JP3525851B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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
化装置に係り、特に、浄化装置のパティキュレートフィ
ルタに排気上流側と下流側とから交互に排気を切換通過
できるようにした排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、主にディーゼル機関においては、
排気ガス中に含まれる煤等の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°Ｃ
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°Ｃよりもか
なり低い。従って排気ガス熱によ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、排気ガス熱によりパティキュレートフィルタ上に
捕集された徽粒子を着火させるためには、微粒子が低い
温度で着火できるように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さ
せられることが知られており、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パティキュレート
フィルタが公知である。

【０００４】例えば、特公平７−１０６２９０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°Ｃから４００°Ｃの比較的低
温で微粒子が着火され、次いで連続的に燃焼せしめられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼル機関では負
荷が高くなれば排気ガス温が３５０°Ｃから４００°Ｃ
に達し、従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°Ｃか
ら４００°Ｃ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。

【０００６】即ち、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°Ｃ
から４００°Ｃ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。

【０００７】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。従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。

【０００８】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
はおそらく堆積している間に微粒子中の炭素が燃焼しづ
らいグラファ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°Ｃから４００°Ｃ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°Ｃ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
°Ｃ以上の高温になることがなく、従ってパティキュレ
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に着火することが困難にな
る。

【０００９】また、堆積した微粒が燃焼させられると燃
えカスである灰分、即ちアッシュが凝縮して大きな塊と
なり、これらアッシュの塊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大し、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間題
が生ずる。

【００１０】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、従って排
気ガス中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
量の微粒子が積層上に堆積しないようにする必要があ
る。

【００１１】そして、従来のような触媒付の排気浄化フ
ィルタを排気管に設けるだけで、排気浄化を内燃機関の
運転状況にまかせた成り行きの連続燃焼処理とすると、
上記のような問題は回避できない。

【００１２】そこで、できるだけ微粒子の連続燃焼が可
能となるように、浄化装置のフィルタに排気上流側と下
流側とから交互に排気を切換通過できるようにすること
で、排気中の微粒子がパティキュレートフィルタ周りで
攪乱され、連続燃焼が容易となるようにすることが考え
られる。パティキュレートフィルタの両側面に微粒子が
堆積するため、微粒子の単位面積あたりの堆積量を減ら
すことができ、また、逆流により堆積する微粒子を撹乱
して飛ばすことができ、さらに、フィルタ基材内部に酸
素放出剤を設けるならば、微粒子が内部を動き回って燃
焼しうる微粒子量を増やすことができる。

【００１３】このように排気ガス流の切換を行うこと
で、上記した効果を得るためには、排気管内に切換弁を
設ける必要があるが、この切換弁を頻繁に作動させて排
気ガス流を切換えると、酸化できなかった残存微粒子が
外部に吐出される場合があるので、従来の連続燃焼を行
わないパティキュレートフィルタよりも浄化率が低下す
る虞がある。より詳細には弁体の作動によって排気ガス
の流路が切換わる途中では、排気通路が連通してパティ
キュレートフィルタを通過せずに排気ガスが外部に排出
される。このときパティキュレートフィルタの床温度が
低いと、それまでにパティキュレートフィルタに捕集さ
れた微粒子は、パティキュレートフィルタ中で酸化され
ずにこのフィルタ上に堆積されていることが想定され、
前記の流路の切換によって堆積した微粒子がフィルタか
ら離脱し、そのまま外部に排出される可能性がある。

【００１４】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、触媒付きのパティキュレートフィルタについ
て、切換弁によって排気ガスをその排気上流側と下流側
とを交互に切換通過できるようにした排気浄化装置にお
いて、パティキュレートフィルタに残存した微粒子が切
換弁の作動時に外部に排出されることを防止する排気浄
化装置を提供することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気昇温装置は、次の手段を採用
した。すなわち第１の発明は、活性酸素放出剤が担持さ
れ、排気ガス中の微粒子を一時期捕獲可能なパティキュ
レートフィルタと、パティキュレートフィルタの一方側
から排気ガスを流す第１の流れとパティキュレートフィ
ルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを、交互
に切換える排気切換え手段と、パティキュレートフィル
タの温度を上昇させて微粒子の酸化速度を向上せしめる
昇温手段と、前記パティキュレートフィルタが微粒子を
酸化できる温度に到達しているか否かを判定するパティ
キュレートフィルタ温度判定手段と、このパティキュレ
ートフィルタ温度判定手段により、前記パティキュレー
トフィルタが微粒子を酸化できる温度に到達していない
と判断されるときは、前記昇温手段を作動させた後に排
気の切換えを行う制御手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００１６】第２の発明は、活性酸素放出剤が担持さ
れ、排気ガス中の微粒子を一時期捕獲可能なパティキュ
レートフィルタと、パティキュレートフィルタの一方側
から排気ガスを流す第１の流れとパティキュレートフィ
ルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを、交互
に切換える排気切換え手段と、前記パティキュレートフ
ィルタが微粒子を酸化できる温度に到達しているか否か
を判定するパティキュレートフィルタ温度判定手段と、
このパティキュレートフィルタ温度判定手段により、前
記パティキュレートフィルタが微粒子を酸化できる温度
に到達していないと判断されるときは、排気の切換えを
停止する制御手段と、を備えることを特徴とする。

【００１７】第３の発明は、活性酸素放出剤が担持さ
れ、排気ガス中の微粒子を一時期捕獲可能なパティキュ
レートフィルタと、パティキュレートフィルタの一方側
から排気ガスを流す第１の流れとパティキュレートフィ
ルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを、交互
に切換える排気切換え手段と、前記パティキュレートフ
ィルタが微粒子を酸化できる温度に到達しているか否か
を判定するパティキュレートフィルタ温度判定手段と、
内燃機関の始動後所定時間が経過するまで排気の切換え
を停止する制御手段と、を備えることを特徴とする。

【００１８】第４の発明は、活性酸素放出剤が担持さ
れ、排気ガス中の微粒子を一時期捕獲可能なパティキュ
レートフィルタと、パティキュレートフィルタの一方側
から排気ガスを流す第１の流れとパティキュレートフィ
ルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを、交互
に切換える排気切換え手段と、内燃機関の始動後パティ
キュレートフィルタが微粒子を酸化できる温度に到達す
るまでの所定時間が経過するまで排気の切換えを停止す
る制御手段と、を備えることを特徴とする。

【００１９】以上の各構成は、可能なかぎり互いに組み
合わせることができる。前記活性酸素放出剤としては、
例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属、または希土類
あるいは遷移金属を用いることができる。

【００２０】前記昇温手段としては公知の手段を採用す
ることができる。これは排気ガス温度を上昇させてパテ
ィキュレートフィルタの温度を高くするもの、及びパテ
ィキュレートフィルタ内の温度を直接上昇させるものに
大別される。

【００２１】前者の方法としては例えば膨張行程等にお
ける燃料の副噴射するもの、または排気通路の下流側に
排気絞り弁を設け、昇温制御時にはこの排気絞り弁を閉
じることで背圧を上昇させ、排気ガスの温度を高くする
排気絞り等がある。

【００２２】後者の方法としては、パティキュレートフ
ィルタの上流側に電気ヒータ等の加熱手段を設け、パテ
ィキュレートフィルタを加熱するもの、また排気ガス温
が低くなるような低負荷時には、排気通路内に軽油及び
二次空気を供給して軽油の燃焼熱によりパティキュレー
トフィルタの温度を昇温させるものも含まれる。この場
合は、パティキュレートフィルタの上流側の排気通路
に、ＨＣを供給するためのＨＣ供給装置を設ける。

【００２３】なお上記の各手段は可能な限りこれらを組
み合わせても良い。また前記排気切換作動は、通常は減
速毎、所定時間毎、所定走行距離毎などに実施すること
ができ、その時期は特に特定されないが、触媒が活性温
度に達しておらずパティキュラーフィルタが微粒子を酸
化できる温度に達してない場合のみ制限される。

【００２４】本発明によれば、一方向のみからパティキ
ュレートフィルタに排気ガスを流すと一方の隔壁面及び
隔壁内部のみしか酸化反応の利用がなされず、単位面積
に溜まる微粒子の量が増大し、酸化性能が落ちてしまう
ことが避けられる。すなわち本発明では、順流と逆流と
を交互に使用することで、パティキュレートフィルタ両
側から排気ガスが流れるため、パティキュレートフィル
タの隔壁面及び隔壁内部全体の触媒活性点を有効に使用
することができる。従って、微粒子の酸化を促進し、そ
の浄化をより連続的に行うことができ、排気浄化性能を
高めることができる。

【００２５】ここで、排気の切換え前にフィルタ温度を
上昇させるように制御する場合、フィルタ温度の上昇に
より微粒子の浄化が促進するので、パティキュレートフ
ィルタに付着した微粒子が切換え時に排出されることを
低減できる。

【００２６】またパティキュレートフィルタが微粒子を
十分酸化できる程度に暖まっていない場合には、フィル
タ温度を上昇させ、その後に切換を実施すれば、微粒子
が切換時にバイパスした排気通路を通り外部に排出され
ることを防止できる。さらにパティキュレートフィルタ
が微粒子を十分酸化できる程度に暖まっていない場合に
は、微粒子は相当堆積しており、排気の流れを切換えた
ときに微粒子がパティキュレートフィルタを通らずに排
出されてしまう。従ってこのようなときには、排気の切
換を行わないようにすることで、微粒子の外部への排出
を避けることができる。

【００２７】さらにまた内燃機関の始動後所定時間が経
過するまでは、フィルタ温度が所定の活性化温度にまで
昇温されていないことが多いので、一定時間にわたり前
記排気の切換えを停止することで微粒子の外部排出を避
ける。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
した図面に基いて説明する。 ＜装置構成の概要＞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することもできる。

【００２９】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。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、更に吸気ダクト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に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１
８内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却さ
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、この排気タービン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を有する排気浄化装置に連結される。

【００３０】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と称す）通路２４を介
してお互いに連結され、ＥＧＲ通路２４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に示される実
施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、機関
冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料
噴射弁６は燃料供給管２６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２６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。

【００３１】電子制御ユニット３０はデジタルコンピュ
ーターからなり、双方向性バス３１によって互いに接続
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。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が取付けら
れ、これら温度センサ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。アクセ
スペダル４０にはアクセスペダル４０の踏込み量Ｌに比
例した出力電ＡＤ圧を発生する負荷センサ４１が接続さ
れ、負荷センサ４１の出力電圧は対応する変換器３７を
介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３
５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、及び燃料ポンプ２８に接続さ
れる。

【００３２】図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセル
ペダル４０の踏み込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を
示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トル
ク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルク
が零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ，
ＴＱ＝ｂ，ＴＱ＝ｃ，ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルク
が高くなる．図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図
２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み
量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯ
Ｍ３２内に記憶されている。本発明による実施例では図
２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み
量Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず
初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴
射量等が算出される。 ＜排気浄化装置の構造＞排気浄化装置は、図１、図３、
図４に示したように排気管７０から分岐して、パティキ
ュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３におけ
るパティキュレートフィルタの一方の面と他方の面とに
それぞれ接続する第１の排気通路７６と第２の排気通路
７７とが設けられている。さらに、第１の排気通路７６
と第２の排気通路７７の分岐点からパティキュレートフ
ィルタ２２を通過せずにそのまま排気ガスを排出するバ
イパス通路７３とが設けられている。

【００３３】そして、第１の排気通路７６と第２の排気
通路７７の分岐点には、排気切換弁７１が設けられてい
る。排気切換弁７１は、アクチュエータ７２によって駆
動され、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の一方側から排気ガスを流す第１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の他方側から排気ガスを流す第２の
流れ（逆流）とを、交互に切換える。

【００３４】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、バイパス通路７３を形成す
る排気管７０の真上に位置するよう配置され、そのケー
シング２３の両側に排気管７０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。そして、ケーシング２３内のパティキュレートフ
ィルタ２２は、排気ガスの通過方向を長さ方向とした場
合、長さ方向に直交する幅方向の長さが、長さ方向の長
さより長くなっている。このような構成とすることで、
パティキュレートフィルタ２２を内包するケーシング２
３からなる排気浄化装置の車両への搭載スペースを省ス
ペース化することができる。

【００３５】切換弁の駆動装置であるアクチュエータ７
２は、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３４上に実現され
る制御手段７５によって駆動制御されるもので、出力ポ
ート３６からの制御信号により駆動される。制御手段７
５に入力される情報としてはパティキュレートフィルタ
２２の上流側の排気路に設置された背圧センサ７８によ
って計測されるパティキュラーフィルタ２２の背圧、温
度センサ３９からのパティキュレートフィルタ２２の温
度、及び水温計により計測された内燃機関の温度等であ
る。

【００３６】また前記アクチュエータ７２は、内燃機関
の駆動に伴って形成される負圧により駆動されるもの
で、負圧が加えられないときに第１の排気通路７６を選
択する位置（順流位置）に制御し、第１の負圧が加えら
れたとき弁体を中立位置に制御し、第１の負圧よりも強
い第２の負圧が加えられたとき第２の排気通路７７を選
択する位置（逆流位置）に弁体を制御する。

【００３７】前記弁体が図３の破線で示す順流位置にあ
るとき、排気切換弁７１は、排気管７０を第１の排気通
路管７６に接続するとともに、第２の排気通路７７をバ
イパス通路７３に接続するので、排気ガスは、排気管７
０→第１の排気通路７６→パティキュレートフィルタ２
２→第２の排気通路７７→バイパス通路７３の順に流れ
て、大気に放出される。

【００３８】弁体が、図３の実線で示す逆流位置にある
とき、排気切換弁７１は、排気管７０を第２の排気通路
管７７に接続するとともに、第１の排気通路７６をバイ
パス通路７３に接続するので、排気ガスは、排気管７０
→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→バイパス通路７３の順に流れ
て、大気に放出される。

【００３９】弁体が、排気管７０の軸線に平行となった
中立位置７９にあるとき、排気切換弁７１は、排気管７
０を直接バイパス通路７３に接続するので、排気ガス
は、排気管７０からパティキュレートフィルタ２２を通
過しないでバイパス通路７３に流れて、大気に放出され
る。

【００４０】弁体の切換えにより、順流・逆流を繰り返
すことで、微粒子などの微粒子がパティキュレートフィ
ルタ２２の基材内を動き回るので、微粒子の酸化を促進
し、よって、微粒子などの微粒子の浄化を効率よく行う
ことができる。

【００４１】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ガスを流す場合のイメージ図
であり、煤などの微粒子はパティキュレートフィルタの
一方の面にのみ蓄積して動かず、排気ガスの圧損上昇の
原因となるだけでなく、煤などの微粒子の浄化を妨げ
る。

【００４２】図５（Ｂ）は、パティキュレートフィルタ
２２に双方向から排気ガスを流す場合のイメージ図であ
り、煤などの微粒子はパティキュレートフィルタの両面
で順流方向と逆流方向に攪乱されるので、パティキュレ
ートフィルタ２２の両面で、あるいは、基材内部で動き
回り、フィルタ基材全体の活性点を利用して煤などの微
粒子の酸化を促進することができ、パティキュレートフ
ィルタ２２にパティキュレートマターが蓄積するのをよ
り少なくすることができる。よって、排気ガスの圧損上
昇を避けることができる。 ＜パティキュレートフィルタの構造と微粒子の連続酸化
処理＞図６にパティキュレートフィルタ２２の構造の一
例を示す。なお、図６において（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（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面
図を示している。

【００４３】図６（Ａ）およぴ（Ｂ）に示されるように
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７
６、７７を具備するいわゆるウォールフロー型である。
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。なお、図
３（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。従って、排気ガス流入通路５０および排気ガ
ス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置さ
れる。云い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガ
ス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気
ガス流出通路１によって包囲され、各排気ガス流出通路
５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲される
ように配置される。

【００４４】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、従
って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図６
（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁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。

【００４５】本発明による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、即ち各
隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上
には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、および周囲に過剰酸素が
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
る活性酸素放出剤が担持されている。

【００４６】この場合、本発明による実施例では貴金属
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
シムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリ
ウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのよう
なアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹの
ような希土類、および遷移金属から選ばれた少くとも一
つが用いられている。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】図１に示される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、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、燃焼室
５および排気通路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に示されるような圧縮着
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、燃料中にはイオウＳ
が含まれており、このイオウＳは燃焼室５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２２の排気ガス
流入通路５０内に流入することになる。

【００５０】図７（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通
路５０の内周面および隔壁５４内の細孔内壁面上に形成
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７（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。

【００５１】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７
（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-又はと反応し、
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７（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、一部の硝酸イオンＮＯ₃ ^-
は硝酸カリウムＫＮＯ₃を生成する。

【００５２】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。

【００５３】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Ｋ₂Ｓ
Ｏ₄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Ｋ₂Ｓ
Ｏ₄ が生成される。

【００５４】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、従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ユレートフィルタ２
２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７（Ｂ）において６２で示されるように担
体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接触
して付着する。

【００５５】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、ＮＯが活性酸素放出剤６
１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。

【００５６】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Ｓ
Ｏ₂ 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、ＳＯ₂ が活性酸素放出剤６
１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。

【００５７】ただし、硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄は安定化し
ているため、硝酸カリウムＫＮＯ₃に比べて活性酸素が
放出しづらい。一方、微粒子６２と活性酸素放出剤６１
との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ₃ や硫
酸カリウムＫ₂ＳＯ₄のような化合物から分解された酸素
である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを
有しており、極めて高い活性を有する。従って微粒子６
２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は短時間のうちに輝炎を発するこ
となく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。
従って微粒子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。

【００５８】従来のようにパテイキュレートフイルタ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、従ってこのような火炎を伴う燃焼を持続さ
せるためにはパティキュレートフィルタ２２の温度をを
高温に維持しなければならない。

【００５９】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。即ち、云い換えると本発明では従来に比べて
かなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめら
れている。従って本発明による輝炎を発しない微粒子６
２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。

【００６０】また、微粒子の酸化による微粒子除去はか
なり低温で行われる。従ってパティキュレートフィルタ
２２の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュレー
トフィルタ２２が劣化する危険性はほとんどない。ま
た、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が全く堆
積しないので、微粒子の燃えカスであるアッシュが凝集
する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィルタ
２２が目詰まりする危険性が少なくなる。

【００６１】ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウ
ムＣａＳＯ₄によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカ
ルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシ
ウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ₃
が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ₄ を生成する。こ
の硫酸カルシウムＣａＳＯ₄ は固体であって高温になっ
ても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ₄ が
生成され、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の細孔が閉塞されると目詰ま
りを生ずることになる。

【００６２】しかしながらこの場合、活性酸素放出剤６
１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアル
カリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用
いると活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ₃ はカリウ
ムＫと結合して硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄を形成し、カルシ
ウムＣａは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５
１内に流出する。従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。よって前述した
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等を
用いることが好ましい。

【００６３】一方、白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６１
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。従ってパティキュ
レートフィルタ２２上において単位時間当り、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。

【００６４】図９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９において横軸はパティキュレートフ
ィルタ２２の温度ＴＦを示している。単位時間当りに燃
焼室５から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと称
するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇより
も少ないとき、即ち図９の領域Ｉでは燃焼室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ーフィ
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。

【００６５】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８(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。

【００６６】即ち、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８（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６
２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８（Ｂ）
に示される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。

【００６７】担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６
３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ＰｔによるＮＯ、ＳＯ₂ の酸化作用およ
び活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が抑制
される。その結果、図８（Ｃ）に示されるように残留微
粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと堆積
する。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、従ってこ
の微粒子６４上に更に別の微粒子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２
２上には微粒子が積層状に堆積してしまう。

【００６８】このように図９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９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。従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との関係を領域Ｉの
範囲にすることが望ましい。

【００６９】しかしながら実際には全ての運転状態にお
いて排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少
くすることはほとんど不可能である。例えば機関始動時
には通常パティキュレートフィルタ２２の温度は低く、
従ってこのときには通常排出微粒子量Ｍが酸化除去可能
微粒子量Ｇよりも多くなる。機関始動直後におけるよう
に排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも
多くなるとパティキュレートフィルタ２２上に酸化され
なかった微粒子部分が残留しはじめる。

【００７０】このように運転状況によっては排出微粒子
量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも増大して、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。

【００７１】この堆積した微粒子を酸化除去するため
に、排気管１８に配置された切換弁１９を切り換える。
切換弁１９が切り換えられると、パティキュレートフィ
ルタ２２の排気上流側と排気下流側とが逆転し、切換前
にパティキュレートフィルタ２２の排気下流側であった
部分において、微粒子が活性酸素放出剤６１の表面に付
着して活性酸素Ｏが放出され、この微粒子が酸化除去さ
れる。この放出される活性酸素Ｏの一部は、排気ガスと
共にパティキュレートフィルタ２２の排気下流側へ移動
し、ここに堆積する微粒子を酸化除去する。ここでは前
述したように、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、パティキュレ
ートフィルタ２２の両面で、あるいは基材内部で動き回
り、フィルタ基材全体の活性点に出合い酸化される。

【００７２】このようにして酸化されなかった微粒子が
パティキュレートフィルタ２２に堆積し始めているとき
に、このパティキュレートフィルタ２２の排気上流側と
下流側とを逆転することにより、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
る。

【００７３】また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は、排気ガスの一部又は全体の空燃
比を一時的にリッチにすることにより、堆積した微粒子
が輝炎を発することなく酸化せしめられる。排気ガスの
空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度
が低下せしめられると活性酸素放出剤６１から外部に活
性酸素Ｏが一気に放出され、これらの放出された活性酸
素Ｏによって、堆積した微粒子が輝炎を発することなく
ごく短時間で燃焼除去される。 ＜排気切換手段の制御＞本発明による排気浄化装置で
は、上述したように微粒子の燃焼を効率的に実行するた
めに、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを所定
値に維持する必要があることになる。

【００７４】また反対に、切換弁７１の切換時期にパテ
ィキュレートフィルタ２２の床温度を温度センサによっ
て測定し、この値が一定以上に達していないと判断され
る場合は捕集された微粒子が酸化されずにパティキュレ
ートフィルタ２２に堆積していると判断し、排気ガス通
路の切換を実施せずにパティキュレートフィルタ２２の
温度を上昇させる必要がある。

【００７５】図９においては酸化除去可能微粒子量Ｇが
パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦの関数として
示されている。この酸化除去可能微粒子量Ｇは実際には
排気ガス中の酸素濃度、排気ガス中のＮＯＸ濃度、排気
ガス中の未燃ＨＣ濃度、微粒子の酸化のしやすさの程
度、パティキュレートフイルタ２２内における排気ガス
流の空間速度、排気ガス圧等の関数でもある。しかしこ
れら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな
影響を与えるのはパティキュレートフィルタ２２の温度
ＴＦである。

【００７６】そこで、排気ガスの順流と逆流を切換える
のは、パティキュレートフィルタ２２に担持された触媒
が活性化する温度においてこれを切換える必要が生じ
る。もし、その温度が低く触媒による微粒子が十分に酸
化されない場合は微粒子がパティキュレートフィルタ２
２上に堆積しており、切換時において切換弁７１が中立
位置７９（図３）にあるときは、パティキュレートフィ
ルタ２２の上流側と下流側の排気管７０とバイパス通路
７３が互いに連通するので、堆積していた微粒子がその
まま外部に排出されることになり好ましくない。

【００７７】したがってかかる場合には排気ガスの流れ
の切換は実施せずに、温度センサ３９によりパティキュ
レートフィルタ２２の温度を測定し、所定の昇温手段を
実施させるかどうかを判断する。前記温度が低いときは
昇温手段を実施して微粒子を酸化し、その後に切換弁７
１を作動させて排気ガスの流れの切換を行う。

【００７８】特に内燃機関１の始動後所定時間内は、パ
ティキュレートフィルタ２２の温度が低く微粒子を十分
に酸化除去することができない。このような状況として
は、一般に内燃機関１を始動して間もなくであって、ま
だパティキュレートフィルタ２２の床温度が十分な温度
に達していない時期に減速が行われるような場合が例示
できる。

【００７９】また、内燃機関１の始動時に排気ガスの切
換を行うと、あるいは前述したようにパティキュレート
フィルタ２２の温度が低いときに排気ガスの切換を行う
と、パティキュレートフィルタ２２を冷却させることに
なるため、始動後の一定時間内は切換動作を実行しない
ように制御する。すなわち、図１４に示すように内燃機
関１の停止時にはパティキュレートフィルタ２２の温度
は一定であるが、内燃機関１の始動直後は、図１５のよ
うにパティキュレートフィルタ２２は排気ガスが流入す
る入口部付近のみ触媒の活性温度に達する。そしてこの
ままで減速等の状況になった場合に、もし切換弁７１を
作動させて排気ガスの流入方向を逆転させると、図１６
に示すように、パティキュレートフィルタ２２の反対側
の端面近傍が昇温されると同時に、流路逆転前に暖気さ
れていた側（切換前の入口部付近）の熱が放出されてし
まう。このような状態では、パティキュレートフィルタ
２２のほとんどの部分は触媒の活性温度に達しなくな
る。

【００８０】そこで本発明では、パティキュレートフィ
ルタ２２の温度ＴＦが一定値まで上昇するまで切換弁の
作動を禁止し、図１７に示すようなフィルタ温度ＴＦの
上昇を妨げることがないようにしている。内燃機関１が
始動直後であるか否かは、制御手段７５に入力される内
燃機関１の温度により制御手段７５が判断する。このよ
うに内燃機関１の始動直後は、切換作動を禁止ることで
一旦暖気されたパティキュレートフィルタ２２が冷却さ
れ、また蓄積した微粒子が外部に排出されるのを防止す
る。

【００８１】ところでパティキュレートフィルタ２２の
床温度は、触媒種によって活性温度が異なるため一定の
値に限定されないが、一般に貴金属を触媒として担時し
た場合には２００℃程度がその活性温度であることか
ら、例えばフィルタ温度ＴＦ＝２００℃を上記の切換弁
作動における判定基準とすることができる。

【００８２】またこれは排気浄化装置の大きさ、特に触
媒担体の形態等によっても異なるため、フィルタ温度Ｔ
Ｆを２５０°Ｃから３００°Ｃ程度を排気ガスの流れ方
向の切換可能な基準に設定することもあり得る。

【００８３】次に、前記のパティキュレートフィルタ２
２の昇温手段として、内燃機関の燃焼室５内における電
子制御式燃料噴射弁６による燃料の主噴射Ｑｍに追加し
て、膨張行程でさらに燃料の副噴射Ｑａを行う。この副
噴射Ｑａによって追加される燃料は内燃機関１の出力向
上のためにはほとんど利用されずに、燃焼室５内の温度
を上昇させることに利用される。したがって排気ガス温
度が上昇し、これに伴いパティキュレートフィルタ２２
の温度が上昇する。この副噴射Ｑａは、温度センサ３９
によりパティキュレートフィルタ２２の温度が所定の温
度ＴＦになったことが検知されることで終了する。

【００８４】次に本発明の第１の実施例について説明す
る。この制御はパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰ
Ｒという）２２の再生時期が到来したら、昇温制御を実
施した後に切換弁７１を作動させるものである。この制
御は例えば減速時（アクセル全閉時等）に実施される。

【００８５】ＤＰＲ２２に残存する微粒子が一定量以上
になった、すなわちＤＰＲ２２が再生時期になったもの
と判断されると、公知の昇温手段によってＤＰＲ２２の
温度を上昇させ微粒子を強制的に酸化させた後、排気ガ
スの流れを切換える切換弁７を作動させる。これによっ
てアッシュ等による目詰まりも除去される。

【００８６】図１０は第１の実施例の制御を示すフロー
チャートである。先ずステップ１００において、ＤＰＲ
２２の再生時期、すなわち排気ガスの流れ方向の切換時
期であるか否かが判断される。これは背圧センサ７８に
より背圧が所定値まで上昇した場合は、ＤＰＲ２２に微
粒子が堆積したものと推定する。背圧が所定値以上であ
ればＤＰＲ２２の再生時期である、すなわち再生制御が
必要であると判断する。また再生時期でない判断される
ときは本制御を終了する。

【００８７】一方、ステップ１００でＤＰＲ２２が再生
時期であると判断されるときはステップ１０１に進み、
ＤＰＲ２２の昇温制御が実行される。温度センサ３９に
よりＤＰＲ２２が所定温度、例えば２００°Ｃに達した
と認められたら昇温制御を停止する。次にステップ１０
２に進み、切換弁７１を作動させて排気ガスの流れ方向
を逆転させる。

【００８８】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。この制御は切換弁７１を切り替える際、ＤＰＲ２２
の床温度が一定値以上でないと判断されるときは、捕集
されている微粒子が酸化されずに堆積しているものと判
断し、切換弁７１の切換作動を禁止して所定の昇温制御
を実施するものである。

【００８９】ＤＰＲ２２が微粒子を酸化できる温度以上
になったと判断すると、次の排気切替時期、例えばアク
セル全閉時に切換弁７１が作動し、排気ガスの流れ方向
が切り換わる。

【００９０】図１１は第１の実施例の制御を示すフロー
チャートである。この制御はＤＰＲ２２の再生時期が到
来したら、所定の昇温制御を実施した後に切換弁７１を
作動させるものである。ＤＰＲ２２の床温度が微粒子を
酸化できる温度以上になったと判断すると、次の排気切
替時期、例えばアクセル全閉時にバルブが切換わる。

【００９１】先ずステップ２００において、切換弁７１
の作動時期であるか否かが判断される。これはＤＰＲ２
２の再生制御が必要であると判断された場合である。切
換弁７１の作動時期でないと判断されるときは本制御を
終了する。

【００９２】一方、ステップ２００で切換弁７１の作動
時期であると判断されるときはステップ２０１に進み、
ＤＰＲ２２の床温度が所定の温度Ｔ以上であるか否かが
判断される。温度センサ３９によりＤＰＲ２２が所定温
度Ｔ、例えば２００°Ｃに達したと認められたらステッ
プ２０２に進み切換弁７１による切換が実施される。

【００９３】一方、ステップ２０１でＤＰＲ２２が所定
温度Ｔ以下であると判断されたらステップ２０３に進
み、所定の昇温制御が実施されてこのルーチンを抜け
る。なお、アクセル全閉時に排気ガスをＤＰＲ２２を通
過せずに排気通路をバイパスさせるような制御をする場
合は、ＤＰＲの床温度がまだ微粒子の酸化に十分でない
と判断されると、一旦バイパスされた後のアクセル開の
状態となったとき、排気ガスの流れの切換をせずに、再
び排気ガスが同一の流路に戻るように制御する。

【００９４】次に本発明の第３の実施例について説明す
る。この制御は最初に切換弁７１の切換時期か否かを判
断し、切換時期であればＤＰＲ２２の床温度を測定し、
それが所定温度Ｔ以上でないと判断されるときは、捕集
されている微粒子が酸化されずに堆積しているものと判
断し、切換作動を禁止するように制御するものである。

【００９５】なお、アクセル全閉時に排気ガスをＤＰＲ
２２を通過せずに、排気通路をバイパスさせるような制
御をする場合は、ＤＰＲ２２の床温度がまだ微粒子の酸
化に十分でないと判断されると、一旦バイパスされた後
にアクセル開の状態となったとき、排気ガスの流れの切
換をせずに、再び排気ガスが同一の流路に戻るように制
御する。

【００９６】図１２は第３の実施例の制御を示すフロー
チャートである。先ずステップ３００において、切換弁
７１の作動時期であるか否かが判断される。前記のよう
にＤＰＲ２２の背圧が所定値以上であれば切換時期であ
ると判断する。また切換時期でないと判断されるときは
本制御を終了する。

【００９７】一方、ステップ３００で切換時期であると
判断されるときはステップ３０１に進み、ＤＰＲ２２の
床温度が所定温度Ｔ以上であるか否かが判断される。所
定温度Ｔ以下であれば本制御を終了する。

【００９８】一方、ステップ３００で切換時期であると
判断されるときはステップ３０１に進み、ＤＰＲ２２の
床温度が所定温度Ｔ以上であるか否かが判断される。所
定温度Ｔ以下であれば本制御を終了する。

【００９９】一方、所定温度Ｔ以上であればステップ３
０２に進み、切換弁７１を作動させて排気ガスの流れ方
向を逆転させて本ルーチンを抜ける。次に本発明の第４
の実施例について説明する。

【０１００】この制御は切換弁７１の切替時に内燃機関
１が始動直後であるか否かを判断し、始動直後であれば
ＤＰＲ２２の床温度を測定し、それが所定温度Ｔ以下で
あるときは、捕集されている微粒子が酸化されずに堆積
しているものと判断し、切換作動を禁止するように制御
するものである。

【０１０１】図１３は第４の実施例の制御を示すフロー
チャートである。先ずステップ４００において、内燃機
関１が始動直後であるか否かが判断される。始動直後で
はないと判断されるときは本制御を終了する。

【０１０２】ステップ４００において始動直後であると
判断されるとステップ４０１に進み、ＤＰＲ２２の床温
度が所定温度以上であるか否かが判断される。所定温度
Ｔ以上であれば本制御を終了する。

【０１０３】一方、所定温度Ｔ以下であればステップ４
０２に進み、切換弁７１を作動を禁止して本ルーチンを
抜ける。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、触
媒付きのパティキュレートフィルタについて、切換弁に
よって排気ガスをその排気上流側と下流側とを交互に切
換通過できるようにして効率的な微粒子の酸化除去をす
ると同時に、パティキュレートフィルタに堆積した微粒
子が切換弁の作動時に外部に排出されることを防止する
ことができる。

【０１０５】また内燃機関の始動直後には切換弁の作動
を禁止して、パティキュレートフィルタの温度上昇を妨
げることがないようにして微粒子の堆積を減らすと共
に、始動後に早期に排気ガス中の微粒子を酸化させる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図

【図２】機関の要求トルクを示す図

【図３】排気浄化装置の概略を示す平面図

【図４】排気浄化装置の概略を示す側面図

【図５】（Ａ）はフィルタ基材にパティキュレートフィ
ルタが堆積する状態を示すイメージ図、（Ｂ）は排気ガ
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

【図６】パティキュレートフィルタの構造を示す図

【図７】微粒子の酸化のメカニズムをあらわす概念図

【図８】微粒子の堆積のメカニズムをあらわす概念図

【図９】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

【図１０】第１の制御例を示すフローチャート図

【図１１】第２の制御例を示すフローチャート図

【図１２】第３の制御例を示すフローチャート図

【図１３】第４の制御例を示すフローチャート図

【図１４】始動時におけるパティキュレートフィルタ内
の温度を示す概念図

【図１５】始動直後におけるパティキュレートフィルタ
内の温度を示す概念図

【図１６】始動直後に排気の流れ方向を切換えた場合の
パティキュレートフィルタ内の温度を示す概念図

【図１７】順流を保持した場合のパティキュレートフィ
ルタ内の温度を示す概念図

【符号の説明】

２２・・・パティキュレートフィルタ ３９・・・温度センサ ７１・・・排気切換弁 ７５・・・制御手段 ７８・・・背圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ // Ｂ０１Ｊ 20/04 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｃ (72)発明者 浅沼 孝充 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 中谷 好一郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 木村 光壱 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−98939（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−338229（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−189656（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−182517（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−30507（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 B01D 46/42 B01D 53/86 - 53/94 B01J 20/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性酸素放出剤が担持され、排気ガス中の
   微粒子を一時期捕獲可能なパティキュレートフィルタ
   と、 パティキュレートフィルタの一方側から排気ガスを流す
   第１の流れとパティキュレートフィルタの他方側から排
   気ガスを流す第２の流れとを、交互に切換える排気切換
   え手段と、 パティキュレートフィルタの温度を上昇させて微粒子の
   酸化速度を向上せしめる昇温手段と、 前記パティキュレートフィルタが微粒子を酸化できる温
   度に到達しているか否かを判定するパティキュレートフ
   ィルタ温度判定手段と、 このパティキュレートフィルタ温度判定手段により、前
   記パティキュレートフィルタが微粒子を酸化できる温度
   に到達していないと判断されるときは、前記昇温手段を
   作動させた後に排気の切換えを行う制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】活性酸素放出剤が担持され、排気ガス中の
   微粒子を一時期捕獲可能なパティキュレートフィルタ
   と、 パティキュレートフィルタの一方側から排気ガスを流す
   第１の流れとパティキュレートフィルタの他方側から排
   気ガスを流す第２の流れとを、交互に切換える排気切換
   え手段と、 前記パティキュレートフィルタが微粒子を酸化できる温
   度に到達しているか否かを判定するパティキュレートフ
   ィルタ温度判定手段と、 このパティキュレートフィルタ温度判定手段により、前
   記パティキュレートフィルタが微粒子を酸化できる温度
   に到達していないと判断されるときは、排気の切換えを
   停止する制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】活性酸素放出剤が担持され、排気ガス中の
   微粒子を一時期捕獲可能なパティキュレートフィルタ
   と、 パティキュレートフィルタの一方側から排気ガスを流す
   第１の流れとパティキュレートフィルタの他方側から排
   気ガスを流す第２の流れとを、交互に切換える排気切換
   え手段と、 前記パティキュレートフィルタが微粒子を酸化できる温
   度に到達しているか否かを判定するパティキュレートフ
   ィルタ温度判定手段と、 内燃機関の始動後所定時間が経過するまでであって、パ
   ティキュレートフィルタが微粒子を酸化できる温度に到
   達していないと前記パティキュレートフィルタ温度判定
   手段により判断されるときは、排気の切換えを停止する
   制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】活性酸素放出剤が担持され、排気ガス中の
   微粒子を一時期捕獲可能なパティキュレートフィルタ
   と、 パティキュレートフィルタの一方側から排気ガスを流す
   第１の流れとパティキュレートフィルタの他方側から排
   気ガスを流す第２の流れとを、交互に切換える排気切換
   え手段と、 内燃機関の始動後パティキュレートフィルタが微粒子を
   酸化できる温度に到達するまでの所定時間が経過するま
   で排気の切換えを停止する制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。