JP2006342814A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、排気中の微粒子を酸化する機能を有するパティキュレートフィルタを具備した内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの微粒子酸化除去能力を高める必要が生じたときに、パティキュレートフィルタを速やかに昇温させる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタの酸化能力が未活性状態にあるときは、先ず、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させることによりパティキュレートフィルタの酸化能力を活性させ、次いでパティキュレートフィルタに燃料を供給することにより該パティキュレートフィルタの酸化能力を利用して燃料を酸化させ、その際に発生する熱でパティキュレートフィルタの温度を上昇させることを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中に含まれる微粒子を浄化する技術に関する。
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、該内燃機関から排出される排気を大気中に放出する前に、排気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等の有害ガス成分を浄化又は除去することにより排気エミッションを向上させる
ことが要求されている。
特に、軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼル機関では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）と呼ばれる微粒子を浄
化もしくは除去することが重要である。
このため、ディーゼル機関では、断面積が非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパティキュレートフィルタを排気通路に配置し、そのパティキュレートフィルタの細孔に排気を流すことにより、排気中の微粒子を捕集する方法が知られている。
ところで、パティキュレートフィルタに捕集される微粒子量が過剰に増加すると、パティキュレートフィルタ内の排気流路の断面積が減少し、排気の流れが妨げられるようになる。
パティキュレートフィルタにより排気の流れが妨げられると、パティキュレートフィルタ上流の排気通路において排気圧力が高まり、その排気圧力が背圧として内燃機関に作用してしまう。
このため、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子量が過剰に増加する前に、パティキュレートフィルに捕集された微粒子を浄化してパティキュレートフィルタを再生させる必要がある。
パティキュレートフィルタを再生する方法としては、パティキュレートフィルタ内を酸化雰囲気にすることにより、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化させる方法がある。
但し、微粒子は、およそ５００℃〜７００℃の高温下で着火及び燃焼するため、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化させるには、パティキュレートフィルタの雰囲気温度を５００℃〜７００℃まで高めるとともに、パティキュレートフィルタを酸素過剰雰囲気としなければならない。
しかしながら、ディーゼル機関は、大部分の運転領域において空気過剰の希薄燃焼運転を行うため、混合気の燃焼温度が低くなり易く、それに応じて排気の温度も低くなり易い。従って、ディーゼル機関では、排気の熱を利用してパティキュレートフィルタの雰囲気温度を５００℃以上まで昇温させることは困難である。
これに対し、従来では、特許文献１に記載されたようなディーゼル排気粒子用フィルタが提案されている。この公報に記載されたディーゼル排気粒子用フィルタは、白金族金属
及びアルカリ土金属酸化物の混合物を含む触媒物質をパティキュレートフィルタ上に担持させることにより、およそ３５０℃〜４００℃程度の比較的低い温度下でも微粒子の着火及び燃焼を行えるようにしたものである。
特公平７−１０６２９０号公報 特開平６−１５９０３７号公報 特開平１−３１８７１５号公報
ところで、上記したようなディーゼル排気粒子用フィルタに担持される触媒物質は、所定温度以上で活性するため、所定温度未満のときは排気中の微粒子を十分に酸化させることができない。
更に、上記した触媒物質は、温度が高くなるほど微粒子を酸化する能力が高まるため、該触媒物質の温度が低いときに多量の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると、全ての微粒子を酸化させることが困難となる。
一方、ディーゼル機関の排気温度は、高負荷運転領域では３５０℃以上に達しやすいが、低負荷運転領域では３５０℃以上に達し難くい。
従って、ディーゼル機関が長期にわたって連続的に低負荷運転された場合、特にディーゼル機関が始動後に連続して低負荷運転された場合等は、パティキュレートフィルタの浄化能力が低くなり易く、多量の微粒子が燃焼されずにパティキュレートフィルタに堆積することが想定される。
パティキュレートフィルタに多量の微粒子が堆積されると、それらの微粒子が燃焼し難くなるため、パティキュレートフィルタの雰囲気温度が３５０℃以上となった場合でも微粒子の燃え残りがパティキュレートフィルタ内に多量に残留することとなり、パティキュレートフィルタ内の排気流路が目詰まりする虞がある。
パティキュレートフィルタ内の排気流路が目詰まりすると、パティキュレートフィルタにおける排気抵抗が増加して内燃機関に作用する背圧が高くなり、内燃機関の出力が低下してしまうことになる。
すなわち、前述したディーゼル排気粒子用フィルタのように微粒子を酸化する機能を有するパティキュレートフィルタを単に排気通路に配置するだけでは、パティキュレートフィルタの微粒子酸化能力を効率的に利用することができず、パティキュレートフィルタの目詰まりや内燃機関の出力低下等を誘発する虞がある。
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、排気中の微粒子を酸化する能力を有するパティキュレートフィルタを具備した内燃機関の排気浄化装置において、機関始動後のようにパティキュレートフィルタの温度が低くパティキュレートフィルタの酸化能力が未活性状態にある場合に、パティキュレートフィルタの温度を速やかに上昇させる技術を提供することにより、パティキュレートフィルタにおける微粒子の不要な堆積を防止し、以てパティキュレートフィルタの目詰まりや内燃機関の出力低下等を防止することを目的とする。
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を酸化させる能力を有するパ
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昇温させるべく該パティキュレートフィルタへ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段の作動に先がけて、前記パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させる排気昇温手段と、
を備えることを特徴としている。
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタを昇温させる必要が生じた場合等に、先ず、排気昇温手段がパティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させ、次いで燃料供給手段がパティキュレートフィルタへ燃料を供給することになる。
ここで、パティキュレートフィルタを昇温させる必要が生じた場合は、パティキュレートフィルタの酸化能力を利用して燃料を酸化させ、燃料が酸化する際に発生する反応熱でパティキュレートフィルタを昇温させる方法が考えられる。
しかしながら、単にパティキュレートフィルタへ燃料を供給するだけでは、パティキュレートフィルタの酸化能力が十分に活性していない状態で燃料が供給される場合があり、そのような場合には燃料が酸化し難く、燃料が酸化する際に発生する反応熱の量が少なくなるため、パティキュレートフィルタの昇温に時間がかかってしまう。
これに対し、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタを昇温させる必要が生じた場合は、燃料供給手段がパティキュレートフィルタへ燃料を供給する前に、排気昇温手段がパティキュレートフィルタに流入する排気の温度を高めるようにした。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタを昇温させる必要が生じた場合は、パティキュレートフィルタに流入する排気を昇温させた後に、パティキュレートフィルタへ燃料が供給されるようにした。
排気昇温手段によって昇温された排気がパティキュレートフィルタに流入すると、その排気が持つ比較的多量の熱がパティキュレートフィルタに伝達され、パティキュレートフィルタの温度が高められることになる。
その結果、燃料供給手段がパティキュレートフィルタへ燃料を供給する時点では、前記パティキュレートフィルタの温度が比較的高くなり、該パティキュレートフィルタの酸化能力が活性した状態となる。
パティキュレートフィルタの酸化能力が活性した状態にあるときにパティキュレートフィルタへ燃料が供給されると、燃料が酸化され易く、燃料が酸化する際に発生する反応熱も多くなるため、パティキュレートフィルタが速やかに昇温する。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに所定温度以上で活性する貴金属触媒が担持されている場合は、排気昇温手段は、パティキュレートフィルタの温度が前記所定温度未満であるときに、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させ、それによってパティキュレートフィルタの温度が前記所定温度以上になると、燃料供給手段がパティキュレートフィルタへ燃料を供給するようにしてもよい。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタより
下流の排気通路に該排気通路内の排気流量を絞る排気絞り弁が設けられている場合は、排気昇温手段は、排気絞り弁の開度を絞ることにより排気の温度を上昇させるようにしてもよい。
ここで、排気絞り弁によって排気通路内の排気流量が絞られると、該排気絞り弁より上流の排気通路において排気の圧力が上昇し、その排気圧力が排気行程にある気筒のピストンの上昇動作を妨げる、いわゆる背圧として内燃機関に作用し、内燃機関の機関回転数が低下してしまう。これに対し、内燃機関は、機関回転数を所望の目標機関回転数まで上昇させるべく燃料噴射量を増加することになるため、各気筒内で燃焼される燃料量が増加し、それに応じて燃料が燃焼する際に発生する燃焼熱が増加し、以て排気の熱量も増加することになる。
従って、排気昇温手段が排気絞り弁の開度を絞ることにより、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることが可能となる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関が各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている場合は、排気昇温手段は、各気筒の膨張行程時に前記燃料噴射弁から副次的に燃料を噴射させることにより排気の温度を上昇させるようにしてもよい。
膨張行程にある気筒内に燃料が噴射されると、その燃料が混合気の燃焼途中もしくは燃焼直後の高温下に曝されて着火し、該気筒の膨張行程の終了間際まで燃焼する。この結果、各気筒の排気行程では、燃焼直後の高温の既燃ガスが排気として筒内から排出されることになり、斯くして排気の温度が高められることになる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、燃料供給手段としては、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に設けられて該排気通路内を流れる排気に燃料を添加する燃料添加装置を例示することができる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関が各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている場合は、各気筒の排気行程時に前記燃料噴射弁から副次的に燃料を噴射させることにより燃料供給手段を実現するようにしてもよい。
尚、本発明に係るパティキュレートフィルタとしては、酸素過剰雰囲気のときは酸素を取り込んで保持し、酸素濃度が低下したときは保持していた酸素を活性酸素として放出する活性酸素放出剤が担持されたパティキュレートフィルタを例示することができる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関が減速運転状態にあるとき、もしくは内燃機関が高負荷運転状態以外の運転状態にあるときに、排気の少なくとも一部がパティキュレートフィルタを迂回するよう排気の流れを切り換える排気流れ切換手段を更に備えるようにしてもよい。
これは、内燃機関が減速運転状態や高負荷運転状態以外の運転状態にあるときは、内燃機関から排出される排気の温度が低くなり易いため、そのような低温の排気がパティキュレートフィルタ内に流入すると、パティキュレートフィルタの熱が排気に奪われてしまう虞があるからである。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、排気中の微粒子を酸化する機能を有したパティキュレートフィルタを昇温させる場合に、パティキュレートフィルタに流入する排気が昇温された後に、パティキュレートフィルタへ燃料が供給されることになる。
この場合、パティキュレートフィルタは、先ず排気が持つ比較的多量の熱を受けて昇温する。これにより、パティキュレートフィルタの酸化機能が活性する。そして、パティキュレートフィルタに対して燃料が供給されると、パティキュレートフィルタの酸化機能によって燃料が酸化される。
この結果、パティキュレートフィルタは、燃料が酸化する際に発生する熱によって急速に昇温し、それに応じてパティキュレートフィルタの酸化能力が速やかに活性することになる。
従って、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの酸化能力が未活性状態にある場合に、パティキュレートフィルタの酸化能力を急速に活性させることが可能となるため、パティキュレートフィルタにおける微粒子の不要な堆積を抑制することが可能となり、以てパティキュレートフィルタの目詰まりやそれに起因した内燃機関の出力低下が防止されることになる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関が減速運転状態にあるとき、もしくは内燃機関が高負荷運転状態以外の運転状態にあるときに、排気の少なくとも一部がパティキュレートフィルタを迂回するよう排気の流れを切り換える排気流れ切換手段が設けられている場合は、パティキュレートフィルタの昇温過程で、減速運転状態や高負荷運転状態以外の運転状態にある内燃機関から排出される低温の排気がパティキュレートフィルタに流入することがなくなるため、パティキュレートフィルタの昇温が妨げられることがない。
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を
汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
上記したインタークーラ２０としては、内燃機関１を搭載した車両の走行時に発生する走行風を利用して新気が持つ熱を放熱させる空冷式インタークーラ、新気が持つ熱と所定の冷却水との間で熱交換を行うことによって新気の温度を低下させる水冷式インタークーラ等を例示することができる。
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁（スロットル弁）２１が設けられている。このスロットル弁２１には、該スロットル弁２１を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ２１ａと、前記スロットル弁２１の開度に応じた電気信号を出力するスロットルポジションセンサ２１ｂとが取り付けられている。
尚、前記スロットル用アクチュエータ２１ａとしては、例えば、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じてスロットル弁２１を開閉駆動する電気式のアクチュエータや、スロットル弁２１に連動して変位するダイヤフラムを内蔵し、印加される負圧の大きさに応じてダイヤフラムを変位させることによりスロットル弁２１を開閉駆動する負圧式のアクチュエータ等を例示することができる。
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないエアクリーナによって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
コンプレッサハウジング１９ａに流入した新気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ２０にて冷却される。
インタークーラ２０によって冷却された新気は、必要に応じてスロットル弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
具体的には、アクチュエータ２７ｂは、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧未満の圧力が印加されているときは弁体２７ａを閉弁位置に保持し、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧以上の圧力が印加されたときは弁体２７ａを開弁駆動する。
つまり、アクチュエータ２７ｂは、遠心過給機１９による吸気の過給圧が所定圧以上に達すると、弁体２７ａを開弁させてタービンバイパス通路２６を導通状態とし、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量を減少させ、以て過給圧が前記した所定圧を越えないようにする。
前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に煤等の微粒子からなる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。尚、以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
前記上流側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れる排気中に燃料を添加する燃料添加ノズル３８が取り付けられている。この燃料添加ノズル３８は、図示しない燃料配管を介して燃料ポンプ９と接続され、燃料ポンプ９から吐出された燃料の一部が該燃料添加ノズル３８に供給されるようになっている。尚、燃料添加ノズル３８は、燃料噴射弁３と同様に、駆動電流が印加されたときに開弁して燃料を噴射するノズルである。
前記下流側排気管２５ｂにおいて排気浄化機構２９の直下流に位置する部位には、該下流側排気管２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３が取り付けられている。
前記排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り付けられている。前記排気絞り用アクチュエータ３４は、電磁力もしくは負圧等を利用して前記排気絞り弁３３を開閉駆動するアクチュエータである。
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記タービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサホイールは、前記タービンホイールから伝達された回転エネルギによって新気を圧縮する。
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加され、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動することになる。
ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
前記タービンハウジング１９ｂから上流側排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、上流側排気管２５ａから排気浄化機構２９へ流入する。排気浄化機構２９に流入した排気は、該排気に含まれる煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中に放出される。
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲ
ガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれている。このため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することがない。
次に、前述した排気浄化機構２９の具体的な構成について述べる。
排気浄化機構２９は、図２及び図３に示すように、煤などの微粒子を酸化する機能を有するパティキュレートフィルタ２２が装填されたケーシング２３を備えている。このケーシング２３には、上流側排気管２５ａから分岐してパティキュレートフィルタ２２の一側の面に臨む第１の排気通路７６と、上流側排気管２５ａから分岐してパティキュレートフィルタ２２の他側の面に臨む第２の排気通路７７とが形成されるとともに、前記パティキュレートフィルタ２２の温度に対応した電気信号を出力するフィルタ温度センサ３９が取り付けられている。
続いて、排気浄化機構２９は、上流側排気管２５ａから第１及び第２の排気通路７６、
７７へ分岐する部位から前記パティキュレートフィルタ２２を経由せずに下流側排気管２５ｂへ排気を導くフィルタバイパス通路７３を備えている。
第１の排気通路７６と第２の排気通路７７とフィルタバイパス通路７３との分岐点には、排気切換弁７１が設けられている。
前記排気切換弁７１は、負圧式アクチュエータやステッパモータ等からなる排気切換用アクチュエータ７２によって駆動される弁体７１ａを備え、第１の排気通路７６を選択してパティキュレートフィルタ２２の一側から他側へ向かう排気の流れ（順流）と、第２の排気通路７７を選択してパティキュレートフィルタ２２の他側から一側へ向かう排気の流れ（逆流）と、フィルタバイパス通路７３を選択してパティキュレートフィルタを迂回する排気の流れ（バイパス流）とを切換え可能になっている。このように排気切換弁７１とフィルタバイパス通路７３とは、本発明に係る排気流れ切換手段を実現する。
ここで、パティキュレートフィルタ２２を収容するケーシング２３は、図３に示すように、フィルタバイパス通路７３の真上に位置するよう配置され、ケーシング２３の両側に上流側排気管２５ａから分岐した第１の排気通路７６と第２の排気通路７７が接続される形となっている。ケーシング２３内のパティキュレートフィルタ２２は、排気の通過方向を長さ方向と仮定した場合に、長さ方向に直交する幅方向の長さが長さ方向の長さより長くなるよう形成されている。このような構成によれば、排気浄化機構２９を車両へ搭載する際に必要となるスペースを小さくすることができる。
上記した排気浄化機構２９では、排気切換弁７１の弁体７１ａが図２の破線で示す順流位置にあるときは、上流側排気管２５ａと第１の排気通路７６とが導通するとともに、第２の排気通路７７とフィルタバイパス通路７３とが導通することになるため、排気は、上流側排気管２５ａ→第１の排気通路７６→パティキュレートフィルタ２２→第２の排気通路７７→フィルタバイパス通路７３→下流側排気管２５ｂの順に流れる。
排気浄化機構２９では、排気切換弁７１の弁体７１ａが図２の実線で示す逆流位置にあるときは、上流側排気管２５ａと第２の排気通路７７とが導通するとともに、第１の排気通路７６とフィルタバイパス通路７３とが導通することになるため、排気は、上流側排気管２５ａ→第２の排気通路７７→パティキュレートフィルタ２２→第１の排気通路７６→フィルタバイパス通路７３→下流側排気管２５ｂの順に流れる。
排気浄化機構２９では、排気切換弁７１の弁体７１ａが図４に示すように上流側排気管２５ａの軸線と平行となる中立位置にあるときは、上流側排気管２５ａが直接フィルタバイパス通路７３と導通するため、排気の流れは、上流側排気管２５ａからパティキュレートフィルタ２２を経由せずにフィルタバイパス通路７３へ流れるバイパス流となる。以下、弁体７１ａの中立位置をバイパス流位置と称する。
排気切換弁７１の弁体７１ａの位置が順流位置と逆流位置とに交互に切り換えられた場合は、排気浄化機構２９における排気の流れが順流と逆流とを交互に繰り返すことになり、煤などの微粒子がパティキュレートフィルタ２２の基材内を活発に動き回ることになるため、微粒子の酸化が促進され、以て微粒子の浄化が効率よく行われることになる。
図５（Ａ）は、パティキュレートフィルタ２２に一方向からのみ排気を流す場合のイメージを示した図であり、微粒子は、パティキュレートフィルタ２２の一方の面にのみ蓄積して殆ど動き回ることが無く、排気抵抗を増大させる原因となるだけでなく、微粒子の浄化を妨げることになる。
図５（Ｂ）は、パティキュレートフィルタ２２に双方向から排気を流す場合のイメージ
を示した図であり、微粒子は、パティキュレートフィルタ２２の両面で順流方向と逆流方向に撹乱されるので、パティキュレートフィルタ２２の両面で、あるいは、パティキュレートフィルタ２２の基材内部で動き回ることになる。その結果、パティキュレートフィルタ２２の略全域の活性点で微粒子が酸化されるようになるため、微粒子の蓄積が抑制され、排気抵抗の増加を避けることができる。
ここで、本実施の形態に係るパティキュレートフィルタ２２の具体的な構造について述べる。
図６は、パティキュレートフィルタ２２の構造を示す図であり、図６の（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、パティキュレートフィルタ２２は、一側の端部が栓５２により閉塞された第１排気流路５０と、他側の端部が栓５３により閉塞された第２排気流路５１とが隔壁５４を介して交互に且つハニカム状に配置された、多孔質の基材からなるウォールフロー型のフィルタである。尚、パティキュレートフィルタ２２の基材としては、コージェライト等を例示することができる。
このように構成されたパティキュレートフィルタ２２では、排気の流れが順流である場合は、第１排気流路５０内に流入した排気が図６（Ｂ）中の矢印で示すように周囲の隔壁５４の細孔を通って隣接する第２排気流路５１内へ流れることになる。
尚、本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の表面上、及び隔壁５４の細孔の内壁面に、アルミナ等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活性酸素放出剤とが担持されている。
前記した貴金属触媒は、微粒子を酸化する能力を有する物質であり、そのような貴金属触媒としては、白金Ｐｔを例示することができる。
前記活性酸素放出剤は、活性酸素を放出して貴金属触媒による微粒子の酸化を促進するものであり、好ましくは、該活性酸素放出剤の周囲が酸素過剰雰囲気のときは酸素を取り込んで保持するとともに、該活性酸素放出剤の周囲の酸素濃度が低下したときは保持していた酸素を活性酸素の形で放出するものである。
前記したような活性酸素放出剤としては、例えば、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から構成されるものを例示することができる。
但し、パティキュレートフィルタ２２に用いられる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等から構成されたものが好ましい。
これは、排気中にカルシウムＣａが含まれている場合に、カルシウムＣａがパティキュレートフィルタ２２上で硫黄酸化物と反応して硫酸カルシウムＣａＳＯ4のような熱分解
されにくい物質を生成するのを防止し、硫酸カルシウムＣａＳＯ4に起因したパティキュ
レートフィルタ２２の目詰まりを防止するためである。
ここで、アルミナからなる担体上に白金ＰｔとカリウムＫとが担持されたパティキュレ
ートフィルタ２２を例に挙げて、排気浄化機構２９の微粒子浄化メカニズムについて説明する。尚、以下で述べる活性酸素放出剤の機能は、カリウムＫ以外のアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、或いは遷移金属を用いても同様となる。
本実施の形態に係る内燃機関１のような圧縮着火式の内燃機関では、大部分の運転領域において空気過剰状態の混合気が燃焼されるため、内燃機関１から排出される排気は比較的多量の酸素を含有していることになる。また、混合気が燃焼する際には、ＮＯやＳＯ2
が発生するため、内燃機関１から排出される排気にはＮＯ及びＳＯ2も含有されることに
なる。この結果、パティキュレートフィルタ２２には、過剰酸素、ＮＯ、及びＳＯ2を含
有した排気が流入することになる。
図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、パティキュレートフィルタ２２における排気接触面の拡大図を模式的に表した図である。
パティキュレートフィルタ２２に排気が流入すると、図７（Ａ）に示すように、排気中の酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形で白金Ｐｔ６０の表面に付着する。排気中のＮＯは、白金
Ｐｔ６０の表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応してＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
続いて、ＮＯ2の一部は、白金Ｐｔ６０の表面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と結合しながら硝酸イオンＮＯ3 -の形で活性酸素放出剤６１内に拡散する。その際、一部の硝酸イオンＮＯ3 -が硝酸カリウムＫＮＯ3を形成する。
また、排気中に含まれている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、酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形で白金Ｐｔ６０の表面に付着し
ているため、排気中のＳＯ2が白金Ｐｔ６０の表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応してＳＯ3を形成する。
続いて、ＳＯ3の一部は、白金Ｐｔ６０の表面上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤６
１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６
１内に拡散する。その際、一部の硫酸イオンＳＯ4 2-が硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を形成する
。
このようにして活性酸素放出剤６１内には硝酸カリウムＫＮＯ3 および硫酸カリウムＫ2ＳＯ4 が形成されることになる。
一方、内燃機関１において混合気が燃焼する際には、主にカーボンＣからなる微粒子が生成されるため、内燃機関１から排出される排気には微粒子が含まれていることになる。
上記したような微粒子を含有した排気がパティキュレートフィルタ２２に流入すると、図７（Ｂ）に示すように、排気中の微粒子６２が担体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に衝突して付着する。
このように微粒子６２が活性酸素放出剤６１の表面上に付着すると、活性酸素放出剤６１と微粒子６２との接触面において酸素濃度が低下するため、活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２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内に形成されていた硝酸カリウム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。活性酸素放出剤６１から放出された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。
その際、活性酸素放出剤６１内に形成されていた硫酸カリウム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との接触面に向かうことによってＳＯ2
が活性酸素放出剤６１から外部へ放出される。活性酸素放出剤６１から放出された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、安定しているために硝酸カリウムＫＮＯ3に比して活性酸素
を放出しづらい。
一方、活性酸素放出剤６１内において微粒子６２との接触面へ移動する酸素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ため
、化学反応を起こしやすい状態、つまり活性状態にある。このような活性酸素が微粒子６２と接触すると、微粒子６２は、短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられて完全に消滅する。
ここで、図１に戻り、上記したように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されてい
る。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
ＥＣＵ３５には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、スロットルポジションセンサ２１ｂ、フィルタ温度センサ３９に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３７が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、スロットル用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、燃料添加ノズル３８、排気切換用アクチュエータ７２、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能になっている。
ここで、ＥＣＵ３５は、図８に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、スロットルポジションセンサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、フィルタ温度センサ３９等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、スロットル用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、燃料添加ノズル３８、排気切換用アクチュエータ７２、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、燃料ポンプ９を制御するための燃料ポンプ制御ルーチン、スロットル弁２１を制御するためのスロットル制御ルーチン、排気絞り弁３３を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁１
０１を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、開閉弁１０７を制御するためのＥＧＲ冷却制御ルーチン、排気浄化機構２９を制御するための排気浄化制御ルーチン等の各種アプリケーションプログラムを記憶している。
前記ＲＯＭ４２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射終了時期との関係を示す燃料噴射終了時期制御マップ、内燃機関１の運転状態とコモンレール７内の目標圧力との関係を示すコモンレール圧制御マップ、コモンレール７内の目標圧力と燃料ポンプ９の吐出量（燃料ポンプ９の駆動電流量）との関係を示す燃料吐出圧力制御マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁２１の目標開度との関係を示すスロットル開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁３３の目標開度との関係を示す排気絞り開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁１０１の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲクーラ１０３の作動時期（言い換えれば、開閉弁１０７の開弁時期）との関係を示すクーラ作動時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気切換弁７１の弁体の位置との関係を示す排気切換弁開度制御マップ等である。
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、燃料ポンプ制御、スロットル制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＥＧＲ冷却制御を実行するとともに、本発明の要旨となる排気浄化制御を実行する。
例えば、燃料噴射制御では、ＣＰＵ４１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定する。
先ず、燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３に記憶されている機関回転数とアクセルポジションセンサ３７の出力信号（アクセル開度）とを読み出し、それらアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして内燃機関１に対して要求されるトルクを算出する。
その際、アクセル開度と機関回転数と要求トルクとの関係を予め実験的に求め、それらアクセル開度と機関回転数と要求トルクとの関係をマップとしてＲＯＭ４２に記憶しておくようにしてもよい。
続いて、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２の燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記要求トルクに対応した基本燃料燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出する。ＣＰＵ４１は、水温センサ５の出力信号値、エアフローメータ１７の出力信号値、あるいは吸気温度センサ１８の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
次に、燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２の燃料噴射終了時期制御マップへアクセスし、要求トルクに対応した燃料噴射終了時期を算出する。ＣＰＵ４１は、燃料噴射終了時期から燃料噴射時間を減算して、燃料噴射開始時期を算出する。ＣＰＵ４１は、水温センサ５の出力信号値、エアフローメータ１７の出力信号値、あるいは
吸気温度センサ１８の出力信号値をパラメータとして前記燃料噴射開始時期を補正し、最終的な燃料噴射開始時期を決定する。
燃料噴射開始時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ４１は、燃料噴射開始時期とクランクポジションセンサ４の出力信号とを比較し、クランクポジションセンサ４の出力信号が燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ４１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
尚、燃料噴射制御では、内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態にある場合には、ＣＰＵ４１は、水温センサ５の出力信号値や、車室内用空調装置のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、ＣＰＵ４１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御する。
また、燃料ポンプ制御では、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２のコモンレール圧制御マップヘアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標圧力を算出する。続いて、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２の燃料吐出圧力制御マップへアクセスし、前記目標圧力に対応した燃料ポンプ９の吐出量（燃料ポンプ９の駆動電流量）を算出し、算出された駆動電流を前記燃料ポンプ９に印加する。
その際、ＣＰＵ４１は、コモンレール７に取り付けられた燃料圧センサ１３の出力信号値（コモンレール７内の実際の燃料圧力）と前記目標圧力との差分に基づいて前記燃料ポンプ９に印加すべき駆動電流値をフィードバック制御する。
また、スロットル制御では、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２のスロットル開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標スロットル開度を算出する。ＣＰＵ４１は、前記目標スロットル開度に対応した量の駆動電流をスロットル用アクチュエータ２１ａに印加する。
更に、ＣＰＵ４１は、スロットルポジションセンサ２１ｂの出力信号値（実際のスロットル開度）と前記目標スロットル開度との差分に基づいて前記スロットル用アクチュエータ２１ａに印加すべき駆動電流量をフィードバック制御する。
また、排気絞り制御では、ＣＰＵ４１は、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに、排気絞り弁３３を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ３４を制御する。この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３に記憶されている機関回転数、水温センサ５の出力信号（冷却水温度）、アクセルポジションセンサ３７の出力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ弁１０１を全閉状態に保持すべく制御する。
一方、ＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２のＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数とアクセル開度とに対応した目標ＥＧＲ開度を算出する。ＣＰＵ４１は、前記目標ＥＧＲ開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁１０１に印加する。
その際、ＣＰＵ４１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁１０１の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行う。
ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ４１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３に記憶されたエアフローメータ１７の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ弁１０１を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路１００から吸気枝管１４へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ弁１０１を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路１００から吸気枝管１４へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
尚、ＥＧＲガス量を増加させる必要がある場合に、既にＥＧＲ弁１０１が全開状態にあると、ＣＰＵ４１は、スロットル弁２１を所定開度閉弁させるべくスロットル用アクチュエータ２１ａを制御する。この場合、スロットル弁２１より下流に位置する吸気枝管１４では吸気管負圧の負圧度合が高くなるため、ＥＧＲ通路１００から吸気枝管１４へ吸入されるＥＧＲガス量が増加することになる。
前記した所定量は、予め決定されている固定値であってもよく、あるいは、実際の吸入空気量と目標吸入空気量との偏差に応じて変更される可変値であってもよい。
また、ＥＧＲ冷却制御は、ＥＧＲ制御が実行状態にあるときに実行される制御である。このＥＧＲ冷却制御では、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ冷却条件が成立しているときに、開閉弁１０７を開弁させてラジエター１０６で冷却された冷却水の一部をＥＧＲクーラ１０３に循環させ、以てＥＧＲ通路１００を流れるＥＧＲガスを冷却する。
上記したＥＧＲ冷却条件としては、水温センサ５の出力信号値（冷却水温度）が所定温度以上である、機関回転数が所定回転数以上である、アクセル開度が所定開度以上である等の条件を例示することができる。
また、排気浄化制御では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２２の微粒子除去機能を効率的に利用すべく排気切換用アクチュエータ７２を制御することになる。
パティキュレートフィルタ２２に担持された貴金属触媒および活性酸素放出剤は、パティキュレートフィルタ２２の雰囲気温度が高くなるほど活性するため、単位時間当りに活性酸素放出剤が放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ２２の雰囲気温度が高くなるほど増大する。これに伴い、パティキュレートフィルタ２２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も、パティキュレートフィルタ２２の雰囲気温度が高くなるほど増大することになる。
図９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とパティキュレートフィルタ２２の床温ＴＦとの関係を示す図である。単位時間当りに内燃機関１から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと仮定すると、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、即ち図９の領域Ｉでは内燃機関１から排出された微粒子の全てがパティキュレートフィルタ２２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になる。
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９の領域IIでは、内燃機関１から排出された微粒子の全てをパティキュレートフィルタ２２で酸化除去するには、活性酸素の量が不足してしまうことになる。
パティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子の量に対して活性酸素量が不足している場合は、図１０の（Ａ）に示すように、微粒子６２が活性酸素放出剤６１上に付着すると、微粒子６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果、図１０（Ｂ）に示すように、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われるようになる。
担体層の表面を覆う残留微粒子部分６３は、次第に酸化されにくいカーボン質に変質するため、そのままパティキュレートフィルタ２２に残留し易くなる。また、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われると、白金ＰｔによるＮＯ、ＳＯ2 の酸化作用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。
この結果、図１０の（Ｃ）に示すように、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し、その結果、微粒子が積層状に堆積することになる。担体層の表面に微粒子が積層状に堆積すると、それらの微粒子は、白金Ｐｔや活性酸素放出剤と距離を隔てられることになるため、たとえ酸化されやすい微粒子であっても、もはや活性酸素Ｏによって酸化されることがなく、斯くしてこの微粒子の上に更に別の微粒子が堆積していくことになる。
そこで、本実施の形態における排気浄化制御では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２２に堆積した微粒子を除去又はパティキュレートフィルタ２２における微粒子の堆積を防止すべく、排気浄化機構２９の排気切換用アクチュエータ７２を制御することになる。
具体的には、ＣＰＵ４１は、排気切換弁７１の弁体７１ａの位置が順流位置と逆流位置とに交互に切り換わるよう排気切換用アクチュエータ７２を制御する。
排気切換用アクチュエータ７２がパティキュレートフィルタ２２に対する排気の流れを逆転（順流から逆流もしくは逆流から順流へ逆転）させるべく排気切換弁７１を駆動した場合は、パティキュレートフィルタ２２の上流側と下流側とが逆転し、切り換え前にパティキュレートフィルタ２２の下流側であった部分の活性酸素放出剤が微粒子の付着によって活性酸素Ｏを放出し、その活性酸素Ｏにより微粒子が酸化除去される。更に、活性酸素放出剤から放出された活性酸素Ｏの一部は、排気とともにパティキュレートフィルタ２２
の下流側へ移動し、ここに堆積する微粒子を酸化除去する。
更に、排気切換用アクチュエータ７２がパティキュレートフィルタ２２に対する排気の流れを逆転させるべく排気切換弁７１を駆動すると、微粒子がパティキュレートフィルタ２２の両面で順流方向と逆流方向に撹乱され、パティキュレートフィルタ２２の両面、若しくは基材内部で動き回り、パティキュレートフィルタ２２の略全域の活性点で酸化されることになる。
従って、パティキュレートフィルタ２２に微粒子が堆積し始めている時期に、排気切換弁７１によって排気の流れが逆転されると、パティキュレートフィルタ２２から微粒子を完全に酸化除去することができ、微粒子の堆積に起因したパティキュレートフィルタ２２の目詰まりを防止することが可能となる。
尚、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積した場合には、ＣＰＵ４１は、排気の空燃比を一時的にリッチにすることにより、活性酸素放出剤の周囲の酸素濃度を低下させて、パティキュレートフィルタ２２の略全域の活性酸素放出剤から一斉に活性酸素Ｏを放出させるようにしてもよい。
ところで、パティキュレートフィルタ２２に担持されている白金Ｐｔ及びカリウムＫからなる貴金属触媒及び活性酸素放出剤は、所定温度以上で活性して微粒子を酸化除去可能となるため、それら貴金属物質及び活性酸素放出剤の温度が所定温度未満であるときは、排気中に含まれる微粒子を十分に酸化除去することが困難となる。
例えば、パティキュレートフィルタ２２において単位時間あ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は、前述した図９の説明で述べたようにパティキュレートフィルタ２２の温度（ＴＦ）が高くなるほど増加するが、パティキュレートフィルタ２２の温度（ＴＦ）が所定温度（例えば、１５０℃）より低いときは略零となる。
このようにパティキュレートフィルタ２２の酸化除去可能微粒子量が略零になると、排気切換弁７１によってパティキュレートフィルタ２２に流入する排気の流れを逆転させても、活性酸素による微粒子の酸化作用が得られず、担体層上に微粒子が積層状に堆積してしまうことが想定される。
従って、パティキュレートフィルタ２２の温度が前記所定温度未満である場合には、該パティキュレートフィルタ２２を速やかに所定温度以上まで昇温させる必要がある。
これに対し、パティキュレートフィルタ２２の温度が所定温度未満である場合にパティキュレートフィルタ２２へ未燃の燃料成分を供給することにより、貴金属触媒の酸化能力を利用して未燃燃料成分を酸化させ、その際に発生する反応熱でパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させることが考えられる。
しかしながら、パティキュレートフィルタ２２へ未燃燃料成分が供給された際に、貴金属触媒が未活性状態にあると、未燃燃料成分が十分に酸化せず、パティキュレートフィルタ２２の温度上昇が緩慢になる虞がある。
そこで、本実施の形態では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２２の温度が所定温度未満であり、且つ、パティキュレートフィルタ２２の貴金属触媒が未活性状態にあるときには、貴金属触媒を速やかに活性させた上でパティキュレートフィルタ２２へ未燃燃料成分を供給し、以てパティキュレートフィルタ２２の温度を速やかに所定温度以上まで昇温させるパティキュレートフィルタ昇温制御を実行するようにした。
以下、本実施の形態に係るパティキュレートフィルタ昇温制御について具体的に述べる。
パティキュレートフィルタ昇温制御では、ＣＰＵ４１は、図１１に示すようなパティキュレートフィルタ昇温制御ルーチンを実行することになる。このパティキュレートフィルタ昇温制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであり、所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する度）にＣＰＵ４１によって繰り返し実行されるルーチンである。
パティキュレートフィルタ昇温制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ず、Ｓ１１０１において、ＲＡＭ４３に記憶されているフィルタ温度センサ３９の出力信号値（パティキュレートフィルタ２２の床温）を入力する。
Ｓ１１０２では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ１１０１で入力したフィルタ温度が所定の温度：Ｔ1より高いか否かを判別する。前記した所定温度：Ｔ1は、パティキュレートフィルタ２２に担持された貴金属触媒（この場合、白金Ｐｔ）が活性する温度である。
前記Ｓ１１０２において前記フィルタ温度が所定温度：Ｔ1より高いと判定した場合は
、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０３へ進む。
Ｓ１１０３では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ１１０１で入力したフィルタ温度が所定温度：Ｔ2より高いか否かを判別する。前記した所定温度：Ｔ2は、活性酸素放出剤の活性温度、又は、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２２で酸化除去可能な微粒子量（酸化除去可能微粒子量Ｇ）が単位時間当りに内燃機関１から排出される微粒子の量（排出微粒子量Ｍ）と略等しくなる温度である。
前記Ｓ１１０３において前記フィルタ温度が所定温度：Ｔ2より高いと判定した場合は
、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２２の貴金属触媒及び活性酸素放出剤が既に活性状態にあるとみなし、Ｓ１１０４へ進む。
Ｓ１１０４では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２２の床温を高めるべく燃料添加制御が実行状態にあるか否かを判別する。
前記Ｓ１１０４において燃料添加制御が実行状態にないと判定した場合は、ＣＰＵ４１は、燃料添加制御の実行が既に終了されているとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
前記Ｓ１１０４において燃料添加制御が実行状態にあると判定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０５へ進み、燃料添加ノズル３８に対する駆動電流の印加を停止して燃料添加制御の実行を終了し、本ルーチンの実行を終了する。
一方、前記したＳ１１０２においてパティキュレートフィルタ２２の温度が所定温度：Ｔ1以下であると判定した場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２２の貴金
属触媒及び活性酸素放出剤が未活性状態にあるとみなして、Ｓ１１０６へ進む。
Ｓ１１０６では、ＣＰＵ４１は、排気絞り弁３３の開度を所定開度絞るべく排気絞り用アクチュエータ３４を制御する。
この場合、排気絞り弁３３の開度が絞られることにより、下流側排気管２５ｂにおいて排気絞り弁３３を通過する排気の流量が絞られるため、排気絞り弁３３より上流の排気通路（排気浄化機構２９、上流側排気管２５ａ、排気枝管２４を含む排気通路）内の排気圧力が上昇する。
このようにして高められた排気圧力は、内燃機関１において排気行程にある気筒２の図示しないピストンの上昇動作を妨げる、いわゆる背圧として内燃機関１に作用し、内燃機関１の機関回転数が低下する。これに対し、ＣＰＵ４１は、別途の燃料噴射制御において機関回転数を目標回転数と一致させるべく燃料噴射量を増量補正する。
この結果、内燃機関１の各気筒内で燃焼される燃料量が増加し、それに応じて燃料が燃焼する際に発生する燃焼熱が増加し、以て排気の熱量が増加することになる。
ここで図１１のパティキュレートフィルタ昇温制御ルーチンに戻り、ＣＰＵ４１は、前記したＳ１１０６の処理を実行した後にＳ１１０７へ進み、内燃機関１の運転状態が減速運転状態にあるか否かを判別する。
内燃機関１の運転状態が減速運転状態にあるか否かを判別する方法としては、アクセル開度が零であり且つ車速が零ではない、又は、車速が零ではなく且つブレーキペダルの操作量が零ではない等の条件が成立しているときに内燃機関１の運転状態が減速運転状態にあると判定する方法を例示することができる。
前記Ｓ１１０７において内燃機関１の運転状態が減速運転状態にないと判定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０８へ進み、排気切換弁７１の弁体７１ａを順流位置又は逆流位置へ駆動すべく排気切換用アクチュエータ７２を制御して、排気の流れがパティキュレートフィルタ２２を経由する流れとなるようにする。
この場合、内燃機関１から排出された高温の排気がパティキュレートフィルタ２２に流入することになり、該排気が持つ比較的多量の熱がパティキュレートフィルタ２２へ伝達され、パティキュレートフィルタ２２の温度が上昇する。
尚、前記したＳ１１０７において内燃機関１の運転状態が減速運転状態にあると判定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０９へ進み、排気切換弁７１の弁体７１ａをバイパス流位置へ駆動させるべく排気切換用アクチュエータ７２を制御する。
この場合、内燃機関１から排出された排気はパティキュレートフィルタ２２を迂回して流れることになる。これは、内燃機関１が減速運転状態にあるときは、燃料噴射が禁止されて各気筒２で燃焼が行われなくなるため、内燃機関１からは極低温の排気が排出され、そのような極低温の排気がパティキュレートフィルタ２２に流入すると、パティキュレートフィルタ２２の温度が上昇しないばかりか却って低下してしまう虞があるからである。
尚、内燃機関１の運転状態が加速運転状態以外の運転状態にあるときも排気の温度が低くなり易いため、内燃機関１の運転状態が減速運転状態にあるときに加え、内燃機関１の運転状態が加速運転状態以外の運転状態にあるときも、排気がパティキュレートフィルタ２２を迂回して流れるように排気切換用アクチュエータ７２を制御するようにしてもよい。
ＣＰＵ４１は、上記したＳ１１０８又はＳ１１０９の処理を実行し終えると、本ルーチンの実行を一旦終了し、その所定時間経過後に本ルーチンを再度実行することになる。
ＣＰＵ４１が本ルーチンを再度実行した際に、パティキュレートフィルタ２２の温度が未だ所定温度：Ｔ1以下であれば、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０２においてフィルタ温度が所
定温度：Ｔ1以下であると判定して、Ｓ１１０６〜Ｓ１１０９の排気絞り制御を継続して
実行することになる。
Ｓ１１０６〜Ｓ１１０９の排気絞り制御が継続して実行されることにより、パティキュレートフィルタ２２の温度が所定温度：Ｔ1より高く且つ所定温度：Ｔ2以下の温度域まで上昇すると、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０２においてフィルタ温度が所定温度：Ｔ1より高い
と判定し、続いてＳ１１０３においてフィルタ温度が所定温度：Ｔ2以下であると判定し
、Ｓ１１１０へ進むことになる。
Ｓ１１１０では、ＣＰＵ４１は、排気絞り制御が実行状態にあるか否かを判別する。このＳ１１１０において排気絞り制御が実行状態にあると判定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１１１へ進み、排気絞り弁３３の開度を通常の開度へ戻すべく排気絞り用アクチュエータ３４を制御する。
前記Ｓ１１１０において排気絞り制御が実行状態にないと判定した場合、若しくは前記Ｓ１１１１の処理を実行し終えた場合に、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１１２へ進み、内燃機関１の運転状態が減速運転状態にあるか否かを判別する。
前記Ｓ１１１２において内燃機関１の運転状態が減速運転状態にないと判定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１１３へ進み、排気切換弁７１の弁体７１ａを順流位置又は逆流位置へ駆動すべく排気切換用アクチュエータ７２を制御して、排気の流れがパティキュレートフィルタ２２を経由する流れとなるようにする。
続いて、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１１４へ進み、燃料添加ノズル３８に駆動電流を印加して燃料添加制御の実行を開始する。
この場合、燃料添加ノズル３８は、パティキュレートフィルタ２２より上流の上流側排気管２５ａ内を流れる排気、言い換えれば、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気中へ燃料を噴射することになる。
燃料添加ノズル３８から噴射された燃料は、上流側排気管２５ａ内を流れる排気とともにパティキュレートフィルタ２２へ流入する。その際、パティキュレートフィルタ２２の貴金属触媒が既に活性状態にあるため、排気中に含まれる燃料が貴金属触媒によって酸化される。
この結果、燃料が酸化される際に発生する比較的多量の熱によってパティキュレートフィルタ２２が急速に昇温することになる。
ところで、前記したＳ１１１２において内燃機関１の運転状態が減速運転状態にあると判定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１１５へ進み、排気切換弁７１の弁体７１ａをバイパス流位置へ駆動すべく排気切換用アクチュエータ７２を制御して極低温の排気がパティキュレートフィルタ２２に流入するのを防止するとともに、燃料添加ノズル３８に対する駆動電流の印加を停止して燃料添加制御の実行を中断する。
ＣＰＵ４１は、上記したＳ１１１４又はＳ１１１５の処理を実行し終えると、本ルーチンの実行を一旦終了し、その所定時間経過後に本ルーチンを再度実行することになる。
ＣＰＵ４１が本ルーチンを再度実行した際に、パティキュレートフィルタ２２の温度が未だ所定温度：Ｔ2以下であれば、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０３においてフィルタ温度が所
定温度：Ｔ2以下であると判定して、Ｓ１１１０〜Ｓ１１１５の燃料添加制御を継続して
実行することになる。
Ｓ１１１０〜Ｓ１１１５の燃料添加制御が継続して実行されることにより、パティキュレートフィルタ２２の温度が所定温度：Ｔ2より高くなると、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０３
においてフィルタ温度が所定温度：Ｔ2より高いと判定し、Ｓ１１０４〜Ｓ１１０５にお
いて燃料添加制御の実行を終了することになる。
上記したパティキュレートフィルタ昇温制御ルーチンをＣＰＵ４１が実行することにより本発明に係る排気昇温手段と燃料供給手段とが実現され、パティキュレートフィルタ２２の温度が所定温度未満であり、且つ、パティキュレートフィルタ２２の貴金属触媒が未活性状態にある場合には、貴金属触媒を速やかに活性させた上でパティキュレートフィルタ２２へ未燃燃料成分が供給されることになり、パティキュレートフィルタ２２を速やかに所定温度：Ｔ2より高い温度域まで昇温させることが可能となる。
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関１が冷間始動された直後のようにパティキュレートフィルタ２２の温度が極低い場合であっても、該パティキュレートフィルタ２２の温度を極短時間のうちに所望の温度域まで昇温させることが可能となるため、パティキュレートフィルタ２２の担体上に微粒子が堆積することを抑制することができ、以て微粒子の堆積に起因したパティキュレートフィルタ２２の目詰まり、及びパティキュレートフィルタ２２の目詰まりに起因した内燃機関１の出力低下を防止することが可能となる。
尚、本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２２の貴金属触媒を活性させるべく排気の温度を上昇させる方法として、排気絞り弁３３を利用する例について述べたが、膨張行程にある気筒２の燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させ、筒内で副燃料を燃焼させることにより、排気の温度を上昇させるようにしてもよい。
内燃機関１において膨張行程中の気筒２内に副次的に燃料が噴射されると、その燃料が混合気の燃焼途中もしくは燃焼直後の高温下に曝されて着火し、該気筒２の膨張行程の終了間際まで燃焼することになる。この結果、各気筒２の排気行程では、燃焼直後の高温の既燃ガスが排気として筒内から排出されることになり、斯くして排気の温度が高くなる。
従って、内燃機関１において膨張行程中の気筒２の燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させることにより、パティキュレートフィルタ２２へ高温の排気を流入させることが可能となり、パティキュレートフィルタ２２の貴金属触媒が高温の排気に曝されて速やかに活性することになる。
また、本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２２の貴金属触媒を活性させた後に、燃料添加ノズル３８からパティキュレートフィルタ２２へ燃料を供給してパティキュレートフィルタ２２の温度を昇温させる例にについて述べたが、燃料添加ノズル３８を備えていない内燃機関の場合は、パティキュレートフィルタ２２の貴金属を活性させた後に、排気行程にある気筒の燃料噴射弁３を作動させることにより、未燃の燃料成分を含む排気をパティキュレートフィルタ２２へ流入させるようにしてもよい。
実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図 排気浄化機構の構成を示す水平断面図 排気浄化機構の構成を示す側面図 排気切換弁の動作を説明する図 （Ａ）フィルタ基材に微粒子が堆積する状態を示すイメージ図 （Ｂ）排気ガスの順流／逆流による微粒子の撹乱状態を示すイメージ図 パティキュレートフィルタの構成を示す図 パティキュレートフィルタにおける微粒子の酸化作用を示す概念図 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図 パティキュレートフィルタの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 パティキュレートフィルタにおける微粒子の堆積作用を示す概念図 パティキュレートフィルタ昇温制御ルーチンを示すフローチャート図
符号の説明
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
１４・・・吸気枝管
１５・・・吸気管
１７・・・エアフローメータ
１８・・・吸気温度センサ
１９・・・遠心過給機
１９ａ・・コンプレッサハウジング
１９ｂ・・タービンハウジング
２０・・・インタークーラ
２１・・・スロットル弁（吸気絞り弁）
２２・・・パティキュレートフィルタ
２３・・・ケーシング
２４・・・排気枝管
２９・・・排気浄化機構
３３・・・排気絞り弁
３４・・・排気絞り用アクチュエータ
３８・・・燃料添加ノズル
３９・・・フィルタ温度センサ
７１・・・排気切換弁
７２・・・排気切換用アクチュエータ
７３・・・フィルタバイパス通路
７６・・・第１の排気通路
７７・・・第２の排気通路
１００・・ＥＧＲ弁

Claims (11)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を酸化させる能力を有する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昇温させるべく該パティキュレートフィルタへ燃料を供給する燃料供給手段と、
    前記燃料供給手段の作動に先がけて、前記パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させる排気昇温手段と、を備え、
    前記パティキュレートフィルタには、所定温度以上で活性する貴金属触媒と、酸素過剰雰囲気のときは酸素を取り込んで保持し、酸素濃度が低下したときは保持していた酸素を活性酸素として放出する活性酸素放出剤と、が担持され、
    前記パティキュレートフィルタの温度を昇温させる必要が生じたときに、前記パティキュレートフィルタの温度が前記所定温度未満である場合には、前記排気昇温手段が、前記パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させ、前記パティキュレートフィルタの温度が前記所定温度以上となった後に、前記燃料供給手段が、前記パティキュレートフィルタに燃料を添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記燃料供給手段は、前記パティキュレートフィルタの温度が前記所定温度以上となった後、前記パティキュレートフィルタの温度が前記活性酸素放出剤の活性温度以上となるまで、前記パティキュレートフィルタに燃料を添加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。
  3. 前記燃料供給手段は、前記パティキュレートフィルタの温度が前記所定温度以上となった後、前記パティキュレートフィルタの温度が、単位時間当たりに前記パティキュレートフィルタで酸化除去可能な微粒子量が単位時間当りに前記内燃機関から排出される微粒子の量と略等しくなる温度以上となるまで、前記パティキュレートフィルタに燃料を添加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。
  4. 前記パティキュレートフィルタより下流の排気通路に設けられ、該排気通路内の排気流量を絞る排気絞り弁を更に備え、
    前記排気昇温手段は、前記排気絞り弁の開度を絞ることにより排気の温度を上昇させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 前記内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を更に備え、
    前記排気昇温手段は、各気筒の膨張行程時に前記燃料噴射弁から副次的に燃料を噴射させることにより排気の温度を上昇させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 前記燃料供給手段は、前記パティキュレートフィルタより上流の排気通路に設けられ、前記排気通路内を流れる排気に燃料を添加する燃料添加装置であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 前記内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を更に備え、
    前記燃料供給手段は、各気筒の排気行程時に前記燃料噴射弁から副次的に燃料を噴射させることにより、前記パティキュレートフィルタへ燃料を供給することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. 前記内燃機関が減速運転状態にあるときに、排気の少なくとも一部が前記パティキュレートフィルタを迂回するよう排気の流れを切り換える排気流れ切換手段を更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  9. アクセル開度が零であり且つ車速が零ではない、又は、車速が零ではなく且つブレーキペダルの操作量が零ではない、という条件が成立しているときに前記内燃機関が減速運転状態にあると判定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  10. 前記内燃機関が高負荷運転状態以外の運転状態にあるときに、排気の少なくとも一部が前記パティキュレートフィルタを迂回するよう排気の流れを切り換える排気流れ切換手段を更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  11. 前記パティキュレートフィルタには、
    前記排気通路から分岐して前記パティキュレートフィルタの一側の面に臨む第１の排気通路と、
    前記排気通路から分岐して前記パティキュレートフィルタの他側の面に臨む第２の排気通路と、
    前記排気通路から前記第１及び第２の排気通路へ分岐する部位から前記パティキュレートフィルタを経由せずに下流側に排気を導くフィルタバイパス通路と、
    前記第１の排気通路と、前記第２の分岐通路と、前記フィルタバイパス通路との分岐点に設けられた排気切換弁と、が備えられ、
    前記第１の排気通路を選択して前記パティキュレートフィルタの一側から他側へ向かう排気の流れと、前記第２の排気通路を選択して前記パティキュレートフィルタの他側から一側へ向かう排気の流れと、前記フィルタバイパス通路を選択して前記パティキュレートフィルタを迂回する排気の流れとが、前記排気切換弁によって切換え可能であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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