JP2001317329A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒付きのフィルタに切換弁により排気ガス
を排気上流側と下流側とから交互に切換通過できるよう
にした排気浄化装置において、フィルタへ導入される排
気ガスの圧力を制御する手段を加えることで、排気浄化
装置の効果をさらに向上させること。 【解決手段】 活性酸素放出剤６０、６１が担持され、
排気ガス中の微粒子６２を一時期捕獲可能なフィルタ２
２と、フィルタの一方側から排気ガスを流す第１の流れ
とフィルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れと
を、交互に切換える排気切換え手段７１と、フィルタ２
２へ導入される排気ガスの圧力が設定値以上のとき、そ
の排気ガスの圧力を逃がす圧力逃がし手段７１０とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に係り、特に、浄化装置のフィルタに排気上流側
と下流側とから交互に排気を切換通過できるようにした
排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりディーゼル機関においては、排
気ガス中に含まれる煤等の微粒子を除去するために機関
排気通路内にパティキュレートフィルタを配置してこの
パティキュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を
一旦捕集し、パティキュレートフィルタ上に捕集された
微粒子を着火燃焼せしめることによりパティキュレート
フィルタを再生するようにしている。ところがパティキ
ュレートフィルタ上に捕集された微粒子は600°Ｃ程度
以上の高温にならないと着火せず、これに対してディー
ゼル機関の排気ガス温は通常、600°Ｃよりもかなり低
い。従って排気ガス熱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が低い温度で
着火できるようにしなければならない。

【０００３】ところで、従来より、パティキュレートフ
ィルタ上に触媒を担持すれば微粒子の着火温度を低下で
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。

【０００４】例えば、特公平7−106290号公報にはパテ
ィキュレートフィルタ上に白金族金属およびアルカリ土
類金属酸化物の混合物を担持させたパティキュレートフ
ィルタが開示されている。このパティキュレートフィル
タではほぼ３５０°Ｃから４００°Ｃの比較的低温でも
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼル機関では負
荷が高くなれば排気ガス温が３５０°Ｃから４００°Ｃ
に達し、従って上述のパティキュレートフィルタでは一
見したところ機関負荷が高くなったときに排気ガス熱に
よって微粒子を着火燃焼せしめることができるように見
える。しかしながら実際には排気ガス温が３５０°Ｃか
ら４００°Ｃに達しても微粒子が着火しない場合があ
り、またたとえ微粒子が着火したとしても一部の微粒子
しか燃焼せず、多量の微粒子が燃え残るという問題を生
ずる。

【０００６】即ち、排気ガス中に含まれる微粒子量が少
ないときにはパティキュレートフィルタ上に付着する微
粒子量が少なく、このときには排気ガス温が３５０°Ｃ
から４００°Ｃになるとパティキュレートフィルタ上の
微粒子は着火し、次いで連続的に燃焼せしめられる。

【０００７】しかしながら、排気ガス中に含まれる微粒
子量が多くなるとパティキュレートフィルタ上に付着し
た微粒子が完全に燃焼する前にこの微粒子の上に別の微
粒子が堆積し、その結果パティキュレートフィルタ上に
微粒子が積層状に堆積する。このようにパティキュレー
トフィルタ上に微粒子が積層状に堆積すると酸素と接触
しやすい一部の微粒子は燃焼せしめられるが、酸素と接
触しずらい残りの微粒子は燃焼せず、斯くして多量の微
粒子が燃え残ることになる。従って排気ガス中に含まれ
る微粒子量が多くなると、パティキュレートフィルタ上
に多量の微粒子が堆積し続けることになる。

【０００８】一方、パティキュレートフィルタ上に多量
の微粒子が堆積すると、これら堆積した微粒子は次第に
着火燃焼しずらくなる。このように燃焼しずらくなるの
はおそらく堆積している間に微粒子中の炭素が燃焼しず
らいグラファイト等に変化するからであると考えられ
る。事実、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子
が堆積し続けると３５０°Ｃから４００°Ｃの低温では
堆積した微粒子が着火せず、堆積した微粒子を着火せし
めるためには６００°Ｃ以上の高温が必要となる。しか
しながらディーゼル機関では通常、排気ガス温が６００
°Ｃ以上の高温になることがなく、従ってパティキュレ
ートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けると排気ガ
ス熱によって堆積した微粒子を着火せしめるのが困難と
なる。

【０００９】また、堆積した微粒子が燃焼せしめられる
と燃えカスである灰分、即ちアッシュが凝縮して大きな
塊となり、これらアッシュの塊によってパティキュレー
トフィルタの細孔が目詰まりを生ずる。目詰まりした細
孔の数は時間の経過と共に次第に増大し、斯くしてパテ
ィキュレートフィルタにおける排気ガス流の圧損が次第
に大きくなる。排気ガス流の圧損が大きくなると機関の
出力が低下し、この点からもパティキュレートフィルタ
を新品と早期に交換しなければならないという間題が生
ずる。

【００１０】このように多量の微粒子が一旦積層状に堆
積してしまうと上述の如き種々の問題が生じ、従って排
気ガス中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上に堆積しないようにする必要があ
る。

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

【００１２】そこで、できるだけ微粒子の連続燃焼が可
能となるように、排気浄化装置のフィルタに排気上流側
と下流側とから交互に排気を切換通過できるようにする
ことで、フィルタの両側面に微粒子が堆積するため、微
粒子の単位面積あたりの堆積量を減らすことができ、ま
た、排気ガス流の切換えにより堆積する微粒子を撹乱し
て飛ばすことができ、さらに、フィルタ基材内部に酸素
放出剤を設けるならば、微粒子が内部を動き回って燃焼
しうる微粒子量を増やすことができる。

【００１３】このように排気ガス流の切換えを行うこと
で、上記した効果が得られ微粒子の連続燃焼が容易にな
る。また、この連続燃焼をより促進させるためには、フ
ィルタに付着しようとする微粒子をできるだけ付着しな
いようにすることが望ましいといえる。

【００１４】ところで、このように排気ガス流の切換を
行うと、フィルタへ導入される排気ガスに圧力変動が生
じる。この圧力変動が特別に大きい場合には、フィルタ
から剥離した微粒子が浄化（燃焼）されずれに排出され
てしまう懸念がある。即ち、圧力変動が通常の範囲内で
あれば、排気ガスの圧力変動を利用して微粒子を撹乱
し、微粒子が内部を動き回って燃焼しうる微粒子量を増
やすことができる。しかし、圧力変動が大きすぎる場合
には、高圧時に微粒子が吹き飛ばされ、一部の微粒子が
燃焼されないまま排出されてしまうことが考えられる。

【００１５】大きな圧力変動が生じる原因としては、例
えば、定常走行時において排気ガス流の切換が行われ、
圧力波どうしが衝突して増幅される場合、切換弁が閉ま
る瞬間に高圧になる場合、等が考えられる。

【００１６】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、触媒付きのフィルタに切換弁により排気ガスを排気
上流側と下流側とから交互に切換通過できるようにした
排気浄化装置において、フィルタへ導入される排気ガス
の圧力を制御する手段を加えることで、排気浄化装置の
効果をさらに向上させることを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気浄化装置は、次の手段を採用
した。

【００１８】すなわち、本発明は、活性酸化放出剤が担
持され、排気ガス中の煤などの微粒子（パティキュレー
トマターということもある）を一時期捕獲可能なフィル
タと、フィルタの一方側から排気ガスを流す第１の流れ
とフィルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れと
を、交互に切換える排気切換え手段と、フィルタへ導入
される排気ガスの圧力が設定値以上のとき、その排気ガ
スの圧力を逃がす圧力逃がし手段と、を備えることを特
徴とする。

【００１９】本発明によれば、圧力逃がし手段によっ
て、設定値以上の排気ガスの圧力を逃がすようにしたた
め、排気ガスの流れを逆転したときのように、フィルタ
に設定値以上の圧力が加わらないようになる。これによ
り、堆積した微粒子が一気に車外に放出されることもな
くなる。この際、排気ガスはフィルタを通らずに排気さ
れるが、堆積したものが剥離して瞬間的に排出されるの
と比べ、微粒子の排出量を格段に少なくすることができ
る。

【００２０】本発明での排気切換え手段の切換制御は、
通常は減速毎、所定時間毎、所定走行距離毎などに行わ
れ、特に限定されない。

【００２１】ここで、圧力逃がし手段は、フィルタの上
流側の排気ガスの圧力に基づいて作動する構成とするこ
ともできる。

【００２２】また、圧力逃がし手段は、排気切換手段及
びフィルタをバイパスして排気ガスを流す分岐排気通路
と、その分岐排気通路に接続され、設定値以上の排気ガ
スの圧力に対してのみ分岐排気通路を開状態に維持する
圧力制御弁とを備える構成とすることもできる。

【００２３】また、圧力逃がし手段は、フィルタの上流
側と下流側とを連絡してフィルタへ導入される排気ガス
の一部をバイパスさせる連絡通路と、その連絡通路に接
続され、設定値以上の排気ガスの圧力に対してのみ連絡
通路を開状態に維持する圧力制御弁とを備える構成とす
ることもできる。

【００２４】また、本発明では、フィルタの背圧を検出
する背圧検出手段と、その背圧検出手段の検出値に基づ
いて圧力制御弁の開閉制御を行う制御手段とを備える構
成を採用することもできる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
した図面に基いて説明する。

【００２６】＜第１の実施の形態＞ ＜装置構成の概要＞図１は本発明を圧縮着火式内燃機関
に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火
式内燃機関にも適用することもできる。

【００２７】図１を参照すると、１は機関本体、２はシ
リンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、
５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、
８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々
示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサ
ージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダ
クト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレ
ッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップ
モータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置さ
れ、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流
れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置され
る。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１
８内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却さ
れる。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９およ
び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気
タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口はパ
ティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３
を有する排気浄化装置に連結される。

【００２８】排気マニホルド１９とサージタンク１２と
は排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介
してお互いに連結され、ＥＧＲ通路２４には電気制御式
ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４
周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却す
るための冷却装置２６が配置される。図１に示される実
施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、機関
冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料
噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわ
ゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール
２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８か
ら燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃
料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給され
る。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧
を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、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。

【００２９】電子制御ユニット３０はデジタルコンピュ
ーターからなり、双方向性バス３１によって互いに接続
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具
備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変
換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、
パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフ
ィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取
付けられ、これら温度センサ３９の出力信号は対応する
ＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
アクセスペダル４０にはアクセスペダル４０の踏込み量
Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続
され、負荷センサ４１の出力電圧は対応する変換器３７
を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート
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、及びアクチ
ュエータ７２に接続される。

【００３０】図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセル
ペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示
している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク
曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが
零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ，Ｔ
Ｑ＝ｂ，ＴＱ＝ｃ，ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが
高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２
（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量
Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ
３２内に記憶されている。本発明による実施例では図２
（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量
Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初
めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射
量等が算出される。

【００３１】＜排気浄化装置の構造＞排気浄化装置は、
図１、図３、図４、図５、図６に示したように、排気タ
ービン２１の出口に排気管７０が接続されている。この
排気管７０から分岐して、パティキュレートフィルタ２
２を内蔵したケーシング２３における該フィルタ２２の
一方の面と他方の面とにそれぞれ接続する第１の排気通
路７６と第２の排気通路７７とが設けられている。さら
に、第１の排気通路７６と第２の排気通路７７の分岐点
からパティキュレートフィルタ２２を通過せずにそのま
ま排気ガスを排出するバイパス通路７３とが設けられて
いる。

【００３２】そして、第１の排気通路７６と第２の排気
通路７７の分岐点には、排気切換弁７１が設けられてい
る。排気切換弁７１は、アクチュエータ７２によって駆
動され、第１の排気通路７６を選択してフィルタ２２の
一方側から排気ガスを流す第１の流れ（順流）と、第２
の排気通路７７を選択してフィルタ２２の他方側から排
気ガスを流す第２の流れ（逆流）とを、交互に切換え
る。

【００３３】ここで、パティキュレートフィルタ２２を
収容するケーシング２３は、バイパス通路７３を形成す
る排気管７０の真上に位置するよう配置され、そのケー
シング２３の両側に排気管７０から分岐した第１の排気
通路７６と第２の排気通路７７が接続される形となって
いる。そして、ケーシング２３内のパティキュレートフ
ィルタ２２は、排気ガスの通過方向を長さ方向とした場
合、長さ方向に直交する幅方向の長さが、長さ方向の長
さより長くなっている。このような構成とすることで、
パティキュレートフィルタ２２を内包するケーシング２
３からなる排気浄化装置の車両への搭載スペースを省ス
ペース化することができる。

【００３４】アクチュエータ７２は、電子制御ユニット
３０のＣＰＵ３４上に実現される制御手段７５によって
駆動制御されるもので、出力ポート３６からの制御信号
により駆動される。また、アクチュエータ７２は、内燃
機関の駆動に伴って形成される負圧により駆動されるも
ので、負圧が加えられないときに第１の排気通路７６を
選択する位置（順流位置）に弁体を制御し、第１の負圧
が加えられたとき弁体を中立位置に制御し、第１の負圧
よりも強い第２の負圧が加えられたとき第２の排気通路
７７を選択する位置（逆流位置）に弁体を制御する。

【００３５】前記弁体が図３の破線で示す順流位置にあ
るとき、排気切換弁７１は、排気管７０を第１の排気通
路管７６に接続するとともに、第２の排気通路７７をバ
イパス通路７３に接続するので、排気ガスは、排気管７
０→第１の排気通路７６→フィルタ２２→第２の排気通
路７７→バイパス通路７３の順に流れて、大気に放出さ
れる。

【００３６】弁体が、図３の実線で示す逆流位置にある
とき、排気切換弁７１は、排気管７０を第２の排気通路
管７７に接続するとともに、第１の排気通路７６をバイ
パス通路７３に接続するので、排気ガスは、排気管７０
→第２の排気通路７７→フィルタ２２→第１の排気通路
７６→バイパス通路７３の順に流れて、大気に放出され
る。

【００３７】弁体が、排気管７０の軸線に平行となった
中立位置にあるとき、排気切換弁７１は、排気管７０を
直接バイパス通路７３に接続するので、排気ガスは、排
気管７０からフィルタ２２を通過しないでバイパス通路
７３に流れて、大気に放出される。

【００３８】弁体の切換えにより、順流・逆流を繰り返
すことで、煤などの微粒子がフィルタ２２の基材内を動
き回るので、微粒子の酸化を促進し、よって、微粒子の
浄化を効率よく行うことができる。

【００３９】排気浄化装置には、このような排気切換手
段に加えてさらに、フィルタ２２へ導入される排気ガス
の圧力を逃がす圧力逃がし手段が設けられている。この
圧力逃がし手段は、図４に示すように、排気管７０とバ
イパス通路７３との間で、排気ガスの一部を排気切換弁
７１及びフィルタ２２を通過させずに直接バイパス通路
７３へ排出するための分岐排気通路７００と、その分岐
通路７００の途中に設けられた圧力制御弁７１０とによ
り構成されている。

【００４０】圧力制御弁７１０は、原理的にはフィルタ
２２へ導入される排気ガスの圧力が設定値以上になるの
を防ぐ、いわゆる安全弁の機能を有するものであるが、
本質的にはこの圧力制御弁７１０の作用が後述するよう
な排気浄化機能を発揮できるようにするためである。し
たがって、例えば図５に示すような自動開閉型の圧力制
御弁７１０を用いることができる。この圧力制御弁７１
０は、排気管７０内の排気ガスの圧力が設定値以上にな
ったときにのみ分岐排気通路７００を開状態に維持する
機能を持つように設計されている。

【００４１】この図５に示す例では、吸入口７１３と排
気口７１４を有し、吸入口７１３を介して加わる排気圧
力によって、ピストン状の弁体７１２がシリンダ７１１
内を往復移動することで開閉する構造のものが示されて
いる。弁体７１２は、シリンダ７１１内に装填したスプ
リング７１５により付勢されて、図５（Ａ）に示す閉位
置に位置決めされ、常時においては分岐排気通路７００
を閉状態に保持している。

【００４２】圧力制御弁７１０の吸入口７１３は排気管
７０内に連通している。そのため、吸入口７１３を介し
て弁体７１２に排気管７０内の排気圧力が直接作用す
る。したがって、スプリング７１５の反発力は、この排
気圧力により弁体７１２が閉位置から開位置へ移動しな
いように設定される。即ち、排気管７０内の背圧が所定
値以上（設定値以上）の圧力になったとき、弁体７１２
が閉位置から開位置へ移動し、吸入口７１３と排気口７
１４が連通して開状態となるように設定されている。

【００４３】ここで、設定値以上の排気ガスの圧力を逃
がす場合のその設定値については、主として、排気ガス
の流れを逆転させたときに発生する排気圧力やその変動
量に基づいて決定される。具体的には、フィルタに作用
する大きな圧力変動や圧力波等によって堆積した微粒子
が剥離及び撹乱されて瞬間的に車外へ排出されないよう
な圧力に設定される。しかし、この設定値は、機関の運
転状態や機関出力状態、排気ガスの圧力変動状態、圧力
波の影響、フィルタに対する微粒子の堆積状態、フィル
タの背圧、排気ガスの空間速度等によっても左右され
る。したがって、これらの点を考慮してこの設定値が決
定される。

【００４４】車種によっても異なるが、例えばフィルタ
２２の背圧が定常走行時において、２０ｋＰａ以内であ
る場合、２０ｋＰａ以上の圧力を設定値とすることが考
えられる。勿論、それ以上の場合、それ以下の場合も想
定される。何れにしても、堆積した微粒子が燃焼するこ
となく瞬間的に車外へ排出されないような圧力に設定さ
れる。

【００４５】図６（Ａ）は、フィルタ２２に一方向から
のみ排気ガスを流す場合のイメージ図であり、煤などの
微粒子はフィルタの一方の面にのみ蓄積して動かず、排
気ガスの圧損上昇の原因となるだけでなく、微粒子の浄
化を妨げる。

【００４６】図６（Ｂ）は、フィルタ２２に双方向から
排気ガスを流す場合のイメージ図であり、煤などの微粒
子はフィルタ２２の両面で順流方向と逆流方向に撹乱さ
れるので、フィルタ２２の両面で、あるいは、基材内部
で動き回り、フィルタ基材全体の活性点を利用して煤な
どの微粒子の酸化を促進することができ、フィルタ２２
に煤などの微粒子が蓄積するのをより少なくすることが
できる。よって、排気ガスの圧損上昇を避けることがで
きる。

【００４７】なお、上記した排気管７０には、排気管７
０内の背圧を測定する背圧センサ８０が設けられてお
り、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３４上に実現される
制御手段７５によって駆動制御されるアクチュエータ７
２は、実施的にこの排気管７０に設けられた背圧センサ
８０の信号に基づき制御されている。なお、この背圧セ
ンサ８０に基づくアクチュエータ７２の制御は、後で詳
しく説明する排気浄化装置の制御と共に説明する。

【００４８】＜フィルタの構造と微粒子の連続酸化処理
＞図７にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。
なお、図７（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７（Ａ）および
（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を具備するいわゆるウ
ォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓
５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端
が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とによ
り構成される。なお、図７（Ａ）においてハッチングを
付した部分は栓５３を示している。従って、排気ガス流
入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５
４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流
入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流
入通路５０が４つの排気ガス流出通路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。

【００４９】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７（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５
４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出す
る。

【００５０】本発明による実施例では各排気ガス流入通
路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、即ち各
隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上
には例えばアルミナからなる担体の層が形成されてお
り、この担体上に貴金属触媒、および周囲に過剰酸素が
存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素
濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出す
る活性酸素放出剤が担持されている。

【００５１】この場合、本発明による実施例では貴金属
触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤
としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セ
シムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリ
ウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのよう
なアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹの
ような希土類、および遷移金属から選ばれた少くとも一
つが用いられている。

【００５２】なお、この場合活性酸素放出剤としてはカ
ルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又
はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、
セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロ
ンチウムＳｒを用いることが好ましい。

【００５３】次にパティキュレートフィルタ２２による
排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金Ｐｔ
およびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明す
るが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希
土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行わ
れる。

【００５４】図１に示されるような圧縮着火式内燃機関
では空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは
多量の過剰空気を含んでいる。即ち、吸気通路、燃焼室
５および排気通路内に供給された空気と燃料との比を排
気ガスの空燃比と称すると図１に示されるような圧縮着
火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなってい
る。また、燃焼室５内ではＮＯが発生するので排気ガス
中にはＮＯが含まれている。また、燃料中にはイオウＳ
が含まれており、このイオウＳは燃焼室５内で酸素と反
応してＳＯ₂ となる。従って排気ガス中にはＳＯ₂ が含
まれている。従って過剰酸素、ＮＯおよびＳＯ₂ を含ん
だ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス
流入通路５０内に流入することになる。

【００５５】図８（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通
路５０の内周面および隔壁５４内の細孔内壁面上に形成
された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。
なお、図８（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金Ｐｔ
の粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる活
性酸素放出剤を示している。

【００５６】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８
（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、ＮＯ
₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成され
たＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放
出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図８
（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で活性酸
素放出剤６１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ₃ ^-は硝
酸カリウムＫＮＯ₃を生成する。

【００５７】一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ
₂ も含まれており、このＳＯ₂ もＮＯと同様なメカニズ
ムによって活性酸素放出剤６１内に吸収される。即ち、
上述したように酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐｔ
の表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ₂ は白金Ｐｔ
の表面でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応してＳＯ₃ となる。

【００５８】次いで生成されたＳＯ₃ の一部は白金Ｐｔ
上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収さ
れ、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形
で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ₂Ｓ
Ｏ₄を生成する。このようにして活性酸素放出触媒６１
内には硝酸カリウムＫＮＯ₃ および硫酸カリウムＫ₂Ｓ
Ｏ₄ が生成される。

【００５９】一方、燃焼室５内においては主にカーボン
Ｃからなる微粒子が生成され、従って排気ガス中にはこ
れら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれている
これら微粒子は排気ガスがパティキユレートフィルタ２
２の排気ガス流入通路５０内を流れているときに、或い
は排気ガス流入通路５０から排気ガス流出通路５１に向
かうときに図８（Ｂ）において６２で示されるように担
体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接触
し、付着する。

【００６０】このように微粒子６２が活性酸素放出剤６
１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出剤６
１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下
すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との間で濃
度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸素が微
粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向けて移動
しようとする。その結果、活性酸素放出剤６１内に形成
されている硝酸カリウムＫＮＯ₃ がカリウムＫと酸素Ｏ
とＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放
出剤６１との接触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出剤６
１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流
側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤
６１内に吸収される。

【００６１】一方、このとき活性酸素放出剤６１内に形
成されている硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄もカリウムＫと酸素
ＯとＳＯ₂ とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸
素放出剤６１との接触面に向かい、ＳＯ₂ が活性酸素放
出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ
₂ は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸
素放出剤６１内に吸収される。但し、硫酸カリウムＫ₂
ＳＯ₄は安定化しているため、硝酸カリウムＫＮＯ₃に比
べて、活性酸素を放出しずらい。

【００６２】一方、微粒子６２と活性酸素放出剤６１と
の接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ₃ や硫酸
カリウムＫ₂ＳＯ₄のような化合物から分解された酸素で
ある。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有
しており、極めて高い活性を有する。従って微粒子６２
と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸
素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接
触すると微粒子６２は短時間のうちに輝炎を発すること
なく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。従
って微粒子６２はパティキュレートフィルタ２２上に堆
積することがない。

【００６３】従来のようにパテイキュレートフイルタ２
２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるとき
にはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴
って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でない
と持続せず、従ってこのような火炎を伴う燃焼を持続さ
せるためにはパティキュレートフィルタ２２の温度をを
高温に維持しなければならない。

【００６４】これに対して本発明では微粒子６２は上述
したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、この
ときパティキュレートフィルタ２２の表面が赤熱するこ
ともない。即ち、云い換えると本発明では従来に比べて
かなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめら
れている。従って本発明による輝炎を発しない微粒子６
２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼
による微粒子除去作用と全く異なっている。

【００６５】また、微粒子の酸化による微粒子除去作用
はかなり低温で行われる。従ってパティキュレートフィ
ルタ２２の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュ
レートフィルタ２２が劣化する危険性はほとんどない。
また、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子がほと
んど堆積しないので微粒子の燃えカスであるアッシュが
凝集する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィ
ルタ２２が目詰まりする危険性が少なくなる。

【００６６】ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウ
ムＣａＳＯ₄によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカ
ルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシ
ウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ₃
が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ₄ を生成する。こ
の硫酸カルシウムＣａＳＯ₄は固体であって高温になっ
ても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ₄が
生成され、この硫酸カルシウムＣａＳＯ₄ によってパテ
ィキュレートフィルタ２２の細孔が閉塞されると目詰ま
りを生ずることになる。

【００６７】しかしながらこの場合、活性酸素放出剤６
１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアル
カリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用
いると、活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ₃ はカリ
ウムＫと結合して硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄を形成し、カル
シウムＣａはＳＯ₃ と結合することなくパティキュレー
トフィルタ２２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路
５１内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ２
２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。

【００６８】ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６
１はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほ
ど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤６１が
放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ
２２の温度が高くなるほど増大する。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。

【００６９】図１０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１０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１０の領域Ｉでは燃焼室５
から排出された全ての微粒子がパティキュレートフィル
タ２２に接触するや否や短時間のうちにパティキュレー
トーフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸化
除去せしめられる。

【００７０】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１０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９ (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。

【００７１】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９（Ａ）に示すように微
粒子６２が活性酸素放出剤６１上に付着すると微粒子６
２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒
子部分が担体層上に残留する。次いで、活性酸素量が不
足している状態が継続すると次から次へと酸化されなか
った微粒子部分が担体層上に残留し、その結果、図８
（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留微粒子部分
６３によって覆われるようになる。

【００７２】担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６
３は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くし
てこの残留微粒子部分６３はそのまま残留しやすくな
る。また、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって
覆われると白金ＰｔによるＮＯ、ＳＯ₂ の酸化作用およ
び活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が抑制
される。その結果、図９（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てしまう。

【００７３】このように図１０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１０の領域Ｉ
Ｉでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層
状に堆積する。従って微粒子がパティキュレートフィル
タ２２上に積層状に堆積しないようにするためには排出
微粒子量Ｍを常時酸化除去可能微粒子量Ｇとの関係を領
域Ｉの範囲にすることが望ましい。

【００７４】しかしながら実際には全ての運転状態にお
いて排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少
くすることはほとんど不可能である。例えば機関始動時
には通常パティキュレートフィルタ２２の温度は低く、
従ってこのときには通常排出微粒子量Ｍが酸化除去可能
微粒子量Ｇよりも多くなる。機関始動直後におけるよう
に排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも
多くなるとパティキュレートフィルタ２２上に酸化され
なかった微粒子部分が残留しはじめる。

【００７５】このように運転状況によっては排出微粒子
量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも増大して、パティ
キュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積する
場合がある。

【００７６】この堆積した微粒子を酸化除去するため
に、排気管７０に配置された排気切換弁７１を切り換え
る。排気切換弁７１が切り換えられると、パティキュレ
ートフィルタ２２の排気上流側と排気下流側とが逆転
し、切り換え前にパティキュレートフィルタ２２の排気
下流側であった部分において、微粒子が活性酸素放出剤
６１の表面に付着して活性酸素Ｏが放出され、この微粒
子が酸化除去される。この放出される活性酸素Ｏの一部
は、排気ガスと共にパティキュレートフィルタ２２の排
気下流側へ移動し、ここに堆積する微粒子を酸化除去す
る。ここでは前述したように、微粒子はパティキュレー
トフィルタ２２の両面で順流方向と逆流方向に撹乱さ
れ、パティキュレートフィルタ２２の両面で、あるいは
基材内部で動き回り、フィルタ基材全体の活性点に出会
い酸化される。

【００７７】このようにして酸化されなかった微粒子が
パティキュレートフィルタ２２に堆積し始めているとき
に、このパティキュレートフィルタ２２の排気上流側と
下流側とを逆転することにより、パティキュレートフィ
ルタ２２から微粒子を完全に酸化除去することができ
る。

【００７８】またパティキュレートフィルタ２２上に微
粒子が堆積した場合は、排気ガスの一部又は全体の空燃
比を一時的にリッチにすることにより、堆積した微粒子
が輝炎を発することなく酸化せしめられる。排気ガスの
空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度
が低下せしめられると活性酸素放出剤６１から外部に活
性酸素Ｏが一気に放出され、これら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
く一気に短時間で燃焼除去せしめられる。

【００７９】＜排気切換弁の制御＞次に、上記した排気
浄化装置をより効果的に機能させる制御例を説明する。
まず、図１１を参照してその制御の概略を説明する。こ
の図１１に示す制御では、排気管７０内の背圧が所定値
（ＤＰＲの目詰まり判定値）より大きく、且つ排気管７
０内を流れる排気ガス流の空間速度が所定値（撹乱有効
速度）よりも大きい時に、前記排気切換弁７１の切換制
御を行い、前記パティキュレートフィルタ２２（以下、
フィルタ２２と称す）へ導入される排気ガスの流れを逆
転させてフィルタ２２に付着しようとする微粒子の撹乱
を行っている。なお、ここで撹乱有効速度とは、フィル
タ２２の表面及びその基材内部に付着しようとする微粒
子を容易に剥離して撹乱させることができる空間速度
（ＳＶ）を示す。

【００８０】この制御例では、まず、排気管７０に設け
られた背圧センサ８０により排気管７０内の背圧を測定
し、その測定値に基づく出力信号を電子制御ユニット３
０内に取込み、この電子制御ユニット３０にてフィルタ
２２の目詰まり具合を監視する。

【００８１】なお、電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２
には、予め各種状況に応じた背圧の正常値が記憶されて
いる。より具体的には、通常走行時における背圧の正常
値、、加速走行時における背圧の正常値、減速走行時に
おける背圧の正常値などの各種走行状態に対応した背圧
値が記憶されている。以下、これら各種走行状態におけ
る背圧の値を総称して、単に正常値と称す。

【００８２】また、電子制御ユニット３０には現在の走
行状態を把握するために、車速、機関回転数Ｎ、アクセ
ルペダル４０の踏込み量Ｌ等の各種データが常時読み込
まれている。このため電子制御ユニット３０では、これ
らのデータを基に現在の走行状態を把握することがで
き、背圧センサ８０により検出される値と、電子制御ユ
ニット３０のＲＯＭ３２に記憶された背圧の正常値と、
をＣＰＵ３４にて比較してフィルタ２２に蓄積された微
粒子の蓄積量（目詰まり具合）を概ね把握することがで
きる。

【００８３】そして、背圧センサ８０にて検出された背
圧が正常値に比べて高い時には、フィルタ２２に微粒子
が蓄積されつつあると判断して、排気切換弁７１の切換
えるアクチュエータ７２の駆動制御を行う。

【００８４】このアクチュエータ７２の駆動制御では、
前記電子制御ユニット３０に読み込まれる各種データに
基づいて現在の排気ガス流の空間速度を把握して、その
空間速度が所定値（撹乱有効速度）に達していると判断
したときには、アクチュエータ７２を作動させ排気切換
弁７１を切換える。より具体的には排気ガス流の空間速
度が所定値より大きくなる加速走行状態や、エンジンブ
レーキを用いての減速時などにアクチュエータ７２を作
動させて排気切換弁７１を切り換える。

【００８５】このため排気切換弁７１は排気ガス流の空
間速度（ＳＶ）が高い時に順流位置から逆流位置に切り
換えられることになり、フィルタ２２を通過する排気ガ
スの流れもこの排気切換弁７１の動きに伴い順流方向か
ら逆流方向に逆転される。このとき、フィルタ２２に流
込む排気ガス流の空間速度は大きいため、この急激な流
れの逆転によりフィルタ２２及び微粒子は大きな衝撃を
受ける。このため、フィルタ２２の表面側及びその内部
における微粒子の撹乱（剥離）は促進され、連続燃焼を
容易に持続させることができる。

【００８６】ところで、排気切替弁７１により排気ガス
の流れを逆転させると、その逆転の過程において、排気
圧力の急激な変化（急激な圧力変動）が生じる。図１２
は、そのときの背圧の変化と、剥離して排出される微粒
子の変化を示している。この図１２から理解できるよう
に、急激な圧力変動が生じると、それに応じて排気ガス
流の空間速度も著しく増大するため、撹乱により燃焼除
去されるべき微粒子が瞬間的に排出されてしまう恐れが
ある。

【００８７】この点、本発明では、排気ガスの流れを逆
転させたときに、設定値以上の圧力を逃がすようにして
いるため、フィルタ２２に設定値以上の圧力が加わるこ
とはない。即ち、設定値以上の排気圧力に対しては、圧
力制御弁７１０が作動して図５（Ａ）に示す閉弁状態か
ら図５（Ｂ）に示す開弁状態となる。これにより分岐排
気通路７００が連通状態となり、排気管７０からフィル
タ２２へ導入される排気ガスの一部がバイパス通路７３
へと流れる。その結果、フィルタ２２の背圧は設定値付
近に抑制される。したがって、フィルタ２２の表面から
剥離した微粒子や撹乱された微粒子が一気に車外へ排出
されることもない。

【００８８】なお、このように排気ガスの一部は、圧力
逃がし手段からフィルタ２２を通さずに排出するため、
その排気ガスに含まれる微粒子も排出される。しかし、
フィルタ表面に堆積した微粒子が剥離して瞬間的に排出
される場合と比較し、微粒子の排出量は極端に少ない。
それ故、この圧力逃がし手段を設けることは、排気浄化
機能を高める上で有効な手段となる。

【００８９】また、別の観点から検討してみると、さら
に次のような利点も得られる。排気切換弁７１の背圧が
急激に高くなり、弁の上流側と下流側とで大きな圧力差
が生じると、その圧力差に基づく抵抗により弁の動きが
円滑でなくなる。しかし、本実施の形態では、圧力制御
弁７１０によって排気切換弁７１の背圧が設定値以下に
制御されるので、その分、排気切換弁７１の作動も円滑
になる。

【００９０】また、排気切換弁７１を高速で切換えれ
ば、低速で切換える場合よりも切換時の圧力変動を（高
くなるのを）抑制することができる。この点、高圧時に
は排気切換弁７１の作動が円滑でなくなり、高速に切換
えられなくなる場合も考えられる。しかし、本実施の形
態では、このように圧力制御弁７１０によって排気切換
弁７１の背圧が設定値以下に制御されるので、その分、
排気切換弁７１の作動が円滑で高速切換えも可能にな
る。

【００９１】＜第２の実施の形態＞次に、本発明に係る
排気浄化装置の第２の実施の形態を図１３を参照して説
明する。なお、同図において第１の実施の形態と同一の
構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略
化する。

【００９２】この実施の形態では、設定値以上の排気ガ
スの圧力を逃がす圧力逃がし手段を設ける位置が第１の
実施の形態と相異しているだけで、その他の構成は同じ
である。即ち、この実施の形態では、第１の排気通路７
６と、第２の排気通路７７とを連絡する連絡通路８００
を設け、その連絡通路８００の途中に、設定値以上の排
気ガスの圧力に対してのみ連絡通路８００を開状態に維
持する圧力制御弁８１０を設けた構成としている。な
お、この圧力制御弁８１０についても、第１の実施の形
態で用いた圧力制御弁７１０と同様に自動開閉型のもの
が用いられている。

【００９３】このように、第１の排気通路７６と第２の
排気通路７７との間に圧力逃がし手段を設けた場合、排
気ガス流の逆転時にフィルタ２２に作用する排気圧力が
設定値以上になると、圧力制御弁８１０が開き、連絡通
路８００を開状態に維持する。これにより、フィルタ２
２の上流側と下流側とが連通し、フィルタ２２へ導入さ
れる排気ガスの一部がバイパスしてフィルタ下流側へ流
れ、バイパス通路７３から排出される。この結果、フィ
ルタ２２に作用する排気圧力は設定値付近に抑制され
る。したがって、フィルタ２２の表面から剥離した微粒
子や撹乱された微粒子が一気に車外へ排出されることも
ない。

【００９４】なお、本実施の形態においても、排気ガス
の一部は、圧力逃がし手段からフィルタ２２を通さずに
排出するため、その排気ガスに含まれる微粒子も排出さ
れる。しかし、フィルタ表面に堆積した微粒子が剥離し
て瞬間的に排出される場合と比較し、微粒子の排出量は
極端に少ない。

【００９５】なお、以上の実施の形態では、圧力逃がし
手段の圧力制御弁に、自動開閉型の弁を用いた例を示し
たが、電気信号により開閉する圧力制御弁を採用した構
成とすることもできる。例えば、圧力制御弁８１０に電
磁開閉弁を用い、フィルタ２２へ導入される排気ガスの
圧力が設定値以上になったときに、その電磁開閉弁に開
信号を出力するように構成することもできる。

【００９６】より具体的には、例えば排気切換弁７１の
アクチュエータ７２の駆動制御系である電子ユニット３
０を利用することができる。即ち、背圧センサ８０の測
定信号に基づき制御されているアクチュエータ７２と同
様の制御系を構成し、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３
４上に実現される制御手段７５によって圧力制御弁８１
０を設定値以上で開状態に維持する設計とすることがで
きる。

【００９７】また、排気ガスの流れを逆転させるときの
急激な圧力変化は、排気切換弁７１が閉まる瞬間が最大
となるので、このタイミングで圧力制御弁を開とする制
御を行うようにすることもできる。

【００９８】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、圧力逃がし手段によって、設定値以上の排気ガ
スの圧力を逃がすようにしたため、排気ガスの流れを逆
転したときのように、フィルタに設定値以上の圧力が加
わらないようになる。これにより、堆積した微粒子が一
気に車外に放出されることもなくなる。この際、排気ガ
スはフィルタを通らずに排気されるが、堆積したものが
剥離して瞬間的に排出されるのと比べ、微粒子の排出量
を格段に少なくすることができる。これにより、排気浄
化装置の効果をさらに向上させることができる。

【００９９】また、本発明では、圧力逃がし手段により
排気切換弁の背圧を設定値以下に制御することによっ
て、排気切換弁の作動を円滑にすることができる。さら
に、排気切換弁の作動を円滑にすることで、高速切換え
も容易になり、この点からも、切換時の圧力変動を設定
値以下に抑制できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図

【図２】機関の要求トルクを示す図

【図３】排気浄化装置を示す上面図

【図４】排気浄化装置を示す正面図

【図５】圧力制御弁の概略断面図

【図６】（Ａ）はフィルタ基材に微粒子が堆積する状態
を示すイメージ図、（Ｂ）は排気ガスの順流、逆流によ
る微粒子の撹乱状態を示すイメージ図

【図７】パティキュレートフィルタを示す図

【図８】微粒子の酸化作用を示す概念図

【図９】微粒子の堆積作用を示す概念図

【図１０】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフ
ィルタの温度との関係を示す図

【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る排気切換弁
の制御を示したタイムチャート

【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る排気切換弁
の切換制御と微粒子排出量との関係を示したタイムチャ
ート

【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る排気浄化装
置の平面図

【符号の説明】

２２ パティキュレートフィルタ ３０ 電子ユニット ７０ 排気管 ７１ 排気切換弁 ７２ アクチュエータ ７３ バイパス通路 ７５ 制御手段 ７６ 第１の排気通路 ７７ 第２の排気通路 ８０ 背圧センサ ７００ 分岐排気通路 ７１０ 圧力制御弁 ８００ 連絡通路 ８１０ 圧力制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 和浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 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 (72)発明者 田中 俊明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G090 AA03 BA01 CB24 DA03 DB00 DB07 3G091 AA10 AA11 AA18 AB02 AB08 AB13 BA07 BA13 CA11 EA32 FA19 FB10 GB01W GB02W GB02Y GB03W GB03Y GB04W GB05W GB06W HA14 HA18 HA21 HA36

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性酸素放出剤が担持され、排気ガス中
   の微粒子を一時期捕獲可能なフィルタと、 フィルタの一方側から排気ガスを流す第１の流れとフィ
   ルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを、交互
   に切換える排気切換え手段と、 前記フィルタへ導入される排気ガスの圧力が設定値以上
   のとき、その排気ガスの圧力を逃がす圧力逃がし手段
   と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記圧力逃がし手段は、前記フィルタの
   上流側の排気ガスの圧力に基づいて作動することを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記圧力逃がし手段は、前記排気切換手
   段及びフィルタをバイパスして排気ガスを流す分岐排気
   通路と、その分岐排気通路に接続され、設定値以上の排
   気ガスの圧力に対してのみ前記分岐排気通路を開状態に
   維持する圧力制御弁とを備えることを特徴とする請求項
   １又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記圧力逃がし手段は、前記フィルタの
   上流側と下流側とを連絡してフィルタへ導入される排気
   ガスの一部をバイパスさせる連絡通路と、その連絡通路
   に接続され、設定値以上の排気ガスの圧力に対してのみ
   前記連絡通路を開状態に維持する圧力制御弁とを備える
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気
   浄化装置。
5. 【請求項５】 フィルタの背圧を検出する背圧検出手段
   と、その背圧検出手段の検出値に基づいて前記圧力制御
   弁の開閉制御を行う制御手段とを備えることを特徴とす
   る請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装
   置。