JP2002106325A - 排気ガス浄化方法 - Google Patents
排気ガス浄化方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パティキュレートフィルタ表面に堆積した微
粒子の燃焼熱によりパティキュレートフィルタが熱劣化
されることを防止する。 【解決手段】 排気ガス中の微粒子をパティキュレート
フィルタ２２上において酸化除去せしめる。パティキュ
レートフィルタの温度が予め定められた温度よりも高く
なったときにはパティキュレートフィルタに流入する排
気ガスの量を第一の閾値よりも多くするか、或いは第一
の閾値よりも小さい第二の閾値よりも少なくするように
する。
粒子の燃焼熱によりパティキュレートフィルタが熱劣化
されることを防止する。 【解決手段】 排気ガス中の微粒子をパティキュレート
フィルタ２２上において酸化除去せしめる。パティキュ
レートフィルタの温度が予め定められた温度よりも高く
なったときにはパティキュレートフィルタに流入する排
気ガスの量を第一の閾値よりも多くするか、或いは第一
の閾値よりも小さい第二の閾値よりも少なくするように
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は排気ガス浄化方法に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりディーゼル機関においては排気
ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路
内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティキ
ュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集
し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を
着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィルタ
を再生するようにしている。ところがパティキュレート
フィルタ上に捕集された微粒子は６００℃程度以上の高
温にならないと着火燃焼せず、これに対してディーゼル
機関の排気ガス温は通常、６００℃よりもかなり低い。
したがって排気ガス熱でもってパティキュレートフィル
タ上に捕集された微粒子を着火燃焼させるのは困難であ
る。そこで比較的低い温度であっても捕集された微粒子
を着火燃焼させようとする技術が公知である（例えば特
公平７−１０６２９０号公報参照）。この公知の技術は
低温から微粒子が着火燃焼することで堆積した微粒子を
連続的に燃焼除去させることを意図している。
ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路
内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティキ
ュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集
し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を
着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィルタ
を再生するようにしている。ところがパティキュレート
フィルタ上に捕集された微粒子は６００℃程度以上の高
温にならないと着火燃焼せず、これに対してディーゼル
機関の排気ガス温は通常、６００℃よりもかなり低い。
したがって排気ガス熱でもってパティキュレートフィル
タ上に捕集された微粒子を着火燃焼させるのは困難であ
る。そこで比較的低い温度であっても捕集された微粒子
を着火燃焼させようとする技術が公知である（例えば特
公平７−１０６２９０号公報参照）。この公知の技術は
低温から微粒子が着火燃焼することで堆積した微粒子を
連続的に燃焼除去させることを意図している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが上述した特公
平７−１０６２９０号公報に記載の排気ガス浄化方法に
より排気ガス中の微粒子を除去するようにした場合にお
いてもパティキュレートフィルタ表面に微粒子が堆積し
てしまうことがある。ここでパティキュレートフィルタ
の温度が微粒子の着火温度まで上昇するとパティキュレ
ートフィルタ表面に堆積している微粒子が一気に着火燃
焼し、これによりパティキュレートフィルタの温度が急
激に上昇し、遂にはパティキュレートフィルタが微粒子
の燃焼熱により溶損し、或いは溶損に至らないまでもパ
ティキュレートフィルタに担持された触媒が熱劣化する
可能性がある。
平７−１０６２９０号公報に記載の排気ガス浄化方法に
より排気ガス中の微粒子を除去するようにした場合にお
いてもパティキュレートフィルタ表面に微粒子が堆積し
てしまうことがある。ここでパティキュレートフィルタ
の温度が微粒子の着火温度まで上昇するとパティキュレ
ートフィルタ表面に堆積している微粒子が一気に着火燃
焼し、これによりパティキュレートフィルタの温度が急
激に上昇し、遂にはパティキュレートフィルタが微粒子
の燃焼熱により溶損し、或いは溶損に至らないまでもパ
ティキュレートフィルタに担持された触媒が熱劣化する
可能性がある。
【０００４】こうした問題に鑑み、本発明の目的はパテ
ィキュレートフィルタ表面に堆積した微粒子の燃焼熱に
よりパティキュレートフィルタが熱劣化することを防止
することにある。
ィキュレートフィルタ表面に堆積した微粒子の燃焼熱に
よりパティキュレートフィルタが熱劣化することを防止
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】１番目の発明では上記目
的を達成するために、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酸化除去せしめるようにした
排気ガス浄化方法において、パティキュレートフィルタ
の温度が予め定められた温度よりも高くなったときには
パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第
一の閾値よりも少なくするか、或いは第一の閾値よりも
大きい第二の閾値よりも多くする流入排気ガス量変更処
理を実行するようにする。すなわちパティキュレートフ
ィルタの温度が予め定められた温度よりも高くなったと
きにはパティキュレートフィルタに流入する現在の排気
ガスの量を少なくするか、或いは多くする。
的を達成するために、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酸化除去せしめるようにした
排気ガス浄化方法において、パティキュレートフィルタ
の温度が予め定められた温度よりも高くなったときには
パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第
一の閾値よりも少なくするか、或いは第一の閾値よりも
大きい第二の閾値よりも多くする流入排気ガス量変更処
理を実行するようにする。すなわちパティキュレートフ
ィルタの温度が予め定められた温度よりも高くなったと
きにはパティキュレートフィルタに流入する現在の排気
ガスの量を少なくするか、或いは多くする。
【０００６】２番目の発明では１番目の発明において、
上記予め定められた温度がパティキュレートフィルタに
堆積している微粒子が着火燃焼する温度である。３番目
の発明では１番目の発明において、パティキュレートフ
ィルタに流入する排気ガスの量を略零にすることにより
パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第
一の閾値よりも少なくするようにする。
上記予め定められた温度がパティキュレートフィルタに
堆積している微粒子が着火燃焼する温度である。３番目
の発明では１番目の発明において、パティキュレートフ
ィルタに流入する排気ガスの量を略零にすることにより
パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第
一の閾値よりも少なくするようにする。
【０００７】４番目の発明では３番目の発明において、
排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせる
ことによりパティキュレートフィルタに流入する排気ガ
スの量を略零にするようにする。５番目の発明では４番
目の発明において、機関排気通路から第一の排気枝管と
第二の排気枝管とを分岐させ、これら第一の排気枝管と
第二の排気枝管とをこれらが分岐せしめられる分岐点の
下流側において互いに接続してループ状の排気通路を形
成し、該ループ状の排気通路内に上記パティキュレート
フィルタが配置され、排気ガスを第一の排気枝管と第二
の排気枝管のいずれを介してパティキュレートフィルタ
に流入させるかを切り換えるために回動可能な切換弁を
上記分岐点に配置し、該切換弁は第一の回動位置とされ
たときには分岐点上流の排気ガスを第一の排気枝管を介
してパティキュレートフィルタに流入させ、該パティキ
ュレートフィルタから第二の排気枝管を介して分岐点下
流の機関排気通路に流出させ、第二の回動位置とされた
ときには分岐点上流の排気ガスを第二の排気枝管を介し
てパティキュレートフィルタに流入させ、該パティキュ
レートフィルタから第一の排気枝管を介して分岐点下流
の機関排気通路に流出させ、第一の回動位置と第二の回
動位置との間の中立位置とされたときには分岐点上流の
排気ガスを分岐点下流の機関排気通路に直接流入させ、
切換弁を中立位置とすることにより排気ガスにパティキ
ュレートフィルタをバイパスさせる。
排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせる
ことによりパティキュレートフィルタに流入する排気ガ
スの量を略零にするようにする。５番目の発明では４番
目の発明において、機関排気通路から第一の排気枝管と
第二の排気枝管とを分岐させ、これら第一の排気枝管と
第二の排気枝管とをこれらが分岐せしめられる分岐点の
下流側において互いに接続してループ状の排気通路を形
成し、該ループ状の排気通路内に上記パティキュレート
フィルタが配置され、排気ガスを第一の排気枝管と第二
の排気枝管のいずれを介してパティキュレートフィルタ
に流入させるかを切り換えるために回動可能な切換弁を
上記分岐点に配置し、該切換弁は第一の回動位置とされ
たときには分岐点上流の排気ガスを第一の排気枝管を介
してパティキュレートフィルタに流入させ、該パティキ
ュレートフィルタから第二の排気枝管を介して分岐点下
流の機関排気通路に流出させ、第二の回動位置とされた
ときには分岐点上流の排気ガスを第二の排気枝管を介し
てパティキュレートフィルタに流入させ、該パティキュ
レートフィルタから第一の排気枝管を介して分岐点下流
の機関排気通路に流出させ、第一の回動位置と第二の回
動位置との間の中立位置とされたときには分岐点上流の
排気ガスを分岐点下流の機関排気通路に直接流入させ、
切換弁を中立位置とすることにより排気ガスにパティキ
ュレートフィルタをバイパスさせる。
【０００８】６番目の発明では１番目の発明において、
燃焼室内に流入する空気の量を少なくすることによりパ
ティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第一
の閾値よりも少なくするようにする。７番目の発明では
１番目の発明において、燃焼室内に流入する空気の量を
多くすることによりパティキュレートフィルタに流入す
る排気ガスの量を第二の閾値よりも多くするようにす
る。
燃焼室内に流入する空気の量を少なくすることによりパ
ティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第一
の閾値よりも少なくするようにする。７番目の発明では
１番目の発明において、燃焼室内に流入する空気の量を
多くすることによりパティキュレートフィルタに流入す
る排気ガスの量を第二の閾値よりも多くするようにす
る。
【０００９】８番目の発明では７番目の発明において、
機関回転数を増大することにより燃焼室内に流入する空
気の量を多くするようにする。９番目の発明では１番目
の発明において、周囲に過剰酸素が存在するとＮＯxを
取り込んで該ＮＯxを保持し且つ周囲の酸素濃度が低下
すると保持しているＮＯxを放出するＮＯx吸放出剤をパ
ティキュレートフィルタに担持し、上記流入排気ガス量
変更処理を実行してから予め定められた期間が経過した
後にパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量
を元の量に戻し、これと共に排気ガスの一部または全部
の空燃比をリッチにすることによりパティキュレートフ
ィルタに付着している硫黄成分をパティキュレートフィ
ルタから脱離させる。
機関回転数を増大することにより燃焼室内に流入する空
気の量を多くするようにする。９番目の発明では１番目
の発明において、周囲に過剰酸素が存在するとＮＯxを
取り込んで該ＮＯxを保持し且つ周囲の酸素濃度が低下
すると保持しているＮＯxを放出するＮＯx吸放出剤をパ
ティキュレートフィルタに担持し、上記流入排気ガス量
変更処理を実行してから予め定められた期間が経過した
後にパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量
を元の量に戻し、これと共に排気ガスの一部または全部
の空燃比をリッチにすることによりパティキュレートフ
ィルタに付着している硫黄成分をパティキュレートフィ
ルタから脱離させる。
【００１０】１０番目の発明では１番目の発明におい
て、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持し
ている。１１番目の発明では１０番目の発明において、
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保持した酸素を活
性酸素の形で放出する活性酸素放出剤をパティキュレー
トフィルタ上に担持し、パティキュレートフィルタ上に
微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を
放出させ、放出された活性酸素によりパティキュレート
フィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにしてい
る。
て、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持し
ている。１１番目の発明では１０番目の発明において、
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保持した酸素を活
性酸素の形で放出する活性酸素放出剤をパティキュレー
トフィルタ上に担持し、パティキュレートフィルタ上に
微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を
放出させ、放出された活性酸素によりパティキュレート
フィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにしてい
る。
【００１１】１２番目の発明では１１番目の発明におい
て、活性酸素放出剤がアルカリ金属またはアルカリ土類
金属または希土類または遷移金属または炭素族元素から
なる。１３番目の発明では１２番目の発明において、ア
ルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりも
イオン化傾向の高い金属からなる。１４番目の発明では
１１番目の発明において、排気ガスの一部または全体の
空燃比を一時的にリッチにすることによりパティキュレ
ートフィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにし
ている。
て、活性酸素放出剤がアルカリ金属またはアルカリ土類
金属または希土類または遷移金属または炭素族元素から
なる。１３番目の発明では１２番目の発明において、ア
ルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりも
イオン化傾向の高い金属からなる。１４番目の発明では
１１番目の発明において、排気ガスの一部または全体の
空燃比を一時的にリッチにすることによりパティキュレ
ートフィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにし
ている。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施例を参照して
本発明を説明する。図１は本発明を圧縮着火式内燃機関
に適用した場合を示している。なお本発明は火花点火式
内燃機関に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、１
０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。コンプレ
ッサ１５の上流側の吸気管１３ｂには吸入される空気の
質量流量を検出するための質量流量計１３ａが取り付け
られる。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、さらに吸気
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
した実施例では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、
この機関冷却水により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および排気管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。
本発明を説明する。図１は本発明を圧縮着火式内燃機関
に適用した場合を示している。なお本発明は火花点火式
内燃機関に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、１
０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。コンプレ
ッサ１５の上流側の吸気管１３ｂには吸入される空気の
質量流量を検出するための質量流量計１３ａが取り付け
られる。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、さらに吸気
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
した実施例では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、
この機関冷却水により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および排気管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。
【００１３】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）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に示した実施例では冷
却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水に
よりＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は
燃料供給管６ａ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６ａ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が取り付けられ、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。
は排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）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に示した実施例では冷
却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水に
よりＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は
燃料供給管６ａ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６ａ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が取り付けられ、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。
【００１４】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により互いに接続され
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および出力ポート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。またパテ
ィキュレートフィルタ２２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が取り付
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。また
質量流量計１３ａ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。さらに入力ポート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、ＥＧ
Ｒ制御弁２５、および燃料ポンプ２８に接続される。
ータからなり、双方向性バス３１により互いに接続され
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および出力ポート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。またパテ
ィキュレートフィルタ２２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が取り付
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。また
質量流量計１３ａ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。さらに入力ポート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、ＥＧ
Ｒ制御弁２５、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００１５】図２にパティキュレートフィルタ２２の構
造を示す。なお図２において（Ａ）はパティキュレート
フィルタ２２の正面図であり、（Ｂ）はパティキュレー
トフィルタ２２の側面断面図である。図２（Ａ）および
（Ｂ）に示した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。
造を示す。なお図２において（Ａ）はパティキュレート
フィルタ２２の正面図であり、（Ｂ）はパティキュレー
トフィルタ２２の側面断面図である。図２（Ａ）および
（Ｂ）に示した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。
【００１６】なお図２（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。したがって排気ガス流入
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が四つの排気ガス流出通路５１により包囲さ
れ、各排気ガス流出通路５１が四つの排気ガス流入通路
５０により包囲されるように配置される。
た部分は栓５３を示している。したがって排気ガス流入
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が四つの排気ガス流出通路５１により包囲さ
れ、各排気ガス流出通路５１が四つの排気ガス流入通路
５０により包囲されるように配置される。
【００１７】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、し
たが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）において矢印で示したように周囲の隔壁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。本発明の実施例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、すなわち各隔壁５４
の両側表面上、栓５３の外端面および栓５２，５３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、この担体上に貴金属触媒と、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
且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸
素の形で放出する活性酸素放出剤とが担持されている。
ージライトのような多孔質材料から形成されており、し
たが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）において矢印で示したように周囲の隔壁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。本発明の実施例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、すなわち各隔壁５４
の両側表面上、栓５３の外端面および栓５２，５３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、この担体上に貴金属触媒と、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
且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸
素の形で放出する活性酸素放出剤とが担持されている。
【００１８】本発明の実施例では貴金属触媒として白金
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、セリウムＣｅ
のような希土類、鉄Ｆｅのような遷移金属、およびスズ
Ｓｎのような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが
用いられている。
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、セリウムＣｅ
のような希土類、鉄Ｆｅのような遷移金属、およびスズ
Ｓｎのような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが
用いられている。
【００１９】なお活性酸素放出剤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またはアルカ
リ土類金属、すなわちカリウム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。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、炭素族元素を用
いても同様な微粒子除去作用が行われる。
ａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカ
リ土類金属、すなわちカリウム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。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、炭素族元素を用
いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００２０】図１に示した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、したがって排気ガス
は多量の過剰空気を含んでいる。すなわち吸気通路およ
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に示した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。また燃料中には硫黄成分Ｓが含まれて
おり、この硫黄成分Ｓは燃焼室５内で酸素と反応してＳ
Ｏ2となる。したがって排気ガス中にはＳＯ2が含まれて
いる。したがって過剰酸素、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２２の排気ガス流
入通路５０内に流入することになる。
は空気過剰のもとで燃焼が行われ、したがって排気ガス
は多量の過剰空気を含んでいる。すなわち吸気通路およ
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に示した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。また燃料中には硫黄成分Ｓが含まれて
おり、この硫黄成分Ｓは燃焼室５内で酸素と反応してＳ
Ｏ2となる。したがって排気ガス中にはＳＯ2が含まれて
いる。したがって過剰酸素、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２２の排気ガス流
入通路５０内に流入することになる。
【００２１】図３（Ａ）および（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）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。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３（Ａ）に示したよ
うにこれら酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-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 -またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２Ｎ
Ｏ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は
白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収
され、カリウムＫと結合しながら図３（Ａ）に示したよ
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。
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）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。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３（Ａ）に示したよ
うにこれら酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-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 -またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２Ｎ
Ｏ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は
白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収
され、カリウムＫと結合しながら図３（Ａ）に示したよ
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。
【００２２】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
により活性酸素放出剤６１内に吸収される。すなわち上
述したように酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔ
の表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2は白金Ｐｔ
の表面でＯ2 -またはＯ2-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上でさらに酸化さ
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剤６１内には硝酸カリウムＫ
ＮＯ3および硫酸カリウムＫ2ＳＯ4が生成される。
2も含まれており、このＳＯ2もＮＯと同様なメカニズム
により活性酸素放出剤６１内に吸収される。すなわち上
述したように酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔ
の表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2は白金Ｐｔ
の表面でＯ2 -またはＯ2-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上でさらに酸化さ
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剤６１内には硝酸カリウムＫ
ＮＯ3および硫酸カリウムＫ2ＳＯ4が生成される。
【００２３】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、したがって排気ガス中に
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３（Ｂ）において６２で示したように
担体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接
触し、付着する。
Ｃからなる微粒子が生成され、したがって排気ガス中に
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３（Ｂ）において６２で示したように
担体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接
触し、付着する。
【００２４】このように微粒子６２が活性酸素放出剤６
１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出剤６
１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内の酸素が微
粒子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が微粒子６２と活性酸素放
出剤６１との接触面に向かい、その一方で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。
１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出剤６
１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内の酸素が微
粒子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が微粒子６２と活性酸素放
出剤６１との接触面に向かい、その一方で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。
【００２５】またこのとき活性酸素放出剤６１内に形成
されている硫酸カリウムＫ2ＳＯ4もカリウムＫと酸素Ｏ
とＳＯ2とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素
放出剤６１との接触面に向かい、その一方で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。ただし硫酸カリ
ウムＫ2ＳＯ4は安定で分解しづらいので硫酸カリウムＫ
2ＳＯ4は硝酸カリウムＫＮＯ3よりも活性酸素を放出し
づらい。また活性酸素放出剤６１は上述したようにＮＯ
xを硝酸イオンＮＯ3 -の形で吸収するときにも酸素との
反応過程において活性な酸素を生成し放出する。同様に
活性酸素放出剤６１は上述したようにＳＯ2を硫酸イオ
ンＳＯ4 2-の形で吸収するときにも酸素との反応過程に
おいて活性な酸素を生成し放出する。
されている硫酸カリウムＫ2ＳＯ4もカリウムＫと酸素Ｏ
とＳＯ2とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素
放出剤６１との接触面に向かい、その一方で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。ただし硫酸カリ
ウムＫ2ＳＯ4は安定で分解しづらいので硫酸カリウムＫ
2ＳＯ4は硝酸カリウムＫＮＯ3よりも活性酸素を放出し
づらい。また活性酸素放出剤６１は上述したようにＮＯ
xを硝酸イオンＮＯ3 -の形で吸収するときにも酸素との
反応過程において活性な酸素を生成し放出する。同様に
活性酸素放出剤６１は上述したようにＳＯ2を硫酸イオ
ンＳＯ4 2-の形で吸収するときにも酸素との反応過程に
おいて活性な酸素を生成し放出する。
【００２６】ところで微粒子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ＫＮＯ3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。したがって微粒
子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。同様に活性酸素放出剤６１に
おけるＮＯxと酸素との反応過程、或いはＳＯ2と酸素と
の反応過程にて生成される酸素も活性酸素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（数秒〜数十分）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は完全に消滅する。
したがって微粒子６２がパティキュレートフィルタ２２
上に堆積することはほとんどない。すなわち活性酸素放
出剤６１は微粒子を酸化するための酸化物質である。
との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ3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。したがって微粒
子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。同様に活性酸素放出剤６１に
おけるＮＯxと酸素との反応過程、或いはＳＯ2と酸素と
の反応過程にて生成される酸素も活性酸素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（数秒〜数十分）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は完全に消滅する。
したがって微粒子６２がパティキュレートフィルタ２２
上に堆積することはほとんどない。すなわち活性酸素放
出剤６１は微粒子を酸化するための酸化物質である。
【００２７】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、したがってこのような火炎を伴う燃焼を持
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。
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、したがってこのような火炎を伴う燃焼を持
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。
【００２８】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。すなわ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。したが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従来
の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
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。すなわ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。したが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従来
の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００２９】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２２の温度が高くなるほ
ど活性化するので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２
２の温度が高くなるほど増大する。
１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２
２の温度が高くなるほど増大する。
【００３０】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、すなわち図５の領域Ｉにあるときには燃焼
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に接触すると短時間（数秒〜数十分）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。
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、すなわち図５の領域Ｉにあるときには燃焼
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に接触すると短時間（数秒〜数十分）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。
【００３１】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、すなわち図５の領域IIに
あるときに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。すなわち全ての微粒
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）に示したように微粒子６２が活性酸素放出剤６
１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）に示したように担体層の
表面が残留微粒子部分６３により覆われるようになる。
能微粒子量Ｇよりも多いとき、すなわち図５の領域IIに
あるときに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。すなわち全ての微粒
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）に示したように微粒子６２が活性酸素放出剤６
１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）に示したように担体層の
表面が残留微粒子部分６３により覆われるようになる。
【００３２】担体層の表面が残留微粒子部分６３により
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行わ
れなくなるために残留微粒子部分６３は酸化されること
なくそのまま残り、斯くして図４（Ｃ）に示したように
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。すなわ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微粒子６
４はもはや活性酸素Ｏにより酸化されることがなく、し
たがってこの微粒子６４上にさらに別の微粒子が次から
次へと堆積する。すなわち排出微粒子量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。
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行わ
れなくなるために残留微粒子部分６３は酸化されること
なくそのまま残り、斯くして図４（Ｃ）に示したように
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。すなわ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微粒子６
４はもはや活性酸素Ｏにより酸化されることがなく、し
たがってこの微粒子６４上にさらに別の微粒子が次から
次へと堆積する。すなわち排出微粒子量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。
【００３３】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。したが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。
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。したが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。
【００３４】図５から判るように本発明の実施例で用い
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、したがって図１に示
した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よりも常時、少なくなる
ように維持することが可能である。したがって本発明に
よる第一の実施例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よりも常時、少なくなるよう
に維持するようにしている。
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、したがって図１に示
した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よりも常時、少なくなる
ように維持することが可能である。したがって本発明に
よる第一の実施例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よりも常時、少なくなるよう
に維持するようにしている。
【００３５】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。したがって機関出力はほとんど低下しな
い。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
部分が残留し始めているときに、すなわち微粒子が一定
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により輝炎を発することなく酸化除
去される。したがって第二の実施例では排出微粒子量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）に示したように担体層の
表面が残留微粒子部分６３により覆われないように、す
なわち排出微粒子量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る。
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。したがって機関出力はほとんど低下しな
い。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
部分が残留し始めているときに、すなわち微粒子が一定
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により輝炎を発することなく酸化除
去される。したがって第二の実施例では排出微粒子量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）に示したように担体層の
表面が残留微粒子部分６３により覆われないように、す
なわち排出微粒子量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る。
【００３６】特に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、したがってこのときには排
出微粒子量Ｍのほうが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多
くなる。したがって実際の運転を考えると第二の実施例
のほうが現実に合っていると考えられる。一方、第一の
実施例または第二の実施例を実行しうるように排出微粒
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または全体の空燃比を一時的に
リッチにすることにより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。
ルタ２２の温度ＴＦは低く、したがってこのときには排
出微粒子量Ｍのほうが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多
くなる。したがって実際の運転を考えると第二の実施例
のほうが現実に合っていると考えられる。一方、第一の
実施例または第二の実施例を実行しうるように排出微粒
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または全体の空燃比を一時的に
リッチにすることにより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。
【００３７】すなわち排気ガスの空燃比がリーンである
状態が一定期間に亘って継続すると白金Ｐｔ上に酸素が
多量に付着し、このために白金Ｐｔの触媒作用が低下し
てしまう。ところが排気ガスの空燃比をリッチにして排
気ガス中の酸素濃度を低下させると白金Ｐｔから酸素が
除去され、斯くして白金Ｐｔの触媒作用が回復する。こ
れにより排気ガスの空燃比をリッチにすると活性酸素放
出剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出されやすく
なる。斯くして一気に放出された活性酸素Ｏにより堆積
している微粒子が酸化されやすい状態に変質せしめられ
ると共に微粒子が活性酸素により輝炎を発することなく
一気に燃焼除去される。斯くして排気ガスの空燃比をリ
ッチにすると全体として酸化除去可能微粒子量Ｇが増大
する。なおこの場合、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、微粒子が積層状に堆積し
ているか否かに係わらず周期的に排気ガスの空燃比をリ
ッチにしてもよい。
状態が一定期間に亘って継続すると白金Ｐｔ上に酸素が
多量に付着し、このために白金Ｐｔの触媒作用が低下し
てしまう。ところが排気ガスの空燃比をリッチにして排
気ガス中の酸素濃度を低下させると白金Ｐｔから酸素が
除去され、斯くして白金Ｐｔの触媒作用が回復する。こ
れにより排気ガスの空燃比をリッチにすると活性酸素放
出剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出されやすく
なる。斯くして一気に放出された活性酸素Ｏにより堆積
している微粒子が酸化されやすい状態に変質せしめられ
ると共に微粒子が活性酸素により輝炎を発することなく
一気に燃焼除去される。斯くして排気ガスの空燃比をリ
ッチにすると全体として酸化除去可能微粒子量Ｇが増大
する。なおこの場合、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、微粒子が積層状に堆積し
ているか否かに係わらず周期的に排気ガスの空燃比をリ
ッチにしてもよい。
【００３８】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ＥＧＲ率（ＥＧ
Ｒ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の開度および
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。
ては例えば機関負荷が比較的低いときにＥＧＲ率（ＥＧ
Ｒ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の開度および
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。
【００３９】以上説明した内燃機関の運転制御ルーチン
の一例を図６に示した。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。
の一例を図６に示した。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。
【００４０】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。
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。
【００４１】ところで燃料や潤滑油はカルシウムＣａを
含んでおり、したが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。したが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。
含んでおり、したが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。したが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。
【００４２】この場合、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また
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
ＳＯ3と結合することなくパティキュレートフィルタ２
２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出
する。したが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。したがって前述したよ
うに活性酸素放出剤６１としてはカルシウムＣａよりも
イオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金
属、すなわちカリウム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。
シウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属また
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
ＳＯ3と結合することなくパティキュレートフィルタ２
２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出
する。したが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。したがって前述したよ
うに活性酸素放出剤６１としてはカルシウムＣａよりも
イオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金
属、すなわちカリウム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。
【００４３】また本発明はパティキュレートフィルタ２
２の両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのよう
な貴金属のみを担持した場合にも適用することができ
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５に示す実線に比べて若干、右側に移動する。
この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2また
はＳＯ3から活性酸素が放出される。
２の両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのよう
な貴金属のみを担持した場合にも適用することができ
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５に示す実線に比べて若干、右側に移動する。
この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2また
はＳＯ3から活性酸素が放出される。
【００４４】また活性酸素放出剤としてＮＯ2またはＳ
Ｏ3を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ2またはＳＯ3
から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
ところで上述した排気ガス浄化方法を用いてパティキュ
レートフィルタ２２において微粒子を酸化除去するよう
にしてもなおパティキュレートフィルタ２２の表面に微
粒子が堆積することがある。このようにパティキュレー
トフィルタ２２の表面に堆積した微粒子（以下、堆積微
粒子）をそのまま放置しておくとやがてはパティキュレ
ートフィルタ２２の表面を覆い、パティキュレートフィ
ルタ２２の酸化能力を低下させ、また隔壁５４の細孔が
目詰まりし、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２
を通過することができなくなってしまう可能性がある。
そこで本発明によればパティキュレートフィルタ２２の
表面に微粒子が所定量以上に堆積したときには堆積微粒
子を強制的に酸化させるか、或いは徐々に燃焼させてパ
ティキュレートフィルタ２２から除去する。堆積微粒子
を酸化させるか、或いは徐々に燃焼させるにはパティキ
ュレートフィルタ２２の温度を或る一定の温度、例えば
微粒子が酸化し始める微粒子酸化温度まで上昇させれば
よく、このためには例えばパティキュレートフィルタ２
２に酸素と炭化水素とを供給し、これら酸素と炭化水素
とをパティキュレートフィルタ２２内において燃焼させ
ればよい。
Ｏ3を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ2またはＳＯ3
から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
ところで上述した排気ガス浄化方法を用いてパティキュ
レートフィルタ２２において微粒子を酸化除去するよう
にしてもなおパティキュレートフィルタ２２の表面に微
粒子が堆積することがある。このようにパティキュレー
トフィルタ２２の表面に堆積した微粒子（以下、堆積微
粒子）をそのまま放置しておくとやがてはパティキュレ
ートフィルタ２２の表面を覆い、パティキュレートフィ
ルタ２２の酸化能力を低下させ、また隔壁５４の細孔が
目詰まりし、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２
を通過することができなくなってしまう可能性がある。
そこで本発明によればパティキュレートフィルタ２２の
表面に微粒子が所定量以上に堆積したときには堆積微粒
子を強制的に酸化させるか、或いは徐々に燃焼させてパ
ティキュレートフィルタ２２から除去する。堆積微粒子
を酸化させるか、或いは徐々に燃焼させるにはパティキ
ュレートフィルタ２２の温度を或る一定の温度、例えば
微粒子が酸化し始める微粒子酸化温度まで上昇させれば
よく、このためには例えばパティキュレートフィルタ２
２に酸素と炭化水素とを供給し、これら酸素と炭化水素
とをパティキュレートフィルタ２２内において燃焼させ
ればよい。
【００４５】ところで堆積微粒子量が比較的多いと堆積
微粒子を強制的に酸化させるか、或いは徐々に燃焼させ
ている間に堆積微粒子が火炎を発して一気に燃焼し始め
る可能性がある。この場合にはパティキュレートフィル
タ２２の温度が急激に非常に高くなり、パティキュレー
トフィルタ２２の一部が溶損し、或いは溶損にまで至ら
なくても活性酸素放出剤が熱劣化（以下、溶損を含めて
熱劣化と称す。）する可能性がある。そこで本発明では
以下のようにして堆積微粒子除去処理中においてパティ
キュレートフィルタの熱劣化を防止するようにする。
微粒子を強制的に酸化させるか、或いは徐々に燃焼させ
ている間に堆積微粒子が火炎を発して一気に燃焼し始め
る可能性がある。この場合にはパティキュレートフィル
タ２２の温度が急激に非常に高くなり、パティキュレー
トフィルタ２２の一部が溶損し、或いは溶損にまで至ら
なくても活性酸素放出剤が熱劣化（以下、溶損を含めて
熱劣化と称す。）する可能性がある。そこで本発明では
以下のようにして堆積微粒子除去処理中においてパティ
キュレートフィルタの熱劣化を防止するようにする。
【００４６】本発明においてパティキュレートフィルタ
の熱劣化を防止するための具体的な考え方としては主に
二つある。一つはパティキュレートフィルタ２２の温度
が堆積微粒子が着火する温度（以下、微粒子着火温度）
に達したときに堆積微粒子の燃焼自体を阻止するという
考え方であり、もう一つはパティキュレートフィルタ２
２の温度が微粒子着火温度に達したときに堆積微粒子の
燃焼を許容しつつ堆積微粒子の燃焼熱を迅速にパティキ
ュレートフィルタ２２から放熱させるという考え方であ
る。次にこれらの考え方を実現するための具体的な方法
について順に説明する。
の熱劣化を防止するための具体的な考え方としては主に
二つある。一つはパティキュレートフィルタ２２の温度
が堆積微粒子が着火する温度（以下、微粒子着火温度）
に達したときに堆積微粒子の燃焼自体を阻止するという
考え方であり、もう一つはパティキュレートフィルタ２
２の温度が微粒子着火温度に達したときに堆積微粒子の
燃焼を許容しつつ堆積微粒子の燃焼熱を迅速にパティキ
ュレートフィルタ２２から放熱させるという考え方であ
る。次にこれらの考え方を実現するための具体的な方法
について順に説明する。
【００４７】パティキュレートフィルタ２２において堆
積微粒子が燃焼するためには酸素が必要である。そこで
一つ目の考え方に従って堆積微粒子の燃焼自体を阻止す
るためにはパティキュレートフィルタ２２に流入する酸
素量を少なくすればよい。これによれば堆積微粒子の燃
焼自体が阻止されるのでパティキュレートフィルタ２２
の温度はパティキュレートフィルタ２２の熱劣化が生じ
るほどには高温にならない。なおパティキュレートフィ
ルタ２２に流入する酸素量を少なくするには例えば燃焼
室５に流入する空気の量を少なくするか、或いはパティ
キュレートフィルタ２２上流側の排気管と下流側の排気
管とを接続するバイパス通路を設け、このバイパス通路
を介して排気ガスにパティキュレートフィルタ２２をバ
イパスさせるかして、パティキュレートフィルタ２２に
流入する排気ガスの量を少なくすればよい。また図７〜
図９に示したようなバイパス機構を採用した場合にはパ
ティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を略零
とすることができる。
積微粒子が燃焼するためには酸素が必要である。そこで
一つ目の考え方に従って堆積微粒子の燃焼自体を阻止す
るためにはパティキュレートフィルタ２２に流入する酸
素量を少なくすればよい。これによれば堆積微粒子の燃
焼自体が阻止されるのでパティキュレートフィルタ２２
の温度はパティキュレートフィルタ２２の熱劣化が生じ
るほどには高温にならない。なおパティキュレートフィ
ルタ２２に流入する酸素量を少なくするには例えば燃焼
室５に流入する空気の量を少なくするか、或いはパティ
キュレートフィルタ２２上流側の排気管と下流側の排気
管とを接続するバイパス通路を設け、このバイパス通路
を介して排気ガスにパティキュレートフィルタ２２をバ
イパスさせるかして、パティキュレートフィルタ２２に
流入する排気ガスの量を少なくすればよい。また図７〜
図９に示したようなバイパス機構を採用した場合にはパ
ティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を略零
とすることができる。
【００４８】図７〜図９に示したバイパス機構を簡単に
説明する。排気管２０ａは排気流切換え管８０に接続さ
れる。排気流切換え管８０は三つの開口を有し、これら
開口はそれぞれ第一の排気枝管８１ａと、第二の排気枝
管８１ｂと、排気管８２とに接続される。すなわち排気
流切換え管８０において一対の第一の排気枝管８１ａと
第二の排気枝管８１ｂとが排気管２０ａから分岐する。
第一の排気枝管８１ａはパティキュレートフィルタ２２
の一方の端部に接続され、第二の排気枝管８１ｂはパテ
ィキュレートフィルタ２の他方の端部に接続される。す
なわち第一の排気枝管８１ａと第二の排気枝管８１ｂと
は互いに接続されてループ状の排気通路を形成し、この
ループ状の排気通路内にパティキュレートフィルタ２２
が配置される。以下、説明の便宜のために第一の排気枝
管８１ａが接続されるパティキュレートフィルタ２２の
端部を第一の端部と称し、第二の排気枝管８１ｂが接続
されるパティキュレートフィルタ２２の端部を第二の端
部と称する。
説明する。排気管２０ａは排気流切換え管８０に接続さ
れる。排気流切換え管８０は三つの開口を有し、これら
開口はそれぞれ第一の排気枝管８１ａと、第二の排気枝
管８１ｂと、排気管８２とに接続される。すなわち排気
流切換え管８０において一対の第一の排気枝管８１ａと
第二の排気枝管８１ｂとが排気管２０ａから分岐する。
第一の排気枝管８１ａはパティキュレートフィルタ２２
の一方の端部に接続され、第二の排気枝管８１ｂはパテ
ィキュレートフィルタ２の他方の端部に接続される。す
なわち第一の排気枝管８１ａと第二の排気枝管８１ｂと
は互いに接続されてループ状の排気通路を形成し、この
ループ状の排気通路内にパティキュレートフィルタ２２
が配置される。以下、説明の便宜のために第一の排気枝
管８１ａが接続されるパティキュレートフィルタ２２の
端部を第一の端部と称し、第二の排気枝管８１ｂが接続
されるパティキュレートフィルタ２２の端部を第二の端
部と称する。
【００４９】排気流切換え管８０内には切換弁８０ａが
配置される。切換弁８０ａはその回動位置を変えること
により排気ガスを第一の排気枝管８１ａを介してパティ
キュレートフィルタ２２の第一の端部に流入させるか、
或いは第二の排気枝管８１ｂを介してパティキュレート
フィルタ２２の第二の端部に流入させるか、或いはパテ
ィキュレートフィルタ２２に全く流入させずに直接排気
管８２に流入させるかを切り換えることができる。
配置される。切換弁８０ａはその回動位置を変えること
により排気ガスを第一の排気枝管８１ａを介してパティ
キュレートフィルタ２２の第一の端部に流入させるか、
或いは第二の排気枝管８１ｂを介してパティキュレート
フィルタ２２の第二の端部に流入させるか、或いはパテ
ィキュレートフィルタ２２に全く流入させずに直接排気
管８２に流入させるかを切り換えることができる。
【００５０】すなわち切換弁８０ａは図７に示した第一
の回動位置に位置決めされたときには排気流切換え管８
０の上流の排気ガスを図７の矢印で示したように第一の
排気枝管８１ａを介してパティキュレートフィルタ２２
の第一の端部からパティキュレートフィルタ２２に流入
させる。そして排気ガスはパティキュレートフィルタ２
２の第二の端部から流出し、第二の排気枝管８１ｂを介
して排気流切換え管８０の下流の排気管８２に流出す
る。
の回動位置に位置決めされたときには排気流切換え管８
０の上流の排気ガスを図７の矢印で示したように第一の
排気枝管８１ａを介してパティキュレートフィルタ２２
の第一の端部からパティキュレートフィルタ２２に流入
させる。そして排気ガスはパティキュレートフィルタ２
２の第二の端部から流出し、第二の排気枝管８１ｂを介
して排気流切換え管８０の下流の排気管８２に流出す
る。
【００５１】また切換弁８０ａは図９に示した第二の回
動位置に位置決めされたときには排気流切換え管８０の
上流の排気ガスを図９の矢印で示したように第二の排気
枝管８１ｂを介してパティキュレートフィルタ２２の第
二の端部からパティキュレートフィルタ２２に流入させ
る。そして排気ガスはパティキュレートフィルタ２２の
第一の端部から流出し、第一の排気枝管８１ａを介して
排気流切換え管８０の下流の排気管８２に流出する。
動位置に位置決めされたときには排気流切換え管８０の
上流の排気ガスを図９の矢印で示したように第二の排気
枝管８１ｂを介してパティキュレートフィルタ２２の第
二の端部からパティキュレートフィルタ２２に流入させ
る。そして排気ガスはパティキュレートフィルタ２２の
第一の端部から流出し、第一の排気枝管８１ａを介して
排気流切換え管８０の下流の排気管８２に流出する。
【００５２】また切換弁８０ａは図１０に示した第一の
回動位置と第二の回動位置との丁度中間に位置する中立
位置に位置決めされたときには排気流切換え管８０の上
流の排気ガスを図１０の矢印で示したようにパティキュ
レートフィルタ２２に流入させることなく直接排気流切
換え管８０の下流の排気管８０に流入させる。この中立
位置においてはパティキュレートフィルタ２２の第一の
端部側の排気ガス圧力と第二の端部側の排気ガス圧力と
が略等しいので排気ガスはパティキュレートフィルタ２
２には殆ど流入しない。斯くして排気ガスはパティキュ
レートフィルタ２２をバイパスし、パティキュレートフ
ィルタ２２に流入する排気ガスの量が略零とされる。
回動位置と第二の回動位置との丁度中間に位置する中立
位置に位置決めされたときには排気流切換え管８０の上
流の排気ガスを図１０の矢印で示したようにパティキュ
レートフィルタ２２に流入させることなく直接排気流切
換え管８０の下流の排気管８０に流入させる。この中立
位置においてはパティキュレートフィルタ２２の第一の
端部側の排気ガス圧力と第二の端部側の排気ガス圧力と
が略等しいので排気ガスはパティキュレートフィルタ２
２には殆ど流入しない。斯くして排気ガスはパティキュ
レートフィルタ２２をバイパスし、パティキュレートフ
ィルタ２２に流入する排気ガスの量が略零とされる。
【００５３】なおパティキュレートフィルタ２２に流入
する排気ガスの量を少なくすべきときにパティキュレー
トフィルタ２２において堆積微粒子を一気にではなく徐
々に燃焼させるために図９および図１０に示したバイパ
ス機構を用いてパティキュレートフィルタ２２に僅かに
排気ガスを流入させ、酸素を供給するようにしてもよ
い。この場合には切換弁８０の回動位置を上記中間位置
よりも僅かに第一の回動位置、或いは第二の回動位置の
いずれかに近い位置に位置決めする。こうすればパティ
キュレートフィルタ２２の第一の端部側の排気ガス圧力
と第二の端部側の排気ガス圧力との間に小さな差圧が発
生するので排気ガスが僅かではあるがパティキュレート
フィルタ２２に流入することになる。
する排気ガスの量を少なくすべきときにパティキュレー
トフィルタ２２において堆積微粒子を一気にではなく徐
々に燃焼させるために図９および図１０に示したバイパ
ス機構を用いてパティキュレートフィルタ２２に僅かに
排気ガスを流入させ、酸素を供給するようにしてもよ
い。この場合には切換弁８０の回動位置を上記中間位置
よりも僅かに第一の回動位置、或いは第二の回動位置の
いずれかに近い位置に位置決めする。こうすればパティ
キュレートフィルタ２２の第一の端部側の排気ガス圧力
と第二の端部側の排気ガス圧力との間に小さな差圧が発
生するので排気ガスが僅かではあるがパティキュレート
フィルタ２２に流入することになる。
【００５４】二つ目の考え方に従って堆積微粒子の燃焼
熱を迅速にパティキュレートフィルタ２２から放熱させ
るためにはパティキュレートフィルタ２２に流入する排
気ガスの量を多くすればよい。パティキュレートフィル
タ２２に流入する排気ガスの量が多ければ堆積微粒子の
燃焼熱は排気ガスによりパティキュレートフィルタ２２
から放熱せしめられる。これによればパティキュレート
フィルタ２２の温度はパティキュレートフィルタ２２の
熱劣化が生じるほどには高くならない。なおパティキュ
レートフィルタ２２に流入する排気ガスの量を多くする
には例えば機関回転数を増大して燃焼室５に流入する空
気の量を多くすればよい。斯くしてパティキュレートフ
ィルタの熱劣化を防止することができる。
熱を迅速にパティキュレートフィルタ２２から放熱させ
るためにはパティキュレートフィルタ２２に流入する排
気ガスの量を多くすればよい。パティキュレートフィル
タ２２に流入する排気ガスの量が多ければ堆積微粒子の
燃焼熱は排気ガスによりパティキュレートフィルタ２２
から放熱せしめられる。これによればパティキュレート
フィルタ２２の温度はパティキュレートフィルタ２２の
熱劣化が生じるほどには高くならない。なおパティキュ
レートフィルタ２２に流入する排気ガスの量を多くする
には例えば機関回転数を増大して燃焼室５に流入する空
気の量を多くすればよい。斯くしてパティキュレートフ
ィルタの熱劣化を防止することができる。
【００５５】上述したパティキュレートフィルタ熱劣化
防止制御を含む堆積微粒子酸化除去処理を実行するため
のフローチャートを図１１に示した。図１１に示したフ
ローチャートにおいては始めにステップ２００において
堆積微粒子量Ａｐｍが予め定められた量ＡｐｍＴＨより
も多い（Ａｐｍ＞ＡｐｍＴＨ）か否かが判別される。堆
積微粒子量Ａｐｍは実験等により機関回転数Ｎｅと機関
要求負荷Ｌとの関数として単位時間当りの堆積微粒子量
Ａｐｍｍｎのマップを予め求めておき、当該マップから
求めた堆積微粒子量Ａｐｍｍｎを積算することにより算
出される。ステップ２００においてＡｐｍ＞ＡｐｍＴＨ
であると判別されたとき、すなわち堆積微粒子を酸化除
去すべきであると判別されたときにはステップ２０１に
進んでパティキュレートフィルタ２２の温度を微粒子を
酸化させることができる微粒子酸化可能温度まで上昇さ
せるための昇温処理を実行する。ここでパティキュレー
トフィルタ２２の温度を上昇させるには後述する低温燃
焼を内燃機関に実行させることにより、或いは機関排気
通路に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁の開度を小さ
くして機関要求負荷を高め、燃料噴射量を多くすること
により、或いは機関膨張行程において機関駆動用の燃料
とは別個に少量の燃料を噴射し、この燃料を燃焼させる
ことにより排気ガスの温度を上昇させればよい。一方、
ステップ２００においてＡｐｍ≦ＡｐｍＴＨであると判
別されたときには直接ステップ２０２に進む。
防止制御を含む堆積微粒子酸化除去処理を実行するため
のフローチャートを図１１に示した。図１１に示したフ
ローチャートにおいては始めにステップ２００において
堆積微粒子量Ａｐｍが予め定められた量ＡｐｍＴＨより
も多い（Ａｐｍ＞ＡｐｍＴＨ）か否かが判別される。堆
積微粒子量Ａｐｍは実験等により機関回転数Ｎｅと機関
要求負荷Ｌとの関数として単位時間当りの堆積微粒子量
Ａｐｍｍｎのマップを予め求めておき、当該マップから
求めた堆積微粒子量Ａｐｍｍｎを積算することにより算
出される。ステップ２００においてＡｐｍ＞ＡｐｍＴＨ
であると判別されたとき、すなわち堆積微粒子を酸化除
去すべきであると判別されたときにはステップ２０１に
進んでパティキュレートフィルタ２２の温度を微粒子を
酸化させることができる微粒子酸化可能温度まで上昇さ
せるための昇温処理を実行する。ここでパティキュレー
トフィルタ２２の温度を上昇させるには後述する低温燃
焼を内燃機関に実行させることにより、或いは機関排気
通路に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁の開度を小さ
くして機関要求負荷を高め、燃料噴射量を多くすること
により、或いは機関膨張行程において機関駆動用の燃料
とは別個に少量の燃料を噴射し、この燃料を燃焼させる
ことにより排気ガスの温度を上昇させればよい。一方、
ステップ２００においてＡｐｍ≦ＡｐｍＴＨであると判
別されたときには直接ステップ２０２に進む。
【００５６】ステップ２０２においては図１２に示した
フローチャートに従って熱劣化防止制御が実行される。
図１２に示したフローチャートにおいては初めにステッ
プ２０５においてパティキュレートフィルタ熱劣化防止
制御を実行すべき条件（以下、熱劣化防止条件）が成立
しているか否かが判別される。熱劣化防止条件が成立し
ているか否かは図１３に示したフローチャートに従って
判定される。図１３に示したフローチャートにおいては
初めにステップ３００においてパティキュレートフィル
タ２２の温度ＴＦが予め定められた温度ＴＦＴＨよりも
高い（ＴＦ＞ＴＦＴＨ）か否かが判別される。ここで予
め定められた温度は例えば微粒子着火温度に設定され
る。ステップ３００においてＴＦ＞ＴＦＴＨであると判
別されたときにはステップ３０１に進んで熱劣化防止条
件が成立したと判定する。もちろんステップ３００にお
いてＴＦ≦ＴＦＴＨであると判別されたときには熱劣化
防止条件が成立したとは判定せずにルーチンを終了す
る。
フローチャートに従って熱劣化防止制御が実行される。
図１２に示したフローチャートにおいては初めにステッ
プ２０５においてパティキュレートフィルタ熱劣化防止
制御を実行すべき条件（以下、熱劣化防止条件）が成立
しているか否かが判別される。熱劣化防止条件が成立し
ているか否かは図１３に示したフローチャートに従って
判定される。図１３に示したフローチャートにおいては
初めにステップ３００においてパティキュレートフィル
タ２２の温度ＴＦが予め定められた温度ＴＦＴＨよりも
高い（ＴＦ＞ＴＦＴＨ）か否かが判別される。ここで予
め定められた温度は例えば微粒子着火温度に設定され
る。ステップ３００においてＴＦ＞ＴＦＴＨであると判
別されたときにはステップ３０１に進んで熱劣化防止条
件が成立したと判定する。もちろんステップ３００にお
いてＴＦ≦ＴＦＴＨであると判別されたときには熱劣化
防止条件が成立したとは判定せずにルーチンを終了す
る。
【００５７】図１２に戻ってステップ２０５において熱
劣化防止条件が成立したと判別されたときにはステップ
２０６に進んで熱劣化防止処理が実行される。ここで実
行される制御は堆積微粒子の燃焼を阻止するのに十分に
少ない排気ガス量を第一の閾値に設定し、パティキュレ
ートフィルタ２２の熱劣化を防止するほどに堆積微粒子
の燃焼熱を放熱させるのに十分に多い排気ガス量を第一
の閾値よりも大きい第二の閾値に設定し、上述したよう
に排気ガスにパティキュレートフィルタ２２をバイパス
させてパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガ
スの量を第一の閾値よりも少なく（好ましくは略零）す
るか、或いは吸気量を減少させてパティキュレートフィ
ルタ２２に流入する排気ガス量を第一の閾値よりも少な
くするか、或いは機関回転数を増大させてパティキュレ
ートフィルタ２２に流入する排気ガス量を第二の閾値よ
りも多くするかのいずれか一つである。この熱劣化防止
処理は例えば予め定められた期間に亘って実行された後
に解除され、通常の処理に戻る。ここで予め定められた
期間は例えばパティキュレートフィルタ２２の温度が微
粒子酸化可能温度近傍にまで低くなるのに十分な期間に
設定される。
劣化防止条件が成立したと判別されたときにはステップ
２０６に進んで熱劣化防止処理が実行される。ここで実
行される制御は堆積微粒子の燃焼を阻止するのに十分に
少ない排気ガス量を第一の閾値に設定し、パティキュレ
ートフィルタ２２の熱劣化を防止するほどに堆積微粒子
の燃焼熱を放熱させるのに十分に多い排気ガス量を第一
の閾値よりも大きい第二の閾値に設定し、上述したよう
に排気ガスにパティキュレートフィルタ２２をバイパス
させてパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガ
スの量を第一の閾値よりも少なく（好ましくは略零）す
るか、或いは吸気量を減少させてパティキュレートフィ
ルタ２２に流入する排気ガス量を第一の閾値よりも少な
くするか、或いは機関回転数を増大させてパティキュレ
ートフィルタ２２に流入する排気ガス量を第二の閾値よ
りも多くするかのいずれか一つである。この熱劣化防止
処理は例えば予め定められた期間に亘って実行された後
に解除され、通常の処理に戻る。ここで予め定められた
期間は例えばパティキュレートフィルタ２２の温度が微
粒子酸化可能温度近傍にまで低くなるのに十分な期間に
設定される。
【００５８】図１１に戻ってステップ２０３ではパティ
キュレートフィルタ２２に付着している硫黄成分Ｓの量
Ａｓが予め定められた量ＡｓＴＨよりも多い（Ａｓ＞Ａ
ｓＴＨ）か否かが判別される。パティキュレートフィル
タ２２の表面には排気ガス中に含まれている硫黄成分Ｓ
が付着する。パティキュレートフィルタ上に過剰酸素が
存在するとＮＯxを取り込んでＮＯxを保持し且つ周囲の
酸素濃度が低下すると保持しているＮＯxを放出するＮ
Ｏx吸収剤を担持しているとその硫黄成分による被毒に
よりＮＯx吸放出剤のＮＯx吸放出能力が低下する。した
がって本フローチャートにおいてはステップ２０３にお
いて硫黄成分Ｓの付着量が比較的多いか否かを判別し、
比較的多いときには付着した硫黄成分Ｓをパティキュレ
ートフィルタ２２から除去する処理を実行する。なお上
述したＮＯx吸放出剤としてはカリウムＫ、ナトリウム
Ｎａ、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、鉄Ｆｅのよう
な遷移金属、およびスズＳｎのような炭素族元素から選
ばれた少なくとも一つから成り、白金Ｐｔなどの貴金属
と組み合わせて用いられる。具体的にはステップ２０３
においてＡｓ＞ＡｓＴＨであると判別されたときにはス
テップ２０４に進んで排気ガスの空燃比が理論空燃比よ
りもリッチとなるように内燃機関をリッチ運転させる。
これによりパティキュレートフィルタ２２内の酸素濃度
が低下し、これと共に排気ガス中の炭化水素が酸素と反
応してパティキュレートフィルタ２２の温度が上昇せし
められるのでパティキュレートフィルタ２２に付着して
いる硫黄成分Ｓがパティキュレートフィルタ２２から脱
離する。この硫黄成分をパティキュレートフィルタ２２
から脱離させるための硫黄脱離温度は微粒子酸化可能温
度よりも高いのでステップ２０１においてパティキュレ
ートフィルタ２２の温度を微粒子酸化可能温度にまで上
昇した後に硫黄脱離温度まで上昇させることはエネルギ
効率の面では好ましい。
キュレートフィルタ２２に付着している硫黄成分Ｓの量
Ａｓが予め定められた量ＡｓＴＨよりも多い（Ａｓ＞Ａ
ｓＴＨ）か否かが判別される。パティキュレートフィル
タ２２の表面には排気ガス中に含まれている硫黄成分Ｓ
が付着する。パティキュレートフィルタ上に過剰酸素が
存在するとＮＯxを取り込んでＮＯxを保持し且つ周囲の
酸素濃度が低下すると保持しているＮＯxを放出するＮ
Ｏx吸収剤を担持しているとその硫黄成分による被毒に
よりＮＯx吸放出剤のＮＯx吸放出能力が低下する。した
がって本フローチャートにおいてはステップ２０３にお
いて硫黄成分Ｓの付着量が比較的多いか否かを判別し、
比較的多いときには付着した硫黄成分Ｓをパティキュレ
ートフィルタ２２から除去する処理を実行する。なお上
述したＮＯx吸放出剤としてはカリウムＫ、ナトリウム
Ｎａ、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、鉄Ｆｅのよう
な遷移金属、およびスズＳｎのような炭素族元素から選
ばれた少なくとも一つから成り、白金Ｐｔなどの貴金属
と組み合わせて用いられる。具体的にはステップ２０３
においてＡｓ＞ＡｓＴＨであると判別されたときにはス
テップ２０４に進んで排気ガスの空燃比が理論空燃比よ
りもリッチとなるように内燃機関をリッチ運転させる。
これによりパティキュレートフィルタ２２内の酸素濃度
が低下し、これと共に排気ガス中の炭化水素が酸素と反
応してパティキュレートフィルタ２２の温度が上昇せし
められるのでパティキュレートフィルタ２２に付着して
いる硫黄成分Ｓがパティキュレートフィルタ２２から脱
離する。この硫黄成分をパティキュレートフィルタ２２
から脱離させるための硫黄脱離温度は微粒子酸化可能温
度よりも高いのでステップ２０１においてパティキュレ
ートフィルタ２２の温度を微粒子酸化可能温度にまで上
昇した後に硫黄脱離温度まで上昇させることはエネルギ
効率の面では好ましい。
【００５９】さて上述した実施例においては昇温処理を
実行する条件として堆積微粒子量が予め定められた量よ
り多いことを条件としているがこれの代わりにパティキ
ュレートフィルタ２２の上流側の排気ガス圧力に対する
その下流側の排気ガス圧力の差（圧損）が予め定められ
た値よりも大きいことを条件としてもよい。熱劣化防止
条件としてパティキュレートフィルタ２２の温度を採用
しているが、このパティキュレートフィルタ２２の温度
に加えて燃焼室内に流入する空気の量（以下、吸気量）
やパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの
量（以下、排気ガス流入量）を採用することもできる。
実行する条件として堆積微粒子量が予め定められた量よ
り多いことを条件としているがこれの代わりにパティキ
ュレートフィルタ２２の上流側の排気ガス圧力に対する
その下流側の排気ガス圧力の差（圧損）が予め定められ
た値よりも大きいことを条件としてもよい。熱劣化防止
条件としてパティキュレートフィルタ２２の温度を採用
しているが、このパティキュレートフィルタ２２の温度
に加えて燃焼室内に流入する空気の量（以下、吸気量）
やパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの
量（以下、排気ガス流入量）を採用することもできる。
【００６０】図１４には熱劣化防止条件としてパティキ
ュレートフィルタ２２の温度ＴＦと排気ガス流入量Ｇｅ
ｘとを採用した実施例を示した。図１４においては初め
にステップ５００においてパティキュレートフィルタ２
２の温度ＴＦが予め定められた温度ＴＦＴＨよりも高い
（ＴＦ＞ＴＦＴＨ）か否かが判別される。ステップ５０
０においてＴＦ＞ＴＦＴＨであると判別されたときには
ステップ５０１に進んで排気ガス流入量Ｇｅｘが最小量
ＧｅｘＭｉｍより多く且つ最大量ＧｅｘＭａｘより少な
い（ＧｅｘＭｉｍ＜Ｇｅｘ＜ＧｅｘＭａｘ）か否かが判
別される。ステップ５０１においてＧｅｘＭｉｍ＜Ｇｅ
ｘ＜ＧｅｘＭａｘであると判別されたとき、すなわちパ
ティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子着火温
度よりも高く且つ排気ガス流入量が堆積微粒子の燃焼熱
を迅速に放熱させるには少なく且つ酸素流入量が堆積微
粒子の燃焼を促進するほど多いと判別されたときにはパ
ティキュレートフィルタ２２の熱劣化を防止すべきと判
断し、ステップ５０２において熱劣化防止条件が成立し
たと判定する。
ュレートフィルタ２２の温度ＴＦと排気ガス流入量Ｇｅ
ｘとを採用した実施例を示した。図１４においては初め
にステップ５００においてパティキュレートフィルタ２
２の温度ＴＦが予め定められた温度ＴＦＴＨよりも高い
（ＴＦ＞ＴＦＴＨ）か否かが判別される。ステップ５０
０においてＴＦ＞ＴＦＴＨであると判別されたときには
ステップ５０１に進んで排気ガス流入量Ｇｅｘが最小量
ＧｅｘＭｉｍより多く且つ最大量ＧｅｘＭａｘより少な
い（ＧｅｘＭｉｍ＜Ｇｅｘ＜ＧｅｘＭａｘ）か否かが判
別される。ステップ５０１においてＧｅｘＭｉｍ＜Ｇｅ
ｘ＜ＧｅｘＭａｘであると判別されたとき、すなわちパ
ティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子着火温
度よりも高く且つ排気ガス流入量が堆積微粒子の燃焼熱
を迅速に放熱させるには少なく且つ酸素流入量が堆積微
粒子の燃焼を促進するほど多いと判別されたときにはパ
ティキュレートフィルタ２２の熱劣化を防止すべきと判
断し、ステップ５０２において熱劣化防止条件が成立し
たと判定する。
【００６１】最後に低温燃焼について説明する。ＥＧＲ
率を増大していくと微粒子の発生量が次第に増大してピ
ークに達し、さらにＥＧＲ率を高めていくと今度は微粒
子の発生量が急激に低下することが知られている。この
ことについてＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧ
Ｒ率とスモークとの関係を示した図１５を参照して説明
する。図１５において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却
してＥＧＲガス温度を略９０℃に維持した場合を示し、
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、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的には冷却していない
場合を示す。
率を増大していくと微粒子の発生量が次第に増大してピ
ークに達し、さらにＥＧＲ率を高めていくと今度は微粒
子の発生量が急激に低下することが知られている。この
ことについてＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧ
Ｒ率とスモークとの関係を示した図１５を参照して説明
する。図１５において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却
してＥＧＲガス温度を略９０℃に維持した場合を示し、
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、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的には冷却していない
場合を示す。
【００６２】図１５の曲線Ａで示したように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微粒子の発生量がピークとなり、
この場合にはＥＧＲ率を略５５パーセント以上にすれば
微粒子が殆ど発生しなくなる。一方、図１５の曲線Ｂで
示したように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微粒子の発
生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率を略６５パ
ーセント以上にすれば微粒子が殆ど発生しなくなる。ま
た図１５の曲線Ｃで示したように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
近で微粒子の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧ
Ｒ率を略７０パーセント以上にすれば微粒子が殆ど発生
しなくなる。このようにＥＧＲ率を５５パーセント以上
にすると微粒子が発生しなくなるのはＥＧＲガスの吸熱
作用によって燃料燃焼時における燃料およびその周囲の
ガスの温度がさほど高くならず、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。
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微粒子の発生量がピークとなり、
この場合にはＥＧＲ率を略５５パーセント以上にすれば
微粒子が殆ど発生しなくなる。一方、図１５の曲線Ｂで
示したように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微粒子の発
生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率を略６５パ
ーセント以上にすれば微粒子が殆ど発生しなくなる。ま
た図１５の曲線Ｃで示したように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
近で微粒子の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧ
Ｒ率を略７０パーセント以上にすれば微粒子が殆ど発生
しなくなる。このようにＥＧＲ率を５５パーセント以上
にすると微粒子が発生しなくなるのはＥＧＲガスの吸熱
作用によって燃料燃焼時における燃料およびその周囲の
ガスの温度がさほど高くならず、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。
【００６３】この低温燃焼は空燃比に係わらずに微粒子
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。すなわち空燃比が理論空燃比
よりも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ので過剰な燃料は煤までは成
長せず、斯くして微粒子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
空燃比が理論空燃比よりもリーン、或いは空燃比が理論
空燃比とされたときに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
制されているので微粒子は全く発生せず、ＮＯxも極め
て少量しか発生しない。
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。すなわち空燃比が理論空燃比
よりも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ので過剰な燃料は煤までは成
長せず、斯くして微粒子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
空燃比が理論空燃比よりもリーン、或いは空燃比が理論
空燃比とされたときに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
制されているので微粒子は全く発生せず、ＮＯxも極め
て少量しか発生しない。
【００６４】一方、この低温燃焼を行うと燃料およびそ
の周囲のガス温度は低くなるが排気ガスの温度は上昇す
る。このことについて図１６を参照して説明する。図１
６（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室５内
の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示し、図１
６（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室５
内の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示す。ま
た図１６（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度Ｔｆとクランク角との関係を
示し、図１６（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度Ｔｆとクランク角との
関係を示す。
の周囲のガス温度は低くなるが排気ガスの温度は上昇す
る。このことについて図１６を参照して説明する。図１
６（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室５内
の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示し、図１
６（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室５
内の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示す。ま
た図１６（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度Ｔｆとクランク角との関係を
示し、図１６（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度Ｔｆとクランク角との
関係を示す。
【００６５】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、し
たがって図１６（Ａ）に示したように圧縮上死点前、す
なわち圧縮行程中は実線で示した低温燃焼時における平
均ガス温度Ｔｇのほうが破線で示した通常の燃焼時にお
ける平均ガス温度Ｔｇよりも高くなっている。なおこの
とき図１６（Ｂ）に示したように燃料およびその周囲の
ガス温度Ｔｆは平均ガス温度Ｔｇと略等しい温度になっ
ている。
焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、し
たがって図１６（Ａ）に示したように圧縮上死点前、す
なわち圧縮行程中は実線で示した低温燃焼時における平
均ガス温度Ｔｇのほうが破線で示した通常の燃焼時にお
ける平均ガス温度Ｔｇよりも高くなっている。なおこの
とき図１６（Ｂ）に示したように燃料およびその周囲の
ガス温度Ｔｆは平均ガス温度Ｔｇと略等しい温度になっ
ている。
【００６６】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
１６（Ｂ）の実線で示したように燃料およびその周囲の
ガス温度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１６（Ｂ）の破線で示したように燃料
およびその周囲のガス温度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
囲のガス温度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ほうが低くなっており、したがって
図１６（Ａ）に示したように圧縮上死点付近における燃
焼室５内の平均ガス温度Ｔｇは低温燃焼が行われている
場合のほう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１６（Ａ）に示したように燃焼が
完了した後の燃焼室内の平均ガス温度は低温燃焼が行わ
れた場合のほう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の温度が高
くなる。
されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図
１６（Ｂ）の実線で示したように燃料およびその周囲の
ガス温度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１６（Ｂ）の破線で示したように燃料
およびその周囲のガス温度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
囲のガス温度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ほうが低くなっており、したがって
図１６（Ａ）に示したように圧縮上死点付近における燃
焼室５内の平均ガス温度Ｔｇは低温燃焼が行われている
場合のほう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１６（Ａ）に示したように燃焼が
完了した後の燃焼室内の平均ガス温度は低温燃焼が行わ
れた場合のほう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の温度が高
くなる。
【００６７】
【発明の効果】本発明によればパティキュレートフィル
タの温度が予め定められた温度よりも高くなったときに
はパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を
第一の閾値よりも少なくするか、或いは第一の閾値より
も大きい第二の閾値よりも多くする。こうすることでパ
ティキュレートフィルタの温度が高くなり、パティキュ
レートフィルタに堆積している微粒子が燃焼し始める温
度に達したとしてもパティキュレートフィルタに流入す
る排気ガスの量を第一の閾値よりも少なくすることで微
粒子の燃焼自体を十分に阻止することができ、或いはパ
ティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第二
の閾値よりも多くすることで微粒子の燃焼熱を十分にパ
ティキュレートフィルタから放熱させることができる。
斯くして本発明によればパティキュレートフィルタの温
度が非常に高温になることはなく、したがってパティキ
ュレートフィルタの熱劣化を防止することができる。
タの温度が予め定められた温度よりも高くなったときに
はパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を
第一の閾値よりも少なくするか、或いは第一の閾値より
も大きい第二の閾値よりも多くする。こうすることでパ
ティキュレートフィルタの温度が高くなり、パティキュ
レートフィルタに堆積している微粒子が燃焼し始める温
度に達したとしてもパティキュレートフィルタに流入す
る排気ガスの量を第一の閾値よりも少なくすることで微
粒子の燃焼自体を十分に阻止することができ、或いはパ
ティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第二
の閾値よりも多くすることで微粒子の燃焼熱を十分にパ
ティキュレートフィルタから放熱させることができる。
斯くして本発明によればパティキュレートフィルタの温
度が非常に高温になることはなく、したがってパティキ
ュレートフィルタの熱劣化を防止することができる。
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図４】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図５】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。
ルタの温度との関係を示す図である。
【図６】機関の運転を制御するためのフローチャートで
ある。
ある。
【図７】切換弁が第一の回動位置に位置決めされたバイ
パス機構を示した平面図である。
パス機構を示した平面図である。
【図８】図７に示したバイパス機構の側面図である。
【図９】切換弁が第二の回動位置に位置決めされたバイ
パス機構の平面図である。
パス機構の平面図である。
【図１０】切換弁が中立位置に位置決めされたバイパス
機構の平面図である。
機構の平面図である。
【図１１】堆積微粒子を除去するためのフローチャート
である。
である。
【図１２】熱劣化防止制御を実行するためのフローチャ
ートである。
ートである。
【図１３】熱劣化防止条件を判定するためのフローチャ
ートである。
ートである。
【図１４】熱劣化防止条件を判定するための別のフロー
チャートである。
チャートである。
【図１５】ＥＧＲ率と微粒子発生量との関係を示した図
である。
である。
【図１６】（Ａ）はクランク角と燃焼室内の平均ガス温
度との関係を示した図であり、（Ｂ）はクランク角と燃
料周囲のガス温度との関係を示した図である。
度との関係を示した図であり、（Ｂ）はクランク角と燃
料周囲のガス温度との関係を示した図である。
５…燃焼室 ６…燃料噴射弁 ２２…パティキュレートフィルタ ２５…ＥＧＲ制御弁
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/28 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３６０Ｚ ４Ｄ０５８ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３６０ ３８０Ｚ ３８０ 41/38 Ｂ 41/38 45/00 ３１４Ｒ 45/00 ３１４ Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ // Ｂ０１Ｄ 46/42 53/36 １０３Ｂ (72)発明者 伊藤 和浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 浅沼 孝充 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中谷 好一郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 木村 光壱 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA01 AA03 BA04 BA05 BA09 BA11 BA13 BA15 BA20 DA00 DA10 DA19 DA28 DA37 FA07 FA10 FA13 FA27 FA33 FA37 FA38 3G090 AA01 AA02 AA03 BA01 CA01 CA04 CB24 DA02 DA04 DA09 DA10 DA11 DA13 DA18 DA20 EA02 EA05 EA06 EA07 3G091 AA10 AA11 AA17 AA18 AB02 AB13 BA00 BA01 BA07 BA08 BA39 CB00 CB02 CB03 CB07 DA01 DA02 DB06 DB10 EA01 EA02 EA05 EA07 EA18 EA20 FB02 FB03 FB10 FB11 FB12 FC08 GA06 GB01W GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB13W GB17Z HB03 HB05 HB06 3G301 HA01 HA02 HA11 HA13 JA21 JA24 JA25 JA26 JA33 LA01 LA03 LB04 LB13 LC04 MA01 MA11 MA21 MA23 NA04 NA08 NC02 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 PA01A PA01Z PA11A PA11Z PB03A PB03Z PB05A PB05Z PD12A PD12Z PD14A PD14Z PD15A PD15Z PE01Z PE03Z PF03Z 4D048 AA06 AA14 AB01 AB02 BA02X BA14X BA15X BA18X BA19X BA30X BC01 CC26 CC27 CD05 DA01 DA02 DA13 EA04 4D058 JA32 JB06 MA44 NA05 SA08 TA06 UA01
Claims (14)
- 【請求項１】 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酸化除去せしめるようにした排気ガ
ス浄化方法において、パティキュレートフィルタの温度
が予め定められた温度よりも高くなったときにはパティ
キュレートフィルタに流入する排気ガスの量を第一の閾
値よりも少なくするか、或いは該第一の閾値よりも大き
い第二の閾値よりも多くする流入排気ガス量変更処理を
実行するようにした排気ガス浄化方法。 - 【請求項２】 上記予め定められた温度がパティキュレ
ートフィルタに堆積している微粒子が着火燃焼する温度
である請求項１に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項３】 パティキュレートフィルタに流入する排
気ガスの量を略零にすることによりパティキュレートフ
ィルタに流入する排気ガスの量を第一の閾値よりも少な
くするようにした請求項１に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項４】 排気ガスにパティキュレートフィルタを
バイパスさせることによりパティキュレートフィルタに
流入する排気ガスの量を略零にするようにした請求項３
に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項５】 機関排気通路から第一の排気枝管と第二
の排気枝管とを分岐させ、これら第一の排気枝管と第二
の排気枝管とをこれらが分岐せしめられる分岐点の下流
側において互いに接続してループ状の排気通路を形成
し、該ループ状の排気通路内に上記パティキュレートフ
ィルタが配置され、排気ガスを第一の排気枝管と第二の
排気枝管のいずれを介してパティキュレートフィルタに
流入させるかを切り換えるために回動可能な切換弁を上
記分岐点に配置し、該切換弁は第一の回動位置とされた
ときには分岐点上流の排気ガスを第一の排気枝管を介し
てパティキュレートフィルタに流入させ、該パティキュ
レートフィルタから第二の排気枝管を介して分岐点下流
の機関排気通路に流出させ、第二の回動位置とされたと
きには分岐点上流の排気ガスを第二の排気枝管を介して
パティキュレートフィルタに流入させ、該パティキュレ
ートフィルタから第一の排気枝管を介して分岐点下流の
機関排気通路に流出させ、第一の回動位置と第二の回動
位置との間の中立位置とされたときには分岐点上流の排
気ガスを分岐点下流の機関排気通路に直接流入させ、切
換弁を中立位置とすることにより排気ガスにパティキュ
レートフィルタをバイパスさせるようにした請求項４に
記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項６】 燃焼室内に流入する空気の量を少なくす
ることによりパティキュレートフィルタに流入する排気
ガスの量を第一の閾値よりも少なくするようにした請求
項１に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項７】 燃焼室内に流入する空気の量を多くする
ことによりパティキュレートフィルタに流入する排気ガ
スの量を第二の閾値よりも多くするようにした請求項１
に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項８】 機関回転数を増大することにより燃焼室
内に流入する空気の量を多くするようにした請求項７に
記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項９】 周囲に過剰酸素が存在するとＮＯxを取
り込んで該ＮＯxを保持し且つ周囲の酸素濃度が低下す
ると保持しているＮＯxを放出するＮＯx吸放出剤をパテ
ィキュレートフィルタに担持し、上記流入排気ガス量変
更処理を実行してから予め定められた期間が経過した後
にパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量を
元の量に戻し、排気ガスの一部または全部の空燃比をリ
ッチにすることによりパティキュレートフィルタに付着
している硫黄成分をパティキュレートフィルタから脱離
させるようにした請求項１に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項１０】 パティキュレートフィルタ上に貴金属
触媒を担持した請求項１に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項１１】 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
保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤
をパティキュレートフィルタ上に担持し、パティキュレ
ートフィルタ上に微粒子が付着したときに上記活性酸素
放出剤から活性酸素を放出させ、放出された活性酸素に
よりパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子を酸
化させるようにした請求項１０に記載の排気ガス浄化方
法。 - 【請求項１２】 上記活性酸素放出剤がアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属または希土類または遷移金属また
は炭素族元素からなる請求項１１に記載の排気ガス浄化
方法。 - 【請求項１３】 上記アルカリ金属およびアルカリ土類
金属がカルシウムよりもイオン化傾向の高い金属からな
る請求項１２に記載の排気ガス浄化方法。 - 【請求項１４】 排気ガスの一部または全体の空燃比を
一時的にリッチにすることによりパティキュレートフィ
ルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにした請求項
１１に記載の排気ガス浄化方法。
Priority Applications (9)
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| DE60106924T DE60106924T2 (de) | 2000-07-24 | 2001-07-23 | Abgasreinigungsvorrichtung |
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| US10/088,476 US6823665B2 (en) | 2000-07-24 | 2001-07-23 | Exhaust gas purification device |
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| ES01984342T ES2227306T3 (es) | 2000-07-24 | 2001-07-23 | Dispositivo purificador de gas de escape. |
| US10/866,710 US7059113B2 (en) | 2000-07-24 | 2004-06-15 | Exhaust gas purification device |
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|---|---|---|---|
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| JP2000227558 | 2000-07-24 | ||
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2001
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008038821A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Denso Corp | 排気浄化装置の過昇温防止装置 |
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| CN104102492A (zh) * | 2014-07-28 | 2014-10-15 | 安徽艾可蓝节能环保科技有限公司 | 主动再生式颗粒物捕集控制软件系统 |
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