JP3525871B2 - 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
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼室から排出された排気ガス中
の微粒子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフ
ィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキ
ュレートフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子
が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置
が知られている。この種の内燃機関の排気浄化装置の例
としては、例えば特公平７−１０６２９０号公報に記載
されたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが特開平７−１
０６２９０号公報に記載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通過する排気ガスの
流れが逆転されない。そのため、パティキュレートフィ
ルタの壁に捕集される微粒子をパティキュレートフィル
タの壁の一方の面と他方の面とに分散することができな
い。その結果、ある一定量以上の微粒子がパティキュレ
ートフィルタの壁に捕集されると、微粒子を除去しよう
とする作用がすべての微粒子に十分に伝わらなくなって
しまう。従って、特開平７−１０６２９０号公報に記載
された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレート
フィルタに流入する微粒子量がある一定量以上になる
と、そのすべての微粒子がパティキュレートフィルタの
壁の一方の面に捕集されてしまうのに伴い、パティキュ
レートフィルタの有する微粒子除去作用がすべての微粒
子に十分に伝わらなくなってしまい、その結果、微粒子
がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまう。そ
のため、パティキュレートフィルタが目詰まりし、背圧
が上昇してしまう。

【０００４】前記問題点に鑑み、本発明は、パティキュ
レートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させ、
パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を酸
化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝え
ることにより微粒子がパティキュレートフィルタの壁に
堆積してしまうのを阻止すると共に、パティキュレート
フィルタの暖機が完了する前にＨＣがパティキュレート
フィルタをすり抜けて排出されてしまうのを抑制するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕
集し、酸化するためのパティキュレートフィルタを機関
排気通路内に配置し、排気ガスが前記パティキュレート
フィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集さ
れるようになっている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を通過する排気ガス
の流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排
気ガスが前記パティキュレートフィルタの一方の側と他
方の側とから交互に前記パティキュレートフィルタを通
過しうるようにし、前記パティキュレートフィルタを第
一のパティキュレートフィルタと第二のパティキュレー
トフィルタとに排気ガス流れ方向に分割し、温度が上昇
する前にはＨＣが吸着し、温度が上昇すると吸着してい
たＨＣが脱離するＨＣ吸着材を前記第一のパティキュレ
ートフィルタと前記第二のパティキュレートフィルタと
の間に配置した内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【０００６】請求項１に記載の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に捕集された微粒子が
酸化されると共に、パティキュレートフィルタを通過す
る排気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスが
パティキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから
交互にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。
そのため、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒
子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の
面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パテ
ィキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流
側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。
更に請求項１に記載の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が第一のパティキュレートフィ
ルタと第二のパティキュレートフィルタとに排気ガス流
れ方向に分割され、温度が上昇する前にはＨＣが吸着
し、温度が上昇すると吸着していたＨＣが脱離するＨＣ
吸着材が第一のパティキュレートフィルタと第二のパテ
ィキュレートフィルタとの間に配置される。そのため、
第一のパティキュレートフィルタ及び第二のパティキュ
レートフィルタの暖機が完了する前に排気ガスが第一の
パティキュレートフィルタの側から通過せしめられて
も、あるいは、排気ガスが第二のパティキュレートフィ
ルタの側から通過せしめられても、排気ガス中に含まれ
るＨＣがＨＣ吸着材に吸着せしめられる。それゆえ、第
一のパティキュレートフィルタ及び第二のパティキュレ
ートフィルタの暖機が完了する前にＨＣがパティキュレ
ートフィルタをすり抜けて排出されてしまうのを抑制す
ることができる。

【０００７】請求項２に記載の発明によれば、前記第一
のパティキュレートフィルタ及び前記第二のパティキュ
レートフィルタを暖機させるとき、まず排気ガスを前記
第一のパティキュレートフィルタの側から通過せしめ、
次いで前記第一のパティキュレートフィルタの暖機が完
了した後であって前記ＨＣ吸着材からＨＣが脱離する前
に排気ガスの流れを逆転させ、排気ガスを前記第二のパ
ティキュレートフィルタの側から通過せしめるようにし
た請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供され
る。

【０００８】請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置
では、第一のパティキュレートフィルタの暖機が完了し
た後であってＨＣ吸着材からＨＣが脱離する前に排気ガ
スの流れが逆転せしめられ、排気ガスが第二のパティキ
ュレートフィルタの側から通過せしめられる。そのた
め、第一のパティキュレートフィルタの暖機が完了した
後であってＨＣ吸着材からＨＣが脱離するようになった
以降においても排気ガスが第一のパティキュレートフィ
ルタの側から通過せしめられ続けるのに伴ってＨＣ吸着
材から脱離したＨＣが暖機完了前の第二のパティキュレ
ートフィルタをすり抜けて排出されてしまうのを抑制す
ることができる。

【０００９】請求項３に記載の発明によれば、前記第一
のパティキュレートフィルタ及び前記第二のパティキュ
レートフィルタのそれぞれに一時的に捕集された微粒子
の酸化を促進する微粒子酸化促進成分である活性酸素を
放出する活性酸素放出剤が、前記第一のパティキュレー
トフィルタ及び前記第二のパティキュレートフィルタの
それぞれに担持されている請求項１又は２に記載の内燃
機関の排気浄化装置が提供される。

【００１０】請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置
では、第一のパティキュレートフィルタ及び第二のパテ
ィキュレートフィルタのそれぞれに一時的に捕集された
微粒子の酸化を促進する微粒子酸化促進成分である活性
酸素を放出する活性酸素放出剤が、第一のパティキュレ
ートフィルタ及び第二のパティキュレートフィルタのそ
れぞれに担持されている。そのため、微粒子が活性酸素
によって酸化されるのに伴って微粒子の酸化性能が向上
し、微粒子を連続的に酸化させることができやすくな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。

【００１２】図１は本発明の内燃機関の排気浄化装置を
圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示して
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。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に示される実施形態では機関冷却水が冷却
装置１８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１
９及び排気管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
は第一のパティキュレートフィルタ２２、温度が上昇す
る前にＨＣが吸着し温度が上昇した後には吸着していた
ＨＣが脱離するＨＣ吸着材８０、及び第二のパティキュ
レートフィルタ２２’を内蔵したケーシング２３に連結
される。

【００１３】第一のパティキュレートフィルタ２２、Ｈ
Ｃ吸着材８０、及び第二のパティキュレートフィルタ２
２’は排気ガスを順流方向にも逆流方向にも流すことが
できるように構成されている。７１は排気ガスが第一の
パティキュレートフィルタ２２、ＨＣ吸着材８０、及び
第二のパティキュレートフィルタ２２’を順流方向に通
過するときに第一のパティキュレートフィルタ２２の上
流側通路となる第一通路、７２は排気ガスが第一のパテ
ィキュレートフィルタ２２、ＨＣ吸着材８０、及び第二
のパティキュレートフィルタ２２’を逆流方向に通過す
るときに第二のパティキュレートフィルタ２２’の上流
側通路となる第二通路である。７３は排気ガスの流れを
順流方向と逆流方向とバイパス状態とで切り換えるため
の排気切換バルブ、７４は排気切換バルブ駆動装置であ
る。

【００１４】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に示される実
施形態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。

【００１５】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及び出力ポート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、ケー
シング２３には第一の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
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。更に、ケーシン
グ２３には第二の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
の温度センサ３９’の出力信号は対応するＡＤ変換器３
７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、負荷セ
ンサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して
入力ポート３５に入力される。更に入力ポート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、燃料ポンプ２８及び排気切換バルブ
駆動装置７４に接続される。

【００１６】図２に第一のパティキュレートフィルタ２
２の構造を示す。尚、第二のパティキュレートフィルタ
２２’の構造は第一のパティキュレートフィルタ２２の
構造と同様である。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２（Ａ）及び（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。な
お、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５
３を示している。従って排気ガス流入通路５０及び排気
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及び排気ガ
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５１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。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２（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。

【００１７】本発明による実施形態では各排気ガス流入
通路５０及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、栓５３の外端面及び栓５２，５
３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、この担体上には、貴金属触
媒、及び微粒子の酸化を促進する微粒子酸化促進成分を
発生する微粒子酸化促進成分発生剤として、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
放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤が、パティキュレー
トフィルタの隔壁５４の表面上に一時的に捕集された微
粒子を酸化するための酸化触媒として担持されている。

【００１８】この場合、本発明による実施形態では貴金
属触媒として白金Ｐｔが用いられており、酸素吸蔵・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、及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。なお、この場合酸
素吸蔵・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。

【００１９】図３は図１に示した第一のパティキュレー
トフィルタ２２、ＨＣ吸着材８０、及び第二のパティキ
ュレートフィルタ２２’の拡大断面図である。図３に示
すように、第一のパティキュレートフィルタ２２及び第
二のパティキュレートフィルタ２２’は排気ガス流れ方
向に分離して配置されており、ＨＣ吸着材８０は第一の
パティキュレートフィルタ２２と第二のパティキュレー
トフィルタ２２’との間に挟まれて配置されている。本
実施形態のＨＣ吸着材８０はモノリス触媒として構成さ
れている。

【００２０】次にパティキュレートフィルタ２２、２
２’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及びカリウム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。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、吸気通路及び燃
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ＳＯ
₂ 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及びＳＯ₂ を含んだ排気ガス
がパティキュレートフィルタ２２、２２’の排気ガス流
入通路５０内に流入することになる。

【００２１】図４（Ａ）及び（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４（Ａ）及び（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を含んでいる酸素吸蔵・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２
２、２２’の排気ガス流入通路５０内に流入すると図４
（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上で酸化されつつ酸素吸
蔵・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４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ
₃ ^- の形で酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に拡散し、
硝酸カリウムＫＮＯ₃ を生成する。

【００２２】一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ
₂ も含まれており、このＳＯ₂ もＮＯと同様なメカニズ
ムによって酸素吸蔵・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ＳＯ
₂ は白金Ｐｔの表面でＯ₂ ^- 又はＯ^2-と反応してＳＯ ₃
となる。次いで生成されたＳＯ₃ の一部は白金Ｐｔ上で
更に酸化されつつ酸素吸蔵・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-
の形で酸素吸蔵・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。このようにして酸素吸
蔵・活性酸素放出触媒６１内には硝酸カリウムＫＮＯ₃
及び硫酸カリウムＫ₂ ＳＯ₄ が生成される。

【００２３】一方、燃焼室５内においては主にカーボン
Ｃからなる微粒子が生成され、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ュレートフィルタ２
２、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４（Ｂ）において６２で示される
ように担体層の表面、例えば酸素吸蔵・活性酸素放出剤
６１の表面上に接触し、付着する。

【００２４】このように微粒子６２が酸素吸蔵・活性酸
素放出剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と酸素吸
蔵・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酸素吸蔵・
活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして
酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２と
酸素吸蔵・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、酸素吸蔵・活性酸素放出剤６
１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
酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、Ｎ
Ｏが酸素吸蔵・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、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸
収される。

【００２５】一方、このとき酸素吸蔵・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と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向か
い、ＳＯ₂ が酸素吸蔵・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Ｐ
ｔ上において酸化され、再び酸素吸蔵・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、安定化しているために硝酸カリウムＫＮＯ ₃ に比べ
て活性酸素を放出しづらい。

【００２６】一方、微粒子６２と酸素吸蔵・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 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６２と酸素吸蔵・
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。従って微粒
子６２はパティキュレートフィルタ２２、２２’上に堆
積することがない。

【００２７】従来のようにパティキュレートフィルタ２
２、２２’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、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、２２’の温度を高温に維持しなければならな
い。

【００２８】これに対して本発明では微粒子６２は上述
したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、この
ときパティキュレートフィルタ２２、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６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従
来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。

【００２９】ところで白金Ｐｔ及び酸素吸蔵・活性酸素
放出剤６１はパティキュレートフィルタ２２、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酸素
吸蔵・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、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２
２、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、２２’の温度が高くなるほど増大
する。

【００３０】図６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６において横軸はパティキュレートフ
ィルタ２２、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６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、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、２２’上において輝炎を発す
ることなく酸化除去せしめられる。

【００３１】これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可
能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図６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５（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。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５（Ａ）に示すよ
うに微粒子６２が酸素吸蔵・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５（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。

【００３２】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 の酸化作用及び
酸素吸蔵・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５（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。即ち、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や酸素吸蔵・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、２２’の温度を高温にしない限り、堆積
した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。

【００３３】このように図６の領域Ｉでは微粒子はパテ
ィキュレートフィルタ２２、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６の領
域IIでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２、２
２’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、２２’上に積層状に堆積しないよ
うにするためには排出微粒子量Ｍを常時酸化除去可能微
粒子量Ｇよりも少なくしておく必要がある。

【００３４】図６からわかるように本発明の実施形態で
用いられているパティキュレートフィルタ２２、２２’
ではパティキュレートフィルタ２２、２２’の温度ＴＦ
がかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であ
り、従って図１に示す圧縮着火式内燃機関において排出
微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２、２２’
の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇ
よりも常時少なくなるように維持することが可能であ
る。従って本発明による第１の実施形態においては排出
微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２、２２’
の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇ
よりも常時少なくなるように維持するようにしている。
排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少
ないとパティキュレートフィルタ２２、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。従って機関出力は低下しない。

【００３５】一方、前述したように一旦微粒子がパティ
キュレートフィルタ２２、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はじめているときに、即ち
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によって輝炎を発する
ことなく酸化除去される。従って第２の実施形態では排
出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少な
くなり、かつ排出微粒子量Ｍが一時的に酸化除去可能微
粒子量Ｇより多くなったとしても図５（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
れないように、即ち排出微粒子量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、
２２’上に積層しないように排出微粒子量Ｍ及びパティ
キュレートフィルタ２２、２２’の温度ＴＦを維持する
ようにしている。

【００３６】つまり第２の実施形態では、排出微粒子量
Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなり、か
つ排出微粒子量Ｍが一時的に酸化除去可能微粒子量Ｇよ
り多くなったとしてもその後排出微粒子量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、２２’上に堆積しないように、排出微粒子量Ｍ
およびパティキュレートフィルタ２２、２２’の温度Ｔ
Ｆを維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。

【００３７】機関始動直後はパティキュレートフィルタ
２２、２２’の温度ＴＦは低く、従ってこのときには排
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。従って実際の運転を考えると第２の実施形態の方
が現実に合っていると考えられる。一方、第１の実施形
態又は第２の実施形態を実行しうるように排出微粒子量
Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２、２２’の温度Ｔ
Ｆを制御していたとしてもパティキュレートフィルタ２
２、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又は全体の空燃比を
一時的にリッチにすることによってパティキュレートフ
ィルタ２２、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。

【００３８】即ち、排気ガスの空燃比をリッチにする
と、即ち排気ガス中の酸素濃度を低下させると酸素吸蔵
・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、これら一気に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一気に燃焼除去さ
れる。この場合、パティキュレートフィルタ２２、２
２’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、周期的に排気ガス
の空燃比をリッチにしてもよい。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（ＥＧＲ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の開度及びＥＧＲ制御弁２５の開度を制御し、
このとき燃焼室５内における平均空燃比がリッチになる
ように噴射量を制御する方法を用いることができる。

【００３９】図７に機関の運転制御ルーチンの一例を示
す。図７を参照するとまず初めにステップ１００におい
て燃焼室５内の平均空燃比をリッチにすべきか否かが判
別される。燃焼室５内の平均空燃比をリッチにする必要
がないときには排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量
Ｇよりも少なくなるようにステップ１０１においてスロ
ットル弁１７の開度が制御され、ステップ１０２におい
てＥＧＲ制御弁２５の開度が制御され、ステップ１０３
において燃料噴射量が制御される。

【００４０】一方、ステップ１００において燃焼室５内
の平均空燃比をリッチにすべきであると判別されたとき
にはＥＧＲ率が６５パーセント以上になるようにステッ
プ１０４においてスロットル弁１７の開度が制御され、
ステップ１０５においてＥＧＲ制御弁２５の開度が制御
され、燃焼室５内の平均空燃比がリッチとなるようにス
テップ１０６において燃料噴射量が制御される。

【００４１】ところで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、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、２２’
内を流れづらくなる。この場合、酸素吸蔵・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を用いると酸素吸蔵・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 ＳＯ
₄ 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、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。従ってパ
ティキュレートフィルタ２２、２２’の細孔が目詰まり
することがなくなる。従って前述したように酸素吸蔵・
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を用いるこ
とが好ましいことになる。

【００４２】図示しないが本実施形態では、酸素吸蔵・
活性酸素放出剤６１の他に、ＮＯｘ吸収剤がパティキュ
レートフィルタ２２、２２’の隔壁５４の表面上に担持
されている。このＮＯｘ吸収剤は、リーン空燃比の下で
ＮＯｘを吸収し、ストイキ又はリッチ空燃比の下でＮＯ
ｘを放出する。

【００４３】図８は図２（Ｂ）に示したパティキュレー
トフィルタ２２、２２’の隔壁５４の拡大断面図であ
る。図８において、６６は隔壁５４の内部に広がってい
る排気ガス通路、６７はパティキュレートフィルタの基
材、２６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の表
面上に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤であ
る。上述したように、この酸素吸蔵・活性酸素放出剤２
６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の表面上に
一時的に捕集された微粒子を酸化する活性酸素を放出す
る機能を有する。１６１はパティキュレートフィルタの
隔壁５４の内部に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放
出剤である。この酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１も、
酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１と同様な機能を有し、
パティキュレートフィルタの隔壁５４の内部に一時的に
捕集された微粒子を酸化する活性酸素を放出することが
できる。図示しないが、酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６
１と同様に、ＮＯｘ吸収剤もパティキュレートフィルタ
２２、２２’の隔壁５４の上側表面上と下側表面上とに
担持されている。パティキュレートフィルタ２２、２
２’の隔壁５４の上側表面上に担持されているＮＯｘ吸
収剤は、リーン空燃比の下で図８の上側から流れてくる
排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸収し、ストイキ又はリ
ッチ空燃比の下で図８の上側から流れてくる排気ガス中
にＮＯｘを放出する。また、パティキュレートフィルタ
２２、２２’の隔壁５４の下側表面上に担持されている
ＮＯｘ吸収剤は、リーン空燃比の下で図８の下側から流
れてくる排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸収し、ストイ
キ又はリッチ空燃比の下で図８の下側から流れてくる排
気ガス中にＮＯｘを放出する。

【００４４】図９は図１に示した第一のパティキュレー
トフィルタ２２、ＨＣ吸着材８０、及び第二のパティキ
ュレートフィルタ２２’の拡大図である。詳細には、図
９（Ａ）は第一のパティキュレートフィルタ２２、ＨＣ
吸着材８０、及び第二のパティキュレートフィルタ２
２’の拡大平面図、図９（Ｂ）は第一のパティキュレー
トフィルタ２２、ＨＣ吸着材８０、及び第二のパティキ
ュレートフィルタ２２’の拡大側面図である。図１０は
排気切換バルブの切換位置と排気ガスの流れとの関係を
示した図である。詳細には、図１０（Ａ）は排気切換バ
ルブ７３が順流位置にあるときの図、図１０（Ｂ）は排
気切換バルブ７３が逆流位置にあるときの図、図１０
（Ｃ）は排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるとき
の図である。排気切換バルブ７３が順流位置にあると
き、図１０（Ａ）に示すように、排気切換バルブ７３を
通過してケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず
第一通路７１を通過し、次いで第一のパティキュレート
フィルタ２２、ＨＣ吸着材８０、及び第二のパティキュ
レートフィルタ２２’を通過し、最後に第二通路７２を
通過し、再び排気切換バルブ７３を通過して排気管に戻
される。排気切換バルブ７３が逆流位置にあるとき、図
１０（Ｂ）に示すように、排気切換バルブ７３を通過し
てケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず第二通
路７２を通過し、次いで第二のパティキュレートフィル
タ２２’、ＨＣ吸着材８０、及び第一のパティキュレー
トフィルタ２２を図１０（Ａ）に示した場合とは逆向き
に通過し、最後に第一通路７１を通過し、再び排気切換
バルブ７３を通過して排気管に戻される。排気切換バル
ブ７３がバイパス位置にあるとき、図１０（Ｃ）に示す
ように、第一通路７１内の圧力と第二通路７２内の圧力
とが等しくなるために、排気切換バルブ７３に到達した
排気ガスはケーシング２３内に流入することなくそのま
ま排気切換バルブ７３を通過する。排気切換バルブ７３
は、例えば減速フューエルカット運転毎に順流位置（図
１０（Ａ））から逆流位置（図１０（Ｂ））へ、あるい
は、逆流位置（図１０（Ｂ））から順流位置（図１０
（Ａ））へ切り換えられる。

【００４５】図１１は排気切換バルブ７３の位置が切り
換えられるのに応じてパティキュレートフィルタ２２、
２２’の隔壁５４の内部の微粒子が移動する様子を示し
た図である。詳細には、図１１（Ａ）は排気切換バルブ
７３が順流位置（図１０（Ａ）参照）にあるときのパテ
ィキュレートフィルタ２２、２２’の隔壁５４の拡大断
面図、図１１（Ｂ）は排気切換バルブ７３が順流位置か
ら逆流位置（図１０（Ｂ）参照）に切り換えられたとき
のパティキュレートフィルタ２２、２２’の隔壁５４の
拡大断面図である。図１１（Ａ）に示すように、排気切
換バルブ７３が順流位置に配置され、排気ガスが上側か
ら下側に流れているとき、隔壁内部の排気ガス通路６６
内に存在する微粒子１６２は、排気ガスの流れによって
隔壁内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に押しつけ
られ、その上に堆積してしまっている。そのため、酸素
吸蔵・活性酸素放出剤１６１に直接接触していない微粒
子１６２は、十分な酸化作用を受けていない。次に図１
１（Ｂ）に示すように排気切換バルブ７３が順流位置か
ら逆流位置に切り換えられて排気ガスが下側から上側に
流れると、隔壁内部の排気ガス通路６６内に存在する微
粒子１６２は排気ガスの流れによって移動せしめられ
る。その結果、十分に酸化作用を受けていなかった微粒
子１６２が、酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に直接接
触せしめられ、十分な酸化作用を受けるようになる。ま
た、排気切換バルブ７３が順流位置に配置されていたと
き（図１１（Ａ）参照）にパティキュレートフィルタの
隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１上に堆積し
ていた微粒子の一部は、排気切換バルブ７３が順流位置
から逆流位置に切り換えられることにより、パティキュ
レートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤
２６１上から脱離する（図１１（Ｂ）参照）。この微粒
子の脱離量は、パティキュレートフィルタ２２、２２’
の温度が高いほど多くなり、また、排気ガス量が多いほ
ど多くなる。パティキュレートフィルタ２２、２２’の
温度が高いほど微粒子の脱離量が多くなるのは、パティ
キュレートフィルタ２２、２２’の温度が高くなるに従
って、微粒子を堆積させているバインダとしてのＳＯＦ
の結合力が弱くなるからである。

【００４６】本実施形態では、図１０（Ａ）に示す排気
切換バルブ７３の順流位置から図１０（Ｂ）に示す逆流
位置への切り換え、及び、図１０（Ｂ）に示す逆流位置
から図１０（Ａ）に示す順流位置への切り換えは、パテ
ィキュレートフィルタ２２、２２’の隔壁５４に捕集さ
れる微粒子をパティキュレートフィルタ２２、２２’の
隔壁５４の上面と下面（図８参照）とに分散させるよう
にして行われる。そのように排気切換バルブ７３の切換
を行うことにより、パティキュレートフィルタ２２、２
２’の隔壁５４に捕集された微粒子が酸化除去されるこ
となく堆積する可能性が低減せしめられる。好適には、
パティキュレートフィルタ２２、２２’の隔壁５４に捕
集される微粒子は、パティキュレートフィルタ２２、２
２’の隔壁５４の上面と下面とにほぼ同程度に分散され
る。

【００４７】以下、上述したストイキ又はリッチ空燃比
を形成するための方法の一例について説明する。図１２
は機関低負荷運転時にスロットル弁１７の開度およびＥ
ＧＲ率を変化させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図１２の
横軸）を変化させたときの出力トルクの変化、およびス
モーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの排出量の変化を示す実験
例を表している。図１２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。図１２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程度になったとき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。このとき機関の出力
トルクは若干低下し、またＮＯｘの発生量がかなり低く
なる。一方、このときＨＣ，ＣＯの発生量は増大し始め
る。

【００４８】図１３（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ときの燃焼室５内の燃焼圧
変化を示しており、図１３（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ときの燃焼室５内の
燃焼圧の変化を示している。図１３（Ａ）と図１３
（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１３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生
量が多い図１３（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低い
ことがわかる。

【００４９】図１２および図１３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ときには図
１２に示されるようにＮＯｘの発生量がかなり低下す
る。ＮＯｘ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ときには燃焼室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１３からも言
える。即ち、煤がほとんど発生していない図１３（Ｂ）
に示す状態では燃焼圧が低くなっており、従ってこのと
き燃焼室５内の燃焼温度は低くなっていることになる。

【００５０】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１２に示されるようにＨＣおよびＣ
Ｏ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１４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１
４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１２に示される如くＨＣおよびＣ
Ｏの排出量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又
はその前の状態の炭化水素である。

【００５１】図１２および図１３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
が低いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤
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内における燃料およびその
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内における燃料およびその周囲の温度が或る温
度以上になると煤が生成されることが判明したのであ
る。

【００５２】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種
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ＮＯｘ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ＮＯｘ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およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯｘの発生量が低下する。このときＮＯｘの発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
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とき
の温度にほぼ一致する。

【００５３】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
料およ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、燃料およ
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
の燃料周りの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。即ち、燃料周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、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高
くなる。即ち、このとき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。

【００５４】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
には燃焼熱は周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。

【００５５】この場合、燃料およ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な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
が強力となり、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。

【００５６】図１５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１５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。図１５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１５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。また、図
１５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ＥＧＲ率が５５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１５は機関負荷が比較的高いときのス
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。

【００５７】図１６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およ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、およびこの混合ガ
ス量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガ
スの割合を示している。なお、図１６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
ている。図１６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１６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１６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
ときに燃料およ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１６に示す実施形態
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１６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１６に示すような割合にすると燃料およびその周
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ＮＯｘ発生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であ
り、従ってＮＯｘの発生量は極めて少量となる。

【００５８】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およ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１６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。ところで過給が行われていない場
合には燃焼室５内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限は
Ｙであり、従って図１６において要求負荷がＬo よりも
大きい領域では要求負荷が大きくなるにつれてＥＧＲガ
ス割合を低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持す
ることができない。云い換えると過給が行われていない
場合に要求負荷がＬo よりも大きい領域において空燃比
を理論空燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高
くなるにつれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求負荷が
Ｌoよりも大きい領域では燃料およ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しえなく
なる。

【００５９】ところが、図示しないがＥＧＲ通路を介し
て過給機の入口側即ち排気ターボチャージャの空気吸込
管内にＥＧＲガスを再循環させると要求負荷がＬo より
も大きい領域においてＥＧＲ率を５５パーセント以上、
例えば７０パーセントに維持することができ、斯くして
燃料およ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ことができる。即ち、空気吸込
管内におけるＥＧＲ率が例えば７０パーセントになるよ
うにＥＧＲガスを再循環させれば排気ターボチャージャ
のコンプレッサにより昇圧された吸入ガスのＥＧＲ率も
７０パーセントとなり、斯くしてコンプレッサにより昇
圧しうる限度まで燃料およ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ことができ
る。従って、低温燃焼を生じさせることのできる機関の
運転領域を拡大することができることになる。要求負荷
がＬo よりも大きい領域でＥＧＲ率を５５パーセント以
上にする際にはＥＧＲ制御弁が全開せしめられる、スロ
ットル弁が若干閉弁せしめられる。

【００６０】前述したように図１６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空気量を図１６
に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッ
チにしても煤の発生を阻止しつつＮＯｘの発生量を１０
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、また空気量
を図１６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ＮＯｘ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。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、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。このよう
に、低温燃焼が行われているときに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、ＮＯｘ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。

【００６１】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よ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比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
料およ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１の燃焼、即ち低温燃焼
を行うようにし、機関高負荷運転時には第２の燃焼、即
ち従来より普通に行われている通常燃焼を行うようにし
ている。なお、ここで第１の燃焼、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ピークと
なる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２の燃
焼、即ち従来より普通に行われている通常燃焼とは煤の
発生量がピークとなる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。

【００６２】図１７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行わ
れる第１の運転領域Ｉ’と、第２の燃焼、即ち従来の燃
焼方法による通常燃焼が行われる第２の運転領域II’と
を示している。なお、図１７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１７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。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ときに要求負荷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
燃焼方法による通常燃焼が行われる。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。

【００６３】このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境
界Ｘ（Ｎ）よりも低負荷側の第２の境界Ｙ（Ｎ）との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第１の理
由は、第２の運転領域II’の高負荷側では比較的燃焼温
度が高く、このとき要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よ
り低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないから
である。即ち、要求負荷Ｌがかなり低くなったとき、即
ち第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったときでなければ
ただちに低温燃焼が開始されないからである。第２の理
由は第１の運転領域Ｉ’と第２の運転領域II’間の運転
領域の変化に対してヒステリシスを設けるためである。

【００６４】ところで機関の運転領域が第１の運転領域
Ｉ’にあって低温燃焼が行われているときには煤はほと
んど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又は
その前の状態の形でもって燃焼室５から排出される。こ
のとき燃焼室５から排出された未燃炭化水素は酸化機能
を有する触媒（例えば白金Ｐｔ６０及びカリウムＫを含
んでいる酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１）により良好に
酸化せしめられる。この触媒としては酸化触媒、三元触
媒、又はＮＯｘ吸収剤を用いることができる。ＮＯｘ吸
収剤は燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときに
ＮＯｘを吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッ
チになるとＮＯｘを放出する機能を有する。このＮＯｘ
吸収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例え
ばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウ
ムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウ
ムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリ
ウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白
金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。酸化触媒は
もとより、三元触媒およびＮＯｘ吸収剤も酸化機能を有
しており、従って上述した如く三元触媒およびＮＯｘ吸
収剤を上述した触媒として用いることができる。

【００６５】図１８は空燃比センサ（図示せず）の出力
を示している。図１８に示されるように空燃比センサの
出力電流Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従って空
燃比センサの出力電流Ｉから空燃比を知ることができ
る。

【００６６】次に図１９を参照しつつ第１の運転領域
Ｉ’および第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。図１９は要求負荷Ｌに対するスロ
ットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２５の開度、ＥＧＲ
率、空燃比、噴射時期および噴射量を示している。図１
９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１７の開度は要求負荷Ｌが高くな
るにつれて全閉近くから２／３開度程度まで徐々に増大
せしめられ、ＥＧＲ制御弁２５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１９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。

【００６７】言い換えると第１の運転領域Ｉ’ではＥＧ
Ｒ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１７
の開度およびＥＧＲ制御弁２５の開度が制御される。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。なお、
アイドル運転時にはスロットル弁１７は全閉近くまで閉
弁され、このときＥＧＲ制御弁２５も全閉近くまで閉弁
せしめられる。スロットル弁１７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、アイドル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１７が全閉近くまで閉
弁せしめられる。

【００６８】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２
０の開度が２／３開度程度から全開方向へステップ状に
増大せしめられる。このとき図１９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１５）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。第２の
運転領域II’では従来から行われている通常燃焼が行わ
れる。この第２の運転領域II’ではスロットル弁１７は
一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２５の
開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。ま
た、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。

【００６９】図２０（Ａ）は第１の運転領域Ｉ’におけ
る目標空燃比Ａ／Ｆを示している。図２０（Ａ）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目標空燃比が１
５．５，１６，１７，１８であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図２０
（Ａ）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が低くなるほど目標空燃比Ａ／Ｆがリーンとさ
れる。即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼による発熱
量が少くなる。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２０
（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて
目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。目標空燃比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発明による実施形態では
要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大き
くされる。

【００７０】なお、図２０（Ａ）に示される目標空燃比
Ａ／Ｆは図２０（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよ
び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。また、空燃比を図２０（Ａ）に
示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁１
７の目標開度ＳＴが図２１（Ａ）に示されるように要求
負荷Ｌおよび機関回転数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２０
（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ
制御弁２５の目標開度ＳＥが図２１（Ｂ）に示されるよ
うに要求負荷Ｌおよび機関回転数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。

【００７１】図２２（Ａ）は第２の燃焼、即ち従来の燃
焼方法による通常燃焼が行われるときの目標空燃比Ａ／
Ｆを示している。なお、図２２（Ａ）においてＡ／Ｆ＝
２４，Ａ／Ｆ＝３５，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。図２２（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／
Ｆは図２２（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機
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。また、空燃比を図２２（Ａ）に示す
目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁１７の
目標開度ＳＴが図２３（Ａ）に示されるように要求負荷
Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲ
ＯＭ３２内に記憶されており、空燃比を図２２（Ａ）に
示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁２
５の目標開度ＳＥが図２３（Ｂ）に示されるように要求
負荷Ｌおよび機関回転数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。

【００７２】また、第２の燃焼が行われているときには
燃料噴射量Ｑは要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに基づい
て算出される。この燃料噴射量Ｑは図２４に示されるよ
うに要求負荷Ｌおよび機関回転数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。

【００７３】次に図２５を参照しつつ本実施形態の運転
制御について説明する。図２５を参照すると、まず初め
にステップ１１００において機関の運転状態が第１の運
転領域Ｉ’であることを示すフラグＩがセットされてい
るか否かが判別される。フラグＩがセットされていると
き、即ち機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ’であると
きにはステップ１１０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境
界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ
≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ１１０３に進んで低温燃
焼が行われる。一方、ステップ１１０１においてＬ＞Ｘ
（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１１０２
に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１１
０９に進んで第２の燃焼が行われる。

【００７４】ステップ１１００において、機関の運転状
態が第１の運転領域Ｉ’であることを示すフラグＩがセ
ットされていないと判別されたとき、即ち機関の運転状
態が第２の運転領域II’であるときには、ステップ１１
０８に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低
くなったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときには
ステップ１１１０に進み、リーン空燃比のもとで第２の
燃焼が行われる。一方、ステップ１１０８においてＬ＜
Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１１０
９に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１１
０３に進んで低温燃焼が行われる。

【００７５】ステップ１１０３では図２１（Ａ）に示す
マップからスロットル弁１７の目標開度ＳＴが算出さ
れ、スロットル弁１７の開度がこの目標開度ＳＴとされ
る。次いでステップ１１０４では図２１（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２５の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁２５の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ１１０５では質量流量検出器（図示せ
ず）により検出された吸入空気の質量流量（以下、単に
吸入空気量と称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１
１０６では図２０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ
／Ｆが算出される。次いでステップ１１０７では吸入空
気量Ｇａと目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空
燃比Ａ／Ｆとするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出され
る。

【００７６】上述したようにに低温燃焼が行われている
ときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロ
ットル弁１７の開度およびＥＧＲ制御弁２５の開度がた
だちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度
ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷
Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が
増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに
増大せしめられる。一方、スロットル弁１７の開度又は
ＥＧＲ制御弁２５の開度が変化して吸入空気量が変化す
るとこの吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器により
検出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づいて燃
料噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａが実際
に変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられることに
なる。

【００７７】ステップ１１１０では図２４に示されるマ
ップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量がこ
の目標燃料噴射量Ｑとされる。次いでステップ１１１１
では図２３（Ａ）に示すマップからスロットル弁１７の
目標開度ＳＴが算出される。次いでステップ１１１２で
は図２３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２５の目
標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２５の開度がこの
目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１１１３では質
量流量検出器により検出された吸入空気量Ｇａが取込ま
れる。次いでステップ１１１４では燃料噴射量Ｑと吸入
空気量Ｇａから実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が算出され
る。次いでステップ１１１５では図２２（Ｂ）に示すマ
ップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステッ
プ１１１６では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目標空燃比
Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）_R
＞Ａ／Ｆのときにはステップ１１１７に進んでスロット
ル開度の補正値ΔＳＴが一定値αだけ減少せしめられ、
次いでステップ１１１９へ進む。これに対して（Ａ／
Ｆ）_R ≦Ａ／Ｆのときにはステップ１１１８に進んで補
正値ΔＳＴが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステ
ップ１１１９に進む。ステップ１１１９ではスロットル
弁１７の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴを加算することに
より最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１
７の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、
実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目標空燃比Ａ／Ｆとなるよ
うにスロットル弁１７の開度が制御される。

【００７８】このように第２の燃焼が行われているとき
には要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目
標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌ
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空燃比
が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃比Ａ
／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御され
る。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せ
しめられることになる。

【００７９】これまで述べた実施形態では低温燃焼が行
われているときに燃料噴射量Ｑはオープンループ制御さ
れ、第２の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁２０の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第２の燃焼が行われ
ているときに空燃比をＥＧＲ制御弁３１の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。

【００８０】すなわち本実施形態では、ストイキ（わず
かばかりリーンも含む）又はリッチ空燃比を形成するた
めに上述した低温燃焼、つまり、煤の発生量がピークと
なる不活性ガスとしてのＥＧＲガスの量よりも燃焼室５
内に供給されるＥＧＲガスの量が多く煤がほとんど発生
しない燃焼が実行される。他の実施形態では、他の方法
によりストイキ又はリッチ空燃比を形成してもよい。

【００８１】図２６はパティキュレートフィルタ２２、
２２’の暖機制御方法を示したフローチャートである。
図２６に示すルーチンは、内燃機関の始動時毎に実行さ
れる。図２６に示すように、このルーチンが開始される
と、まずステップ２００において、温度センサ３９によ
り検出された第一のパティキュレートフィルタ２２の温
度及び温度センサ３９’により検出された第二のパティ
キュレートフィルタ２２’の温度のうち、高い方の温度
ＴＦが所定の閾値ＫＴＦより高いか否かが判定される。
ＹＥＳのときには、第一のパティキュレートフィルタ２
２及び第二のパティキュレートフィルタ２２’のうちの
排気ガス流れ上流側のパティキュレートフィルタの暖機
が完了したと判断し、ステップ２０２に進む。一方、Ｎ
Ｏのときには、第一のパティキュレートフィルタ２２及
び第二のパティキュレートフィルタ２２’のうちの排気
ガス流れ上流側のパティキュレートフィルタの暖機がま
だ完了しておらず、そのパティキュレートフィルタの暖
機を継続する必要があると判断し、ステップ２０１に進
む。

【００８２】ステップ２０１では、所定時間だけ遅延処
理が施され、ステップ２００に戻る。すなわち、ステッ
プ２００においてＮＯと判定されたときには、排気切換
バルブ７３の切換が実行されず、排気切換バルブ７３が
順流位置（図１０（Ａ））に配置されているときには排
気切換バルブ７３がそのまま順流位置（図１０（Ａ））
に維持され、あるいは、排気切換バルブ７３が逆流位置
（図１０（Ｂ））に配置されているときには排気切換バ
ルブ７３がそのまま逆流位置（図１０（Ｂ））に維持さ
れる。一方、ステップ２０２では、排気切換バルブ７３
の切換が実行される。すなわち、排気切換バルブ７３が
順流位置（図１０（Ａ））に配置されているときには排
気切換バルブ７３が順流位置（図１０（Ａ））から逆流
位置（図１０（Ｂ））に切り換えられ、あるいは、排気
切換バルブ７３が逆流位置（図１０（Ｂ））に配置され
ているときには排気切換バルブ７３が逆流位置（図１０
（Ｂ））から順流位置（図１０（Ａ））に切り換えられ
る。

【００８３】本実施形態によれば、パティキュレートフ
ィルタ２２、２２’に一時的に捕集された微粒子が微粒
子酸化促進成分としての活性酸素によって酸化され、排
気切換バルブ７３によって排気ガスがパティキュレート
フィルタ２２、２２’の隔壁５４の一方の側と他方の側
とから交互にパティキュレートフィルタ２２、２２’を
通過せしめられる。そのため、パティキュレートフィル
タ２２、２２’内に流入した微粒子の大部分が、パティ
キュレートフィルタ２２、２２’の隔壁５４の一方の面
において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティ
キュレートフィルタ２２、２２’の隔壁５４の方から排
気ガス流れ下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼす
ことができる。

【００８４】更に本実施形態によれば、第一のパティキ
ュレートフィルタ２２と第二のパティキュレートフィル
タ２２’とが排気ガス流れ方向に分離して配置され、温
度が上昇する前にはＨＣが吸着し、温度が上昇すると吸
着していたＨＣが脱離するＨＣ吸着材８０が第一のパテ
ィキュレートフィルタ２２と第二のパティキュレートフ
ィルタ２２’との間に配置される。そのため、第一のパ
ティキュレートフィルタ２２及び第二のパティキュレー
トフィルタ２２’の暖機が完了する前において、排気切
換バルブ７３が順流位置（図１０（Ａ））に配置されて
排気ガスが第一のパティキュレートフィルタ２２の側か
ら通過せしめられても、あるいは、排気切換バルブ７３
が逆流位置（図１０（Ｂ））に配置されて排気ガスが第
二のパティキュレートフィルタ２２’の側から通過せし
められても、排気ガス中に含まれるＨＣがＨＣ吸着材８
０に吸着せしめられる。それゆえ、排気切換バルブ７３
が順流位置（図１０（Ａ））に配置されているときであ
って第二のパティキュレートフィルタ２２’の暖機が完
了する前に、ＨＣが第二のパティキュレートフィルタ２
２’をすり抜けて排出されてしまうのを抑制することが
できる。また、排気切換バルブ７３が逆流位置（図１０
（Ｂ））に配置されているときであって第一のパティキ
ュレートフィルタ２２の暖機が完了する前に、ＨＣが第
一のパティキュレートフィルタ２２をすり抜けて排出さ
れてしまうのを抑制することができる。

【００８５】また本実施形態によれば、内燃機関の始動
時に排気切換バルブ７３が順流位置（図１０（Ａ））に
配置されている場合、第一のパティキュレートフィルタ
２２の暖機が完了した後であってＨＣ吸着材８０からＨ
Ｃが脱離する程度にＨＣ吸着材８０が昇温する前に、排
気切換バルブ７３が順流位置（図１０（Ａ））から逆流
位置（図１０（Ｂ））に切り換えられ、排気ガスが第二
のパティキュレートフィルタ２２’の側から通過せしめ
られる。そのため、第一のパティキュレートフィルタ２
２の暖機が完了した後であってＨＣ吸着材８０からＨＣ
が脱離する程度にＨＣ吸着材８０が昇温した以降におい
ても排気切換バルブ７３が順流位置（図１０（Ａ））の
まま維持されて排気ガスが第一のパティキュレートフィ
ルタ２２の側から通過せしめられ続けるのに伴ってＨＣ
吸着材８０から脱離したＨＣが暖機完了前の第二のパテ
ィキュレートフィルタ２２’をすり抜けて排出されてし
まうのを抑制することができる。詳細には、第一のパテ
ィキュレートフィルタ２２の暖機が完了するまでＨＣ吸
着材８０からＨＣが脱離しないようにするために、本実
施形態のＨＣ吸着材８０は、第一のパティキュレートフ
ィルタ２２の暖機が完了するまでＨＣ吸着材８０からＨ
Ｃが脱離する程度にＨＣ吸着材８０が昇温しないような
比較的大きな容量を有する。

【００８６】同様に本実施形態によれば、内燃機関の始
動時に排気切換バルブ７３が逆流位置（図１０（Ｂ））
に配置されている場合、第二のパティキュレートフィル
タ２２’の暖機が完了した後であってＨＣ吸着材８０か
らＨＣが脱離する程度にＨＣ吸着材８０が昇温する前
に、排気切換バルブ７３が逆流位置（図１０（Ｂ））か
ら順流位置（図１０（Ａ））に切り換えられ、排気ガス
が第一のパティキュレートフィルタ２２の側から通過せ
しめられる。そのため、第二のパティキュレートフィル
タ２２’の暖機が完了した後であってＨＣ吸着材８０か
らＨＣが脱離する程度にＨＣ吸着材８０が昇温した以降
においても排気切換バルブ７３が逆流位置（図１０
（Ｂ））のまま維持されて排気ガスが第二のパティキュ
レートフィルタ２２’の側から通過せしめられ続けるの
に伴ってＨＣ吸着材８０から脱離したＨＣが暖機完了前
の第一のパティキュレートフィルタ２２をすり抜けて排
出されてしまうのを抑制することができる。詳細には、
第二のパティキュレートフィルタ２２’の暖機が完了す
るまでＨＣ吸着材８０からＨＣが脱離しないようにする
ために、本実施形態のＨＣ吸着材８０は、第二のパティ
キュレートフィルタ２２’の暖機が完了するまでＨＣ吸
着材８０からＨＣが脱離する程度にＨＣ吸着材８０が昇
温しないような比較的大きな容量を有する。

【００８７】以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第三の実施形態について説明する。図２７は本実施形態
における図１と同様の全体構成図である。図２７におい
て、図１に示した参照番号と同一の参照番号は図１に示
した部品又は部分と同一の部品又は部分を示しており、
１２２は第一のパティキュレートフィルタ、１２２’は
第二のパティキュレートフィルタ、１２３はケーシン
グ、１８０はＨＣ吸着材である。図２８は図３と同様の
第一のパティキュレートフィルタ１２２、ＨＣ吸着材１
８０、及び第二のパティキュレートフィルタ１２２’の
拡大断面図である。図２８に示すように、本実施形態の
第一のパティキュレートフィルタ１２２及び第二のパテ
ィキュレートフィルタ１２２’は、ＨＣ吸着材１８０が
配置されている部分を貫通して延びている共通の隔壁５
４を有しており、ＨＣ吸着材１８０は隔壁５４により画
定される排気流通路５０、５１内に配置されている。本
実施形態によっても、上述した第一及び第二の実施形態
とほぼ同様の効果を奏することができる。

【００８８】以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第四の実施形態について説明する。図２９は本実施形態
における図１と同様の全体構成図である。図２９におい
て、図１に示した参照番号と同一の参照番号は図１に示
した部品又は部分と同一の部品又は部分を示しており、
２２２は第一のパティキュレートフィルタ、２２２’は
第二のパティキュレートフィルタ、２２３はケーシン
グ、２８０はＨＣ吸着材である。図２９に示すように、
本実施形態のＨＣ吸着材２８０は第一のパティキュレー
トフィルタ２２２及び第二のパティキュレートフィルタ
２２２’から間隔を隔てて配置されている。本実施形態
によっても、上述した第一及び第二の実施形態とほぼ同
様の効果を奏することができる。

【００８９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、パティ
キュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パ
ティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集さ
れてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィ
ルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し
酸化除去作用を及ぼすことができる。更に第一のパティ
キュレートフィルタ及び第二のパティキュレートフィル
タの暖機が完了する前に排気ガスが第一のパティキュレ
ートフィルタの側から通過せしめられても、あるいは、
排気ガスが第二のパティキュレートフィルタの側から通
過せしめられても、排気ガス中に含まれるＨＣがＨＣ吸
着材に吸着せしめられる。それゆえ、第一のパティキュ
レートフィルタ及び第二のパティキュレートフィルタの
暖機が完了する前にＨＣがパティキュレートフィルタを
すり抜けて排出されてしまうのを抑制することができ
る。

【００９０】請求項２に記載の発明によれば、第一のパ
ティキュレートフィルタの暖機が完了した後であってＨ
Ｃ吸着材からＨＣが脱離するようになった以降において
も排気ガスが第一のパティキュレートフィルタの側から
通過せしめられ続けるのに伴ってＨＣ吸着材から脱離し
たＨＣが暖機完了前の第二のパティキュレートフィルタ
をすり抜けて排出されてしまうのを抑制することができ
る。

【００９１】請求項３に記載の発明によれば、微粒子が
活性酸素によって酸化されるのに伴って微粒子の酸化性
能が向上し、微粒子を連続的に酸化させることができや
すくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式
内燃機関に適用した第一の実施形態を示した図である。

【図２】パティキュレートフィルタ２２の構造を示した
図である。

【図３】図１に示した第一のパティキュレートフィルタ
２２、ＨＣ吸着材８０、及び第二のパティキュレートフ
ィルタ２２’の拡大断面図である。

【図４】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である。

【図５】微粒子の酸化の様子を示した図である。

【図６】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を示した図である。

【図７】機関の運転制御ルーチンの一例を示した図であ
る。

【図８】図２（Ｂ）に示した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。

【図９】図１に示したパティキュレートフィルタ２２の
拡大図である。

【図１０】排気切換バルブの切換位置と排気ガスの流れ
との関係を示した図である。

【図１１】排気切換バルブ７３の位置が切り換えられる
のに応じてパティキュレートフィルタの隔壁５４の内部
の微粒子が移動する様子を示した図である。

【図１２】スモークおよびＮＯｘの発生量等を示す図で
ある。

【図１３】燃焼圧を示す図である。

【図１４】燃料分子を示す図である。

【図１５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す
図である。

【図１６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図で
ある。

【図１７】第１の運転領域Ｉ’および第２の運転領域I
I’を示す図である。

【図１８】空燃比センサの出力を示す図である。

【図１９】スロットル弁の開度等を示す図である。

【図２０】第１の運転領域Ｉ’における空燃比等を示す
図である。

【図２１】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。

【図２２】第２の燃焼における空燃比等を示す図であ
る。

【図２３】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。

【図２４】燃料噴射量のマップを示す図である。

【図２５】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図２６】パティキュレートフィルタ２２、２２’の暖
機制御方法を示したフローチャートである。

【図２７】第三の実施形態における図１と同様の全体構
成図である。

【図２８】図３と同様の第一のパティキュレートフィル
タ１２２、ＨＣ吸着材１８０、及び第二のパティキュレ
ートフィルタ１２２’の拡大断面図である。

【図２９】第四の実施形態における図１と同様の全体構
成図である。

【符号の説明】

５…燃焼室 ６…燃料噴射弁 ２０…排気管 ２２…第一のパティキュレートフィルタ ２２’…第二のパティキュレートフィルタ ３９，３９’…温度センサ ６１…酸素吸蔵・活性酸素放出剤 ７３…排気切換バルブ ８０…ＨＣ吸着材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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７−189655（ＪＰ，Ａ) 特開2000−18026（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−36851（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−324662（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−185342（ＪＰ，Ａ) 特開2000−145439（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 3/08 - 3/24

Claims (3)

(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
   子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフィルタ
   を機関排気通路内に配置し、排気ガスが前記パティキュ
   レートフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が
   捕集されるようになっている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を通過する排気
   ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設
   け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの一方の
   側と他方の側とから交互に前記パティキュレートフィル
   タを通過しうるようにし、前記パティキュレートフィル
   タを第一のパティキュレートフィルタと第二のパティキ
   ュレートフィルタとに排気ガス流れ方向に分割し、温度
   が上昇する前にはＨＣが吸着し、温度が上昇すると吸着
   していたＨＣが脱離するＨＣ吸着材を前記第一のパティ
   キュレートフィルタと前記第二のパティキュレートフィ
   ルタとの間に配置した内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記第一のパティキュレートフィルタ及
   び前記第二のパティキュレートフィルタを暖機させると
   き、まず排気ガスを前記第一のパティキュレートフィル
   タの側から通過せしめ、次いで前記第一のパティキュレ
   ートフィルタの暖機が完了した後であって前記ＨＣ吸着
   材からＨＣが脱離する前に排気ガスの流れを逆転させ、
   排気ガスを前記第二のパティキュレートフィルタの側か
   ら通過せしめるようにした請求項１に記載の内燃機関の
   排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記第一のパティキュレートフィルタ及
   び前記第二のパティキュレートフィルタのそれぞれに一
   時的に捕集された微粒子の酸化を促進する微粒子酸化促
   進成分である活性酸素を放出する活性酸素放出剤が、前
   記第一のパティキュレートフィルタ及び前記第二のパテ
   ィキュレートフィルタのそれぞれに担持されている請求
   項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。