JP3632633B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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】
内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガス中にはＮＯ_Ｘが含まれており、このＮＯ_Ｘを浄化するために、機関排気系にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置を配置することが提案されている。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は、近傍雰囲気の酸素濃度が高い時にＮＯ_Ｘを硝酸塩の形で吸収し、近傍雰囲気の酸素濃度が低くなると吸収したＮＯ_Ｘを放出して還元浄化するものである。それにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は、空気過剰のもとで燃焼が行われるディーゼルエンジンの排気ガス中からＮＯ_Ｘを良好に吸収し、定期的に近傍雰囲気を理論空燃比又はリッチ空燃比として酸素濃度を低下させることにより、ＮＯ_Ｘを放出させてＨＣ等の還元物質により還元浄化し、ＮＯ_Ｘを大気中に放出させることなく良好に浄化することができる。
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、煤を主成分とするパティキュレートも含まれている。このパティキュレートも大気放出以前に処理する必要があり、機関排気系にパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを配置することが提案されている。このようなパティキュレートフィルタに前述のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持させると、ＮＯ_Ｘを吸蔵するだけでなくパティキュレートを良好に酸化除去することができる。こうして、パティキュレートフィルタにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持させたものをディーゼルエンジンの機関排気系に配置することは、非常に効果的とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パティキュレートフィルタの構造は、一般的に、捕集壁の細孔を排気ガスが通過するウォールフロー型であり、触媒を担持する隔壁に沿って排気ガスが流れる一般的な触媒装置に比較して、主に排気ガスが接触する捕集壁表面の触媒担持面積が少なく、このようなパティキュレートフィルタでは、排気ガス中のＮＯ_Ｘを十分に浄化することができない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタを具備する内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス中のＮＯ_Ｘを十分に浄化可能とすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、近傍雰囲気が、リーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Xを放出して還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元触媒をパティキュレート捕集壁に担持して機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、酸化機能を有して前記パティキュレートフィルタの上流側において機関排気系に配置されたＮＯ_X浄化触媒装置とを具備し、前記ＮＯ _X 浄化触媒装置は、近傍雰囲気が、リーン空燃比の時にＮＯ _X を吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ _X を放出して還元浄化するＮＯ _X 吸蔵還元触媒を担持し、前記パティキュレートフィルタ内を理論空燃比又はリッチ空燃比とする制御手段が設けられ、前記制御手段によって前記パティキュレートフィルタ内を理論空燃比又はリッチ空燃比とすることにより前記パティキュレートフィルタの前記ＮＯ _X 吸蔵還元触媒からＮＯ _X を放出させて還元浄化すると共に活性酸素を放出させて前記パティキュレート捕集壁に捕集されたパティキュレートを酸化除去することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の下流側で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ことを可能とするバイパス手段を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置は、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持し、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置のＳＯ_Ｘ被毒回復中には、前記バイパス手段を機能させ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ようにすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置は、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持し、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置のＳＯ_Ｘ被毒回復完了直後には、前記バイパス手段を機能させず排気ガスが前記パティキュレートフィルタを通過するようにすることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による排気浄化装置を備える４ストロークディーゼルエンジンの概略縦断面図を示しており、図２は図１のディーゼルエンジンにおける燃焼室の拡大縦断面図であり、図３は図１のディーゼルエンジンにおけるシリンダヘッドの底面図である。図１から図３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、５ａはピストン４の頂面上に形成されたキャビティ、５はキャビティ５ａ内に形成された燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は一対の吸気弁、８は吸気ポート、９は一対の排気弁、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を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内には電気モータ１５により駆動されるスロットル弁１６が配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１７を介して排気管１８へ接続される。
【００１１】
図１に示されるように排気マニホルド１７内には空燃比センサ２１が配置される。排気マニホルド１７とサージタンク１２とはＥＧＲ通路２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２２回りにはＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４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２４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００１２】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコモンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。
【００１３】
３０は電子制御ユニットであり、空燃比センサ２１の出力信号と、燃料圧センサ２８の出力信号とが入力される。また、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、電子制御ユニット３０には、負荷センサ４１の出力信号も入力され、さらに、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の出力信号も入力される。こうして、電子制御ユニット３０は、各種信号に基づき、燃料噴射弁６、電気モータ１５、ＥＧＲ制御弁２３、燃料ポンプ２７、及び、排気管１８に配置された切換弁７１ａを作動する。切換弁７１ａに関しては後述する。
【００１４】
図２及び図３に示されるように本発明による実施例では燃料噴射弁６が６個のノズル口を有するホールノズルからなり、燃料噴射弁６のノズル口からは水平面に対しやや下向きに等角度間隔でもって燃料Ｆが噴射される。図３に示されるように６個の燃料噴霧Ｆのうちで２個の燃料噴霧Ｆは各排気弁９の弁体の下側面に沿って飛散する。図２及び図３は圧縮行程末期に燃料噴射が行われた時を示している。この時には燃料噴霧Ｆはキャビティ５ａの内周面に向けて進み、次いで着火燃焼せしめられる。
【００１５】
図４は排気行程中において排気弁９のリフト量が最大の時に燃料噴射弁６から追加の燃料が噴射された場合を示している。即ち、図５に示されるように圧縮上死点付近において主噴射Ｑｍが行われ、次いで排気行程の中ほどで追加の燃料Ｑａが噴射された場合を示している。この場合、排気弁９の弁体方向に進む燃料噴霧Ｆは排気弁９の傘部背面と排気ポート１０との間に向かう。即ち、云い換えると燃料噴射弁６の６個のノズル口のうちで２個のノズル口は、排気弁９が開弁している時に追加の燃料Ｑａの噴射が行われると燃料噴霧Ｆが排気弁９の傘部背面と排気ポート１０との間に向かうように形成されている。なお、図４に示す実施例ではこの時に燃料噴霧Ｆが排気弁９の傘部背面に衝突し、排気弁９の傘部背面に衝突した燃料噴霧Ｆは排気弁９の傘部背面上において反射し、排気ポート１０内に向かう。
【００１６】
なお通常は追加の燃料Ｑａは噴射されず、主噴射Ｑｍのみが行われる。図６は機関低負荷運転時においてスロットル弁１６の開度及びＥＧＲ率を変化させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図６の横軸）を変化させたときの出力トルクの変化、及びスモーク、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Ｘの排出量の変化を示す実験例を表している。図６からわかるようにこの実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほどＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。
【００１７】
図６に示されるようにＥＧＲ率を増大することにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度になった時にスモークの発生量が増大を開始する。次いで、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくするとスモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとスモークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。この時に機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯ_Ｘの発生量がかなり低くなる。一方、この時にＨＣ及びＣＯの発生量は増大し始める。
【００１８】
図７（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近でスモークの発生量が最も多い時の燃焼室５内の燃焼圧変化を示しており、図７（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近でスモークの発生量がほぼ零の時の燃焼室５内における燃焼圧の変化を示している。図７（Ａ）と図７（Ｂ）とを比較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である図７（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図７（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【００１９】
図６及び図７に示される実験結果から次のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１５．０以下でスモークの発生量がほぼ零の時には図６に示されるようにＮＯ_Ｘの発生量がかなり低下する。ＮＯ_Ｘの発生量が低下したということは燃焼室５内の燃焼温度が低下していることを意味しており、従って煤がほとんど発生しない時には燃焼室５内の燃焼温度が低くなっていると言える。同じことが図７からも言える。即ち、煤がほとんど発生していない図７（Ｂ）に示す状態では燃焼圧が低くなっており、従ってこの時に燃焼室５内の燃焼温度は低くなっていることになる。
【００２０】
第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量がほぼ零になると図６に示されるようにＨＣ及びＣＯの排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に含まれる図８に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図８に示されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長することになる。従って、上述したように煤の発生量がほぼ零になると図６に示される如くＨＣ及びＣＯの排出量が増大するがこの時のＨＣは煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素である。
【００２１】
図６及び図７に示される実験結果に基づくこれらの考察をまとめると燃焼室５内の燃焼温度が低い時には煤の発生量がほぼ零になり、この時には煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室５から排出されることになる。このことについて更に詳細に実験研究を重ねた結果、燃焼室５内における燃料及びその周囲のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼室５内における燃料及びその周囲の温度が或る温度以下になると煤が生成されることが判明したのである。
【００２２】
ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生成過程が停止する時の燃料及びその周囲の温度、即ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種々の要因によって変化するので何度であるかということは言えないが、この或る温度はＮＯ_Ｘの発生量と深い関係を有しており、従ってこの或る温度はＮＯ_Ｘの発生量から或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増大するほど燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度は低下し、ＮＯ_Ｘの発生量が低下する。この時においてＮＯ_Ｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ前後又はそれ以下になった時に煤がほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ_Ｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ前後又はそれ以下になった時の温度にほぼ一致する。
【００２３】
一旦、煤が生成されるとこの煤は単に酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはできない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって容易に浄化することができる。このように、ＮＯ_Ｘの発生量を低減すると共に炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態で燃焼室５から排出させることは排気ガスの浄化に極めて有効である。
【００２４】
さて、煤が生成される前の状態で炭化水素の成長を停止させるには燃焼室５内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料及びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際の燃料回りにおけるガスの吸熱作用が極めて大きく影響することが判明している。
【００２５】
即ち、燃料回りに空気しか存在しないと蒸発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼する。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど上昇せず、燃料回りの温度のみが局所的に極めて高くなる。即ち、この時には燃料から離れている空気は燃料の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
【００２６】
一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合には燃焼熱は回りの不活性ガスに吸収されるために燃焼温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制するには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えることができることになる。
【００２７】
この場合、燃料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそうするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不活性ガス量はそれに伴って増大することになる。なお、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが好ましいことになる。この点、ＣＯ_２やＥＧＲガスは比較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いることは好ましいと言える。
【００２８】
図９は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い、ＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とスモークとの関係を示している。即ち、図９において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０°Ｃに維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【００２９】
図９の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。一方、図９の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
【００３０】
また、図９の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。なお、図９は機関負荷が比較的高い時のスモークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率は若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化する。
【００３１】
図１０は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いた場合において燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、及びこの混合ガス量中の空気の割合、及びこの混合ガス中のＥＧＲガスの割合を示している。なお、図１０において縦軸は燃焼室５内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは過給が行われない時に燃焼室５内に吸入しうる全吸入ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示しており、Ｚ１は低負荷運転領域を示している。
【００３２】
図１０を参照すると空気の割合、即ち混合ガス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるのに必要な空気量を示している。即ち、図１０に示される場合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となっている。一方、図１０においてＥＧＲガスの割合、即ち混合ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられた時に燃料及びその周囲のガス温度を煤が形成される温度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すとほぼ５５パーセント以上であり、図１０に示す実施例では７０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入された全吸入ガス量を図１０において実線Ｘとし、この全吸入ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との割合を図１０に示すような割合にすると燃料及びその周囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くして煤が全く発生しなくなる。また、この時のＮＯ_Ｘ発生量は１０ｐ．ｐ．ｍ前後、又はそれ以下であり、従ってＮＯ_Ｘの発生量は極めて少量となる。
【００３３】
燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際の発熱量が増大するので燃料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するためにはＥＧＲガスによる熱の吸収量を増大しなければならない。従って図１０に示されるようにＥＧＲガス量は噴射燃料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。即ち、ＥＧＲガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大する必要がある。
【００３４】
一方、図１０の負荷領域Ｚ２では煤の発生を阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘが吸入しうる全吸入ガス量Ｙを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生を阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘを燃焼室５内に供給するにはＥＧＲガス及び吸入空気の双方、或いはＥＧＲガスを過給又は加圧する必要がある。ＥＧＲガス等を過給又は加圧しない場合には負荷領域Ｚ２では全吸入ガス量Ｘは吸入しうる全吸入ガス量Ｙに一致する。従ってこの場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減少させてＥＧＲガス量を増大すると共に空燃比がリッチのもとで燃料を燃焼せしめることになる。
【００３５】
前述したように図１０は燃料を理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが図１０に示される低負荷運転領域Ｚ１において空気量を図１０に示される空気量よりも少なくても、即ち空燃比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯ_Ｘの発生量を１０ｐ．ｐ．ｍ前後又はそれ以下にすることができ、また図１０に示される低負荷領域Ｚ１において空気量を図１０に示される空気量よりも多くしても、即ち空燃比の平均値を１７から１８のリーンにしても煤の発生を阻止しつつＮＯ_Ｘの発生量を１０ｐ．ｐ．ｍ前後又はそれ以下にすることができる。
【００３６】
即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成されることがない。また、この時にはＮＯ_Ｘも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比の時でも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑制されているので煤は全く生成されない。更に、ＮＯ_Ｘも極めて少量しか発生しない。
【００３７】
このように、機関低負荷運転領域Ｚ１では空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろうと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーンであろうと煤が発生されず、ＮＯ_Ｘの発生量が極めて少量となる。従って燃料消費率の向上を考えると、この時の平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
【００３８】
ところで燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制するためには、比較的機関負荷が低くて燃焼による発熱量が少ない時の方が好ましい。従って本発明による実施例では機関負荷が比較的低い時には燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制して第一燃焼、即ち低温燃焼を行うようにし、機関負荷が比較的高いときには第二燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼を行うようにしている。なお、ここで第一燃焼、即ち低温燃焼とはこれまでの説明から明らかなように煤の発生量が最大となる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言い、第二燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量が最大となる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない燃焼のことを言う。
【００３９】
図１１は第一燃焼、即ち低温燃焼が行われる第１の運転領域Ｉと、第二燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行われる第２の燃焼領域ＩＩとを示している。なお、図１１において縦軸Ｌはアクセルペダル４０の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。また、図１１においてＸ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第１の境界を示しており、Ｙ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第２の境界を示している。第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩへの運転領域の変化判断は第１の境界Ｘ（Ｎ）に基づいて行われ、第２の運転領域ＩＩから第１の運転領域Ｉへの運転領域の変化判断は第２の境界Ｙ（Ｎ）に基づいて行われる。
【００４０】
即ち、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにあって低温燃焼が行われている時に要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると運転領域が第２の運転領域ＩＩに移ったと判断され、従来の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなると運転領域が第１の運転領域Ｉに移ったと判断され、再び低温燃焼が行われる。
【００４１】
図１２は空燃比センサ２１の出力を示している。図１２に示されるように空燃比センサ２１の出力電流Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従って空燃比センサ２１の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。次に図１３を参照しつつ第１の運転領域Ｉ及び第２の運転領域ＩＩにおける運転制御について概略的に説明する。
【００４２】
図１３は要求負荷Ｌに対するスロットル弁１６の開度、ＥＧＲ制御弁２３の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射時期及び噴射量を示している。図１３に示されるように要求負荷Ｌの低い第１の運転領域Ｉではスロットル弁１６の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制御弁２３の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図１３に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントとされており、空燃比はわずかばかりリーンなリーン空燃比とされている。
【００４３】
言い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比がわずかばかりリーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁１６の開度及びＥＧＲ制御弁２３の開度が制御される。なお、この時の空燃比は空燃比センサ２１の出力信号に基づいてＥＧＲ制御弁２３の開度を補正することによって目標リーン空燃比に制御される。また、第１の運転領域Ｉでは圧縮上死点ＴＤＣ前に燃料噴射が行われる。この場合、噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θＥも噴射開始時期θＳが遅くなるにつれて遅くなる。
【００４４】
なお、アイドリング運転時にはスロットル弁１６は全閉近くまで閉弁され、この時にはＥＧＲ制御弁２３も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁１６を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室５内の圧力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が小さくなるとピストン４による圧縮仕事が小さくなるために機関本体１の振動が小さくなる。即ち、アイドリング運転時には機関本体１の振動を抑制するためにスロットル弁１６が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【００４５】
一方、機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わるとスロットル弁１６の開度が半開状態から全開方向へステップ状に増大せしめられる。この時に図１３に示す例ではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントから４０パーセント以下までステップ状に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。即ち、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲（図９）を飛び越えるので機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わるときに多量のスモークが発生することがない。
【００４６】
第２の運転領域ＩＩでは従来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では煤及びＮＯ_Ｘが若干発生するが低温燃焼に比べて熱効率は高く、従って機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わると図１３に示されるように噴射量がステップ状に低減せしめられる。
【００４７】
第２の運転領域ＩＩではスロットル弁１６は一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２３の開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。この運転領域ＩＩではＥＧＲ率は要求負荷Ｌが高くなるほど低くなり、空燃比は要求負荷Ｌが高くなるほど小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Ｌが高くなってもリーン空燃比とされる。また、第２の運転領域ＩＩでは噴射開始時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。
【００４８】
図１４は第１の運転領域Ｉにおける空燃比Ａ／Ｆを示している。図１４において、Ａ／Ｆ＝１５．５、Ａ／Ｆ＝１６、Ａ／Ｆ＝１７、Ａ／Ｆ＝１８で示される各曲線は夫々空燃比が１５．５、１６、１７、１８である時を示しており、各曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図１４に示されるように第１の運転領域Ｉでは空燃比がリーンとなっており、更に第１の運転領域Ｉでは要求負荷Ｌが低くなるほど空燃比Ａ／Ｆがリーンとされる。
【００４９】
即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼による発熱量が少なくなる。従って要求負荷Ｌが低くなるほどＥＧＲ率を低下させても低温燃焼を行うことができる。ＥＧＲ率を低下させると空燃比は大きくなり、従って図１４に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆが大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比をリーンにするために本実施例では要求負荷Ｌが低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。
【００５０】
なお、空燃比を図１４に示す目標空燃比とするのに必要なスロットル弁１６の目標開度ＳＴが図１５（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、空燃比を図１４に示す目標空燃比とするのに必要なＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥが図１５（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５１】
図１６は第二燃焼、即ち従来の燃焼方法による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比を示している。なお、図１６においてＡ／Ｆ＝２４、Ａ／Ｆ＝３５、Ａ／Ｆ＝４５、Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫々目標空燃比２４、３５、４５、６０を示している。空燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁１６の目標開度ＳＴが図１７（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、空燃比をこの目標空燃比とするのに必要なＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥが図１７（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５２】
こうして、本実施例のディーゼルエンジンでは、アクセルペダル４０の踏み込み量Ｌ及び機関回転数Ｎとに基づき、第一燃焼、すなわち、低温燃焼と、第二燃焼、すなわち、普通の燃焼とが切り換えられ、各燃焼において、アクセルペダル４０の踏み込み量Ｌ及び機関回転数Ｎとに基づき、図１５又は図１７に示すマップによってスロットル弁１６及びＥＧＲ弁の開度制御が実施される。
【００５３】
図１８は本実施例の排気浄化装置を示す平面図であり、図１９はその側面図である。本排気浄化装置は、排気マニホルド１７の下流側に排気管１８を介して接続された切換部７１と、パティキュレートフィルタ７０と、パティキュレートフィルタ７０の一方側と切換部７１とを接続する第一接続部７２ａと、パティキュレートフィルタ７０の他方側と切換部７１とを接続する第二接続部７２ｂと、切換部７１の下流側の排気通路７３とを具備している。切換部７１は、切換部７１内で排気流れを遮断することを可能とする弁体７１ａを具備している。弁体７１ａは、負圧アクチュエータ又はステップモータ等によって駆動される。弁体７１ａの第一遮断位置において、切換部７１内の上流側が第一接続部７２ａと連通されると共に切換部７１内の下流側が第二接続部７２ｂと連通され、排気ガスは、図１８に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ７０の一方側から他方側へ流れる。
【００５４】
また、図２０は、弁体７１ａの第二遮断位置を示している。この遮断位置において、切換部７１内の上流側が第二接続部７２ｂと連通されると共に切換部７１内の下流側が第一接続部７２ａと連通され、排気ガスは、図２０に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ７０の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁体７１ａを第一遮断位置及び第二遮断位置の一方から他方へ切り換えることによって、パティキュレートフィルタ７０へ流入する排気ガスの方向を逆転することができ、すなわち、パティキュレートフィルタ７０の排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。また、図２１は、第一遮断位置と第二遮断位置との間の弁体７１ａの開放位置を示している。この開放位置において、切換部７１内は遮断されることなく、排気ガスは、図２１に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ７０をバイパスして流れる。
【００５５】
図２２にパティキュレートフィルタ７０の構造を示す。なお、図２２において、（Ａ）はパティキュレートフィルタ７０の正面図であり、（Ｂ）は側面断面図である。これらの図に示すように、本パティキュレートフィルタ７０は、長円正面形状を有し、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在する隔壁５４によって細分された多数の軸線方向空間を有している。隣接する二つの軸線方向空間において、栓５３によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路５０となり、他方は流出通路５１となり、排気ガスは、図２２（Ｂ）に矢印で示すように、必ず隔壁５４を通過する。排気ガス中のパティキュレートは、隔壁５４の細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁５４の排気上流側表面上及び隔壁５４内の細孔表面上に衝突して捕集される。こうして、各隔壁５４は、パティキュレートを捕集する捕集壁として機能する。本パティキュレートフィルタ７０において、各隔壁５４の両側表面上、及び、好ましくは各隔壁の細孔表面上にはアルミナ等を使用して以下に説明するＮＯ_Ｘ吸収剤と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。
【００５６】
隔壁２０ａに担持させたＮＯ_Ｘ吸収剤は、本実施例では、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、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なくとも一つである。このＮＯ_Ｘ吸収剤は、近傍雰囲気中の空燃比（空気と燃料との比であり、ここで、どれだけの燃料が空気中の酸素を使用して燃焼しているかは関係ない）がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸収し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。
【００５７】
このＮＯ_Ｘ吸収剤は実際にＮＯ_Ｘの吸放出作用を行うが、この吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図２３に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについてパティキュレートフィルタ隔壁上に白金ＰｔおよびバリウムＢａ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、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００５８】
低温燃焼及び普通燃焼に係わらず、空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には、排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図２３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図２３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤内に吸収される。近傍雰囲気の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ_２が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。
【００５９】
一方、近傍雰囲気の空燃比がリッチにされると酸素濃度が低下し、その結果白金Ｐｔの表面でのＮＯ_２の生成量が低下する。ＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_Ｘ吸収剤から放出されたＮＯ_Ｘは図２３（Ｂ）に示されるように近傍雰囲気中に含まれるＨＣ及びＣＯ等と反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出される。従って近傍雰囲気の空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_Ｘが還元されるために大気中にＮＯ_Ｘが排出されることはない。
【００６０】
なお、この場合、近傍雰囲気の空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが放出される。しかしながら、この場合にはＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが徐々にしか放出されないためにパティキュレートフィルタに吸収されている全ＮＯ_Ｘを放出させるには若干長い時間を要する。
【００６１】
ところでＮＯ_Ｘ吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力には限度があり、ＮＯ_Ｘ吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和する前にＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘを放出させる必要がある。すなわち、パティキュレートフィルタ７０に吸収されているＮＯ_Ｘ量がＮＯ_Ｘ貯蔵可能量に達する以前に、ＮＯ_Ｘを放出させ還元浄化する再生の必要があり、そのためには、このＮＯ_Ｘ量を推定する必要がある。そこで本実施例では低温燃焼が行われているときの単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収量Ａを要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図２４（Ａ）に示すようなマップの形で予め求めておき、普通燃焼が行われているときの単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収量Ｂを要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図２４（Ｂ）に示すようなマップの形で予め求めておき、これら単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収量Ａ，Ｂを積算することによってパティキュレートフィルタに吸収されているＮＯ_Ｘ量を推定するようにしている。ここで、低温燃焼が行われているときの単位時間当たりのＮＯ_Ｘ吸収量Ａは、もちろん、低温燃焼がリッチ空燃比で行われる時にはＮＯ_Ｘは放出されることとなるために、マイナス値となる。本実施例ではこのＮＯ_Ｘ吸収量が予め定められた許容値を越えたときにパティキュレートフィルタを再生するために、理論空燃比又はリッチ空燃比での低温燃焼を実施するか、又は、排気行程で気筒内へ燃料を噴射するなどして、パティキュレートフィルタ７０の近傍雰囲気を理論空燃比又リッチ空燃比とし、少なくとも再生が完了するまでの時間（近傍雰囲気の空燃比が小さいほど短くなる）だけこの状態を維持するようになっている。
【００６２】
このように、パティキュレートフィルタにＮＯ_Ｘ吸収剤を担持させると、捕集壁に捕集したパティキュレートを良好に酸化除去することができる。このメカニズムを図２５を用いて説明する。前述したように、ＮＯ_Ｘは、白金Ｐｔ６０を介して硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ吸収剤６１内に吸収されている。このＮＯ_Ｘ吸収剤にパティキュレート６２が付着すると、パティキュレート６２とＮＯ_Ｘ吸収剤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ＮＯ_Ｘ吸収剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤６１内の酸素がパティキュレート６２とＮＯ_Ｘ吸収剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、ＮＯ_Ｘ吸収剤６１内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻は、酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏがパティキュレート６２とＮＯ_Ｘ吸収剤６１との接触面に向かい、ＮＯがＮＯ_Ｘ吸収剤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ＮＯ_Ｘ吸収剤６１内に吸収される。
【００６３】
一方、パティキュレート６２とＮＯ_Ｘ吸収剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸塩、すなわち、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。従ってパティキュレート６２とＮＯ_Ｘ吸収剤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がパティキュレート６２に接触するとパティキュレート６２は数分から数十分の短時間で輝炎を発することなく酸化せしめられる。また、パティキュレート６２を酸化する活性酸素Ｏは、ＮＯ_Ｘ吸収剤６１へＮＯが吸収されている時にも放出される。すなわち、ＮＯ_Ｘは酸素原子との結合及び分離を繰り返しつつＮＯ_Ｘ吸収剤６１内において硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で拡散するものと考えられ、この間にも活性酸素が発生する。パティキュレート６２はこの活性酸素によっても酸化せしめられる。また、パティキュレートフィルタ７０上に付着したパティキュレートは、このように活性酸素Ｏによって酸化せしめられるだけでなく、これらパティキュレート６２は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。
【００６４】
このように、パティキュレートフィルタにＮＯ_Ｘ吸収剤及び貴金属触媒（以下、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と称する）を担持させることは、排気ガス中のＮＯ_Ｘ浄化と共に、捕集したパティキュレートを酸化除去してパティキュレートフィルタの目詰まりを発生し難くするのに有効である。
【００６５】
しかしながら、パティキュレートフィルタの構造は、前述したように、捕集壁の細孔を排気ガスが通過するウォールフロー型であり、触媒を担持する隔壁に沿って排気ガスが流れる一般的な触媒装置との比較において、同じ大きさで同量の排気ガスを通過させるためには、捕集壁間の寸法を隔壁間の寸法に比較して大きくしなければならない。それにより、パティキュレートフィルタにおいて、排気ガスが捕集壁表面に担持されたＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と接触する機会は、触媒装置におけるより少ない。また、排気ガスは、捕集壁の細孔を通過する際には、この細孔内に担持されたＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に接触するが、主には、捕集壁の表面に担持されたＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒にしか接触しない。しかしながら、多数の細孔によって捕集壁表面の触媒担持面積はそれほど大きくない。こうして、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒をパティキュレートフィルタに担持させても、排気ガス中のＮＯ_Ｘを十分に浄化することはできない。
【００６６】
この問題を解決するために、本実施例では、図１８及び１９に示すように、切換部７１上流側の排気管１８には、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４が配置されている。このＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４は、パティキュレートフィルタ７０でのＮＯ_Ｘ浄化を補うものであり、それほど大きな容量は必要ない。こうして、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４とＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を有するパティキュレートフィルタ７０とによって、排気ガス中のＮＯ_Ｘを十分に浄化することが可能となる。
【００６７】
ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４としては、ハニカム構造の担体に、前述したＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒、又は、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒等のＮＯ_Ｘを浄化可能な触媒を担持したものであれば良い。
【００６８】
ところで、排気ガス中には可溶有機成分ＳＯＦが含まれ、このＳＯＦは、粘着性を有し、パティキュレートフィルタ上でパティキュレート同士を付着させ大きな塊に成長させる。これは、パティキュレートフィルタにおいて、パティキュレートを酸化除去させ難くしてパティキュレートフィルタの目詰まりを促進する。それにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のように酸化機能を有する触媒を担持するＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４をパティキュレートフィルタ７０の上流側に配置することにより、パティキュレートフィルタの上流側で排気ガス中のＳＯＦを焼失させ、ＳＯＦによるパティキュレートフィルタの目詰まりの促進を防止することができる。
【００６９】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含まれており、燃焼に際してＳＯ_Ｘが生成される。ＳＯ_Ｘは、パティキュレートフィルタ７０へＮＯ_Ｘと同様なメカニズムにより硫酸塩の形で吸収される。この硫酸塩も硝酸塩と同様なメカニズムによって活性酸素を放出可能であるが、硫酸塩は、安定な物質であるために、近傍雰囲気をリッチ空燃比としてもパティキュレートフィルタから放出され難く、実際には、パティキュレートフィルタに残留して、吸蔵量が徐々に増加する。パティキュレートフィルタへの硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、パティキュレートフィルタにおける硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯ_Ｘ被毒と称する）、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯ_Ｘを吸収することができなくなる。
【００７０】
それにより、本実施例では、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持させ、排気ガス中の硫黄を上流側に位置するＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４によって積極的に吸収し、パティキュレートフィルタ７０のＳＯ_Ｘ被毒を防止している。これに伴うＮＯ_Ｘ浄化触媒装置７４のＳＯ_Ｘ被毒の回復は、以下の手順によって行われる。
【００７１】
先ず、ＳＯ_Ｘ被毒の回復時期であるか否かの判断が実施される。この判断には、これまでに消費した燃料を積算して、この積算燃料量が設定量に達した時にＳＯ_Ｘ被毒の回復時期と判断することができる。また、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置でもパティキュレートフィルタと同様な再生処理（ＮＯ_Ｘの放出浄化処理）が必要となり、この再生処理において、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の排気上流側の空燃比はリッチにされるが、再生中においては、ＨＣ等の還元物質が放出されたＮＯ_Ｘの還元浄化に使用されるために、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の下流側の空燃比は理論空燃比に近くなる。しかしながら、再生が完了すると、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の下流側の空燃比は、上流側の空燃比とほぼ等しくリッチとなる。これを利用して再生時間を検出すれば、ＳＯ_Ｘ被毒の回復時期が判断可能である。なぜなら、回復が必要なほどＳＯ_Ｘ被毒が進行していると、再生時期におけるＮＯ_Ｘ吸収量が実際には少なくなっており、再生時間が短くなるためである。
【００７２】
ＳＯ_Ｘ被毒の再生時期である時には、燃焼空燃比をリーンとして、排気ガス中には比較的多くの酸素が含まれているようにすると共に、排気行程での気筒内燃料噴射又はＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の上流側において機関排気系へ燃料を噴射するなどして、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置へ十分な酸素と未燃燃料等の還元物質とを供給し、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の有する酸化能力によって還元物質を十分に燃焼させる。
【００７３】
こうして、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置を６００°Ｃ程度に昇温させると、安定な硫酸塩は、近傍雰囲気を理論空燃比又はリッチ空燃比として酸素濃度を低下させることにより、ＳＯ_Ｘとして放出させることができる。ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置を７００°Ｃ以上に昇温すると、担持させた白金Ｐｔ等の酸化触媒がシンタリングを起こして機能低下するために、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の直下流側の排気温度等を監視して、これが起こらないようにすることが好ましい。このＮＯ_Ｘ浄化触媒装置のＳＯ_Ｘ被毒回復処理中には、切換部７１において弁体７１ａは開放位置とされており、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置から放出されたＳＯ_Ｘは、パティキュレートフィルタ７０をバイパスするために、パティキュレートフィルタ７０のＮＯ_Ｘ吸収剤に吸収されることはない。ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置を高温にして近傍雰囲気を一定時間リッチ空燃比とすると、ＳＯ_Ｘ被毒回復処理は完了したと判断することができ、燃焼空燃比は通常運転に適した空燃比に戻される。
【００７４】
ところで、パティキュレートフィルタに担持させた白金ＰｔおよびＮＯ_Ｘ吸収剤６１はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りにＮＯ_Ｘ吸収剤６１が放出される活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。また、当然のことながら、パティキュレート自身の温度が高いほど酸化除去され易くなる。従ってパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなくパティキュレートを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の温度が高くなるほど増大する。それにより、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置のＳＯ_Ｘ被毒回復処理の完了と同時又は完了直後において、切換部７１の切換弁７１ａを一方の遮断位置として、高温度（約６００°Ｃ）とされたＮＯ_Ｘ浄化触媒装置を通り加熱された排気ガスをパティキュレートフィルタへ導くことにより、パティキュレートフィルタを昇温させ、パティキュレートを酸化除去し易くすることが好ましい。
【００７５】
図２６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を示しており、図２６において横軸はパティキュレートフィルタの温度ＴＦを示している。なお、図２６は単位時間を１秒とした場合の、すなわち、１秒当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇを示しているがこの単位時間としては、１分、１０分等任意の時間を採用することができる。例えば、単位時間として１０分を用いた場合には単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇは１０分間当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇを表すことになり、この場合でもパティキュレートフィルタ７０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は図２６に示されるようにパティキュレートフィルタ７０の温度が高くなるほど増大する。
【００７６】
さて、単位時間当りに燃焼室から排出されるパティキュレート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量Ｇよりも少ない時、例えば、１秒当たりの排出微粒子量Ｍが１秒当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇよりもすくない時、或いは１０分当たりの排出微粒子量Ｍが１０分当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ない時、即ち図２６の領域Ｉでは燃焼室から排出された全てのパティキュレートがパティキュレートフィルタ７０上において輝炎を発することなく順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。
【００７７】
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２６の領域ＩＩでは全てのパティキュレートを順次酸化するには活性酸素量が不足している。図２７（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合におけるパティキュレートの酸化の様子を示している。
【００７８】
即ち、全てのパティキュレートを酸化するには活性酸素量が不足している場合には図２７（Ａ）に示すようにパティキュレート６２がＮＯ_Ｘ吸収剤６１上に付着するとパティキュレート６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかったパティキュレート部分がパティキュレートフィルタの排気上流側面上に残留する。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パティキュレート部分が排気上流面上に残留し、その結果図２７（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタの隔壁の排気上流面が残留パティキュレート部分６３によって覆われるようになる。
【００７９】
このような残留パティキュレート部分６３は、次第に酸化され難いカーボン質に変質し、また、排気上流面が残留パティキュレート部分６３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ_２の酸化作用およびＮＯ_Ｘ吸収剤６１による活性酸素の放出作用が抑制される。それにより、時間を掛ければ徐々に残留パティキュレート部分６３を酸化させることができるが、図２７（Ｃ）に示されるように残留パティキュレート部分６３の上に別のパティキュレート６４が次から次へと堆積する。即ち、パティキュレートが積層状に堆積すると、これらパティキュレートは、白金ＰｔやＮＯ_Ｘ吸収剤から距離を隔てているために、例え酸化され易いパティキュレートであっても活性酸素によって酸化されることはない。従ってこのパティキュレート６４上に更に別のパティキュレート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上にはパティキュレートが積層状に堆積してしまう。
【００８０】
このように図２６の領域Ｉではパティキュレートは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短時間のうちに酸化せしめられ、図２６の領域ＩＩではパティキュレートがパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する。従って、排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの関係を領域Ｉにすれば、パティキュレートフィルタ上へのパティキュレートの堆積を防止することができる。その結果、パティキュレートフィルタ７０における排気ガス流の圧損は全くと言っていいほど変化することなくほぼ一定の最小圧損値に維持される。斯くして機関の出力低下を最小限に維持することができる。しかしながら、これが常に実現されるとは限らず、何もしなければパティキュレートフィルタにはパティキュレートが堆積することがある。
【００８１】
本実施例では、前述の電子制御ユニット３０により図２８に示すフローチャートに従って弁体７１ａの切換制御を実施し、パティキュレートフィルタへの多量なパティキュレートの堆積を防止している。本フローチャートは所定時間毎に繰り返される。先ず、ステップ１０１において、走行距離積算値Ａが計算され、ステップ１０２において、この走行距離積算値Ａが設定走行距離Ａｓに達したか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０３に進んで走行距離積算値Ａを０にリセットした後に、ステップ１０４において弁体７１ａを第一遮断位置及び第二遮断位置の一方から他方へ切り換え、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転する。
【００８２】
図２９は、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。車両が設定走行距離Ａｓを走行する間には、図２６の領域ＩＩでの運転が実施されることもあり、図２９（Ａ）に格子で示すように、排気ガスが主に衝突する隔壁５４の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面は、一方の捕集面としてパティキュレートを衝突捕集し、ＮＯ_Ｘ吸収剤により放出される活性酸素によってパティキュレートを酸化除去するが、この酸化除去が不十分となってパティキュレートが残留することがある。この時点では、パティキュレートフィルタの排気抵抗は車両走行に悪影響を与えるほどではないが、さらにパティキュレートが堆積すれば、機関出力の大幅な低下等の問題を発生する。本フローチャートでは、この時点において、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とが逆転される。それにより、隔壁５４の一方の捕集面に残留するパティキュレート上には、さらにパティキュレートが堆積することはなく、一方の捕集面から放出される活性酸素によって残留パティキュレートは徐々に酸化除去される。また、残留パティキュレートは、逆方向の排気ガス流によって、図２９（Ｂ）に示すように、容易に破壊されて細分化され、細孔内を主に下流側へ流動する。
【００８３】
それにより、細分化された多くのパティキュレートは、隔壁の細孔内に分散し、隔壁の細孔内表面に担持させたＮＯ_Ｘ吸収剤と直接的に接触して酸化除去される機会が多くなる。こうして、隔壁の細孔内にもＮＯ_Ｘ吸収剤を担持させることで、残留パティキュレートを格段に酸化除去させ易くなる。さらに、この酸化除去に加えて、排気ガスの逆流によって上流側となった隔壁５４の他方の捕集面、すなわち、現在において排気ガスが主に衝突する隔壁５４の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面（一方の捕集面とは反対側の関係となる）では、排気ガス中の新たなパティキュレートが付着してＮＯ_Ｘ吸収剤から放出された活性酸素によって酸化除去される。これらの酸化除去の際にＮＯ_Ｘ吸収剤から放出された活性酸素の一部は、排気ガスと共に下流側へ移動し、排気ガスの逆流によっても依然として残留するパティキュレートを酸化除去する。
【００８４】
すなわち、隔壁の一方の捕集面における残留パティキュレートには、この捕集面から放出される活性酸素だけでなく、排気ガスの逆流によって隔壁の他方の捕集面でのパティキュレートの酸化除去に使用された残りの活性酸素が排気ガスと共に到来する。それにより、弁体の切り換え時点において、隔壁の一方の捕集面にある程度パティキュレートが積層状に堆積していたとしても、排気ガスを逆流させれば、残留パティキュレート上に堆積するパティキュレートへも活性酸素が到来することに加えて、さらにパティキュレートが堆積することはないために、堆積パティキュレートは徐々に酸化除去され、次回の逆流までに、ある程度の時間があれば、この間で十分に酸化除去可能である。こうして、パティキュレートの捕集に隔壁の二つの捕集面を交互に使用することにより、常に単一の捕集面でパティキュレートを捕集する場合に比較して、各捕集面でのパティキュレート捕集量を低減することができ、パティキュレートの酸化除去に有利となるために、パティキュレートフィルタにはパティキュレートが堆積することはなく、パティキュレートフィルタの目詰まりを防止することができる。
【００８５】
本フローチャートにおいて、弁体の切り換えは、設定走行距離毎に行うようになっており、パティキュレートフィルタ上の残留パティキュレートが酸化され難いカーボン質に変質する以前に弁体が切り換えられる。また、多量のパティキュレートが堆積する以前にパティキュレートを酸化除去することは、多量の堆積パティキュレートが一度に着火燃焼して多量の燃焼熱によりパティキュレートフィルタが溶損する等の問題を防止することにもなる。また、何らかの要因によって、弁体の切り換え時点でパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面に多量のパティキュレートが堆積してしまったとしても、弁体が切り換えられれば、堆積パティキュレートは逆方向の排気ガス流によって比較的容易に破壊及び細分化されるために、隔壁の細孔内で酸化除去できなかった一部の細分化パティキュレートはパティキュレートフィルタから排出されることとなるが、パティキュレートフィルタの排気抵抗がさらに高まって車両走行に悪影響を与えることはなく、また、パティキュレートフィルタ隔壁の他方の捕集面によって新たなパティキュレートの捕集が可能となる。
【００８６】
こうして、設定走行距離毎に弁体を切り換えれば、パティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが堆積することを確実に防止することができる。このための弁体の切り換え時期は、設定走行距離毎に限定されることはなく、例えば、設定時間毎としても不定期としても良い。
【００８７】
また、パティキュレートフィルタ上に残留及び堆積するパティキュレート量に応じてパティキュレートフィルタ７０の排気上流側と排気下流側との差圧が上昇することを利用し、この差圧が設定差圧以上となった時を、パティキュレートフィルタ上にある程度のパティキュレートが堆積しているとして、弁体を切り換えるようにしても良い。具体的には、パティキュレートフィルタ７０の一方側の排気圧力、すなわち、第一接続部７２ａ（図１８参照）内の排気圧力を、第一接続部７２ａに配置された圧力センサによって検出すると共に、パティキュレートフィルタの他方側の排気圧力、すなわち、第二接続部７２ｂ（図１８参照）内の排気圧力を、第二接続部７２ｂに配置された圧力センサによって検出し、これらの排気圧力の差圧の絶対値が、設定圧力差以上となったか否かを判断する。ここで、差圧の絶対値を使用するのは、第一接続部７２ａ及び第二接続部７２ｂのいずれが排気上流側となっていても差圧の上昇を把握可能とするためである。なお、この差圧は、厳密には、気筒内から排出される排気ガス圧力によっても変化するために、パティキュレートの堆積判断は、機関運転状態を特定して実施することが好ましい。
【００８８】
また、この差圧以外にも、例えば、パティキュレートフィルタの所定隔壁上における電気抵抗値の変化を監視して、パティキュレートの堆積によって電気抵抗値が設定値以下となった時を、パティキュレートフィルタ上にある程度のパティキュレートが堆積しているとして、弁体を切り換えるようにしても良い。また、パティキュレートフィルタの所定隔壁において、パティキュレートの堆積により、光の透過率が低下すること、又は、光の反射率が低下することを利用して、弁体を切り換えるようにしても良い。このように、パティキュレートの堆積を直接的に判断して弁体を切り換えることにより、さらに確実に機関出力の大幅な低下を防止することができる。
【００８９】
また、多量のパティキュレートの堆積を防止するために、このように弁体を切り換えなくても、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置のＳＯ_Ｘ被毒回復処理において、弁体を開放位置とするために、ＳＯ_Ｘ被毒回復処理の完了時に、開始時の遮断位置とは反対の遮断位置とするようにしても良い。
【００９０】
本排気浄化装置は、前述のように非常に簡単な構成によってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転することを可能とする。また、パティキュレートフィルタにおいては、排気ガスの流入を容易にするために大きな開口面積が必要とされるが、本排気浄化装置では、図１８及び１９に示すように、車両搭載性を悪化させることなく、大きな開口面積を有するパティキュレートフィルタを使用可能である。
【００９１】
また、パティキュレートフィルタの近傍雰囲気をリッチ空燃比にすると、即ち近傍雰囲気中の酸素濃度を低下させるとＮＯ_Ｘ吸収剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出される。この一気に放出された活性酸素Ｏによって、堆積パティキュレートは酸化され易いものとなって容易に酸化除去される。
【００９２】
一方、近傍雰囲気がリーン空燃比に維持されていると白金Ｐｔの表面が酸素で覆われ、いわゆる白金Ｐｔの酸素被毒が生じる。このような酸素被毒が生じるとＮＯ_Ｘに対する酸化作用が低下するためにＮＯ_Ｘの吸収効率が低下し、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤６１からの活性酸素放出量が低下する。しかしながら空燃比がリッチにされると白金Ｐｔ表面上の酸素が消費されるために酸素被毒が解消され、従って空燃比が再びリッチからリーンに切り換えられるとＮＯ_Ｘに対する酸化作用が強まるためにＮＯ_Ｘの吸収効率が高くなり、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤６１からの活性酸素放出量が増大する。
【００９３】
従って、空燃比がリーンに維持されている時に空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切り換えるとその都度白金Ｐｔの酸素被毒が解消されるために空燃比がリーンである時の活性酸素放出量が増大し、斯くしてパティキュレートフィルタ７０上におけるパティキュレートの酸化作用を促進することができる。
【００９４】
さらに、この酸素被毒の解消は、言わば、還元物質の燃焼であるために、発熱を伴ってパティキュレートフィルタを昇温させる。それにより、パティキュレートフィルタにおける酸化除去可能微粒子量が向上し、さらに、残留及び堆積パティキュレートの酸化除去が容易となる。弁体７１ａによってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを切り換えた直後に排気ガスの空燃比をリッチにすれば、パティキュレートが残留していないパティキュレートフィルタ隔壁における他方の捕集面では、一方の捕集面に比較して活性酸素を放出し易いために、さらに多量の放出される活性酸素によって、一方の捕集面の残留パティキュレートをさらに確実に酸化除去することができる。もちろん、弁体７１ａの切り換えとは無関係に時折近傍雰囲気をリッチ空燃比にしても良く、それにより、パティキュレートフィルタへパティキュレートが残留及び堆積し難くなる。
【００９５】
近傍雰囲気をリッチ空燃比にする方法としては、例えば、前述の低温燃焼を実施すれば良い。もちろん、通常燃焼から低温燃焼へ切り換わる時に、又は、それに先だってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを切り換えるようにしても良い。また、近傍雰囲気をリッチ空燃比にするために、単に燃焼空燃比をリッチにしても良い。また、圧縮行程での通常の主燃料噴射に加えて、機関燃料噴射弁によって排気行程又は膨張行程において気筒内に燃料を噴射（ポスト噴射）しても良く、又は、吸気行程において気筒内に燃料を噴射（ビゴム噴射）しても良い。もちろん、ポスト噴射又はビゴム噴射は、主燃料噴射との間に必ずしもインターバルを設ける必要はない。また、機関排気系に燃料を供給することも可能である。また、ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置及びパティキュレートフィルタにおいて、担持させたＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘを放出させる再生のために近傍雰囲気を少なくとも一時的にリッチ空燃比とする必要があり、このリッチ化制御をパティキュレートフィルタの上流側と下流側との逆転後に実施することが好ましい。
【００９６】
ところで、排気ガス中のカルシウムＣａはＳＯ_３が存在すると、硫酸カルシウムＣａＳＯ_４を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ_４は、酸化除去され難く、パティキュレートフィルタ上にアッシュとして残留することとなる。従って、硫酸カルシウムの残留によるパティキュレートフィルタの目詰まりを防止するためには、ＮＯ_Ｘ吸収剤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を用いることが好ましく、それにより、ＮＯ_Ｘ吸収剤６１内に拡散するＳＯ_３はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４を形成し、カルシウムＣａはＳＯ_３と結合することなくパティキュレートフィルタの隔壁を通過する。従ってパティキュレートフィルタがアッシュによって目詰まりすることがなくなる。こうして、前述したようにＮＯ_Ｘ吸収剤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。
【００９７】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、近傍雰囲気が、リーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Xを放出して還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元触媒をパティキュレート捕集壁に担持して機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、酸化機能を有してパティキュレートフィルタの上流側において機関排気系に配置されたＮＯ_X浄化触媒装置とを具備し、ＮＯ _X 浄化触媒装置は、近傍雰囲気が、リーン空燃比の時にＮＯ _X を吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ _X を放出して還元浄化するＮＯ _X 吸蔵還元触媒を担持しているために、パティキュレートフィルタだけでは不足するＮＯ_X浄化を、ＮＯ_X浄化触媒装置が補うために、排気ガス中のＮＯ_Xを十分に浄化することができる。またＮＯ_X浄化触媒装置の有する酸化機能によって、パティキュレートフィルタの上流側において排気ガス中のＳＯＦを焼失させることができ、パティキュレートフィルタ上でパティキュレートがＳＯＦによって大きな塊に成長することを防止し、パティキュレートフィルタの目詰りを抑制することができる。また、パティキュレートフィルタ内を理論空燃比又はリッチ空燃比とする制御手段が設けられ、制御手段によってパティキュレートフィルタ内を理論空燃比又はリッチ空燃比とすることによりパティキュレートフィルタのＮＯ _X 吸蔵還元触媒からＮＯ _X を放出させて還元浄化すると共に活性酸素を放出させてパティキュレート捕集壁に捕集されたパティキュレートを酸化除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気浄化装置を備えるディーゼルエンジンの概略縦断面図である。
【図２】図１の燃焼室の拡大縦断面図である。
【図３】図１のシリンダヘッドの底面図である。
【図４】燃焼室の側面断面図である。
【図５】吸排気弁のリフトと燃料噴射を示す図である。
【図６】スモークおよびＮＯ_Ｘの発生量等を示す図である。
【図７】燃焼圧を示す図である。
【図８】燃料分子を示す図である。
【図９】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図１０】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図である。
【図１１】第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域ＩＩを示す図である。
【図１２】空燃比センサの出力を示す図である。
【図１３】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図１４】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図である。
【図１５】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図１６】普通燃焼における空燃比を示す図である。
【図１７】スロットル弁等の目標開度を示す図である。
【図１８】機関排気系における切換部及びパティキュレートフィルタ近傍の平面図である。
【図１９】図１８の側面図である。
【図２０】切換部内の弁体の図１８とは異なるもう一つの遮断位置を示す図である。
【図２１】切換部内の弁体の開放位置を示す図である。
【図２２】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図２３】ＮＯ_Ｘの吸放出作用を説明するための図である。
【図２４】単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収量のマップを示す図である。
【図２５】パティキュレートの酸化作用を説明するための図である。
【図２６】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である。
【図２７】パティキュレートの堆積作用を説明するための図である。
【図２８】パティキュレートフィルタへの多量のパティキュレートの堆積を防止するためのフローチャートである。
【図２９】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図である。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁
１６…スロットル弁
７１…切換部
７０…パティキュレートフィルタ
７４…ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置

Claims (4)

1. 近傍雰囲気が、リーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Xを放出して還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元触媒をパティキュレート捕集壁に担持して機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、酸化機能を有して前記パティキュレートフィルタの上流側において機関排気系に配置されたＮＯ_X浄化触媒装置とを具備し、前記ＮＯ _X 浄化触媒装置は、近傍雰囲気が、リーン空燃比の時にＮＯ _X を吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ _X を放出して還元浄化するＮＯ _X 吸蔵還元触媒を担持し、前記パティキュレートフィルタ内を理論空燃比又はリッチ空燃比とする制御手段が設けられ、前記制御手段によって前記パティキュレートフィルタ内を理論空燃比又はリッチ空燃比とすることにより前記パティキュレートフィルタの前記ＮＯ _X 吸蔵還元触媒からＮＯ _X を放出させて還元浄化すると共に活性酸素を放出させて前記パティキュレート捕集壁に捕集されたパティキュレートを酸化除去することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置の下流側で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ことを可能とするバイパス手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置は、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持し、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置のＳＯ_Ｘ被毒回復中には、前記バイパス手段を機能させ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ようにすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置は、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を担持し、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒装置のＳＯ_Ｘ被毒回復完了直後には、前記バイパス手段を機能させず排気ガスが前記パティキュレートフィルタを通過するようにすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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