JP3494121B2 - 排気ガス浄化方法および排気ガス浄化装置 - Google Patents

排気ガス浄化方法および排気ガス浄化装置

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JP3494121B2 JP2000134322A JP2000134322A JP3494121B2 JP 3494121 B2 JP3494121 B2 JP 3494121B2 JP 2000134322 A JP2000134322 A JP 2000134322A JP 2000134322 A JP2000134322 A JP 2000134322A JP 3494121 B2 JP3494121 B2 JP 3494121B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は排気ガス浄化方法お
よび排気ガス浄化装置に関する。
【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させるのは困難であり、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
れた微粒子を着火させるためには微粒子の着火温度を低
くしなければならない。
【０００３】ところで従来よりパティキュレートフィル
タ上に触媒を担持すれば微粒子の着火温度を低下できる
ことが知られており、したがって従来より微粒子の着火
温度を低下させるために触媒を担持した種々のパティキ
ュレートフィルタが公知である。例えば特公平７−１０
６２９０号公報にはパティキュレートフィルタ上に白金
族金属およびアルカリ土類金属酸化物の混合物を担持さ
せたパティキュレートフィルタが開示されている。この
パティキュレートフィルタではほぼ３５０℃から４００
℃の比較的低温でもって微粒子が着火され、次いで連続
的に燃焼せしめられる。
【０００４】ディーゼル機関では負荷が高くなれば排気
ガス温が３５０℃から４００℃に達し、したがって上述
のパティキュレートフィルタでは一見したところ機関負
荷が高くなったときに排気ガス熱によって微粒子を着火
燃焼せしめることができるように見える。しかしながら
実際には排気ガス温が３５０℃から４００℃に達しても
微粒子が着火しない場合があり、またたとえ微粒子が着
火したとしても一部の微粒子しか燃焼せず、多量の微粒
子が燃え残るという問題を生ずる。
【０００５】すなわち排気ガス中に含まれる微粒子量が
少ないときにはパティキュレートフィルタ上に付着する
微粒子量が少なく、このときには排気ガス温が３５０℃
から４００℃になるとパティキュレートフィルタ上の微
粒子は着火し、次いで連続的に燃焼せしめられる。しか
しながら排気ガス中に含まれる微粒子量が多くなるとパ
ティキュレートフィルタ上に付着した微粒子が完全に燃
焼する前にこの微粒子の上に別の微粒子が堆積し、その
結果、パティキュレートフィルタ上に微粒子が積層状に
堆積する。このようにパティキュレートフィルタ上に微
粒子が積層状に堆積すると酸素と接触しやすい一部の微
粒子は燃焼せしめられるが酸素と接触しづらい残りの微
粒子は燃焼せず、斯くして多量の微粒子が燃え残ること
になる。したがって排気ガス中に含まれる微粒子量が多
くなるとパティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が
堆積し続けることになる。
【０００６】一方、パティキュレートフィルタ上に多量
の微粒子が堆積するとこれら堆積した微粒子は次第に着
火燃焼しづらくなる。このように燃焼しづらくなるのは
恐らく堆積している間に微粒子中の炭素が燃焼しづらい
グラフィイト等に変化するからであると考えられる。事
実、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積
し続けると３５０℃から４００℃の低温では堆積した微
粒子が着火せず、堆積した微粒子を着火せしめるために
は６００℃以上の高温が必要となる。しかしながらディ
ーゼル機関では通常、排気ガス温が６００℃以上の高温
になることがなく、したがってパティキュレートフィル
タ上に多量の微粒子が堆積し続けると排気ガス熱によっ
て堆積した微粒子を着火せしめるのが困難となる。
【０００７】一方、このとき排気ガス温を６００℃以上
の高温にすることができれば堆積した微粒子は着火する
がこの場合には別の問題を生ずる。すなわちこの場合、
堆積した微粒子は着火せしめられると輝炎を発して燃焼
し、このときパティキュレートフィルタの温度は堆積し
た微粒子の燃焼が完了するまで長時間に亘って８００℃
以上に維持される。しかしながらこのようにパティキュ
レートフィルタが長時間に亘って８００℃以上の高温に
さらされるとパティキュレートフィルタが早期に劣化
し、斯くしてパティキュレートフィルタを新品と早期に
交換しなければならないという問題が生ずる。
【０００８】また堆積した微粒子が燃焼せしめられると
アッシュが凝縮して大きな塊りとなり、これらアッシュ
の塊りによってパティキュレートフィルタの細孔が目詰
まりを生ずる。目詰まりした細孔の数は時間の経過と共
に次第に増加し、斯くしてパティキュレートフィルタに
おける排気ガス流の圧損が次第に大きくなる。排気ガス
流の圧損が大きくなると機関の出力が低下し、斯くして
この点からもパティキュレートフィルタを新品と早期に
交換しなければならないという問題が生ずる。
【０００９】このように多量の微粒子が一旦積層状に堆
積してしまうと上述の如き種々の問題が生じ、したがっ
て排気ガス中に含まれる微粒子量とパティキュレートフ
ィルタ上において燃焼しうる微粒子量とのバランスを考
えて多量の微粒子が積層状に堆積しないようにする必要
がある。しかしながら上述の公報に記載されたパティキ
ュレートフィルタでは排気ガス中に含まれる微粒子量と
パティキュレートフィルタ上において燃焼しうる微粒子
量とのバランスについては何ら考えられておらず、斯く
して上述したように種々の問題を生じることになる。
【００１０】また上述の公報に記載されたパティキュレ
ートフィルタでは排気ガス温が３５０℃以下になると微
粒子は着火されず、斯くしてパティキュレートフィルタ
上に微粒子が堆積する。この場合、堆積量が少なければ
排気ガス温が３５０℃から４００℃になったときに堆積
した微粒子が燃焼せしめられるが多量の微粒子が積層状
に堆積すると排気ガス温が３５０℃から４００℃になっ
たときに堆積した微粒子が着火せず、たとえ着火したと
しても一部の微粒子は燃焼しないために燃え残りが生じ
る。
【００１１】この場合、多量の微粒子が積層状に堆積す
る前に排気ガス温を上昇させれば堆積した微粒子を燃え
残ることなく燃焼せしめることができるが上述の公報に
記載されたパティキュレートフィルタではこのようなこ
とは何ら考えておらず、斯くして多量の微粒子が積層状
に堆積した場合には排気ガス温を６００℃以上に上昇さ
せない限り、堆積した全微粒子を燃焼させることができ
ない。
【００１２】このような問題点を解決すべく排気ガス中
に含まれる微粒子量とパティキュレートフィルタ上にお
いて燃焼しうる微粒子量とのバランスを考えて多量の微
粒子が積層状に堆積しないように制御した排気ガス浄化
方法および排気ガス浄化装置が本出願人により既に出願
されている（特願２０００−４３５７１号）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記公報では
パティキュレートフィルタ上に微粒子が積層状に堆積し
ないようにパティキュレートフィルタ上で酸化除去させ
ることができる酸化除去可能微粒子量が燃焼室から排出
される排出微粒子量よりも少なくなったときには酸化除
去可能微粒子量が排出微粒子量よりも多くなるようにす
る必要がある。
【００１４】そこで本発明の目的は新規の排気ガス浄化
方法を採用し、酸化除去可能微粒子量が排出微粒子量よ
りも少なくなったときに素早く酸化除去可能微粒子量を
排出微粒子量よりも多くすることにある。
【００１５】
【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、燃焼室から排出された排気ガス中
の微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタと
して、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子
量がパティキュレートフィルタ上において単位時間当り
に輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微
粒子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパテ
ィキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することな
く酸化除去せしめられ、かつ排出微粒子量が一時的に酸
化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキュ
レートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆
積しないときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量
よりも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上
の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられる
パティキュレートフィルタを用い、酸化除去可能微粒子
量がパティキュレートフィルタを取り巻く環境における
複数の環境因子に依存しており、これら環境因子が制御
可能な機関制御パラメータに依存しており、排出微粒子
量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ
排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多く
なったとしてもその後、排出微粒子量が酸化除去可能微
粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度
以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆
積しないように排出微粒子量および機関制御パラメータ
を制御し、それによって排気ガス中の微粒子をパティキ
ュレートフィルタ上において輝炎を発することなく酸化
除去せしめるようにした排気ガス浄化方法において、酸
化除去可能微粒子量が排出微粒子量よりも少なくなった
ときに酸化除去可能微粒子量を増大させることができる
機関制御パラメータを選択し、該選択された機関制御パ
ラメータを変える。
【００１６】２番目の発明では１番目の発明において、
酸化除去可能微粒子量が排出微粒子量よりも少なくなっ
たときに酸化除去可能微粒子量を最も早く増大させるこ
とができる機関制御パラメータのみを選択する。３番目
の発明では１番目の発明において、環境因子の少なくと
も一つを変化させることができる機関制御パラメータと
環境因子との間の機関制御パラメータ−環境因子関係を
各機関制御パラメータ毎に求め、環境因子と酸化除去可
能微粒子量との間の環境因子−酸化除去可能微粒子量関
係を求め、機関制御パラメータ−環境因子関係を環境因
子−酸化除去可能微粒子量関係に適用して機関制御パラ
メータと酸化除去可能微粒子量との間の機関制御パラメ
ータ−酸化除去可能微粒子量関係を求め、機関制御パラ
メータ−酸化除去可能微粒子量関係から酸化除去可能微
粒子量を増大させることができる機関制御パラメータを
選択する。
【００１７】４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。５番目の発明では４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。
【００１８】６番目の発明では５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からなる。７番目の発明で
は６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。８番目の発明では５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。
【００１９】９番目の発明では上記目的を達成するため
に、機関排気通路内に燃焼室から排出された排気ガス中
の微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタを
配置し、このパティキュレートフィルタとして、単位時
間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキ
ュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発す
ることなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも
少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレート
フィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せ
しめられ、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微
粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィル
タ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないとき
には排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なく
なったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子が輝
炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレ
ートフィルタを用い、酸化除去可能微粒子量がパティキ
ュレートフィルタを取り巻く環境における複数の環境因
子に依存しており、これら環境因子が制御可能な機関制
御パラメータに依存しており、排出微粒子量が酸化除去
可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量
が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとして
もその後、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少
なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微
粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないよう
に排出微粒子量および機関制御パラメータを制御するた
めの制御手段を具備し、それによって排気ガス中の微粒
子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を発する
ことなく酸化除去せしめるようにした排気ガス浄化装置
において、酸化除去可能微粒子量が排出微粒子量よりも
少なくなったときに酸化除去可能微粒子量を増大させる
ことができる機関制御パラメータを選択し、制御手段が
選択された機関制御パラメータを変える。
【００２０】１０番目の発明では９番目の発明におい
て、酸化除去可能微粒子量が排出微粒子量よりも少なく
なったときに酸化除去可能微粒子量を最も早く増大させ
ることができる機関制御パラメータのみを選択する。１
１番目の発明では９番目の発明において、パティキュレ
ートフィルタが互いに平行をなして延びる複数個の排気
流通路を具備し、隣接する排気流通路の一方は上流端が
栓により閉塞されると共に隣接する排気流通路の他方は
下流端が栓により閉塞され、排気流通路の壁面および栓
の壁面上に触媒を担持させている。
【００２１】
【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
内燃機関にも適用可能である。図１を参照すると、１は
機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッ
ド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴
射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０
は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気
枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージ
タンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャー
ジャ１４のコンプレッサ１５に連結される。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びかれ、
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。
【００２２】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びかれ、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。
【００２３】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４
１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、ＥＧＲ
制御弁２５、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２４】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。
【００２５】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。言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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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、遷移金属を用いても同様な
微粒子除去作用が行われる。
【００２９】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。
【００３０】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
（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。
【００３１】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Ｋ2 ＳＯ4 を生
成する。このようにして活性酸素放出触媒６１内には硝
酸カリウムＫＮＯ3 および硫酸カリウムＫ 2 ＳＯ4 が生
成される。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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Ｋ2 ＳＯ4もカリウムＫと酸素
ＯとＳＯ2 とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸
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Ｋ2 ＳＯ4 は安定化しているので硝酸カリウムＫ
ＮＯ3 に比べて活性酸素を放出しづらい。
【００３５】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Ｋ2 ＳＯ4 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。これら活性酸素Ｏが微粒子
６２に接触すると微粒子６２はただちに輝炎を発するこ
となく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。
したがって微粒子６２はパティキュレートフィルタ２２
上に堆積することがない。
【００３６】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なう燃焼を
持続させるためにはパティキュレートフィルタ２２の温
度を高温に維持しなければならない。
【００３７】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。すなわち言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。
【００３８】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
ど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤６１が
放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ
２２の温度が高くなるほど増大する。したがってパティ
キュレートフィルタ２２上において単位時間当りに輝炎
を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量
はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど
増大する。
【００３９】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ＴPF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に接触するや否や短時間のうちにパティキュ
レートフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸
化除去せしめられる。
【００４０】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。
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６３は次第に酸
化されにくいカーボン質に変質し、斯くしてこの残留微
粒子部分６３はそのまま残留しやすくなる。また担体層
の表面が残留微粒子部分６３によって覆われると白金Ｐ
ｔによるＮＯ，ＳＯ2 の酸化作用および活性酸素放出剤
６１による活性酸素の放出作用が抑制される。その結
果、図４（Ｃ）に示されるように残留微粒子部分６３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これら微粒子は白金Ｐｔや活性酸
素放出剤６１から距離を隔てているためにたとえ酸化さ
れやすい微粒子であってももはや活性酸素Ｏによって酸
化されることがなく、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。
【００４１】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。
【００４２】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ＴPF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ＴPF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。
【００４３】そこで本発明の第１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ＴPF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ＴPFを維持する。このよ
うに排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常
時、少なければ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低下しない。
【００４４】ところが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。
【００４５】そこで本発明の第２の実施例においては排
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素早く酸化除去可能微粒子量Ｇを排
出微粒子量Ｍよりも多くする。
【００４６】次に酸化除去可能微粒子量Ｇが排出微粒子
量Ｍよりも少なくなったときに酸化除去可能微粒子量Ｇ
を排出微粒子量Ｍよりも多くするための本発明の具体的
な方法について説明する。酸化除去可能微粒子量ＧはＥ
ＧＲ率、噴射燃料量、噴射時期などの機関機関制御パラ
メータの値が変化すれば変化する。そこでこうした機関
制御パラメータの値を機関運転状態に応じて適宜変化さ
せれば酸化除去可能微粒子量Ｇを排出微粒子量Ｍよりも
多くすることができる。ところがここで重要な点は微粒
子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前
に酸化除去可能微粒子量Ｇを排出微粒子量Ｍよりも多く
することである。すなわちこのためには上述した酸化除
去可能微粒子量Ｇを変化させることができる機関制御パ
ラメータのうちで最も早く酸化除去可能微粒子量Ｇを排
出微粒子量Ｍよりも多くすることができる機関制御パラ
メータを選択し、この選択された機関制御パラメータの
値を変化させるようにすることが望ましい。
【００４７】次に最も早く酸化除去可能微粒子量Ｇを排
出微粒子量Ｍよりも多くすることができる機関制御パラ
メータ（以下、最適機関制御パラメータ）を決定するた
めの本発明の具体的な方法について説明する。上記内燃
機関において例えばＥＧＲ率を変化させたときにはもち
ろん酸化除去可能微粒子量Ｇが変化することもあるが変
化しないこともある。なぜならば酸化除去可能微粒子量
Ｇは機関制御パラメータに完全に依存するのではなく、
パティキュレートフィルタを取り巻く環境における複数
の因子（例えばパティキュレートフィルタの温度、排気
ガス中のＮＯx 濃度、排気ガス中の未燃ＨＣ濃度など、
以下、環境因子）に依存しており、ＥＧＲ率を変化させ
たときにこれら環境因子の例えば一つが酸化除去可能微
粒子量Ｇを増大させるように変化し、別の一つが酸化除
去可能微粒子量Ｇを減少させるように変化することがあ
るからである。
【００４８】このように最適機関制御パラメータを選択
することは非常に困難であるが本発明によれば以下の方
法により最適機関制御パラメータを容易に選択すること
ができる。まず初めに或る機関運転状態において各環境
因子に及ぼす影響の度合を各機関制御パラメータ毎に算
出する。もちろんこの度合（以下、環境因子変化量）は
機関運転状態毎に予め求めておいてもよい。次に環境因
子変化量に対応する酸化除去可能微粒子量Ｇ（以下、微
粒子酸化速度）の変化量（以下、微粒子酸化速度変化
量）を算出し、各機関制御パラメータの変化量に対する
微粒子酸化速度変化量を算出する。もちろんこの微粒子
酸化速度変化量は各環境因子毎に予め求めておいてもよ
い。次に各機関制御パラメータ変化量に対応する微粒子
酸化速度変化量を比較し、これら微粒子酸化速度変化量
のうちで最も大きい値に対応する機関制御パラメータを
選択する。斯くして本発明では最も早く酸化除去可能微
粒子量Ｇを排出微粒子量Ｍよりも多くすることができる
機関制御パラメータを容易に選択することができる。
【００４９】次にこの本発明の最適機関制御パラメータ
選択方法を簡単な例を用いてさらに詳細に説明する。な
お説明を簡単にするために以下の説明では機関制御パラ
メータとして種々の機関制御パラメータのうちＥＧＲ
率、噴射燃料量、燃料噴射時期の三つを採用し、パティ
キュレートフィルタを取り巻く環境因子として種々の環
境因子のうちパティキュレートフィルタ温度、排気ガス
中のＮＯx 濃度、排気ガス中の未燃炭化水素濃度の三つ
を採用する。また以下の説明では微粒子酸化速度をｄＶ
PM／ｄｔで表示し、ＥＧＲ率をＲEGR で表示し、噴射燃
料量をＱHCで表示し、燃料噴射時期をＴINJ で表示し、
パティキュレートフィルタ温度をＴPFで表示し、排気ガ
ス中のＮＯx 濃度をＤNOX で表示し、排気ガス中の未燃
炭化水素濃度をＤHCで表示する。
【００５０】まず上述した本発明の方法によれば各機関
制御パラメータ変化量と各環境因子変化量との間の関係
を求める。これによれば本例の場合には以下の三つの関
係式が得られる。 dTPF=f(dR EGR ,dQ HC,dT INJ ) …（１） dDNOX =g(dR EGR ,dQ HC,dT INJ ) …（２） dDHC=h(dR EGR ,dQ HC,dT INJ ) …（３） ここでｄＴPF、ｄＤNOX 、ｄＤHC、ｄＲEGR 、ｄＱHC、
ｄＴINJ はそれぞれＴ PF、ＤNOX 、ＤHC、ＲEGR 、
ＱHC、ＴINJ の変化量である。
【００５１】次に上述した本発明の方法によれば各環境
因子変化量と微粒子酸化速度との間の関係を求める。こ
れによれば本例の場合には以下の関係式が得られる。 dVPM/dt=F(dTPF,dD NOX ,dD HC) …（４） 斯くして求められた関係式（４）に関係式（１）〜
（３）を代入すれば以下の関係式が得られる。
【００５２】 dVPM/dt=F(f(dREGR ,dQ HC,dT INJ ),g(dR EGR,dQ HC,dT INJ ),h(dR EGR,d Q HC,dT INJ ))…（５） また機関回転数Ｎｅおよび機関トルクＴｒｑと各機関制
御パラメータとの間の関係式は次のように表すことがで
きる。 dNe=G(dTPF,dD NOX ,dD HC) …（６） dTrq=H(dT PF,dD NOX ,dD HC) …（７） ところで機関回転数Ｎｅおよび機関トルクＴｒｑは変化
量が零になるように制御する必要があるので以下の関係
式が得られる。
【００５３】G(dTPF,dD NOX ,dD HC)=0 …（８） H(dTPF,dD NOX ,dD HC)=0 …（９） これら関係式（８）、（９）を関係式（５）に代入すれ
ば以下の関係式が得られる。 dVPM/dt=F1(dR EGR )=F2(dQ HC)=F3(dT INJ ) …（１０） 斯くして求められた関係式（１０）を各機関制御パラメ
ータで微分すれば各機関制御パラメータ変化量に対応す
る微粒子酸化速度の変化量を求めることができる。こう
して求められた機関制御パラメータ毎の微粒子酸化速度
の変化量より微粒子酸化速度を最も早く増大させること
ができる機関制御パラメータの変化量を計算することが
できる。そしてこの計算された変化量だけ機関制御パラ
メータの値を変化させれば最も早く微粒子酸化速度を変
化させることができる。
【００５４】また本発明の別の方法として上記関係式
（１０）を各機関制御パラメータで微分した値が正であ
れば少なくとも当該機関制御パラメータを変化させれば
微粒子酸化速度を増大することができることに着目し、
上記関係式（１０）を各機関制御パラメータで微分した
値が正となる機関制御パラメータを全て変化させる方法
を採用してもよい。
【００５５】さらに本発明の別の方法として複数の環境
因子のうちのそれぞれ二つの環境因子と微粒子酸化速度
との関係を予め実験で求め、マップの形で記憶してお
き、これらマップを用いて変化させるべき機関制御パラ
メータを選択する方法を採用してもよい。すなわち例え
ばパティキュレートフィルタ温度ＴPFと排気ガス中のＮ
Ｏx 濃度ＤNOX と微粒子酸化速度ＲPMとの間の関係を図
６に示したようにマップの形で記憶しておく。そして例
えば機関運転状態が点Ａにあるときにはパティキュレー
トフィルタ温度ＴPFと排気ガス中のＮＯx 濃度ＤNOX と
の関係に限って言えば点Ａを点Ｂに移動させるのが最も
早く酸化除去可能微粒子量Ｇを排出微粒子量Ｍよりも多
くすることができると判断する。また機関運転状態が点
Ｃにあるときには同様にパティキュレートフィルタ温度
ＴPFと排気ガス中のＮＯx 濃度ＤNOX との関係に限って
言えば点Ｃを点Ｄに移動させるのが最も早く酸化除去可
能微粒子量Ｇを排出微粒子量Ｍよりも多くすることがで
きると判断する。
【００５６】同様にその他の環境因子の組合せと微粒子
酸化速度との間の関係をマップの形で記憶しておき、こ
れらマップに基づいて最も早く酸化除去可能微粒子量Ｇ
を排出微粒子量Ｍよりも多くすることができる環境因子
を選択する。こうして選択された環境因子を比較し、こ
れらの中で最も早く酸化除去可能微粒子量Ｇを排出微粒
子量Ｍよりも多くすることができる環境因子を選択す
る。斯くして選択された環境因子が例えば排気ガス中の
ＮＯx 濃度ＤNOX であれば当該ＮＯx 濃度を変えるべく
機関制御パラメータを変える。
【００５７】なおこの方法では選択された環境因子を変
えるべく機関制御パラメータを変えたときに別の環境因
子の変化が酸化除去可能微粒子量に与える影響を考慮し
ていない。しかしながら選択された環境因子を変えるべ
く機関制御パラメータを変えたときの別の環境因子の変
化により酸化除去可能微粒子量が少なくされる度合が小
さければこの方法は上述した別の方法に比べて早く最適
機関制御パラメータを選択することができるという利点
がある。
【００５８】さらに別の方法としては図７に示したよう
にパティキュレートフィルタ温度Ｔ PFと微粒子酸化速度
ＲPMとの間の関係を示すグラフ上に領域Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｘ
3 毎に最適機関制御パラメータを予め求めて記憶してお
き、現在のパティキュレートフィルタ温度ＴPFと微粒子
酸化速度ＲPMとの関係から最適機関制御パラメータを選
択するようにしてもよい。
【００５９】当該方法において図７の領域Ｘ1 において
考えられうる最適機関制御パラメータはパティキュレー
トフィルタ温度を上昇させることができる機関制御パラ
メータ、或いは排気ガス中のＮＯx 濃度を増大させるこ
とができる機関制御パラメータ、或いは排気ガス中の酸
素濃度を増大させることができる機関制御パラメータで
ある。また図７の領域Ｘ2 において考えられうる最適機
関制御パラメータはパティキュレートフィルタ温度を上
昇させることができる機関制御パラメータである。また
図７の領域Ｘ3 において考えられうる最適機関制御パラ
メータは排出微粒子量を少なくすることができる機関制
御パラメータ、或いは排気ガス中の酸素濃度を増大させ
ることができる機関制御パラメータである。
【００６０】なお上述した各方法において考慮しうる環
境因子としては例えばパティキュレートフィルタの温
度、排気ガス中の酸素濃度、排気ガス中の微粒子濃度、
排気ガス中のＮＯx 濃度、排気ガス中の未燃ＨＣ濃度、
排気ガス中の微粒子の性質（例えば酸化容易性など）、
単位時間当たりにパティキュレートフィルタを通過する
排気ガス量、排気ガスの圧力、微粒子を酸化することが
できるパティキュレートフィルタ壁面の面積を挙げるこ
とができる。
【００６１】また上述した各方法において考慮しうる機
関制御パラメータとしては例えば機関駆動用の噴射燃料
量、機関駆動用の燃料噴射の時期、機関駆動用の燃料噴
射圧力、機関駆動用の燃料噴射前において吸気行程に実
行される燃料噴射の有無（或いはその燃料噴射時期、或
いはその噴射燃料量）、機関駆動用の燃料噴射の直前に
実行される燃料噴射の有無（或いはその燃料噴射時期、
或いはその噴射燃料量）、機関駆動用の燃料噴射後にお
いて膨張行程または排気行程後半に実行される燃料噴射
の有無（或いはその燃料噴射時期、或いはその噴射燃料
量）、パティキュレートフィルタ上流側の排気通路へ炭
化水素を噴射するための炭化水素噴射弁を設けた場合に
おける当該炭化水素噴射弁からの炭化水素噴射量、パテ
ィキュレートフィルタ上流側の排気通路へ空気を噴射す
るための空気噴射弁を設けた場合における当該空気噴射
弁からの空気噴射量、パティキュレートフィルタ下流側
に排気絞り弁を設けた場合における当該排気絞り弁の開
度、スロットル弁の開度、排気ガスに排気タービンをバ
イパスさせるためのバイパス通路を設け、このバイパス
通路にバイパス遮断弁を配置した場合における当該バイ
パス遮断弁の開弁の有無、ＥＧＲ制御弁の開度、排気タ
ーボチャージャによる過給圧、機関燃焼形態を挙げるこ
とができる。
【００６２】なお本発明において考慮しうる機関制御パ
ラメータとしての機関燃焼形態について例を挙げる。Ｅ
ＧＲ率を増大していくとスモーク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
はスモーク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ＥＧＲ率とスモークとの関係を示す図８を参照しつ
つ説明する。なお図８において曲線ＡはＥＧＲガスを強
力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合
を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを
冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制
的に冷却していない場合を示している。
【００６３】図８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スモーク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
すればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図８
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
でスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧ
Ｒ率をほぼ６５パーセント以上にすればスモークがほと
んど発生しなくなる。また、図８の曲線Ｃで示されるよ
うにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧ
Ｒ率が５５パーセントの付近でスモークの発生量がピー
クとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント
以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
【００６４】このようにＥＧＲガス率を５５パーセント
以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガ
スの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲の
ガス温がさほど高くならず、すなわち低温燃焼が行わ
れ、その結果、炭化水素が煤まで成長しないからであ
る。この低温燃焼は空燃比にかかわらずにスモークの発
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、斯くしてスモ
ーク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、平均空燃比がリーンの
とき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が
高くなれば少量の煤が生成されるが低温燃焼下では燃焼
温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く
発生せず、ＮＯx も極めて少量しか発生しない。
【００６５】一方、この低温燃焼を行うと燃料およびそ
の周囲のガス温は低くなるが排気ガス温は上昇する。こ
のことについて図９（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明す
る。図９（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Ｔｇとクランク角との関係を示して
おり、図９（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Ｔｇとクランク角との関係を示
している。また、図９（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Ｔｆとクランク角
との関係を示しており、図９（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Ｔｆとク
ランク角との関係を示している。
【００６６】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９（Ａ）に示されるように圧縮上死点前、す
なわち圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均
ガス温Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平
均ガス温Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図
９（Ｂ）に示されるように燃料およびその周囲のガス温
Ｔｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。
【００６７】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
９（Ｂ）の実線が示されるように燃料およびその周囲の
ガス温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９（Ｂ）の破線で示されるように燃料お
よびその周囲のガス温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
ている場合の方が低くなっており、したがって図９
（Ａ）に示される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Ｔｇは低温燃焼が行われている場合の
方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９（Ａ）に示されるように燃焼が完了した
後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温燃焼が行われた場合
の方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温が高くなる。
【００６８】酸化除去可能微粒子量が排出微粒子量より
も少なくなったときにこのような低温燃焼を実行するよ
うに機関制御パラメータを変えれば高温の排気ガスによ
りパティキュレートフィルタの温度を上昇することがで
きる。また各機関制御パラメータと各環境因子との関係
を一例として列挙すると、機関駆動用の燃料噴射後にお
いて膨張行程または排気行程後半に燃料噴射が実行され
た場合、機関駆動用の燃料噴射時期が遅くされた場合、
機関駆動用の燃料噴射前において吸気行程において燃料
噴射が実行された場合、低温燃焼が実行された場合、炭
化水素噴射弁から噴射される炭化水素の量が増大せしめ
られた場合、排気絞り弁の開度が小さくされた場合、ス
ロットル弁の開度が小さくされた場合、バイパス遮断弁
を開弁せしめた場合にはパティキュレートフィルタ温度
が上昇する。
【００６９】またＥＧＲ率が小さくされた場合、機関駆
動用の燃料噴射圧が高くされた場合、機関駆動用の燃料
噴射時期が早くされた場合、機関駆動用の燃料噴射の直
前に燃料噴射が実行された場合、排気ターボチャージャ
による吸気圧が増大せしめられた場合、機関駆動用の噴
射燃料量が少なくされた場合には排気ガス中の微粒子濃
度が小さくなり、それと共に排気ガス中のＮＯx 濃度が
大きくなる。
【００７０】さらにＥＧＲ率が小さくされた場合、空気
噴射弁から噴射される空気の量が増大せしめられた場
合、排気ターボチャージャによる過給圧が増大せしめら
れた場合には排気ガス中の酸度濃度が大きくなる。とこ
ろで機関始動直後はパティキュレートフィルタ２２の温
度ＴPFは特に低く、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上述した第２の実施例
のほうが現実に合っていると考えられる。
【００７１】ところで第１の実施例または第２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ＴPF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。
【００７２】すなわち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活性酸素放出剤６
１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出され、これら一気
に放出された活性酸素Ｏにより堆積している微粒子が輝
炎を発することなく酸化除去される。またリッチ化した
ことにより金属表面の被毒が回復するのでその後の酸化
活性が向上し、微粒子の酸化を促進することになる。こ
の場合、パティキュレートフィルタ２２上において微粒
子が積層状に堆積したときに排気ガスの空燃比をリッチ
にしてもよいし、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。
【００７３】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。
【００７４】以上説明した内燃機関の運転制御ルーチン
の一例を図１０に示した。図１０を参照するとまず初め
にステップ１００において燃料室５内の平均空燃比をリ
ッチにすべきである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
１０７においてスロットル弁１７の開度が制御され、ス
テップ１０８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１０９において燃料噴射量が制御される。
【００７５】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る必要がないと判別されたと
きにはステップ１０１に進んで酸化除去可能微粒子量Ｇ
が排出微粒子量Ｍよりも小さい（Ｇ＜Ｍ）か否かが判別
される。ステップ１０１においてＧ＜Ｍであると判別さ
れたときにはステップ１０２において上記関係式（５）
に基づいて各機関制御パラメータ毎の微分値を算出し、
これら微分値を比較し、最適機関制御パラメータを選択
する。次いでステップ１０３において最適機関制御パラ
メータを変更する。
【００７６】一方、ステップ１０１においてＧ≧Ｍであ
ると判別された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１０４にお
いてスロットル弁１７の開度が制御され、ステップ１０
５においてＥＧＲ制御弁２５の開度が制御され、ステッ
プ１０６において燃料噴射量が制御される。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ＣａＳ
Ｏ4 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。
【００７７】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Ｋ2 ＳＯ4を形成し、カルシウムＣａ
はＳＯ3 と結合することなくパティキュレートフィルタ
２２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流
出する。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。
【００７８】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。
【００７９】さらに本発明はパティキュレートフィルタ
２２上流の排気通路内に酸化触媒を配置してこの酸化触
媒により排気ガス中のＮＯをＮＯ2 に変換し、このＮＯ
2 とパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子
とを反応させてこのＮＯ2 により微粒子を酸化するよう
にした排気ガス浄化装置にも適用可能である。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば酸化除去可能微粒子量が
排出微粒子量よりも少なくなったときに素早く酸化除去
可能微粒子量を排出微粒子量よりも多くすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図６】環境因子と微粒子酸化速度との間の関係を示す
マップの一例としてパティキュレートフィルタ温度ＴPF
と排気ガス中のＮＯx 濃度ＤNOX と微粒子酸化速度との
間の関係を示したマップである。
【図７】パティキュレートフィルタ温度ＴPFと微粒子酸
化速度ＶPMとの関係を示すグラフと複数の領域Ｘ1 ，Ｘ
2 ，Ｘ3 との関係を示す図である。
【図８】スモークの発生量を示す図である。
【図９】燃焼室内のガス温などを示す図である。
【図１０】内燃機関の運転を制御するためのフローチャ
ートである。
【符号の説明】
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 Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ 3/24 Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ａ 41/34 Ｅ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ 43/00 ３０１Ｈ 41/34 ３０１Ｊ 43/00 ３０１ ３０１Ｎ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ １０３Ｃ (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 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 (56)参考文献 特開 平８−338229（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−229404（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 3/08 F01N 3/24 F02D 41/04 F02D 41/34 F02D 43/00 B01D 53/86 B01D 53/94

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒
    子を除去するためのパティキュレートフィルタとして、
    単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパ
    ティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎
    を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量
    よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュ
    レートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化
    除去せしめられ、かつ上記排出微粒子量が一時的に上記
    酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキ
    ュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか
    堆積しないときには上記排出微粒子量が上記酸化除去可
    能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレート
    フィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せ
    しめられるパティキュレートフィルタを用い、上記酸化
    除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタを取り巻
    く環境における複数の環境因子に依存しており、これら
    環境因子が制御可能な機関制御パラメータに依存してお
    り、上記排出微粒子量が上記酸化除去可能微粒子量より
    も通常少なくなり、かつ上記排出微粒子量が一時的に上
    記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその
    後、上記排出微粒子量が上記酸化除去可能微粒子量より
    少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の
    微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないよ
    うに上記排出微粒子量および上記機関制御パラメータを
    制御し、それによって排気ガス中の微粒子をパティキュ
    レートフィルタ上において輝炎を発することなく酸化除
    去せしめるようにした排気ガス浄化方法において、上記
    酸化除去可能微粒子量が上記排出微粒子量よりも少なく
    なったときに酸化除去可能微粒子量を増大させることが
    できる機関制御パラメータを選択し、該選択された機関
    制御パラメータを変えるようにした排気ガス浄化方法。
  2. 【請求項２】 上記酸化除去可能微粒子量が上記排出微
    粒子量よりも少なくなったときに酸化除去可能微粒子量
    を最も早く増大させることができる機関制御パラメータ
    のみを選択するようにした請求項１に記載の排気ガス浄
    化方法。
  3. 【請求項３】 上記環境因子の少なくとも一つを変化さ
    せることができる機関制御パラメータと上記環境因子と
    の間の機関制御パラメータ−環境因子関係を各機関制御
    パラメータ毎に求め、上記環境因子と酸化除去可能微粒
    子量との間の環境因子−酸化除去可能微粒子量関係を求
    め、上記機関制御パラメータ−環境因子関係を上記環境
    因子−酸化除去可能微粒子量関係に適用して機関制御パ
    ラメータと酸化除去可能微粒子量との間の機関制御パラ
    メータ−酸化除去可能微粒子量関係を求め、該機関制御
    パラメータ−酸化除去可能微粒子量関係から酸化除去可
    能微粒子量を増大させることができる機関制御パラメー
    タを選択するようにした請求項１に記載の排気ガス浄化
    方法。
  4. 【請求項４】 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。
  5. 【請求項５】 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４に記載の排気ガス浄化方法。
  6. 【請求項６】 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からな
    る請求項５に記載の排気ガス浄化方法。
  7. 【請求項７】 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６に記載の排気ガス浄化方法。
  8. 【請求項８】 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５
    に記載の排気ガス浄化方法。
  9. 【請求項９】 機関排気通路内に燃焼室から排出された
    排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレート
    フィルタを配置し、該パティキュレートフィルタとし
    て、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量
    がパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに
    輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒
    子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティ
    キュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく
    酸化除去せしめられ、かつ上記排出微粒子量が一時的に
    上記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパテ
    ィキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下
    しか堆積しないときには上記排出微粒子量が上記酸化除
    去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレ
    ートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除
    去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、上記
    酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタを取
    り巻く環境における複数の環境因子に依存しており、こ
    れら環境因子が制御可能な機関制御パラメータに依存し
    ており、上記排出微粒子量が上記酸化除去可能微粒子量
    よりも通常少なくなり、かつ上記排出微粒子量が一時的
    に上記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもそ
    の後、上記排出微粒子量が上記酸化除去可能微粒子量よ
    り少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量
    の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しない
    ように上記排出微粒子量および上記機関制御パラメータ
    を制御するための制御手段を具備し、それによって排気
    ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ上において
    輝炎を発することなく酸化除去せしめるようにした排気
    ガス浄化装置において、上記酸化除去可能微粒子量が上
    記排出微粒子量よりも少なくなったときに酸化除去可能
    微粒子量を増大させることができる機関制御パラメータ
    を選択し、上記制御手段が該選択された機関制御パラメ
    ータを変えるようにした排気ガス浄化装置。
  10. 【請求項１０】 上記酸化除去可能微粒子量が上記排出
    微粒子量よりも少なくなったときに酸化除去可能微粒子
    量を最も早く増大させることができる機関制御パラメー
    タのみを選択するようにした請求項９に記載の排気ガス
    浄化装置。
  11. 【請求項１１】 上記パティキュレートフィルタが互い
    に平行をなして延びる複数個の排気流通路を具備し、隣
    接する排気流通路の一方は上流端が栓により閉塞される
    と共に隣接する排気流通路の他方は下流端が栓により閉
    塞され、該排気流通路の壁面および栓の壁面上に触媒を
    担持させた請求項９に記載の排気ガス浄化装置。
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