JP3518478B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP3518478B2
JP3518478B2 JP2000090743A JP2000090743A JP3518478B2 JP 3518478 B2 JP3518478 B2 JP 3518478B2 JP 2000090743 A JP2000090743 A JP 2000090743A JP 2000090743 A JP2000090743 A JP 2000090743A JP 3518478 B2 JP3518478 B2 JP 3518478B2
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は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７−１０６２
９０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
いグラフィイト等に変化するからであると考えられる。
事実、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆
積し続けると３５０℃から４００℃の低温では堆積した
微粒子が着火せず、堆積した微粒子を着火せしめるため
には６００℃以上の高温が必要となる。しかしながらデ
ィーゼル機関では通常、排気ガス温が６００℃以上の高
温になることがなく、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、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た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。ところが特公平７−１０６２９０号公
報には、パティキュレートフィルタ全体のうちで排気ガ
スが主に流れる部分を排気ガス温度に応じて変更する点
について開示されていない。従って特公平７−１０６２
９０号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、
排気ガス温度を上昇すべきときに、パティキュレートフ
ィルタ全体のうちでその温度上昇した排気ガスが必要と
される部分にその排気ガスを重点的に流すということが
できない。
【００１２】前記問題点に鑑み、本発明は、パティキュ
レートフィルタ全体のうちで温度上昇した排気ガスが必
要とされる部分にその排気ガスを重点的に流すことがで
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、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、前記パティ
キュレートフィルタの外周に保温部材を設けた内燃機関
の排気浄化装置が提供される。
【００１４】請求項１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の外周に保温部材が設けられてい
る。そのため、温度低下し易いパティキュレートフィル
タの外周部分の温度低下に伴って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
せることができなくなってしまうのを阻止することがで
きる。
【００１５】請求項２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、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、排気ガスの温度低下を抑制す
るための排気温度低下抑制手段を前記パティキュレート
フィルタよりも排気ガス流れの上流側の機関排気通路に
配置した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１６】請求項２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
に請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気
ガスの温度低下を抑制するための排気温度低下抑制手段
がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの上流
側の機関排気通路に配置されている。そのため、排気ガ
スがパティキュレートフィルタに到達するまでに排気ガ
ス温度が低下し、その温度低下した排気ガスによりパテ
ィキュレートフィルタ温度が低下せしめられるのに伴
い、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ができなくなってし
まうのを阻止することができる。
【００１７】請求項３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、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、排気ガスが前記パティキュレ
ートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設
け、前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れ
の上流側の機関排気通路であって前記バイパス通路との
分岐位置よりも排気ガス流れの下流側の機関排気通路に
排気ガスの温度低下を抑制するための排気温度低下抑制
手段を設けた内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１８】請求項３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
に請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置では、バイ
パス通路との分岐位置よりも排気ガス流れの下流側であ
ってパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの上
流側の機関排気通路に排気温度低下抑制手段が設けられ
ている。そのため、パティキュレートフィルタ温度の低
下を阻止するために排気ガスがパティキュレートフィル
タをバイパスせしめられているときに分岐位置とパティ
キュレートフィルタとの間に滞留している排気ガスの温
度が低下し、次いで排気ガスが再びパティキュレートフ
ィルタを通されるときにその温度低下した排気ガスによ
りパティキュレートフィルタ温度が低下せしめられるの
に伴い、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ができなくなっ
てしまうのを阻止することができる。
【００１９】請求項４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
〜３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。
【００２０】請求項４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。
【００２１】
【００２２】
【００２３】請求項５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た内燃
機関の排気浄化装置において、排気ガス温度を上昇させ
たときに、その温度上昇した排気ガスをパティキュレー
トフィルタの内側部分よりもパティキュレートフィルタ
の外周部分に多く流すようにしており、前記パティキュ
レートフィルタとして、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
化装置が提供される。
【００２４】請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置
では、排気ガス温度を上昇させたときに、その温度上昇
した排気ガスがパティキュレートフィルタの内側部分よ
りもパティキュレートフィルタの外周部分に多く流され
る。そのため、パティキュレートフィルタを昇温させる
ために排気ガスをパティキュレートフィルタの内側部分
よりもパティキュレートフィルタの外周部分に多く流す
必要があるにもかかわらず、排気ガスが排気ガス流動特
性に基づき主にパティキュレートフィルタの内側部分を
流れてしまい、パティキュレートフィルタの外周部分が
十分に昇温されなくなってしまうのを阻止することがで
きる。つまり、パティキュレートフィルタ全体のうちで
温度上昇した排気ガスが必要とされる部分であるパティ
キュレートフィルタの外周部分にその排気ガスを重点的
に流すことができる。さらに、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。
【００２５】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５
に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２６】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。
【００２７】請求項７に記載の発明によれば、前記酸化
除去可能微粒子量が所定量よりも少なくなるときに、排
気ガス温度を上昇させ、その温度上昇した排気ガスをパ
ティキュレートフィルタの内側部分よりもパティキュレ
ートフィルタの外周部分に多く流すようにした請求項５
に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２８】請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置
では、酸化除去可能微粒子量が所定量よりも少なくなる
ときに、排気ガス温度が上昇せしめられ、その温度上昇
した排気ガスがパティキュレートフィルタの内側部分よ
りもパティキュレートフィルタの外周部分に多く流され
る。つまり、酸化除去可能微粒子量が少なくなるのに伴
い微粒子がパティキュレートフィルタの外周部分上に積
層状に堆積する可能性が高くなるときに、温度上昇した
排気ガスがパティキュレートフィルタの内側部分よりも
パティキュレートフィルタの外周部分に多く流される。
そのため、微粒子がパティキュレートフィルタの外周部
分上に積層状に堆積する可能性が高いにもかかわらず、
温度上昇した排気ガスがパティキュレートフィルタの外
周部分に多く流されない場合に比べ、微粒子がパティキ
ュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆積するのを
確実に阻止することができる。
【００２９】請求項８に記載の発明によれば、前記パテ
ィキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧が予め
定められた値よりも高いときに、排気ガス温度を上昇さ
せ、その温度上昇した排気ガスをパティキュレートフィ
ルタの内側部分よりもパティキュレートフィルタの外周
部分に多く流すようにした請求項５に記載の内燃機関の
排気浄化装置が提供される。
【００３０】請求項８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の上流側と下流側との
差圧が予め定められた値よりも高いときに、排気ガス温
度が上昇せしめられ、その温度上昇した排気ガスがパテ
ィキュレートフィルタの内側部分よりもパティキュレー
トフィルタの外周部分に多く流される。つまり、微粒子
がパティキュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆
積してしまったとき、あるいは、微粒子がパティキュレ
ートフィルタの外周部分上に積層状に堆積しそうなとき
に、温度上昇した排気ガスがパティキュレートフィルタ
の内側部分よりもパティキュレートフィルタの外周部分
に多く流される。そのため、微粒子がパティキュレート
フィルタの外周部分上に積層状に堆積してしまったにも
かかわらず、温度上昇した排気ガスがパティキュレート
フィルタの外周部分に多く流されない場合に比べ、背圧
が高くなりすぎてしまうのを確実に阻止することができ
る。また、微粒子がパティキュレートフィルタの外周部
分上に積層状に堆積しそうにもかかわらず、温度上昇し
た排気ガスがパティキュレートフィルタの外周部分に多
く流されない場合に比べ、微粒子がパティキュレートフ
ィルタの外周部分上に積層状に堆積するのを確実に阻止
することができる。
【００３１】請求項９に記載の発明によれば、予め定め
られた時間間隔で排気ガス温度を上昇させ、その温度上
昇した排気ガスをパティキュレートフィルタの内側部分
よりもパティキュレートフィルタの外周部分に多く流す
ようにした請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置が
提供される。
【００３２】請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置
では、予め定められた時間間隔で排気ガス温度が上昇せ
しめられ、その温度上昇した排気ガスがパティキュレー
トフィルタの内側部分よりもパティキュレートフィルタ
の外周部分に多く流される。そのため、温度上昇した排
気ガスをパティキュレートフィルタの内側部分よりもパ
ティキュレートフィルタの外周部分に多く流すべきか否
かの判断手段を有する場合に比べ、より簡易な方法によ
り、背圧が高くなりすぎてしまうことや、微粒子がパテ
ィキュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆積する
のを阻止することができる。
【００３３】請求項１０に記載の発明によれば、前記パ
ティキュレートフィルタへの微粒子の堆積量を推定し、
その推定された微粒子堆積量が予め定められた閾値を越
えたときに、排気ガス温度を上昇させ、その温度上昇し
た排気ガスをパティキュレートフィルタの内側部分より
もパティキュレートフィルタの外周部分に多く流すよう
にした請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供
される。
【００３４】請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装
置では、推定された微粒子堆積量が予め定められた閾値
を越えたときに、排気ガス温度が上昇せしめられ、その
温度上昇した排気ガスがパティキュレートフィルタの内
側部分よりもパティキュレートフィルタの外周部分に多
く流される。そのため、微粒子堆積量を実際に検出する
検出手段を有する場合に比べ、より簡易な方法により、
背圧が高くなりすぎてしまうことや、微粒子がパティキ
ュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆積するのを
阻止することができる。
【００３５】
【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。
【００３６】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。パティキュレートフィルタ２２の外
周には保温部材としての断熱材７０が配置されている。
【００３７】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。
【００３８】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、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３
５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出
力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続され
る。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介
して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ
１６、ＥＧＲ制御弁２５、及び燃料ポンプ２８に接続さ
れる。
【００３９】図２にパティキュレートフィルタ２２の構
造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレー
トフィルタ２２の正面図を示しており、（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。
【００４０】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。
【００４１】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活性酸素放出剤が担持されてい
る。
【００４２】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、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。
【００４３】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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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（２Ｎ
Ｏ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部
は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸
収され、カリウムＫと結合しながら図３（Ａ）に示され
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、硝酸カリウムＫＮＯ3 を生成する。
【００４７】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Ｏ2-の形で白金Ｐ
ｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2 は白金Ｐ
ｔ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
れつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと
結合しながら硫酸イオンＳＯ4 2- の形で活性酸素放出剤
６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 を生成する。
このようにして活性酸素放出触媒６１内には硝酸カリウ
ムＫＮＯ3 及び硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4が生成される。
【００４８】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、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接触
し、付着する。
【００４９】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。
【００５０】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Ｋ2 ＳＯ 4 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Ｓ
Ｏ2 は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性
酸素放出剤６１内に吸収される。ただし、硫酸カリウム
Ｋ2 ＳＯ4 は、安定化しているため、硝酸カリウムＫＮ
Ｏ3 に比べて活性酸素を放出しづらい。
【００５１】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Ｋ2 ＳＯ4 のような化合物から分解された酸素
である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを
有しており、極めて高い活性を有する。従って微粒子６
２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性
酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に
接触すると微粒子６２は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。
【００５２】従来のようにパティキュレートフィルタ２
２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるとき
にはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴
って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でない
と持続せず、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。
【００５３】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。
【００５４】ところで白金Ｐｔ及び活性酸素放出剤６１
はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど
活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤６１が放
出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ２
２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。
【００５５】図５の実線は単位時間当りに輝炎を発する
ことなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示し
ている。なお、図５において横軸はパティキュレートフ
ィルタ２２の温度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。
【００５６】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。
【００５７】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、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微粒子６４はもはや活性酸
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。
【００５８】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。
【００５９】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。
【００６０】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。
【００６１】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。
【００６２】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（ＥＧ
Ｒガス量／（吸入空気量＋ＥＧＲガス量））が６５パー
セント以上となるようにスロットル弁１７の開度及びＥ
ＧＲ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。
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】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、活性酸素放出剤６１としてカルシウムＣ
ａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ
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Ｋ 2 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。
【００６６】また、本発明はパティキュレートフィルタ
２２の両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのよ
うな貴金属のみを担持した場合にも適用することができ
る。ただし、この場合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示
す実線は図５に示す実線に比べて若干右側に移動する。
この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2 又は
ＳＯ3 から活性酸素が放出される。また、活性酸素放出
剤としてＮＯ2 又はＳＯ3 を吸着保持し、これら吸着さ
れたＮＯ2 又はＳＯ3 から活性酸素を放出しうる触媒を
用いることもできる。
【００６７】上述した第一及び第二の実施形態によれ
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（つまり、図５の領域Ｉ内
にほぼおさまるように）排出微粒子量およびパティキュ
レートフィルタ２２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。
【００６８】更に上述した第一及び第二の実施形態によ
れば、パティキュレートフィルタ２２の外周に保温部材
としての断熱材７０が設けられているため、温度低下し
易いパティキュレートフィルタ２２の外周部分の温度低
下に伴って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ができなくな
ってしまうのを阻止することができる。
【００６９】また上述した第一及び第二の実施形態によ
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（つまり、図５の領域Ｉ
内にほぼおさまるように）、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（第一の実施形態
＋第二の実施形態）、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（第二の
実施形態）、排出微粒子量およびパティキュレートフィ
ルタ２２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（第一の実施形態＋第二の実施形態）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２
２上に堆積しないようにする（第二の実施形態）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２２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。
【００７０】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７は本実施形態の
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
た図１とほぼ同様の図である。図７において、図１〜図
６に示した参照番号と同一の参照番号は図１〜図６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、
１７０は、パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガ
ス流れの上流側の排気管２０に配置された排気温度低下
抑制手段としての断熱材である。本実施形態によって
も、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。
【００７１】更に本実施形態によれば、排気ガスの温度
低下を抑制するための排気温度低下抑制手段としての断
熱材１７０が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排気管２０に配置されている。その
ため、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２に到達
するまでに排気ガス温度が低下し、その温度低下した排
気ガスによりパティキュレートフィルタ２２の温度が低
下せしめられるのに伴い、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
とができなくなってしまうのを阻止することができる。
【００７２】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８は本実施形態の
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
た図１とほぼ同様の図である。図８において、図１〜図
７に示した参照番号と同一の参照番号は図１〜図７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は排気ガスを順流方向及び逆流方向に流されうる
パティキュレートフィルタ、２２３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である。２
７０は排気温度低下抑制手段としての断熱材、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。２７３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、２７４は排気切換バルブ２７３を駆動する排気切換
バルブ駆動装置である。
【００７３】図９はパティキュレートフィルタの拡大図
である。詳細には、図９（Ａ）はパティキュレートフィ
ルタの拡大平面図、図９（Ｂ）はパティキュレートフィ
ルタ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２７３が順流位
置にあるときの図、図１０（Ｂ）は排気切換バルブ２７
３が逆流位置にあるときの図、図１０（Ｃ）は排気切換
バルブ２７３がバイパス位置にあるときの図である。排
気切換バルブ２７３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２７３を通過して
ケーシング２２３内に流入した排気ガスは、まず第一通
路２７１を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２
２２を通過し、最後に第二通路２７２を通過し、再び排
気切換バルブ２７３を通過して排気管に戻される。排気
切換バルブ２７３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２７３を通過してケーシ
ング２２３内に流入した排気ガスは、まず第二通路２７
２を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２２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２７１を通過し、再び排気切換バルブ２７３を
通過して排気管に戻される。排気切換バルブ２７３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２７１内の圧力と第二通路２７２内の圧力とが等
しくなるために、排気切換バルブ２７３に到達した排気
ガスはケーシング２２３内に流入することなくそのまま
排気切換バルブ２７３を通過する。
【００７４】図１１は本実施形態のパティキュレートフ
ィルタに流入する排気ガスの温度、従来のパティキュレ
ートフィルタに流入する排気ガスの温度、パティキュレ
ートフィルタ床温度、及び内燃機関から排出された排気
ガス温度と、時間との関係を示した図である。図１０
（Ｃ）に示すバイパス位置が設けられている場合、図１
１に示すように内燃機関から排出された排気ガス温度
（二点鎖線）が低下しても、その排気ガスはパティキュ
レートフィルタ２２２内に流入することなくバイパスさ
れるため、パティキュレートフィルタ床温度（破線）は
低下しない。ところが、断熱材２７０が設けられていな
い従来の場合、第一通路２７１及び第二通路２７２の熱
容量が小さいため、パティキュレートフィルタに流入す
る排気ガスの温度、つまり、第一通路２７１及び第二通
路２７２内の排気ガス温度（一点鎖線）はかなり低下し
てしまう。一方、断熱材２７０が設けられている本実施
形態の場合、断熱材２７０により第一通路２７１及び第
二通路２７２の放熱が抑制され、その結果、パティキュ
レートフィルタに流入する排気ガスの温度、つまり、第
一通路２７１及び第二通路２７２内の排気ガス温度（実
線）はそれほど低下しなくなる。
【００７５】本実施形態によっても、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。更に本
実施形態によれば、バイパス通路との分岐位置、つま
り、排気切換バルブ２７３よりも排気ガス流れの下流側
であってパティキュレートフィルタ２２２よりも排気ガ
ス流れの上流側の第一通路２７１及び第二通路２７２に
排気温度低下抑制手段としての断熱材２７０が設けられ
ている。そのため、パティキュレートフィルタ温度の低
下を阻止するために排気ガスがパティキュレートフィル
タ２２２をバイパスせしめられているとき（図１０
（Ｃ））に排気切換バルブ２７３とパティキレートフィ
ルタ２２２との間（第一通路２７１内、及び第二通路２
７２内）に滞留している排気ガスの温度が低下し、次い
で排気ガスが再びパティキュレートフィルタ２２２を通
されるときにその温度低下した排気ガスによりパティキ
ュレートフィルタ温度が低下せしめられるのに伴い、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ができなくなってしまうの
を阻止することができる。
【００７６】本実施形態の変形例では、断熱材２７０を
設ける代わりに、第一通路２７１及び第二通路２７２の
内側をセラミックコートしたり、第一通路２７１及び第
二通路２７２を二重管にしたり、第一通路２７１及び第
二通路２７２を樹脂製にすることも可能である。
【００７７】以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第五の実施形態について説明する。図１２は本実施形態
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
した図１とほぼ同様の図、図１３はパティキュレートフ
ィルタの拡大図である。図１２及び図１３において、図
１〜図１１に示した参照番号と同一の参照番号は図１〜
図１１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、３７５はパティキュレートフィルタ２２の内
側部分３７９の排気ガス流量を減少させるためのバタフ
ライバルブ、３７６はバタフライバルブ駆動装置であ
る。３７７はパティキュレートフィルタ２２の上流側の
排気ガス圧力を検出するための上流側圧力センサ、３７
８はパティキュレートフィルタ２２の下流側の排気ガス
圧力を検出するための下流側圧力センサ、３８０はパテ
ィキュレートフィルタ２２の外周部分である。
【００７８】図１４は本実施形態の内燃機関の排気浄化
方法を示したフローチャートである。図１４に示すよう
に、本ルーチンが開始されると、まずステップ２００に
おいてパティキュレートフィルタ２２の再生制御が行わ
れているか否かが判断される。ＮＯのときにはステップ
２０１に進み、ＹＥＳのときにはステップ２０５に進
む。ステップ２０１では、上流側圧力センサ３７７によ
り検出された排気ガス圧力Ｐ１と下流側圧力センサ３７
８により検出された排気ガス圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝
Ｐ１−Ｐ２）が閾値ＴＰより高いか否かが判断される。
ＮＯのときには、パティキュレートフィルタ２２を再生
する必要がないと判断し、ステップ２０２において通常
運転が行われる。一方、ＹＥＳのときにはパティキュレ
ートフィルタ２２を再生する必要があると判断し、ステ
ップ２０３に進む。ステップ２０３では、パティキュレ
ートフィルタ２２を再生するための比較的高い温度の排
気ガスを内燃機関から排出すべく内燃機関の運転条件が
変更される。排気ガス温度を上昇させる代わりに、低温
燃焼（特願平９−３２３０８６参照）や膨張行程噴射を
行ってＨＣやＣＯを多量に排出し、パティキュレートフ
ィルタ２２上における酸化発熱量を増加させても同様の
効果を奏することができる。次いでステップ２０４で
は、その温度上昇した排気ガスをパティキュレートフィ
ルタ２２の内側部分３７９よりも外周部分３８０に多く
流すようにバタフライバルブ３７５の開度が減少せしめ
られる。パティキュレートフィルタ２２の外周部分３８
０の温度は、排気ガス自体が有する熱と還元剤が発する
熱とにより大幅に上昇する。
【００７９】ステップ２０５ではパティキュレートフィ
ルタ２２の再生時間がインクリメントされる。次いでス
テップ２０６では再生時間Ｔが閾値ＴＴよりも長くなっ
たか否かが判断される。ＮＯのときにはステップ２０７
に進み、パティキュレートフィルタ２２の再生制御が継
続される。一方、ＹＥＳのときには、パティキュレート
フィルタ２２が十分再生されたと判断し、ステップ２０
８に進む。ステップ２０８では、ステップ２０４におい
て絞られたバタフライバルブ３７５の開度が増加される
（元に戻される）。次いでステップ２０９では排気ガス
温度を上昇させるための内燃機関の運転条件から通常の
内燃機関の運転条件に戻される。
【００８０】本実施形態によっても、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。更に本
実施形態によれば、ステップ２０３において排気ガス温
度を上昇させたときに、ステップ２０４によりその温度
上昇した排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の内
側部分３７９よりもパティキュレートフィルタ２２の外
周部分３８０に多く流される。そのため、パティキュレ
ートフィルタ２２を昇温させるために排気ガスをパティ
キュレートフィルタの内側部分３７９よりもパティキュ
レートフィルタ２２の外周部分３８０に多く流す必要が
あるにもかかわらず、排気ガスが排気ガス流動特性に基
づき主にパティキュレートフィルタ２２の内側部分３７
９を流れてしまい、パティキュレートフィルタ２２の外
周部分３８０が十分に昇温されなくなってしまうのを阻
止することができる。つまり、パティキュレートフィル
タ全体のうちで温度上昇した排気ガスが必要とされる部
分であるパティキュレートフィルタの外周部分３８０に
その排気ガスを重点的に流すことができる。
【００８１】また本実施形態によれば、ステップ２０１
においてパティキュレートフィルタ２２の上流側と下流
側との差圧ΔＰが予め定められた値ＴＰよりも高いと判
断されたときに、ステップ２０３にて排気ガス温度が上
昇せしめられ、ステップ２０４にてその温度上昇した排
気ガスがパティキュレートフィルタ２２の内側部分３７
９よりもパティキュレートフィルタ２２の外周部分３８
０に多く流される。つまり、微粒子がパティキュレート
フィルタ２２の外周部分３８０上に積層状に堆積してし
まったとき、あるいは、微粒子がパティキュレートフィ
ルタ２２の外周部分３８０上に積層状に堆積しそうなと
きに、温度上昇した排気ガスがパティキュレートフィル
タ２２の内側部分３７９よりもパティキュレートフィル
タ２２の外周部分３８０に多く流される。そのため、微
粒子がパティキュレートフィルタ２２の外周部分３８０
上に積層状に堆積してしまったにもかかわらず、温度上
昇した排気ガスがパティキュレートフィルタの外周部分
に多く流されない場合に比べ、背圧Ｐ１が高くなりすぎ
てしまうのを確実に阻止することができる。また、微粒
子がパティキュレートフィルタ２２の外周部分３８０上
に積層状に堆積しそうにもかかわらず、温度上昇した排
気ガスがパティキュレートフィルタの外周部分に多く流
されない場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィル
タ２２の外周部分３８０上に積層状に堆積するのを確実
に阻止することができる。
【００８２】図１５は本実施形態のバタフライバルブを
スライド式バルブに変更した本実施形態の変形例を示し
た図である。図１５において、図１〜図１４に示した参
照番号と同一の参照番号は図１〜図１４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、４７５はパ
ティキュレートフィルタ２２の内側部分３７９の排気ガ
ス流量を減少させるためのスライド式バルブ、４７６は
スライド式バルブ駆動装置である。本変形例によっても
第五の実施形態とほぼ同様の効果を奏することができ
る。
【００８３】図１６は第五の実施形態のバタフライバル
ブを揺動式バルブに変更した第五の実施形態の変形例を
示した図である。図１６において、図１〜図１５に示し
た参照番号と同一の参照番号は図１〜図１５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、５７５
はパティキュレートフィルタ２２の内側部分３７９の排
気ガス流量を減少させるための揺動式バルブ、５７６は
揺動式バルブ駆動装置である。本変形例によっても第五
の実施形態とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００８４】以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第六の実施形態について説明する。本実施形態の内燃機
関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用したもの
は図１２及び図１３に示したものとほぼ同様である。本
実施形態では、ステップ２０１の代わりに酸化除去可能
微粒子量Ｇ（図５の縦軸）が所定量よりも少ないと判断
されたときに、ステップ２０３にて排気ガス温度が上昇
せしめられ、ステップ２０４にてその温度上昇した排気
ガスがパティキュレートフィルタ２２の内側部分３７９
よりもパティキュレートフィルタ２２の外周部分３８０
に多く流される。つまり、パティキュレートフィルタ２
２の外周部分３８０の温度が低下して酸化除去可能微粒
子量Ｇが少なくなるのに伴い微粒子がパティキュレート
フィルタ２２の外周部分３８０上に積層状に堆積する可
能性が高くなるとき（パティキュレートフィルタ２２の
外周部分３８０の状態が領域IIに移行してしまいそうな
とき）に、温度上昇した排気ガスがパティキュレートフ
ィルタ２２の内側部分３７９よりもパティキュレートフ
ィルタ２２の外周部分３８０に多く流される。そのた
め、微粒子がパティキュレートフィルタの外周部分上に
積層状に堆積する可能性が高いにもかかわらず、温度上
昇した排気ガスがパティキュレートフィルタの外周部分
に多く流されない場合に比べ、微粒子がパティキュレー
トフィルタ２２の外周部分３８０上に積層状に堆積する
のを確実に阻止することができる。
【００８５】以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第七の実施形態について説明する。本実施形態の内燃機
関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用したもの
は図１２及び図１３に示したものとほぼ同様である。本
実施形態では、第六の実施形態のように酸化除去可能微
粒子量Ｇ（図５の縦軸）が所定量よりも少ないか否かを
判断する代わりに、パティキュレートフィルタ２２上に
積層した微粒子量が一定限度（第二の実施形態参照）を
越えそうか否かが判断される。パティキュレートフィル
タ２２上に積層した微粒子量がその一定限度を越えそう
なときには、ステップ１０３にて排気ガス温度が上昇せ
しめられ、ステップ１０４にてその温度上昇した排気ガ
スがパティキュレートフィルタ２２の内側部分３７９よ
りもパティキュレートフィルタ２２の外周部分３８０に
多く流される。本実施形態によっても、担体層の表面が
残留微粒子部分６３により覆われてしまうのを阻止する
ことができる（第二の実施形態参照）。また本実施形態
では、推定された微粒子堆積量が予め定められた閾値を
越えたときに、排気ガス温度が上昇せしめられ、その温
度上昇した排気ガスがパティキュレートフィルタの内側
部分よりもパティキュレートフィルタの外周部分に多く
流される。そのため、微粒子堆積量を実際に検出する検
出手段を有する場合に比べ、より簡易な方法により、背
圧Ｐ１が高くなりすぎてしまうことや、微粒子がパティ
キュレートフィルタ２２の外周部分３８０上に積層状に
堆積するのを阻止することができる。
【００８６】以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第八の実施形態について説明する。本実施形態の内燃機
関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用したもの
は図１２及び図１３に示したものとほぼ同様である。本
実施形態では、ステップ２０１の代わりに予め定められ
た時間が経過したか否かが判断され、ＹＥＳのときに、
つまり周期的に、ステップ２０３にて排気ガス温度が上
昇せしめられ、ステップ２０４にてその温度上昇した排
気ガスがパティキュレートフィルタ２２の内側部分３７
９よりもパティキュレートフィルタ２２の外周部分３８
０に多く流される。そのため、温度上昇した排気ガスを
パティキュレートフィルタの内側部分よりもパティキュ
レートフィルタの外周部分に多く流すべきか否かの判断
手段を有する場合に比べ、より簡易な方法により、背圧
Ｐ１が高くなりすぎてしまうことや、微粒子がパティキ
ュレートフィルタ２２の外周部分３８０上に積層状に堆
積するのを阻止することができる。
【００８７】更に本発明は、パティキュレートフィルタ
上流の排気通路内に酸化触媒を配置してこの酸化触媒に
より排気ガス中のＮＯをＮＯ2 に変換し、このＮＯ2 と
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子とを反応
させてこのＮＯ2 により微粒子を酸化するようにした内
燃機関の排気浄化装置にも適用できる。
【００８８】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、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、温度低下
し易いパティキュレートフィルタの外周部分の温度低下
に伴って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ができなくなっ
てしまうのを阻止することができる。
【００８９】請求項２に記載の発明によれば、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、排気ガスが
パティキュレートフィルタに到達するまでに排気ガス温
度が低下し、その温度低下した排気ガスによりパティキ
ュレートフィルタ温度が低下せしめられるのに伴い、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ができなくなってしまうの
を阻止することができる。
【００９０】請求項３に記載の発明によれば、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、パティキュ
レートフィルタ温度の低下を阻止するために排気ガスが
パティキュレートフィルタをバイパスせしめられている
ときに分岐位置とパティキュレートフィルタとの間に滞
留している排気ガスの温度が低下し、次いで排気ガスが
再びパティキュレートフィルタを通されるときにその温
度低下した排気ガスによりパティキュレートフィルタ温
度が低下せしめられるのに伴い、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
せることができなくなってしまうのを阻止することがで
きる。
【００９１】請求項４に記載の発明によれば、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。
【００９２】
【００９３】請求項５に記載の発明によれば、パティキ
ュレートフィルタを昇温させるために排気ガスをパティ
キュレートフィルタの内側部分よりもパティキュレート
フィルタの外周部分に多く流す必要があるにもかかわら
ず、排気ガスが排気ガス流動特性に基づき主にパティキ
ュレートフィルタの内側部分を流れてしまい、パティキ
ュレートフィルタの外周部分が十分に昇温されなくなっ
てしまうのを阻止することができる。つまり、パティキ
ュレートフィルタ全体のうちで温度上昇した排気ガスが
必要とされる部分であるパティキュレートフィルタの外
周部分にその排気ガスを重点的に流すことができる。さ
らに、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。
【００９４】請求項６に記載の発明によれば、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。
【００９５】請求項７に記載の発明によれば、微粒子が
パティキュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆積
する可能性が高いにもかかわらず、温度上昇した排気ガ
スがパティキュレートフィルタの外周部分に多く流され
ない場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタの
外周部分上に積層状に堆積するのを確実に阻止すること
ができる。
【００９６】請求項８に記載の発明によれば、微粒子が
パティキュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆積
してしまったにもかかわらず、温度上昇した排気ガスが
パティキュレートフィルタの外周部分に多く流されない
場合に比べ、背圧が高くなりすぎてしまうのを確実に阻
止することができる。また、微粒子がパティキュレート
フィルタの外周部分上に積層状に堆積しそうにもかかわ
らず、温度上昇した排気ガスがパティキュレートフィル
タの外周部分に多く流されない場合に比べ、微粒子がパ
ティキュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆積す
るのを確実に阻止することができる。
【００９７】請求項９に記載の発明によれば、温度上昇
した排気ガスをパティキュレートフィルタの内側部分よ
りもパティキュレートフィルタの外周部分に多く流すべ
きか否かの判断手段を有する場合に比べ、より簡易な方
法により、背圧が高くなりすぎてしまうことや、微粒子
がパティキュレートフィルタの外周部分上に積層状に堆
積するのを阻止することができる。
【００９８】請求項１０に記載の発明によれば、微粒子
堆積量を実際に検出する検出手段を有する場合に比べ、
より簡易な方法により、背圧が高くなりすぎてしまうこ
とや、微粒子がパティキュレートフィルタの外周部分上
に積層状に堆積するのを阻止することができる。
【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】第三の実施形態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図１とほぼ同様の図であ
る。
【図８】第四の実施形態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図１とほぼ同様の図であ
る。
【図９】パティキュレートフィルタの拡大図である。
【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】第四の実施形態のパティキュレートフィルタ
に流入する排気ガスの温度、従来のパティキュレートフ
ィルタに流入する排気ガスの温度、パティキュレートフ
ィルタ床温度、及び内燃機関から排出された排気ガス温
度と、時間との関係を示した図である。
【図１２】第五の実施形態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図１とほぼ同様の図であ
る。
【図１３】パティキュレートフィルタの拡大図である。
【図１４】第五の実施形態の内燃機関の排気浄化方法を
示したフローチャートである。
【図１５】第五の実施形態のバタフライバルブをスライ
ド式バルブに変更した第五の実施形態の変形例を示した
図である。
【図１６】第五の実施形態のバタフライバルブを揺動式
バルブに変更した第五の実施形態の変形例を示した図で
ある。
【符号の説明】
５…燃焼室 ６…燃料噴射弁 ２０…排気管 ２２…パティキュレートフィルタ ２５…ＥＧＲ制御弁 ７０…断熱材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 7/14 Ｆ０１Ｎ 7/14 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｅ 41/04 ３８０ 41/04 ３８０Ｍ 45/00 ３１４ 45/00 ３１４Ｚ (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 (56)参考文献 特開 平８−338229（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−54270（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−69913（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 3/08 - 3/24 F01N 7/14 F02D 41/02 - 41/04 F02D 45/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機関排気通路内に燃焼室から排出された
    排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレート
    フィルタを配置し、該パティキュレートフィルタとし
    て、単位時間当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、前
    記パティキュレートフィルタの外周に保温部材を設けた
    内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 機関排気通路内に燃焼室から排出された
    排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレート
    フィルタを配置し、該パティキュレートフィルタとし
    て、単位時間当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、排
    気ガスの温度低下を抑制するための排気温度低下抑制手
    段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れ
    の上流側の機関排気通路に配置した内燃機関の排気浄化
    装置。
  3. 【請求項３】 機関排気通路内に燃焼室から排出された
    排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレート
    フィルタを配置し、該パティキュレートフィルタとし
    て、単位時間当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、排
    気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスする
    ためのバイパス通路を設け、前記パティキュレートフィ
    ルタよりも排気ガス流れの上流側の機関排気通路であっ
    て前記バイパス通路との分岐位置よりも排気ガス流れの
    下流側の機関排気通路に排気ガスの温度低下を抑制する
    ための排気温度低下抑制手段を設けた内燃機関の排気浄
    化装置。
  4. 【請求項４】 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１〜３のいずれか一項に記載の内
    燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 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
    フィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、
    排気ガス温度を上昇させたときに、その温度上昇した排
    気ガスをパティキュレートフィルタの内側部分よりもパ
    ティキュレートフィルタの外周部分に多く流すようにし
    ており、前記パティキュレートフィルタとして、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。
  6. 【請求項６】 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５に記載の内燃機関の排気浄化装
    置。
  7. 【請求項７】 前記酸化除去可能微粒子量が所定量より
    も少なくなるときに、排気ガス温度を上昇させ、その温
    度上昇した排気ガスをパティキュレートフィルタの内側
    部分よりもパティキュレートフィルタの外周部分に多く
    流すようにした請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装
    置。
  8. 【請求項８】 前記パティキュレートフィルタの上流側
    と下流側との差圧が予め定められた値よりも高いとき
    に、排気ガス温度を上昇させ、その温度上昇した排気ガ
    スをパティキュレートフィルタの内側部分よりもパティ
    キュレートフィルタの外周部分に多く流すようにした請
    求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】 予め定められた時間間隔で排気ガス温度
    を上昇させ、その温度上昇した排気ガスをパティキュレ
    ートフィルタの内側部分よりもパティキュレートフィル
    タの外周部分に多く流すようにした請求項５に記載の内
    燃機関の排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】 前記パティキュレートフィルタへの微
    粒子の堆積量を推定し、その推定された微粒子堆積量が
    予め定められた閾値を越えたときに、排気ガス温度を上
    昇させ、その温度上昇した排気ガスをパティキュレート
    フィルタの内側部分よりもパティキュレートフィルタの
    外周部分に多く流すようにした請求項５に記載の内燃機
    関の排気浄化装置。
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