JP2002295229A

JP2002295229A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2002295229A
Application number: JP2001096796A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kamoshita; 伸治鴨下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-09
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP3607987B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタをマフラ内に配置
して捕集したパティキュレートをパティキュレートフィ
ルタ上で酸化させると共に、マフラを通過してパティキ
ュレート以外の有害物質が大気中へ放出されないように
することである。【解決手段】機関排気系に位置するマフラ１００と、
マフラ内に配置されて、排気ガス中のパティキュレート
を捕集し、捕集したパティキュレートが酸化させられる
パティキュレートフィルタ７０と、マフラ内に配置され
て、パティキュレートフィルタの下流側に位置する触媒
装置７５、とを具備する。

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、大気放出以前にパティキュレートを捕集するための
フィルタを機関排気系に配置することが提案されてい
る。このようなフィルタは、目詰まりによる排気抵抗の
増加を防止するために、捕集したパティキュレートを焼
失させることが必要である。

【０００３】このようなフィルタ再生において、パティ
キュレートは約６００°Ｃとなれば着火燃焼するが、デ
ィーゼルエンジンの排気ガス温度は、通常時において６
００°Ｃよりかなり低く、通常はフィルタ自身を加熱す
る等の手段が必要である。

【０００４】特公平７−１０６２９０号公報には、白金
族金属とアルカリ土金属酸化物とをフィルタに担持させ
れば、フィルタ上のパティキュレートは、ディーゼルエ
ンジンの通常時の排気ガス温度である約４００°Ｃで連
続的に焼失することが開示されている。

【０００５】このようなパティキュレートフィルタによ
って、排気ガス中のパティキュレートを大気放出以前に
焼失させることができたとしても、パティキュレートフ
ィルタは、それ自身が大きな排気抵抗となることを防止
するために、機関排気系の通路断面積に比較して大きな
断面積を有しており、実際的には、機関排気系に配置す
るのは容易なことではない。

【０００６】パティキュレートフィルタの機関排気系へ
の配置を容易にするために、実開平１−１４９５１５号
公報には、機関排気系において比較的大きな断面積を有
するマフラ内にパティキュレートフィルタを配置するこ
とが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】こうして、パティキュ
レートフィルタをマフラ内に配置することで車両搭載性
の問題は解決される。ところで、パティキュレートフィ
ルタが配置されたマフラを通過する排気ガス中に、パテ
ィキュレート以外の有害物質が含まれていることがあ
り、これらの有害物質を浄化するための触媒装置が必要
である。このような触媒装置をマフラの下流側に配置す
ると、機関本体から遠く離れていて排気ガスによる昇温
が困難となるために、触媒装置において触媒が活性化せ
ず、マフラを通過する有害物質は良好に浄化されずに大
気中へ放出されてしまう。

【０００８】従って、本発明の目的は、パティキュレー
トフィルタをマフラ内に配置して捕集したパティキュレ
ートをパティキュレートフィルタ上で酸化させると共
に、マフラを通過してパティキュレート以外の有害物質
が大気中へ放出されないように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。

【０００９】

【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、機関排気系に位置す
るマフラと、前記マフラ内に配置されて、排気ガス中の
パティキュレートを捕集し、捕集した前記パティキュレ
ートが酸化させられるパティキュレートフィルタと、前
記マフラ内に配置されて、前記パティキュレートフィル
タの下流側に位置する触媒装置、とを具備することを特
徴とする。

【００１０】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、前記マフラ内は少なくとも第一室
と第二室とに区画され、前記第二室より上流側に位置す
る前記第一室内には前記パティキュレートフィルタが配
置され、前記第二室には前記触媒装置が配置され、前記
第一室における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下流側と排気上流側とが
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。

【００１１】また、本発明による請求項３に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機
関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィ
ルタには活性酸素放出剤が担持され、前記活性酸素放出
剤から放出される活性酸素がパティキュレートを酸化さ
せることを特徴とする。

【００１２】また、本発明による請求項４に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項３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。

【００１３】また、本発明による請求項５に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１から４のいずれかに記
載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒装置は
酸化触媒を担持していることを特徴とする。

【００１４】また、本発明による請求項６に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１から４のいずれかに記
載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒装置は
ＮＯ _X触媒を担持していることを特徴とする。

【００１５】

【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に
おける燃焼室の拡大縦断面図であり、図３は図１のディ
ーゼルエンジンにおける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１
２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。

【００１６】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回りに
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内に導かれ、機関冷却水に
よってＥＧＲガスが冷却される。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】図２及び図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
ちで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及び図３は圧縮行程末期に燃料噴射
が行われた時を示している。この時には燃料噴霧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。

【００２０】図４は排気行程中において排気弁９のリフ
ト量が最大の時に燃料噴射弁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の傘部背面と排気ポート１０との間に向か
う。即ち、云い換えると燃料噴射弁６の６個のノズル口
のうちで２個のノズル口は、排気弁９が開弁している時
に追加の燃料Ｑａの噴射が行われると燃料噴霧Ｆが排気
弁９の傘部背面と排気ポート１０との間に向かうように
形成されている。なお、図４に示す実施例ではこの時に
燃料噴霧Ｆが排気弁９の傘部背面に衝突し、排気弁９の
傘部背面に衝突した燃料噴霧Ｆは排気弁９の傘部背面上
において反射し、排気ポート１０内に向かう。

【００２１】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の開度及び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、及びスモーク、ＨＣ、ＣＯ、
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（≒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。

【００２２】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
った時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。この時に機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯ
_xの発生量がかなり低くなる。一方、この時にＨＣ及び
ＣＯの発生量は増大し始める。

【００２３】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時の燃焼室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時の燃焼室５内における燃
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。

【００２４】図６及び図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１５．
０以下でスモークの発生量がほぼ零の時には図６に示さ
れるようにＮＯ_xの発生量がかなり低下する。ＮＯ_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
生しない時には燃焼室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、従ってこの時に燃焼室５内の燃焼温
度は低くなっていることになる。

【００２５】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及び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及びＣＯの排出量が
増大するがこの時のＨＣは煤の前駆体又はその前の状態
の炭化水素である。

【００２６】図６及び図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
時には煤の発生量がほぼ零になり、この時には煤の前駆
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内における燃料及びその周囲のガ
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
内における燃料及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。

【００２７】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止する時の燃料及びその周囲の温度、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及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。この時においてＮＯ_xの
発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になった時に煤が
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時の
温度にほぼ一致する。

【００２８】一旦、煤が生成されるとこの煤は単に酸化
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。

【００２９】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
料及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、燃料及びそ
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
料回りにおける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。

【００３０】即ち、燃料回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、燃料回りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、この時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。

【００３１】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
には燃焼熱は回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。

【００３２】この場合、燃料及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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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
較的高い時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。

【００３６】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及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、及びこの混合ガス量
中の空気の割合、及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。

【００３７】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
れたときに燃料及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及びその周囲
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。

【００３８】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及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。

【００３９】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ガス及び吸入空気の双方、或いはＥＧ
Ｒ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。

【００４０】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。

【００４１】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時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。

【００４２】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。

【００４３】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料及
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時には燃焼時の燃
料及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。

【００４４】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。

【００４５】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時に要求負荷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。

【００４６】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及び第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。

【００４７】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、噴射時期及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１３
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。

【００４８】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
開度及びＥＧＲ制御弁２３の開度が制御される。なお、
この時の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。

【００４９】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、この時には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
１６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。

【００５０】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。この時に図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。

【００５１】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及び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。

【００５２】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。

【００５３】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
である時を示しており、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。

【００５４】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。

【００５５】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及び機関回転数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及び機関回転数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。

【００５６】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及び機関回転数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及び機関回転
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】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。

【００５８】図１８は排気浄化装置を示す平面断面図で
ある。本排気浄化装置は、マフラ１００内に構成されて
いる。マフラ１００は、例えば、機関排気系の最下流部
に位置している。マフラ１００内は、互いに長手方向に
隣接する第一室１０１、第二室１０２、及び第三室１０
３に区画されている。最も上流側に位置する第一室１０
１には、パティキュレートフィルタ７０が、その両側に
それぞれ空間を残して配置されている。マフラ１００の
外側には、マフラ１００を機関排気系に接続する切換部
７１が設けられている。切換部７１は、機関排気系との
接続に使用される上流側開口７１ｂと、上流側開口７１
ｂに対向する下流側開口７１ｃと、上流側開口７１ｂと
下流側開口７１ｃとを遮断可能な切換弁７１ａとを有し
ている。

【００５９】切換部７１には、さらに、図１８に示す弁
体７１ａの一方の遮断位置において上流側開口７１ｂと
連通する第一開口７１ｄと、下流側開口７１ｃと連通す
る第二開口７１ｅとが設けられている。この第一開口７
１ｄは、第一接続管７２によってマフラ１００内の第一
室１０１における一方の空間に連通されている。また、
切換部７１の第二開口７１ｅは、第二接続管７３によっ
てマフラ１００内の第一室１０１における他方の空間に
連通されている。また、切換部７１の下流側開口７１ｃ
は、第三接続管７４によってマフラ１００内の第二室１
０２へ連通されている。

【００６０】マフラ１０内において、第一室１０１に第
三室１０３が隣接し、第三室１０３に第二室１０２が隣
接している。第二室１０２には、触媒装置７５が、その
両側にそれぞれ空間を残して配置されている。第三接続
管７４は、第一室１０１の一方の空間、他方の空間、及
びパティキュレートフィルタ７０と、第三室１０３と、
第二室１０２の他方の空間及び触媒装置７５とを貫通し
て、第二室１０２の一方の空間に開口している。

【００６１】弁体７１ａの一方の遮断位置において、排
気ガスは、図１８に矢印で示すように、上流側開口７１
ｂから切換部７１へ流入した後に、第一開口７１ｄから
第一接続管７２を介してマフラ１００の第一室１０１に
おける一方の空間へ流入し、第一室１０１において一方
の空間から他方の空間へ向けてパティキュレートフィル
タ７０を通過する。その後、第一室１０１の他方の空間
から第二接続管７３を介して切換部７１の第二開口７１
ｅへ達し、切換部７１の下流側開口７１ｃを通り、第三
接続管７４を介して、マフラ１００の第二室１０２にお
ける一方の空間へ流入する。その後、第二室１０２にお
いて一方の空間から他方の空間へ触媒装置７５を通過
し、第二室１０２の他方の空間と第三室１０３とを連通
する第一連通管１０４を介して第三室１０３へ流入し、
第二室１０２を貫通して第三室１０３とマフラ１００外
部とを連通する第二連通管１０５を介して第三室１０３
から大気中へ放出される。

【００６２】こうして、マフラ１０内において、第一室
１０１は最も上流側となり、第一室１０１に隣接する第
三室１０３ではなくて第二室１０２が次に上流側とな
り、第三室１０３は最も下流側となっている。第二室１
０２の実質的な容積、すなわち、第三接続管７４、第二
連通管１０５、及び触媒装置７５の担体自身（担体内の
空間は含まれない）によって排除される容積を除いた容
積は、第一室１０１及び第三室１０３の同様な実質的な
容積に比較して小さくなっており、それにより、排気ガ
スは、第一室１０１から第二室１０２へ流入する際に収
縮し、第二室１０２から第三室１０３へ流入する際に膨
張することにより、音圧が下げられる。

【００６３】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回動され、前述した図１８に示
す一方の遮断位置だけでなく、図１９に示す他方の遮断
位置とすることができる。この他方の遮断位置におい
て、排気ガスは、図１９に矢印で示すように、上流側開
口７１ｂから切換部７１へ流入した後に、第二開口７１
ｅから第二接続管７３を介してマフラ１００の第一室１
０１における他方の空間へ流入し、第一室１０１におい
て他方の空間から一方の空間へ向けてパティキュレート
フィルタ７０を通過する。その後、第一室１０１の一方
の空間から第一接続管７２を介して切換部７１の第一開
口７１ｄへ達し、切換部７１の下流側開口７１ｃを通
り、第三接続管７４へ流入する。その後は、一方の遮断
位置と同様に、第二室１０２において触媒装置７５を通
過して第三室１０３へ流入し、大気中へ放出される。

【００６４】こうして、本排気浄化装置において、切換
部７１を有すると共にパティキュレートフィルタ７０が
マフラ１００内の区画された第一室１０１内に配置され
ているために、弁体７１ａを遮断位置の一方から他方へ
切り換えることにより、第一室１０１に配置されたパテ
ィキュレートフィルタ７０の排気上流側と排気下流側と
を容易に逆転することが可能となる。いずれの遮断位置
においても、排気ガスは、マフラ１００において、第一
室１０１から第二室１０２を介して第三室１０３へ流入
するために、音圧を良好に低減することができる。

【００６５】また、弁体７１ａを二つの遮断位置の一方
から他方へ切り換える時に、弁体７１ａは図２０に示す
ような中間位置となり、排気ガスは、図２０に矢印で示
すように、マフラ１００の第一室１０１を通過すること
なく、すなわち、パティキュレートフィルタ７０を通過
することなく、第二室１０２へ流入することとなる。

【００６６】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、機関排気系において
本来的に大きな断面積を有するマフラ内にパティキュレ
ートフィルタを配置することにより、容易に車両搭載が
可能となる。

【００６７】図２１にパティキュレートフィルタ７０の
構造を示す。なお、図２１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（第三接続管７４の貫通位置とは異なる位置での側
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、図１８に示される横幅が高
さに比較して大きな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２１（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内の細孔表面上にもアルミナ等を使用して以
下に説明する活性酸素放出剤と貴金属触媒とが担持され
ている。

【００６８】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。

【００６９】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なくとも一つが用いられてい
る。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】図２２（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２２（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。

【００７４】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２２（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２２（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ＮＯ
_xをパティキュレートフィルタ７０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。

【００７５】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 ^-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ＫＮＯ
₃および硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄が生成される。

【００７６】排気ガス中のパティキュレートは、図２２
（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。

【００７７】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Ｋ₂ＳＯ₄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６
２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。

【００７８】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は数分から数十分の短時間で輝炎を発すること
なく酸化せしめられる。また、パティキュレート６２を
酸化する活性酸素Ｏは、活性酸素放出剤６１へＮＯ及び
ＳＯ₂が吸収される時にも放出される。すなわち、ＮＯ_X
は酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつ活性酸素放出
剤６１内において硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で拡散するもの
と考えられ、この間にも活性酸素が発生する。パティキ
ュレート６２はこの活性酸素によっても酸化せしめられ
る。また、このようにパティキュレートフィルタ７０上
に付着したパティキュレート６２は活性酸素Ｏによって
酸化せしめられるがこれらパティキュレート６２は排気
ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。

【００７９】ところで白金Ｐｔ及び活性酸素放出剤６１
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から放出
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。また、当然のことながら、
パティキュレート自身の温度が高いほど酸化除去され易
くなる。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。

【００８０】図２３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
しており、図２３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。なお、図２３は単位時間
を１秒とした場合の、すなわち、１秒当たりの酸化除去
可能微粒子量Ｇを示しているがこの単位時間としては、
１分、１０分等任意の時間を採用することができる。例
えば、単位時間として１０分を用いた場合には単位時間
当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇは１０分間当たりの酸
化除去可能微粒子量Ｇを表すことになり、この場合でも
パティキュレートフィルタ７０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Ｇは図２３に示されるようにパティキュレート
フィルタ７０の温度が高くなるほど増大する。

【００８１】さて、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、例えば、１秒当たりの排出微粒子量Ｍが１秒当
たりの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、或い
は１０分当たりの排出微粒子量Ｍが１０分当たりの酸化
除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、即ち図２３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７０上において輝炎を発す
ることなく順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。
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２３の領域IIでは全てのパティ
キュレートを順次酸化するには活性酸素量が不足してい
る。図２４（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合におけるパ
ティキュレートの酸化の様子を示している。

【００８２】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２４（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２４（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。

【００８３】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の酸化作用及び活性
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２４
（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す
る。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。

【００８４】このように図２３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２３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。その結果、パティキュレートフ
ィルタ７０における排気ガス流の圧損は全くと言ってい
いほど変化することなくほぼ一定の最小圧損値に維持さ
れる。斯くして機関の出力低下を最小限に維持すること
ができる。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。

【００８５】本実施例では、設定時間又は設定走行距離
毎に切換部７１の弁体７１ａを現在の遮断位置から他方
の遮断位置へ回動させ、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させるようになって
いる。

【００８６】図２５は、パティキュレートフィルタの隔
壁５４の拡大断面図である。前述したように、排気ガス
が主に衝突する隔壁５４の排気上流側表面及び細孔内の
排気ガス流対向面は、一方の捕集面としてパティキュレ
ートを衝突捕集し、活性酸素放出剤により放出された活
性酸素によって捕集パティキュレートを酸化除去する
が、設定時間又は設定走行距離を走行する間には、図２
３の領域IIでの運転が実施されることもあり、図２５
（Ａ）は格子で示すように、酸化除去が不十分となって
パティキュレートが残留することがある。この程度のパ
ティキュレートの堆積に伴うパティキュレートフィルタ
の排気抵抗は車両走行に悪影響を与えるほどではない
が、さらにパティキュレートが堆積すれば、機関出力の
大幅な低下等の問題を発生する。しかしながら、この時
点でパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流
側とが逆転されれば、隔壁５４の一方の捕集面に残留す
るパティキュレート上には、さらにパティキュレートが
堆積することはなく、一方の捕集面から放出される活性
酸素によって残留パティキュレートは徐々に酸化除去さ
れる。また、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２５（Ｂ）に示す
ように、容易に破壊されて細分化され、下流側へ移動す
る。

【００８７】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、すなわち、パティ
キュレートは流動することにより、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。

【００８８】すなわち、隔壁における一方の捕集面の残
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によって到来する。それによ
り、弁体の切り換え時点において、隔壁の一方の捕集面
にある程度パティキュレートが積層状に堆積していたと
しても、排気ガスを逆流させれば、残留パティキュレー
ト上に堆積するパティキュレートへも活性酸素が到来す
ることに加えて、さらにパティキュレートが堆積するこ
とはないために、堆積パティキュレートは徐々に酸化除
去され、次回の逆流までに、ある程度の時間があれば、
この間で十分に酸化除去可能である。

【００８９】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を逆転させることにより、パテ
ィキュレートフィルタ捕集壁の第一捕集面と第二捕集面
とが交互に使用され、常に単一の捕集面でパティキュレ
ートを捕集する場合に比較して各捕集面でのパティキュ
レート捕集量を低減することができ、パティキュレート
の酸化除去に有利となり、パティキュレートをパティキ
ュレートフィルタに堆積し難くさせることができる。パ
ティキュレートフィルタへ比較的多量のパティキュレー
トが堆積すると、何らかの要因によって堆積パティキュ
レートの温度が約６００℃に昇温された時に、堆積パテ
ィキュレートが一度に燃焼して多量の燃焼熱を発生さ
せ、パティキュレートフィルタが溶損することがあるた
めに、本実施例のように、パティキュレートをパティキ
ュレートフィルタへ堆積させ難くすることは重要であ
る。

【００９０】弁体の切り換えは、設定時間又は設定走行
距離毎のように定期的に実施しなくても不定期に実施す
るようにしても良い。また、機関減速時毎に弁体を切り
換えるようにしても良い。機関減速時の判断には、運転
者が車両の減速を意図する動作、例えば、アクセルペダ
ルの開放、ブレーキペダルの踏み込み、及びフューエル
カット等のいずれかを検出することが利用可能である。

【００９１】また、パティキュレートフィルタへのパテ
ィキュレート堆積量が設定量となった時に弁体を切り換
えるようにしても良い。パティキュレート堆積量の推定
には、例えば、パティキュレート堆積量の増加に伴って
増大するパティキュレートフィルタ７０の直上流側と直
下流側との間の差圧を利用することができ、また、パテ
ィキュレート堆積量の増加に伴って低下するパティキュ
レートフィルタ所定隔壁上の電気抵抗値を利用しても良
く、また、パティキュレート堆積量の増加に伴って低下
するパティキュレートフィルタ所定隔壁上の光の透過率
又は反射率を利用しても良い。また、図２３のグラフに
基づき、現在の機関運転状態から推定される排出微粒子
量Ｍが現在の機関運転状態から推定されるパティキュレ
ートフィルタの温度を考慮した酸化除去可能微粒子量Ｇ
を上回る時の差（Ｍ−Ｇ）をパティキュレート堆積量と
して積算するようにしても良い。

【００９２】また、排気ガスの空燃比をリッチにする
と、すなわち、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
される。この一気に放出された活性酸素Ｏによって、堆
積パティキュレートは酸化され易いものとなって容易に
酸化除去される。一方、空燃比がリーンに維持されてい
ると白金Ｐｔの表面が酸素で覆われ、いわゆる白金Ｐｔ
の酸素被毒が生じる。このような酸素被毒が生じるとＮ
Ｏ_Xに対する酸化作用が低下するためにＮＯ_Xの吸収効率
が低下し、斯くして活性酸素放出剤６１からの活性酸素
放出量が低下する。しかしながら空燃比がリッチにされ
ると白金Ｐｔ表面上の酸素が消費されるために酸素被毒
が解消され、従って空燃比が再びリッチからリーンに切
り換えられるとＮＯ_Xに対する酸化作用が強まるために
ＮＯ_Xの吸収効率が高くなり、斯くして活性酸素放出剤
６１からの活性酸素放出量が増大する。従って、空燃比
がリーンに維持されている時に空燃比を時折リーンから
リッチに一時的に切り換えるとその都度白金Ｐｔの酸素
被毒が解消されるために空燃比がリーンである時の活性
酸素放出量が増大し、斯くしてパティキュレートフィル
タ７０上におけるパティキュレートの酸化作用を促進す
ることができる。さらに、この酸素被毒の解消は、言わ
ば、還元物質の燃焼であるために、発熱を伴ってパティ
キュレートフィルタを昇温させる。それにより、パティ
キュレートフィルタにおける酸化除去可能微粒子量が向
上し、さらに、残留及び堆積パティキュレートの酸化除
去が容易となる。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切り換えた直後
に排気ガスの空燃比をリッチにすれば、パティキュレー
トが残留していないパティキュレートフィルタ隔壁にお
ける他方の捕集面では、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、一方の捕集面の残留パティキュレートをさ
らに確実に酸化除去することができる。もちろん、弁体
７１ａの切り換えとは無関係に時折排気ガスの空燃比を
リッチにしても良く、それにより、パティキュレートフ
ィルタへパティキュレートが残留及び堆積し難くなる。

【００９３】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。ま
た、単に燃焼空燃比をリッチにしても良い。また、圧縮
行程での通常の主燃料噴射に加えて、機関燃料噴射弁に
よって排気行程又は膨張行程において気筒内に燃料を噴
射（ポスト噴射）しても良く、又は、吸気行程において
気筒内に燃料を噴射（ビゴム噴射）しても良い。もちろ
ん、ポスト噴射又はビゴム噴射は、主燃料噴射との間に
必ずしもインターバルを設ける必要はない。また、機関
排気系に燃料を供給することも可能である。

【００９４】ところで、本実施例のパティキュレートフ
ィルタでは、前述したように排気ガス中のＮＯ_Xを良好
に吸収するが、パティキュレートフィルタの構造は、前
述したように、捕集壁の細孔を排気ガスが通過するウォ
ールフロー型であり、触媒を担持する隔壁に沿って排気
ガスが流れる一般的な触媒装置との比較において、同じ
大きさで同量の排気ガスを通過させるためには、捕集壁
間の寸法を隔壁間の寸法に比較して大きくしなければな
らない。それにより、パティキュレートフィルタにおい
て排気ガスが捕集壁表面に担持された活性酸素放出剤と
接触する機会は、モノリス型の触媒装置において触媒と
接触する機会より少ない。また、排気ガスは、捕集壁の
細孔を通過する際には、この細孔内に担持された活性酸
素放出剤に接触するが、主には、捕集壁の表面に担持さ
れた活性酸素放出剤にしか接触しない。しかしながら、
多数の細孔によって捕集壁表面の触媒担持面積はそれほ
ど大きくない。こうして、ＮＯ_Xを吸収する活性酸素放
出剤をパティキュレートフィルタに担持させても、排気
ガス中のＮＯ_Xを十分に浄化することはできない。

【００９５】本実施例では、マフラ１００の第一室１０
１内に配置されたパティキュレートフィルタの排気上流
側と排気下流側との逆転に係わらずに常にパティキュレ
ートフィルタの下流側となる位置、すなわち、マフラ１
００の第二室１０２内に触媒装置７５を配置している。
この触媒装置７５は、パティキュレートフィルタ７０と
共にマフラ１００内に配置されているために、パティキ
ュレートフィルタ７０での活性酸素によるパティキュレ
ートの酸化除去及び貴金属触媒での還元物質の燃焼によ
ってパティキュレートフィルタが昇温する際にマフラ１
００全体が昇温される。それにより、触媒装置をマフラ
の下流側に配置する場合に比較して、本触媒装置７５は
マフラ１００からの受熱によって高温度に維持される機
会が増大する。こうして、触媒装置７５に担持させた触
媒は活性化している機会が多い。

【００９６】それにより、本触媒装置７５に、前述した
貴金属触媒及び活性酸素放出剤として使用可能な物質を
ＮＯ_X吸蔵還元触媒として担持することにより、パティ
キュレートフィルタにおいて吸収されなかったＮＯ_Xを
良好に吸収して大気中への放出量を十分に低減すること
が可能となる。もちろん、触媒装置７３に担持するＮＯ
_X触媒は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に限定されることなく、例
えば、ＮＯ_X選択還元触媒のような他の種類のＮＯ_Xを浄
化する触媒としても良い。

【００９７】また、前述したように、パティキュレート
フィルタへ還元物質を含むリッチ排気ガスを流入させる
際に、又は、低温燃焼を実施してＨＣ及びＣＯを比較的
多く含む排気ガスがパティキュレートフィルタへ流入す
る際に、還元物質の全てがパティキュレートフィルタの
貴金属触媒で酸化されるか又は活性酸素放出剤から放出
されたＮＯ_Xを還元するのに使用されるとは限らず、パ
ティキュレートフィルタを通過する還元物質を浄化する
必要がある。触媒装置７５にＮＯ_X吸蔵還元触媒が担持
されていれば、その貴金属触媒及び放出されるＮＯ_Xの
還元浄化によってパティキュレートフィルタを通過する
還元物質の浄化が可能となるが、触媒装置７５として、
少なくとも貴金属触媒のような酸化触媒を担持していれ
ば、パティキュレートフィルタを通過する還元物質の浄
化が可能である。

【００９８】前述したように、弁体７１ａを切り換える
際には、弁体７１ａは図２０に示すような中間位置とな
り、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスす
ることとなる。この時においても、排気ガスは触媒装置
７５を通過するために、排気ガス中の有害物質を触媒装
置７５によって良好に浄化することができる。しかしな
がら、排気ガス中のパティキュレートは触媒装置７５に
よっては浄化することができないために、弁体７１ａの
切り換えは、フューエルカットにより排気ガス中にパテ
ィキュレートが含まれない機関減速時に実施することが
好ましい。

【００９９】また、フューエルカット時は排気ガス温度
が低く、パティキュレートフィルタを温度低下させるこ
とがあるために、パティキュレートフィルタの酸化除去
可能微粒子量を高く維持するためには、機関減速時には
弁体７１ａを積極的に中間位置として排気ガスがパティ
キュレートフィルタをバイパスするようにすることが好
ましい。

【０１００】図２６は、前述した排気浄化装置の変形例
を示す断面平面図である。本排気浄化装置と前述した排
気浄化装置とにおいて、同一要素は同じ参照番号によっ
て示されている。二つの排気浄化装置の違いを以下に説
明する。本排気浄化装置では、マフラ１００の第一室１
０１における他方の空間と切換部７１の第二開口７１ｅ
とを接続する第二接続管７３’が、第一室１０１におけ
る一方の空間とパティキュレートフィルタ７０とを貫通
している。それにより、第二接続管がマフラ１００の横
側に出っ張ることがなく、本排気浄化装置としてのマフ
ラの車両搭載性を改善することができる。

【０１０１】前述した排気浄化装置は、パティキュレー
トフィルタ７０及び触媒装置７５を拡張型マフラに配置
するようにした。しかしながら、これは本発明を限定す
るものではなく、他の方式、例えば、干渉型、共鳴型、
又は吸音型等のマフラにおける上流側にパティキュレー
トフィルタを、下流側に触媒装置を配置すれば、触媒装
置を良好に昇温させて触媒が活性化している機会を増大
させることができ、マフラを通過して大気中へ放出され
る有害物質を良好に低減することができる。

【０１０２】パティキュレートフィルタ７０をマフラの
一つの隔室（第一室）内に配置することにより、前述し
たように、切換部７１との組み合わせによってパティキ
ュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転が
容易となるが、もちろん、この逆転機構が設けられてい
ない場合には、パティキュレートフィルタと触媒装置と
を別の隔室へ配置する必要はなく、同じ隔室内に隣接配
置することも可能である。この場合には、マフラ内が複
数の隔室に区画されている必要もない。

【０１０３】ところで、排気ガス中のカルシウム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、酸化除去され難
く、パティキュレートフィルタ上にアッシュとして残留
することとなる。従って、硫酸カルシウムの残留による
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を用いることが好ましく、それによ
り、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
ィルタの隔壁を通過する。従ってパティキュレートフィ
ルタがアッシュによって目詰まりすることがなくなる。
こうして、前述したように活性酸素放出剤６１としては
カルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属
又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬ
ｉ、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。

【０１０４】また、活性酸素放出剤としてパティキュレ
ートフィルタに白金Ｐｔのような貴金属のみを担持させ
ても、白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ₂又はＳＯ₃か
ら活性酸素を放出させることができる。ただし、この場
合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図２３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（Ｃｅ
₂Ｏ₃→２ＣｅＯ₂）、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（２ＣｅＯ₂→Ｃｅ₂Ｏ₃）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
気ガス中の空燃比を定期的又は不定期にリッチにする必
要がある。セリアに代えて、鉄又は錫を使用しても良
い。

【０１０５】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、ＮＯ_x又は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る。

【０１０６】本実施例において、パティキュレートフィ
ルタ自身が活性酸素放出剤を担持して、この活性酸素放
出剤が放出する活性酸素によりパティキュレートが酸化
除去されるものとしたが、これは、本発明を限定するも
のではない。例えば、活性酸素及び活性酸素と同等に機
能する二酸化窒素等のパティキュレート酸化成分は、パ
ティキュレートフィルタ又はそれに担持させた物質から
放出されても、外部からパティキュレートフィルタへ流
入するようにしても良い。パティキュレート酸化成分が
外部から流入する場合においても、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を
交互に使用することはパティキュレートの堆積防止に有
効である。すなわち、排気下流側となった一方の捕集面
では、新たにパティキュレートが堆積することはなく、
この堆積パティキュレートを、他方の捕集面から流入す
るパティキュレート酸化成分によって徐々にでも酸化除
去して、堆積パティキュレートをある程度の時間で十分
に酸化除去することが可能である。この間において、他
方の捕集面では、パティキュレートの捕集と共にパティ
キュレート酸化成分による酸化が行われるために、前述
同様な効果がもたらされる。

【０１０７】本実施例のディーゼルエンジンは、低温燃
焼と通常燃焼とを切り換えて実施するものとしたが、こ
れは本発明を限定するものではなく、もちろん、通常燃
焼のみを実施するディーゼルエンジン、又はパティキュ
レートを排出するガソリンエンジンにも本発明は適用可
能である。

【０１０８】

【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、機関排気系に位置するマフラと、
マフラ内に配置されて、排気ガス中のパティキュレート
を捕集し、捕集したパティキュレートが酸化させられる
パティキュレートフィルタと、マフラ内に配置されて、
パティキュレートフィルタの下流側に位置する触媒装
置、とを具備している。それにより、比較的大きな断面
積が必要なパティキュレートフィルタは、機関排気系に
おいて比較的大きな断面積を有するマフラ内に配置さ
れ、車両搭載性の問題が発生することはない。また、マ
フラ内においてパティキュレートフィルタの下流側には
触媒装置が配置されており、この触媒装置では、比較的
高温度に維持されるマフラからの受熱によって担持され
た触媒の活性化の機会が多く、パティキュレートフィル
タが配置されたマフラからパティキュレート以外の有害
物質が排出される以前に、この有害物質を良好に浄化
し、大気中への放出を防止することができる。

【０１０９】また、前記の排気浄化装置において、マフ
ラ内は少なくとも第一室と第二室とに区画され、第二室
より上流側に位置する第一室内にはパティキュレートフ
ィルタが配置され、第二室には触媒装置が配置され、第
一室におけるパティキュレートフィルタの排気上流側と
排気下流側とを逆転するための逆転手段を具備し、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
排気下流側と排気上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すれば、パティキ
ュレートフィルタへパティキュレートが堆積し難くする
ことができる。すなわち、運転状態によっては、パティ
キュレートの酸化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、堆積パティキュレートを徐々
に酸化除去可能である。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が開始される。
こうして、パティキュレートの捕集に第一捕集面と第二
捕集面とが交互に使用されると、常に単一の捕集面でパ
ティキュレートを捕集する場合に比較して、各捕集面で
のパティキュレート捕集量を低減することができ、パテ
ィキュレートの酸化除去に有利となる。

【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】第二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】排気浄化装置を示す断面平面図である。

【図１９】図１８とは異なる弁体の遮断位置を示す排気
浄化装置の平面図である。

【図２０】弁体の中間位置を示す排気浄化装置の平面図
である。

【図２１】パティキュレートフィルタの構造を示す図で
ある。

【図２２】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２３】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２４】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２５】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面
図である。

【図２６】図１８の排気浄化装置の変形例を示す断面平
面図である。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁１６…スロットル弁７０…パティキュレートフィルタ７１…切換部７１ａ…弁体７５…触媒装置１００…マフラ

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＥＪＬ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１Ｃ // Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 ＢＺＦターム(参考） 3G090 AA03 BA01 CB23 DB07 EA02 3G091 AA11 AA18 AB02 AB06 AB13 BA04 BA13 BA39 CA12 CA13 GB06W HA04 HA16 4D058 JA32 MA41 QA01 QA03 QA11 QA19 SA08 TA02 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関排気系に位置するマフラと、前記マ
フラ内に配置されて、排気ガス中のパティキュレートを
捕集し、捕集した前記パティキュレートが酸化させられ
るパティキュレートフィルタと、前記マフラ内に配置さ
れて、前記パティキュレートフィルタの下流側に位置す
る触媒装置、とを具備することを特徴とする内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項２】前記マフラ内は少なくとも第一室と第二
室とに区画され、前記第二室より上流側に位置する前記
第一室内には前記パティキュレートフィルタが配置さ
れ、前記第二室には前記触媒装置が配置され、前記第一
室における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下流側と排気上流側とが逆転さ
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には活性
酸素放出剤が担持され、前記活性酸素放出剤から放出さ
れる活性酸素がパティキュレートを酸化させることを特
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３に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項５】前記触媒装置は酸化触媒を担持している
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記触媒装置はＮＯ_X触媒を担持してい
ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の
内燃機関の排気浄化装置。