマイナス値となるが、排気ガスのバイパ
スによって、この絶対値を小さくすることができる。フ
ューエルカット時のように、排気ガス中にパティキュレ
ートが含まれておらず、排気ガス温度が非常に低い場合
には、弁体７１ａを中間位置として、全ての排気ガスを
バイパスさせ、電気ヒータによるパティキュレートフィ
ルタの昇温効率を最大限高めると共に、低温排気ガスに
よるパティキュレートフィルタの温度低下を抑制するこ
とが好ましい。

【００８９】また、ステップ１０３において算出される
現在必要な酸化除去可能微粒子量は、常に現在の排出微
粒子量だけを酸化除去できれば良いものではない。例え
ば、機関減速時等にフューエルカットが実施されれば、
排出微粒子量はほぼゼロとなるが、この時に必要な酸化
除去可能微粒子量をゼロとして、最低温度ＴＦｔを１０
０°Ｃ以下（図２４参照）とすると、実際にパティキュ
レートフィルタの温度が１００°Ｃ以下となった場合に
おいて、次回の機関加速時には、パティキュレートフィ
ルタの温度は直ぐには昇温せず、ほとんどのパティキュ
レートを酸化除去できないこととなる。従って、必要な
酸化除去可能微粒子量は常に所定量以上とし、すなわ
ち、パティキュレートフィルタの最低温度ＴＦｔは、例
えば、２００°Ｃを下回らないようにすることが好まし
い。

【００９０】こうして、第一フローチャートにおいて
は、排出微粒子量が多量となってパティキュレートフィ
ルタの温度に応じた現在の酸化除去可能微粒子量を上回
ることとなる時、及び排気ガス温度が低くなってパティ
キュレートフィルタの現在必要な酸化除去可能微粒子量
を下回らせることとなる時には、ステップ１０５におけ
る判断が否定されて電気ヒータが作動され、パティキュ
レートフィルタの酸化除去可能微粒子量が向上させられ
るために、パティキュレートフィルタにはパティキュレ
ートが堆積することはない。また、電気ヒータを作動さ
せる時に、排気ガスをバイパスさせれば、パティキュレ
ートフィルタを効率的に昇温させることができる。バイ
パス排気ガス量が多いほど、パティキュレートフィルタ
の昇温が効率的となるために、パティキュレートフィル
タを高温度に昇温することができ、すなわち、電気ヒー
タの作動時において、バイパス排気ガス量を調節するこ
とにより、パティキュレートフィルタの温度を所望温度
に制御することが可能である。

【００９１】第一フローチャートを単純化して、例え
ば、排出微粒子量を算出することなく、パティキュレー
トフィルタが設定温度（例えば、３００°Ｃ）を下回る
時に電気ヒータを作動させ、酸化除去可能微粒子量を所
定値以上に維持することにより、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低減するようにして
も良い。また、例えば、機関運転状態を把握して排出微
粒子量が設定量を上回る時に電気ヒータを作動させ、酸
化除去可能微粒子量を向上させることにより、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低減す
るようにしても良い。

【００９２】また、第一フローチャートにおいて、ステ
ップ１０８で弁体７１ａの開度制御を実施した後に、ス
テップ１０９において弁体７１ａが他方の遮断位置へ切
り換えられるようになっている。本実施例で使用したよ
うなウォールフロー型パティキュレートフィルタでは、
パティキュレートは、排気ガスが主に衝突する隔壁５４
の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面、すな
わち、隔壁５４の一方の捕集面に衝突捕集され、この一
方の捕集面からの活性酸素の放出が捕集パティキュレー
トに対して不十分であると、全て酸化除去されずに残留
することとなる。第一フローチャートのステップ１０８
までの処理によって、このようなパティキュレートの残
留はほぼ防止されるが、何らかの理由によって図２８
（Ａ）に示すように隔壁の一方の捕集面にパティキュレ
ートが残留している時に弁体７１ａの切り換えは有効で
ある。

【００９３】なぜなら、パティキュレートフィルタの排
気上流側と排気下流側との逆転によって、隔壁の一方の
捕集面に残留するパティキュレート上には、さらにパテ
ィキュレートが堆積することはなく、一方の捕集面から
放出される活性酸素によって残留パティキュレートは徐
々に酸化除去される。また、特に隔壁の細孔内に残留す
るパティキュレートは、逆方向の排気ガス流によって、
図２８（Ｂ）に示すように、容易に破壊されて細分化さ
れ、細孔内を主に下流側へ移動する。

【００９４】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
残留するパティキュレートを酸化除去する。

【００９５】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、パテ
ィキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆
転させてパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面
と他方の捕集面とをパティキュレートの捕集に交互に使
用することにより、逆転時にパティキュレートフィルタ
隔壁の一方の捕集面にある程度パティキュレートが積層
状に堆積していたとしても、排気ガスの逆流によって、
この堆積パティキュレートへも活性酸素が到来すること
に加えて、さらにパティキュレートが堆積することはな
いために、堆積パティキュレートは徐々に酸化除去さ
れ、次回の逆流までに、ある程度の時間があれば、この
間で十分に酸化除去可能である。もちろん、弁体７１ａ
の切り換えは、電気ヒータの作動後に限らず、定期的
に、不定期に、又は、所定走行距離毎に、実施しても、
残留及び堆積パティキュレートの酸化除去に有効であ
る。

【００９６】本フローチャートにおいて、フューエルカ
ット時のように排気ガス中にパティキュレートが含まれ
ていない場合に、電気ヒータを作動すると共に全ての排
気ガスをバイパスさせれば、パティキュレートフィルタ
隔壁の一方の捕集面にパティキュレートが残留していて
も、さらにパティキュレートが堆積することはなく、前
述した逆転時と同様に、隔壁の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良好に酸
化除去される。活性酸素放出剤から放出される活性酸素
は有限であり、活性酸素放出剤は、活性酸素を放出して
パティキュレートの酸化除去に使用した後には、前述の
ごとく雰囲気中の酸素を吸収しなければ、新たに活性酸
素放出することはできない。こうして、全ての排気ガス
がバイパスされていると、隔壁周囲には新たな酸素が供
給されず、酸素不足によってこのような活性酸素放出剤
による酸素の吸放出が不活発となり、残留パティキュレ
ートを完全に酸化除去できないことがある。また、隔壁
の活性酸素放出剤に接触していないパティキュレートは
酸素不足によって酸化され難い。それにより、本フロー
チャートにおいて、排気ガスをバイパスさせる際には、
常にそうしなくても良いが、全ての排気ガスをバイパス
させずに、少なくとも一部の排気ガスがパティキュレー
トフィルタを通過するようにし、パティキュレートフィ
ルタ隔壁周囲を酸素不足としないことが好ましい。

【００９７】図２７は、パティキュレートフィルタへの
パティキュレートの多量の堆積を防止するために、第一
フローチャートに代えて実施される第二フローチャート
である。これを以下に説明する。本フローチャートも所
定時間毎に繰り返される。先ず、ステップ２０１におい
て、第一フローチャートと同様にパティキュレートフィ
ルタの温度ＴＦが検出される。次いで、ステップ２０２
において、この温度ＴＦが第一設定温度Ｔ１（例えば、
３００°Ｃ）以上であるか否かが判断される。この判断
が肯定される時には、パティキュレートフィルタの酸化
除去可能微粒子量は比較的高いために、パティキュレー
トフィルタに捕集されるパティキュレートは十分に酸化
除去可能であるとして、弁体７１ａは一方の遮断位置の
ままとされて終了する。

【００９８】一方、ステップ２０２における判断が否定
される時には、パティキュレートフィルタの酸化除去可
能微粒子量は低く、これを向上させるためにステップ２
０３において電気ヒータ７４を作動させる。次いで、ス
テップ２０４において、機関運転状態等に基づき現在の
排出微粒子量Ｍが設定量Ｍ１以下であるか否かが判断さ
れる。フューエルカット時、アイドル時、又は、低温燃
焼時には、排気ガス中にはパティキュレートは殆ど含ま
れておらず、この判断は肯定され、ステップ２０５にお
いて、弁体７１ａは中間位置とされ、全ての排気ガスは
パティキュレートフィルタをバイパスするようにされ、
電気ヒータによって非常に効率的にパティキュレートフ
ィルタを昇温する。一方、排気ガス中にパティキュレー
トが比較的多く含まれる時には、ステップ２０４におけ
る判断は否定され、弁体７１ａは一方の遮断位置のまま
とされ、排気ガス中のパティキュレートはパティキュレ
ートフィルタによって捕集される。

【００９９】次いで、ステップ２０７において、パティ
キュレートフィルタの温度ＴＦが第二設定温度Ｔ２以上
であるか否かが判断される。この第二設定温度Ｔ２は、
例えば、パティキュレートフィルタに担持させた白金Ｐ
ｔ等の酸化触媒の活性温度であり、この判断が否定され
る時にはステップ２０３からの処理が繰り返される。こ
うして、パティキュレートフィルタの温度ＴＦが電気ヒ
ータの加熱によって第二設定温度Ｔ２以上となると、又
は、第一設定温度Ｔ１より低いが第二設定温度Ｔ２以上
であった時には、ステップ２０７における判断が肯定さ
れ、ステップ２０８において電気ヒータは停止される。

【０１００】次いで、ステップ２０９では、還元剤供給
装置７５ａ又は７５ｂによって、パティキュレートフィ
ルタ７０に全く排気ガス流れが存在しない時には、パテ
ィキュレートフィルタ７０のいずれの側又は両側から還
元剤が供給され、少なくとも一部の排気ガス流れが存在
する時にはパティキュレートフィルタ７０の排気入口側
から還元剤が供給される。それにより、還元剤は、パテ
ィキュレートフィルタ７０に担持された酸化触媒によっ
て良好に燃焼を開始し、パティキュレートフィルタ７０
を第一設定温度Ｔ１以上に昇温させる。それにより、酸
化除去可能微粒子量が比較的高くされるために、パティ
キュレートフィルタに捕集されたパティキュレートは十
分に酸化除去され、パティキュレートフィルタへ堆積す
ることはない。本フローチャートにおいて、電気ヒータ
の作動は、パティキュレートフィルタが第二設定温度と
なるまでに限定されるために、電気ヒータでの消費電力
を少なくすることができる。

【０１０１】次いで、ステップ２１０において、弁体は
他方の遮断位置へ切り換えられるために、前述したよう
に、もしパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面
にパティキュレートが堆積していたとしても良好に酸化
除去することができる。本フローチャートにおいて、還
元剤を燃焼させる際に、排気ガス中にパティキュレート
が殆ど含まれていなければ、パティキュレートフィルタ
をバイパスさせて熱流出を防止することは好ましい。し
かしながら、パティキュレートフィルタへ排気ガスが全
く供給されないと、酸素不足によって還元剤が良好に燃
焼しないことがあり、この場合には、弁体７１ａを中間
位置から遮断位置側へ多少回動させて、一部の排気ガス
がパティキュレートフィルタへ流入するようにすれば良
い。

【０１０２】本フローチャートにおいて、パティキュレ
ートフィルタの排気入口側から供給された還元剤は、そ
の燃焼熱によってパティキュレートフィルタの排気入口
部を昇温させるだけでなく、この燃焼熱は排気ガスによ
ってパティキュレートフィルタの排気出口部も昇温させ
る。こうして、パティキュレートフィルタ全体が昇温さ
せられるために、パティキュレートフィルタ全体の酸化
除去可能微粒子量が向上する。それにより、ステップ２
１０において、弁体７１ａが他方の遮断位置へ切り換え
られると、前述したように、パティキュレートフィルタ
隔壁の一方の捕集面にパティキュレートが残留していて
も、これは良好に酸化除去されると共に、パティキュレ
ートフィルタ隔壁の他方の捕集面によって捕集開始され
たパティキュレートは、向上された酸化除去可能微粒子
量によって良好に酸化除去可能となる。

【０１０３】本実施例の還元剤供給装置７５ａ，７５ｂ
は、パティキュレートフィルタ７０へ直接的に還元剤を
供給するために、接続部２１ａ，２１ｂの内壁に付着す
る等の無駄な還元剤の使用が防止され、還元剤を必要最
小限とすることができる。また、パティキュレートフィ
ルタへの還元剤の供給が、少なくとも一部の排気ガスを
バイパスしている時に行われることがあるために、還元
剤供給装置は、バイパス機構（本実施例では切換部７１
と一体である）とパティキュレートフィルタとの間に配
置され、供給された還元剤がパティキュレートフィルタ
をバイパスすることを防止している。さらに、いずれも
排気上流側となるためにパティキュレートフィルタの両
側へ還元剤の供給を可能とするように、第一接続部７２
ａ及び第二接続部７２ｂにそれぞれ還元剤供給装置７５
ａ，７５ｂが配置されている。

【０１０４】しかしながら、これらは、本発明を限定す
るものではなく、例えば、還元剤の供給をパティキュレ
ートフィルタの一方側が排気上流側となっている時又は
排気ガスを全てバイパスしている時に限れば、一方の還
元剤供給装置を省略することも可能である。

【０１０５】また、例えば、排気ガスがパティキュレー
トフィルタをバイパスしていない時に還元剤を供給する
のであれば、バイパス機構の上流側に還元剤を供給する
ようにしても良く、機関燃料噴射弁によって排気行程で
燃料を噴射しても良く、前述の低温燃焼を実施するよう
にしても良い。

【０１０６】また、本実施例において、電気ヒータ７４
は、パティキュレートフィルタの隔壁内において、排気
ガス流れに対して垂直方向に延在させて二つ配置されて
いるが、もちろん、一つでも良く、排気ガス流れに対し
て平行な複数の電気ヒータを配置するようにしても良
い。また、還元剤供給装置と同様に、一つ又は二つの同
形状の電気ヒータをパティキュレートフィルタの排気入
口部又は排気入口部及び排気出口部に隣接配置させても
良い。このように、電気ヒータの数、形状、及び配置
は、パティキュレートフィルタ内の排気ガスの通過を妨
げずに確実にパティキュレートフィルタを加熱すること
ができれば、いずれにしても良い。

【０１０７】また、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
せることができる。こうして、弁体７１ａによってパテ
ィキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆
転する時に、又は、その直後に排気ガスの空燃比をリッ
チにすれば、パティキュレートフィルタ隔壁のパティキ
ュレートが残留及び堆積していない他方の捕集面では、
一方の捕集面に比較して活性酸素を放出し易いために、
さらに多量に放出される活性酸素によって、残留及び堆
積パティキュレートを、さらに確実に酸化除去すること
が可能となる。

【０１０８】排気ガスの空燃比をリッチにする方法とし
ては、例えば、前述の低温燃焼を実施すれば良い。もち
ろん、通常燃焼から低温燃焼へ切り換わる時に、又は、
それに先立ってパティキュレートフィルタの排気上流側
と排気下流側とを切り換えるようにしても良い。前述し
たように、低温燃焼は機関低負荷側で実施されるため
に、機関減速時フューエルカット直後に低温燃焼が実施
される機会は多く、すなわち、第一及び第二フローチャ
ートにおいて、フューエルカット時に電気ヒータが作動
されて弁体７１ａが切り換えられれば、その後に低温燃
焼が実施される機会は多く、パティキュレートの良好な
酸化除去が実現される。また、前述の還元剤供給装置に
よって還元剤を供給することにより、排気ガスの空燃比
をリッチにすることも可能である。

【０１０９】また、パティキュレートフィルタの排気上
流側と排気下流側とを逆転する時に、パティキュレート
フィルタ隔壁の一方の捕集面に多量のパティキュレート
が堆積してしまったとしても、この堆積パティキュレー
トは、排気ガスの逆流によって比較的容易に破壊及び細
分化されるために、隔壁の細孔内で酸化除去できなかっ
た一部のパティキュレートはパティキュレートフィルタ
から排出されることとなるが、パティキュレートフィル
タの排気抵抗がさらに高まって車両走行に悪影響を与え
ることはなく、また、パティキュレートフィルタ隔壁の
他方の捕集面によって新たなパティキュレートの捕集が
可能となる。

【０１１０】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パティキュレートフィルタの隔壁
を通過する。従ってパティキュレートフィルタがアッシ
ュによって目詰まりすることがなくなる。こうして、前
述したように活性酸素放出剤６１としてはカルシウムＣ
ａ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Ｃ
ｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳ
ｒを用いることが好ましいことになる。

【０１１１】また、パティキュレートフィルタに白金Ｐ
ｔ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
期的に又は不定期にリッチにする必要がある。

【０１１２】また、活性酸素放出剤として排気ガス中の
ＮＯ_x浄化に使用されるＮＯ_x吸蔵還元触媒を用いるこ
とも可能である。この場合においては、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、このリッチ化
制御をパティキュレートフィルタの上流側と下流側との
逆転後に実施することが好ましい。

【０１１３】本実施例では、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の逆転機構と排気ガスのパ
ティキュレートフィルタのバイパス機構とを一体として
構造を簡素化しているが、逆転機構とは別にバイパス機
構を設けることも可能である。また、本実施形態のディ
ーゼルエンジンは、低温燃焼と通常燃焼とを切り換えて
実施するものとしたが、これは本発明を限定するもので
はなく、もちろん、通常燃焼のみを実施するディーゼル
エンジン、又はパティキュレートを排出するガソリンエ
ンジンにも本発明は適用可能である。

【０１１４】

【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を加熱
するための電気ヒータと、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、捕集壁には活性酸
素放出剤が担持され、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。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のに使用さ
れる。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、電
気ヒータによって僅かな電力を消費すれば、パティキュ
レートフィルタが昇温して活性酸素放出剤による酸化除
去可能微粒子量が向上し、捕集面にパティキュレートが
残留し難くなり、パティキュレートフィルタの目詰まり
をさらに確実に防止することができる。

【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へのパティキュレ
ートの堆積を防止するための第二フローチャートであ
る。

【図２８】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面
図である。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁１６…スロットル弁７１…切換部７１ａ…弁体７０…パティキュレートフィルタ７４…電気ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ 3/24 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３ＣＦターム(参考） 3G090 AA03 BA01 CB11 CB12 CB24 DA01 DA10 DA13 DA18 DA20 DB10 EA06 EA07 3G091 AA02 AA11 AA18 AB02 AB08 AB13 BA00 BA03 BA11 BA15 BA19 BA38 CA04 CA12 CA13 CA18 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 EA00 EA01 EA03 EA07 EA15 EA31 EA34 FA02 FA04 FA05 FA19 FB02 FB10 FB11 FB12 FC02 FC04 FC07 GA06 GA20 GA21 GB01X GB01Y GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB10X GB17X HA14 HA36 HB03 HB05 4D048 AA14 AB01 AC02 BA30X BB02 BD01 BD10 CA01 CC25 CC26 CC38 CC53 CD05 DA01 DA02 DA05 DA08 DA13 DA20 EA04 4D058 JA02 JA32 JB06 MA42 MA44 SA08 TA06

Claims

【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を加熱す
るための電気ヒータと、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
には活性酸素放出剤が担持され、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】前記パティキュレートフィルタは、前記
活性酸素放出剤によって前記パティキュレートフィルタ
の温度に応じた酸化除去可能微粒子量を有し、現在の機
関燃焼室からの排出微粒子量が現在の前記酸化除去可能
微粒子量を上回ることとなる時には、前記電気ヒータを
作動す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】前記パティキュレートフィルタは、前記
活性酸素放出剤によって前記パティキュレートフィルタ
の温度に応じた酸化除去可能微粒子量を有し、現在の排
気ガス状態が現在必要な酸化除去可能微粒子量を下回ら
せることとなる時には、前記電気ヒータを作動すること
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】前記パティキュレートフィルタを排気ガ
スがバイパスすることを可能とするバイパス手段を前記
逆転手段と一体又は別体に具備し、前記電気ヒータを作
動させる時には、前記バイパス手段によって排気ガスの
少なくとも一部をバイパスさせることを特徴とする請求
項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記バイパス手段によってバイパスさせ
る排気ガス量を調節することにより、前記電気ヒータに
よって加熱される前記パティキュレートフィルタの温度
を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関
の排気浄化装置。
【請求項７】前記パティキュレートフィルタに担持さ
れた酸化触媒へ還元剤を供給するための還元剤供給装置
を具備す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８】前記電気ヒータを作動させて前記パティ
キュレートフィルタの温度が設定温度以上となった時
に、前記還元剤供給装置によって前記酸化触媒へ還元剤
が供給されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機
関の排気浄化装置。