JP3551128B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【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。従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、従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７−１０６２９０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℃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、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℃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。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℃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。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。
【０００５】
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℃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、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を着火せしめるのが困難となる。
【０００６】
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たとすると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。即ち、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り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り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。
【０００７】
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まりとなり、これらアッシュの塊ま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問題が生ずる。
【０００８】
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。
【０００９】
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。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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点に鑑み、本発明は、新規な方法によって排気ガス中の微粒子を除去する、つまり、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微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また従来、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集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。ところが特開平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。
【００１２】
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ことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、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、該パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を担持したパティキュレートフィルタであって、単位時間当た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、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持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内燃機関の排気浄化装置であって、サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度までパティキュレートフィルタの温度を上昇させないようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入するための機関排気通路が第一の排気通路と第二の排気通路とを有し、前記第一の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記第二の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇すると予測されたときに、排気ガスが前記第二の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、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するようにし、前記パティキュレートフィルタの一方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記パティキュレートフィルタの他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁に担持され、前記パティキュレートフィルタの壁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、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記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させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁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を低減し、前記パティキュレートフィルタの壁の一方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記パティキュレートフィルタの壁の他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの壁の他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持され、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２２】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、酸化剤がパティキュレートフィルタの壁の内部に担持されているため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更に、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子が移動される。そのため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２４】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置では、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パティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるいは、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パティキュレートフィルタの温度に基づき、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、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運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、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することができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、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微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【００２５】
【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。
【００２６】
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１９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、排気切換バルブ７３と第一の排気通路７１又は第二の排気通路７２を介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に連結される。第二の排気通路７２は第一の排気通路７１よりも流路が長くなっている。７４は排気切換バルブ駆動装置である。
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
図２にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。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）に示されるように第一の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５３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。
【００３０】
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５２，５３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、この担体上には、貴金属触媒、及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。
【００３１】
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。
【００３２】
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の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００３３】
図３（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３（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２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２ がＯ２ − 又は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 − 又は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３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ − 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。
【００３４】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ２ 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 − 又は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。
【００３５】
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。
【００３６】
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と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＮＯ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。
【００３７】
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。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ＫＮＯ３ に比べて活性酸素を放出しづらい。
【００３８】
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ＫＮＯ３ 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上に堆積することがない。
【００３９】
従来のようにパティキュレートフィルタ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の温度を高温に維持しなければならない。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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及びサルフェート生成量を示している。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５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。
【００４３】
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５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。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４（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４（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。
【００４４】
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４（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。
【００４５】
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。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よりも少なくしておく必要がある。
【００４６】
図５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ではパティキュレートフィルタ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。
【００４７】
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４（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の温度ＴＦを維持するようにしている。
【００４８】
機関始動直後はパティキュレートフィルタ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の温度ＴＦ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。
【００４９】
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。
【００５０】
上述したように、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなればなるほどパティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化除去能力は高くなる。ところが、図５（Ｂ）に示すように、パティキュレートフィルタ２２の温度を高くするために排気ガスの温度を高くすると、排気ガス中において生成されるサルフェートの量が増加してしまう。そこで本実施形態では、サルフェート生成許容値Ｓ１及びそれに対応するサルフェート生成温度ＴＦ１を定め、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１よりも高くならないように制御されるか、あるいは、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１以上になったときにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度まで低下せしめられる。
【００５１】
つまり本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１以上の温度にならないように、つまり、領域ＩＩＩ 内に入らないようにされると共に、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くならないように、つまり、領域ＩＩ内に入らないようにされる。
【００５２】
図６に機関の運転制御ルーチンの一例を示す。図６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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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 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。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。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。
【００５５】
図７はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図５（Ａ）の領域Ｉ内にいれるための制御方法を示したフローチャートである。図７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により検出されたパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１以上であるか否か、つまり、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域ＩＩＩ 内にあるか否かが判断される。ＹＥＳのときにはステップ２０３に進み、ＮＯのときにはステップ２０１に進む。ステップ２０１では燃焼室５から排出される排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域ＩＩ内にあるか否か、つまり、酸化除去可能微粒子量Ｇが排出微粒子量Ｍより多くなるような温度にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがなっているか否かが判断される。ＮＯのときには、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域Ｉ内にあり、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させる必要も降温させる必要もないと判断し、このルーチンを終了する。このとき、排気切換バルブ７３は、排気ガスが第一の排気通路７１を流れるように配置されている。一方、ＹＥＳのときには、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域ＩＩ内にあり、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させる必要があると判断し、ステップ２０２に進む。
【００５６】
ステップ２０２では、パティキュレートフィルタ２２を昇温させるために、パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの上流側の機関排気通路内にてＨＣが添加され、パティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスが昇温せしめられる。このとき、排気切換バルブ７３は、排気ガスが第一の排気通路７１を流れるように配置されている。本実施形態の変形例では、パティキュレートフィルタ２２を昇温させるために、ＨＣを添加する代わりに、またはそれに加え、排気絞りを行ったり、後行程噴射を行ったり、パティキュレートフィルタ２２を電気若しくはバーナーにより加熱したり、点火時期を遅角させたり、排気弁９を早く開弁させることも可能である。また本実施形態の変形例では、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図５（Ａ）の領域Ｉ内に入れるために、パティキュレートフィルタ２２を昇温させる代わりに、内燃機関の運転条件を変更し排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくすることも可能である。
【００５７】
ステップ２０３では、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低くするために、上述したパティキュレートフィルタ２２の昇温制御が停止され、次いでステップ２０４において、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが降温せしめられる。このとき排気切換バルブ７３は、排気ガスが第二の排気通路７２を流れるように配置されている。また第二の排気通路７２は、燃焼室５内における燃焼温度を低下させなくてもパティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度がサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度になるように構成されている。具体的には、第二の排気通路７２の流路長さは第一の排気通路７１の流路長さよりも長くされている。本実施形態の変形例では、第二の排気通路７２の流路長さを第一の排気通路７１の流路長さよりも長くする代わりに、又はそれに加え、第二の排気通路７２を放熱性の高い材料により形成したり、第二の排気通路７２に放熱フィンを設けたり、第二の排気通路７２内を流れている排気ガスに対し二次エアや水を噴射することも可能である。
【００５８】
更に本実施形態では、単位時間当たりに燃焼室５から排出される排出微粒子量Ｍが、パティキュレートフィルタ２２上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなり、つまり、通常、図５の領域Ｉ内に位置し、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より多くなり図５の領域ＩＩ内に位置し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上に堆積しないように、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。
【００５９】
本実施形態によれば、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の温度ＴＦが維持されることにより、排気ガス中の微粒子が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。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、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前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【００６０】
更に本実施形態によれば、ステップ２００、ステップ２０３及びステップ２０４において、サルフェート生成温度ＴＦ１以上の温度までパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇しないようにされる。そのため、排気ガス中の微粒子を除去しつつ、サルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００６１】
また本実施形態によれば、燃焼室５から排出された排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内に流入するために第一の排気通路７１と第二の排気通路７２とが設けられ、第一の排気通路７１を通過してパティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度よりも、第二の排気通路７２を通過してパティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度が低くされ、ステップ２００においてサルフェートの生成が予測されると判断したとき、ステップ２０４において排気切換バルブ７３が切り換えられ、排気ガスが第二の排気通路７２を通過してパティキュレートフィルタ２２内に流入せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低くするために燃焼室５内における燃焼温度を低下させる場合と異なり、燃焼室５内における燃焼温度を変更する必要なくサルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００６２】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第二の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図７を参照して説明した第一の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、図１に示したパティキュレートフィルタ２２、排気切換バルブ７３、第一の排気通路７１、第二の排気通路７２が設けられる代わりに、後述する構成要素が設けられている。図８は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図８に示すように、排気タービン２１の出口は、パティキュレートフィルタ１２２を内蔵したケーシング１２３に連結される。本実施形態のパティキュレートフィルタ１２２は、第一の実施形態のパティキュレートフィルタ２２とほぼ同様の機能を有するが、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。１７１は排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２を順流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ１２２の上流側通路となる第一通路、１７２は排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２を逆流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ１２２の上流側通路となる第二通路である。１７３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、１７４は排気切換バルブ駆動装置である。１２４はパティキュレートフィルタ１２２を通過するか、又はバイパスされた排気ガスを浄化するための例えば酸化機能を有する後処理装置である。
【００６３】
図９は図２（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の拡大断面図である。図９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２６１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と同様な酸化機能を有し、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ことができる。
【００６４】
図１０は図８に示したパティキュレートフィルタ１２２の拡大図である。詳細には、図１０（Ａ）はパティキュレートフィルタの拡大平面図、図１０（Ｂ）はパティキュレートフィルタの拡大側面図である。図１１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１１（Ａ）は排気切換バルブ１７３が順流位置にあるときの図、図１１（Ｂ）は排気切換バルブ１７３が逆流位置にあるときの図、図１１（Ｃ）は排気切換バルブ１７３がバイパス位置にあるときの図である。排気切換バルブ１７３が順流位置にあるとき、図１１（Ａ）に示すように、排気切換バルブ１７３を通過してケーシング１２３内に流入した排気ガスは、まず第一通路１７１を通過し、次いでパティキュレートフィルタ１２２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１７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ１７３が逆流位置にあるとき、図１１（Ｂ）に示すように、排気切換バルブ１７３を通過してケーシング１２３内に流入した排気ガスは、まず第二通路１７２を通過し、次いでパティキュレートフィルタ１２２を図１１（Ａ）に示した場合とは逆向きに通過し、最後に第一通路１７１を通過し、再び排気切換バルブ１７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ１７３がバイパス位置にあるとき、図１１（Ｃ）に示すように、第一通路１７１内の圧力と第二通路１７２内の圧力とが等しくなるために、排気切換バルブ１７３に到達した排気ガスはケーシング１２３内に流入することなくそのまま排気切換バルブ１７３を通過する。
【００６５】
図１２は排気切換バルブ１７３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。詳細には、図１２（Ａ）は排気切換バルブ１７３が順流位置（図１１（Ａ）参照）にあるときのパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の拡大断面図、図１２（Ｂ）は排気切換バルブ１７３が順流位置から逆流位置（図１１（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１２２の隔壁５４の拡大断面図である。図１２（Ａ）に示すように、排気切換バルブ１７３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１２（Ｂ）に示すように排気切換バルブ１７３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１７３が順流位置に配置されていたとき（図１２（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１７３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１２（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１２２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１２２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１２２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。
【００６６】
本実施形態では、図１１（Ａ）に示す排気切換バルブ１７３の順流位置から図１１（Ｂ）に示す逆流位置への切り換え、及び、図１１（Ｂ）に示す逆流位置から図１１（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１２２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１２２の隔壁５４の上面と下面（図９参照）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１７３の切換を行うことにより、パティキュレートフィルタ１２２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１２２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１２２の隔壁５４の上面と下面とにほぼ同程度に分散される。
【００６７】
また本実施形態では、図７のステップ２０１においてＮＯと判断されたときには、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域Ｉ内にあり、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦを昇温させる必要も降温させる必要もないと判断し、排気切換バルブ１７３が図１１（Ａ）に示す順流位置に配置される。また図７のステップ２０２において、パティキュレートフィルタ１２２を昇温させるために、パティキュレートフィルタ１２２よりも排気ガス流れの上流側の機関排気通路内にてＨＣが添加され、パティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスが昇温せしめられるときには、排気切換バルブ１７３が図１１（Ａ）に示す順流位置に配置される。一方、図７のステップ２０３において、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦをサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低くするためにパティキュレートフィルタ１２２の昇温制御が停止され、次いでステップ２０４において、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが降温せしめられるときには、排気切換バルブ７３が図１１（Ｂ）に示す逆流位置に配置される。
【００６８】
第一の実施形態の場合と同様に、第二通路１７２は、燃焼室５内における燃焼温度を低下させなくてもパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度がサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度になるように構成されている。具体的には、第二通路１７２の流路長さは第一通路１７１の流路長さよりも長くされている。本実施形態の変形例でも、第二通路１７２の流路長さを第一通路１７１の流路長さよりも長くする代わりに、又はそれに加え、第二通路１７２を放熱性の高い材料により形成したり、第二通路１７２に放熱フィンを設けたり、第二通路１７２内を流れている排気ガスに対し二次エアや水を噴射することも可能である。
【００６９】
本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤６１がパティキュレートフィルタ１２２に担持され、パティキュレートフィルタ１２２を通過する排気ガスの流れを排気切換バルブ１７３によって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１２２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１２２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１２２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１２２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。
【００７０】
更に本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の一方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタ１２２の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度が低くされ、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが予め定められた温度以上になるとき、排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる（図１１（Ｂ））。そのため、パティキュレートフィルタ１２２の一方の側及び他方の側の微粒子に対し酸化作用を及ぼしつつ、予め定められた温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定しかつパティキュレートフィルタ１２２の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００７１】
また本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤６１がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に担持され、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを排気切換バルブ１７３によって逆転させることにより、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の一方の面と他方の面とに分散される。そのため、パティキュレートフィルタ１２２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１２２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１２２の隔壁５４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。
【００７２】
更に本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の一方の面と他方の面とに分散されることにより、パティキュレートフィルタ１２２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。そのため、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に捕集された微粒子を活性酸素により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が可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に堆積してしまうのを阻止することができる。
【００７３】
また本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の一方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度が低くされ、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが予め定められた温度以上になるとき、排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入せしめられる。そのため、微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に堆積してしまうのを阻止しつつ、予め定められた温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定しかつパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００７４】
また本実施形態によれば、図９に示すように酸化剤１６１がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部に担持されているため、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の酸化剤１６１によりパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の微粒子をパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部において酸化除去することができる。更に、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを排気切換バルブ１７３によって逆転させることにより、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子が移動される。そのため、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の酸化剤１６１によりパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００７５】
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。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図１２を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、図８に示したパティキュレートフィルタ１２２、第一通路１７１、第二通路１７２が設けられる代わりに、後述する構成要素が設けられている。図１３は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図１３に示すように、排気タービン２１の出口は、パティキュレートフィルタ２２２を内蔵したケーシング２２３に連結される。本実施形態のパティキュレートフィルタ２２２は、第二の実施形態のパティキュレートフィルタ１２２とほぼ同様の機能及び構成を有する。２７１は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２２を順流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２２の上流側通路となる第一通路、２７２は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２２を逆流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２２の上流側通路となる第二通路である。
【００７６】
第二の実施形態の場合と同様に、第二通路２７２は、燃焼室５内における燃焼温度を低下させなくてもパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度がサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度になるように構成されている。ただし、第二の実施形態の場合と異なり第二通路２７２の流路長さは第一通路２７１の流路長さと等しくなっており、本実施形態の第二通路２７２は、上述した方法により第一通路２７１よりも放熱性が高くなっている。本実施形態によっても第二の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、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パティキュレートフィルタの温度が維持されることにより、排気ガス中の微粒子が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られる。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、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微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。更に、サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度までパティキュレートフィルタの温度が上昇しないようにされる。そのため、排気ガス中の微粒子を除去しつつ、サルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００７８】
請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの温度がサルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇すると予測されたときに、排気ガスが第二の排気通路を通過してパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度をサルフェートの生成量が許容値となる温度よりも低くするために燃焼室内における燃焼温度を低下させる場合と異なり、燃焼室内における燃焼温度を変更する必要なくサルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００７９】
請求項３に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタに担持され、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、パティキュレートフィルタの一方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタの他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くされ、サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスがパティキュレートフィルタの他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタの一方の側及び他方の側の微粒子に対し酸化作用を及ぼしつつ、パティキュレートフィルタの他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度をサルフェートの生成量が許容値となる温度よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００８０】
請求項４に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタの壁に担持され、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子が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される。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、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子が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されることにより、パティキュレートフィルタの壁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。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により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が可能になり、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のを阻止することができる。また、パティキュレートフィルタの壁の一方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタの壁の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くされ、パティキュレートフィルタの温度がサルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる。そのため、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しつつ、パティキュレートフィルタの壁の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度をサルフェートの生成量が許容値となる温度よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００８１】
請求項５に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更にパティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００８２】
請求項６に記載の発明によれば、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、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運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、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することができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、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微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【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】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４】微粒子の酸化の様子を示した図である。
【図５】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６】機関の運転制御ルーチンの一例を示した図である。
【図７】パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図５（Ａ）の領域Ｉ内にいれるための制御方法を示したフローチャートである。
【図８】第二の実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図９】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１０】図８に示したパティキュレートフィルタ１２２の拡大図である。
【図１１】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１２】排気切換バルブ１７３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１３】第三の実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…排気管
２２，１２２，２２２…パティキュレートフィルタ
２５…ＥＧＲ制御弁
５４…隔壁
６１…酸素吸蔵・活性酸素放出剤
６２…微粒子
７１…第一の排気通路
７２…第二の排気通路
７３，１７３…排気切換バルブ
Ｍ…排出微粒子量
Ｇ…酸化除去可能微粒子量
ＴＦ…パティキュレートフィルタ温度
ＴＦ１…サルフェート生成温度
【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。従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、従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７−１０６２９０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℃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、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℃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。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℃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。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。
【０００５】
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℃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、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を着火せしめるのが困難となる。
【０００６】
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たとすると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。即ち、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り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り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。
【０００７】
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まりとなり、これらアッシュの塊ま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問題が生ずる。
【０００８】
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。
【０００９】
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。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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点に鑑み、本発明は、新規な方法によって排気ガス中の微粒子を除去する、つまり、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微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また従来、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集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。ところが特開平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。
【００１２】
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ことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、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、該パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を担持したパティキュレートフィルタであって、単位時間当た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、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持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内燃機関の排気浄化装置であって、サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度までパティキュレートフィルタの温度を上昇させないようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入するための機関排気通路が第一の排気通路と第二の排気通路とを有し、前記第一の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記第二の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇すると予測されたときに、排気ガスが前記第二の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、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するようにし、前記パティキュレートフィルタの一方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記パティキュレートフィルタの他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁に担持され、前記パティキュレートフィルタの壁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、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記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させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁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を低減し、前記パティキュレートフィルタの壁の一方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記パティキュレートフィルタの壁の他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの壁の他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持され、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２２】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、酸化剤がパティキュレートフィルタの壁の内部に担持されているため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更に、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子が移動される。そのため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２４】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置では、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パティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるいは、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パティキュレートフィルタの温度に基づき、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、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運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、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することができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、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微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【００２５】
【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。
【００２６】
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１９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、排気切換バルブ７３と第一の排気通路７１又は第二の排気通路７２を介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に連結される。第二の排気通路７２は第一の排気通路７１よりも流路が長くなっている。７４は排気切換バルブ駆動装置である。
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
図２にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。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）に示されるように第一の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５３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。
【００３０】
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５２，５３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、この担体上には、貴金属触媒、及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。
【００３１】
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。
【００３２】
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の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００３３】
図３（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３（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２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２ がＯ２ − 又は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 − 又は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３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ − 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。
【００３４】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ２ 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 − 又は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。
【００３５】
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。
【００３６】
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と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＮＯ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。
【００３７】
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。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ＫＮＯ３ に比べて活性酸素を放出しづらい。
【００３８】
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ＫＮＯ３ 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上に堆積することがない。
【００３９】
従来のようにパティキュレートフィルタ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の温度を高温に維持しなければならない。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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及びサルフェート生成量を示している。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５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。
【００４３】
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５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。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４（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４（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。
【００４４】
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４（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。
【００４５】
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。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よりも少なくしておく必要がある。
【００４６】
図５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ではパティキュレートフィルタ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。
【００４７】
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４（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の温度ＴＦを維持するようにしている。
【００４８】
機関始動直後はパティキュレートフィルタ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の温度ＴＦ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。
【００４９】
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。
【００５０】
上述したように、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなればなるほどパティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化除去能力は高くなる。ところが、図５（Ｂ）に示すように、パティキュレートフィルタ２２の温度を高くするために排気ガスの温度を高くすると、排気ガス中において生成されるサルフェートの量が増加してしまう。そこで本実施形態では、サルフェート生成許容値Ｓ１及びそれに対応するサルフェート生成温度ＴＦ１を定め、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１よりも高くならないように制御されるか、あるいは、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１以上になったときにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度まで低下せしめられる。
【００５１】
つまり本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１以上の温度にならないように、つまり、領域ＩＩＩ 内に入らないようにされると共に、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くならないように、つまり、領域ＩＩ内に入らないようにされる。
【００５２】
図６に機関の運転制御ルーチンの一例を示す。図６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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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 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。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。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。
【００５５】
図７はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図５（Ａ）の領域Ｉ内にいれるための制御方法を示したフローチャートである。図７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により検出されたパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがサルフェート生成温度ＴＦ１以上であるか否か、つまり、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域ＩＩＩ 内にあるか否かが判断される。ＹＥＳのときにはステップ２０３に進み、ＮＯのときにはステップ２０１に進む。ステップ２０１では燃焼室５から排出される排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域ＩＩ内にあるか否か、つまり、酸化除去可能微粒子量Ｇが排出微粒子量Ｍより多くなるような温度にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがなっているか否かが判断される。ＮＯのときには、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域Ｉ内にあり、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させる必要も降温させる必要もないと判断し、このルーチンを終了する。このとき、排気切換バルブ７３は、排気ガスが第一の排気通路７１を流れるように配置されている。一方、ＹＥＳのときには、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域ＩＩ内にあり、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させる必要があると判断し、ステップ２０２に進む。
【００５６】
ステップ２０２では、パティキュレートフィルタ２２を昇温させるために、パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの上流側の機関排気通路内にてＨＣが添加され、パティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスが昇温せしめられる。このとき、排気切換バルブ７３は、排気ガスが第一の排気通路７１を流れるように配置されている。本実施形態の変形例では、パティキュレートフィルタ２２を昇温させるために、ＨＣを添加する代わりに、またはそれに加え、排気絞りを行ったり、後行程噴射を行ったり、パティキュレートフィルタ２２を電気若しくはバーナーにより加熱したり、点火時期を遅角させたり、排気弁９を早く開弁させることも可能である。また本実施形態の変形例では、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図５（Ａ）の領域Ｉ内に入れるために、パティキュレートフィルタ２２を昇温させる代わりに、内燃機関の運転条件を変更し排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくすることも可能である。
【００５７】
ステップ２０３では、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低くするために、上述したパティキュレートフィルタ２２の昇温制御が停止され、次いでステップ２０４において、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが降温せしめられる。このとき排気切換バルブ７３は、排気ガスが第二の排気通路７２を流れるように配置されている。また第二の排気通路７２は、燃焼室５内における燃焼温度を低下させなくてもパティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度がサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度になるように構成されている。具体的には、第二の排気通路７２の流路長さは第一の排気通路７１の流路長さよりも長くされている。本実施形態の変形例では、第二の排気通路７２の流路長さを第一の排気通路７１の流路長さよりも長くする代わりに、又はそれに加え、第二の排気通路７２を放熱性の高い材料により形成したり、第二の排気通路７２に放熱フィンを設けたり、第二の排気通路７２内を流れている排気ガスに対し二次エアや水を噴射することも可能である。
【００５８】
更に本実施形態では、単位時間当たりに燃焼室５から排出される排出微粒子量Ｍが、パティキュレートフィルタ２２上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなり、つまり、通常、図５の領域Ｉ内に位置し、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より多くなり図５の領域ＩＩ内に位置し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上に堆積しないように、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。
【００５９】
本実施形態によれば、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の温度ＴＦが維持されることにより、排気ガス中の微粒子が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。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、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前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【００６０】
更に本実施形態によれば、ステップ２００、ステップ２０３及びステップ２０４において、サルフェート生成温度ＴＦ１以上の温度までパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇しないようにされる。そのため、排気ガス中の微粒子を除去しつつ、サルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００６１】
また本実施形態によれば、燃焼室５から排出された排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内に流入するために第一の排気通路７１と第二の排気通路７２とが設けられ、第一の排気通路７１を通過してパティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度よりも、第二の排気通路７２を通過してパティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度が低くされ、ステップ２００においてサルフェートの生成が予測されると判断したとき、ステップ２０４において排気切換バルブ７３が切り換えられ、排気ガスが第二の排気通路７２を通過してパティキュレートフィルタ２２内に流入せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタ２２内に流入する排気ガスの温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低くするために燃焼室５内における燃焼温度を低下させる場合と異なり、燃焼室５内における燃焼温度を変更する必要なくサルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００６２】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第二の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図７を参照して説明した第一の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、図１に示したパティキュレートフィルタ２２、排気切換バルブ７３、第一の排気通路７１、第二の排気通路７２が設けられる代わりに、後述する構成要素が設けられている。図８は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図８に示すように、排気タービン２１の出口は、パティキュレートフィルタ１２２を内蔵したケーシング１２３に連結される。本実施形態のパティキュレートフィルタ１２２は、第一の実施形態のパティキュレートフィルタ２２とほぼ同様の機能を有するが、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。１７１は排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２を順流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ１２２の上流側通路となる第一通路、１７２は排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２を逆流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ１２２の上流側通路となる第二通路である。１７３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、１７４は排気切換バルブ駆動装置である。１２４はパティキュレートフィルタ１２２を通過するか、又はバイパスされた排気ガスを浄化するための例えば酸化機能を有する後処理装置である。
【００６３】
図９は図２（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の拡大断面図である。図９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２６１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と同様な酸化機能を有し、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ことができる。
【００６４】
図１０は図８に示したパティキュレートフィルタ１２２の拡大図である。詳細には、図１０（Ａ）はパティキュレートフィルタの拡大平面図、図１０（Ｂ）はパティキュレートフィルタの拡大側面図である。図１１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１１（Ａ）は排気切換バルブ１７３が順流位置にあるときの図、図１１（Ｂ）は排気切換バルブ１７３が逆流位置にあるときの図、図１１（Ｃ）は排気切換バルブ１７３がバイパス位置にあるときの図である。排気切換バルブ１７３が順流位置にあるとき、図１１（Ａ）に示すように、排気切換バルブ１７３を通過してケーシング１２３内に流入した排気ガスは、まず第一通路１７１を通過し、次いでパティキュレートフィルタ１２２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１７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ１７３が逆流位置にあるとき、図１１（Ｂ）に示すように、排気切換バルブ１７３を通過してケーシング１２３内に流入した排気ガスは、まず第二通路１７２を通過し、次いでパティキュレートフィルタ１２２を図１１（Ａ）に示した場合とは逆向きに通過し、最後に第一通路１７１を通過し、再び排気切換バルブ１７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ１７３がバイパス位置にあるとき、図１１（Ｃ）に示すように、第一通路１７１内の圧力と第二通路１７２内の圧力とが等しくなるために、排気切換バルブ１７３に到達した排気ガスはケーシング１２３内に流入することなくそのまま排気切換バルブ１７３を通過する。
【００６５】
図１２は排気切換バルブ１７３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。詳細には、図１２（Ａ）は排気切換バルブ１７３が順流位置（図１１（Ａ）参照）にあるときのパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の拡大断面図、図１２（Ｂ）は排気切換バルブ１７３が順流位置から逆流位置（図１１（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１２２の隔壁５４の拡大断面図である。図１２（Ａ）に示すように、排気切換バルブ１７３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１２（Ｂ）に示すように排気切換バルブ１７３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１７３が順流位置に配置されていたとき（図１２（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１７３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１２（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１２２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１２２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１２２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。
【００６６】
本実施形態では、図１１（Ａ）に示す排気切換バルブ１７３の順流位置から図１１（Ｂ）に示す逆流位置への切り換え、及び、図１１（Ｂ）に示す逆流位置から図１１（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１２２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１２２の隔壁５４の上面と下面（図９参照）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１７３の切換を行うことにより、パティキュレートフィルタ１２２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１２２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１２２の隔壁５４の上面と下面とにほぼ同程度に分散される。
【００６７】
また本実施形態では、図７のステップ２０１においてＮＯと判断されたときには、排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが図５（Ａ）の領域Ｉ内にあり、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦを昇温させる必要も降温させる必要もないと判断し、排気切換バルブ１７３が図１１（Ａ）に示す順流位置に配置される。また図７のステップ２０２において、パティキュレートフィルタ１２２を昇温させるために、パティキュレートフィルタ１２２よりも排気ガス流れの上流側の機関排気通路内にてＨＣが添加され、パティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスが昇温せしめられるときには、排気切換バルブ１７３が図１１（Ａ）に示す順流位置に配置される。一方、図７のステップ２０３において、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦをサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低くするためにパティキュレートフィルタ１２２の昇温制御が停止され、次いでステップ２０４において、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが降温せしめられるときには、排気切換バルブ７３が図１１（Ｂ）に示す逆流位置に配置される。
【００６８】
第一の実施形態の場合と同様に、第二通路１７２は、燃焼室５内における燃焼温度を低下させなくてもパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度がサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度になるように構成されている。具体的には、第二通路１７２の流路長さは第一通路１７１の流路長さよりも長くされている。本実施形態の変形例でも、第二通路１７２の流路長さを第一通路１７１の流路長さよりも長くする代わりに、又はそれに加え、第二通路１７２を放熱性の高い材料により形成したり、第二通路１７２に放熱フィンを設けたり、第二通路１７２内を流れている排気ガスに対し二次エアや水を噴射することも可能である。
【００６９】
本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤６１がパティキュレートフィルタ１２２に担持され、パティキュレートフィルタ１２２を通過する排気ガスの流れを排気切換バルブ１７３によって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１２２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１２２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１２２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１２２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。
【００７０】
更に本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の一方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタ１２２の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度が低くされ、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが予め定められた温度以上になるとき、排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる（図１１（Ｂ））。そのため、パティキュレートフィルタ１２２の一方の側及び他方の側の微粒子に対し酸化作用を及ぼしつつ、予め定められた温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定しかつパティキュレートフィルタ１２２の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００７１】
また本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤６１がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に担持され、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを排気切換バルブ１７３によって逆転させることにより、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の一方の面と他方の面とに分散される。そのため、パティキュレートフィルタ１２２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１２２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１２２の隔壁５４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。
【００７２】
更に本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の一方の面と他方の面とに分散されることにより、パティキュレートフィルタ１２２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。そのため、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に捕集された微粒子を活性酸素により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が可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に堆積してしまうのを阻止することができる。
【００７３】
また本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の一方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度が低くされ、パティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが予め定められた温度以上になるとき、排気ガスがパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入せしめられる。そのため、微粒子がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４に堆積してしまうのを阻止しつつ、予め定められた温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定しかつパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の他方の側からパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度をサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが生成するのを阻止することができる。
【００７４】
また本実施形態によれば、図９に示すように酸化剤１６１がパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部に担持されているため、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の酸化剤１６１によりパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の微粒子をパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部において酸化除去することができる。更に、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを排気切換バルブ１７３によって逆転させることにより、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子が移動される。そのため、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の酸化剤１６１によりパティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタ１２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００７５】
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。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図１２を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、図８に示したパティキュレートフィルタ１２２、第一通路１７１、第二通路１７２が設けられる代わりに、後述する構成要素が設けられている。図１３は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図１３に示すように、排気タービン２１の出口は、パティキュレートフィルタ２２２を内蔵したケーシング２２３に連結される。本実施形態のパティキュレートフィルタ２２２は、第二の実施形態のパティキュレートフィルタ１２２とほぼ同様の機能及び構成を有する。２７１は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２２を順流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２２の上流側通路となる第一通路、２７２は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２２を逆流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２２の上流側通路となる第二通路である。
【００７６】
第二の実施形態の場合と同様に、第二通路２７２は、燃焼室５内における燃焼温度を低下させなくてもパティキュレートフィルタ１２２内に流入する排気ガスの温度がサルフェート生成温度ＴＦ１よりも低い温度になるように構成されている。ただし、第二の実施形態の場合と異なり第二通路２７２の流路長さは第一通路２７１の流路長さと等しくなっており、本実施形態の第二通路２７２は、上述した方法により第一通路２７１よりも放熱性が高くなっている。本実施形態によっても第二の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、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パティキュレートフィルタの温度が維持されることにより、排気ガス中の微粒子が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られる。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、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微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。更に、サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度までパティキュレートフィルタの温度が上昇しないようにされる。そのため、排気ガス中の微粒子を除去しつつ、サルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００７８】
請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの温度がサルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇すると予測されたときに、排気ガスが第二の排気通路を通過してパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度をサルフェートの生成量が許容値となる温度よりも低くするために燃焼室内における燃焼温度を低下させる場合と異なり、燃焼室内における燃焼温度を変更する必要なくサルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００７９】
請求項３に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタに担持され、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、パティキュレートフィルタの一方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタの他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くされ、サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスがパティキュレートフィルタの他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタの一方の側及び他方の側の微粒子に対し酸化作用を及ぼしつつ、パティキュレートフィルタの他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度をサルフェートの生成量が許容値となる温度よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００８０】
請求項４に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタの壁に担持され、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子が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される。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、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子が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されることにより、パティキュレートフィルタの壁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。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により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が可能になり、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のを阻止することができる。また、パティキュレートフィルタの壁の一方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、パティキュレートフィルタの壁の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くされ、パティキュレートフィルタの温度がサルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入せしめられる。そのため、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しつつ、パティキュレートフィルタの壁の他方の側からパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度をサルフェートの生成量が許容値となる温度よりも低い温度に設定することにより、サルフェートが許容値以上に生成されるのを阻止することができる。
【００８１】
請求項５に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更にパティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００８２】
請求項６に記載の発明によれば、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、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運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、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することができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、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微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【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】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４】微粒子の酸化の様子を示した図である。
【図５】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６】機関の運転制御ルーチンの一例を示した図である。
【図７】パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図５（Ａ）の領域Ｉ内にいれるための制御方法を示したフローチャートである。
【図８】第二の実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図９】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１０】図８に示したパティキュレートフィルタ１２２の拡大図である。
【図１１】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１２】排気切換バルブ１７３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１３】第三の実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…排気管
２２，１２２，２２２…パティキュレートフィルタ
２５…ＥＧＲ制御弁
５４…隔壁
６１…酸素吸蔵・活性酸素放出剤
６２…微粒子
７１…第一の排気通路
７２…第二の排気通路
７３，１７３…排気切換バルブ
Ｍ…排出微粒子量
Ｇ…酸化除去可能微粒子量
ＴＦ…パティキュレートフィルタ温度
ＴＦ１…サルフェート生成温度
Claims (6)
- 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、該パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を担持したパティキュレートフィルタであって、単位時間当た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、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持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内燃機関の排気浄化装置であって、サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度までパティキュレートフィルタの温度を上昇させないようにした内燃機関の排気浄化装置。
- 燃焼室から排出された排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入するための機関排気通路が第一の排気通路と第二の排気通路とを有し、前記第一の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記第二の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇すると予測されたときに、排気ガスが前記第二の排気通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
- 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するようにし、前記パティキュレートフィルタの一方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記パティキュレートフィルタの他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入す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。
- 前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁に担持され、前記パティキュレートフィルタの壁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、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記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させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁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を低減し、前記パティキュレートフィルタの壁の一方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記パティキュレートフィルタの壁の他方の側から前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタの温度が上記サルフェートの生成量が許容値となる温度以上の温度まで上昇するとき、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの壁の他方の側から前記パティ キュレートフィルタ内に流入す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。
- 前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持され、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前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前記排出微粒子量が前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、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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