JP3714327B2

JP3714327B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3714327B2
Application number: JP2002514044A
Authority: JP
Inventors: 信也広田; 俊明田中; 和浩伊藤; 孝充浅沼; 好一郎中谷; 光壱木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: KR20020033821A; WO2002008580A1; US20020162324A1; EP1304454B1; US6644023B2; DE60114836D1; CN1201070C; EP1304454A4; ES2250433T3; EP1304454A1; KR100495206B1; DE60114836T2; CN1386160A

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に、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が含まれている。パティキュレートは有害物質であるために、大気放出以前にパティキュレートを捕集するためのフィルタを機関排気系に配置することが提案されている。このようなフィルタは、目詰まりによる排気抵抗の増加を防止するために、捕集したパティキュレートを焼失させることが必要である。
【０００３】
このようなフィルタ再生において、パティキュレートは約６００°Ｃとなれば着火燃焼するが、ディーゼルエンジンの排気ガス温度は、通常時において６００°Ｃよりかなり低く、通常はフィルタ自身を加熱する等の手段が必要である。
【０００４】
特公平７−１０６２９０号公報には、白金族金属とアルカリ土金属酸化物とをフィルタに担持させれば、フィルタ上のパティキュレートは、ディーゼルエンジンの通常時の排気ガス温度である約４００°Ｃで連続的に焼失することが開示されている。
【０００５】
しかしながら、このフィルタを使用しても、常に排気ガス温度が４００°Ｃ程度となっているとは限らず、また、運転状態によってはディーゼルエンジンから多量のパティキュレートが放出されることもあり、各時間で焼失できなかったパティキュレートがフィルタ上に徐々に堆積することがある。
【０００６】
このフィルタにおいて、ある程度パティキュレートが堆積すると、パティキュレート焼失能力が極端に低下するために、もはや自身でフィルタを再生することはできない。このように、この種のフィルタを単に機関排気系に配置しただけでは、比較的早期に目詰まりが発生することがある。
【発明の開示】
【０００７】
従って、本発明の目的は、パティキュレートフィルタによって捕集されたパティキュレートを良好に酸化除去し、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内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【０００８】
本発明によれば、捕集したパティキュレートが酸化させられるパティキュレートフィルタと、前記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ための逆転手段とを具備し、前記パティキュレートフィルタは、パティキュレートを捕集するための捕集壁を有し、前記捕集壁は、第一捕集面と第二捕集面とを有し、前記逆転手段によって前記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ことにより、パティキュレートを捕集するために前記捕集壁の前記第一捕集面と前記第二捕集面とが交互に使用され、前記パティキュレートフィルタは、排気ガスの流出入のための第一開口部及び第二開口部を有し、マフラの上流側において排気管内に配置され、前記パティキュレートフィルタの前記第一開口部と前記第二開口部との間の周囲部は、全体的に、前記排気管内の排気ガス流と接しており、前記捕集壁には活性酸素放出剤が担持され、前記活性酸素放出剤から放出される活性酸素がパティキュレートを酸化させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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へ接続される。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、及び、燃料ポンプ２７を作動する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、ＣＯ₂やＥＧＲガスは比較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いることは好ましいと言える。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷が低いときに限られる。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図１８は排気浄化装置を示す断面平面図であり、図１９は図１８のＰ−Ｐ断面図である。本排気浄化装置は、排気マニホルド１７の直下流側に接続され、機関排気系において、大気開口端に位置するマフラよりかなり上流側に位置している。本排気浄化装置は排気管７１を有し、この排気管７１は、排気マニホルド１７及び下流側排気通路のそれぞれに接続される第一小径部分７１ａ及び第二小径部分７１ｂと、第一小径部分７１ａと第二小径部分７１ｂとの間に位置する大径部分７１ｃとを有している。大径部分７１ｃの両端は、切頭円錐形状を有して第一小径部分７１ａ及び第二小径部分７１ｂに接続されている。
【００５３】
大径部分７１ｃ内は、長手方向に延在する互いに平行な二つの壁部７２ａ及び７２ｂによって長手方向に三分割され、両側に位置する第一流路７３ａ及び第二流路７３ｂと、中央に位置する第三流路７３ｃとが形成されている。ここで、第一小径部分７１ａから流入する排気ガスは、全て第三流路７３ｃへ流入するようになっている。大径部分７１ｃ内には、長円正面形状を有するパティキュレートフィルタ７０が、両方の壁部７１ａ及び７２ｂを貫通して、パティキュレートフィルタの中心軸線を大径部分７１ｃの中心軸線に対して直交させて配置されている。
【００５４】
パティキュレートフィルタ７０は、排気ガスの流出入のための第一開口部７０ａと第二開口部７０ｂとを有し、この第一開口部７０ａが第一流路７３ａと連通し、第二開口部７０ｂが第二流路７３ｂと連通するようになっている。尚、前述のパティキュレートフィルタの中心軸線とは、この第一開口部７０ａ及び第二開口部７０ｂを通る中心軸線を意味している。パティキュレートフィルタ７０の第一開口部７０ａ及び第二開口部７０ｂは、詳しくは後述するように、それぞれ多数の開口から構成されている。また、パティキュレートフィルタ７０の第一開口部７０ａと第二開口部７０ｂとの間の周囲部によって、第三流路７３ｃは部分的に上下に分割され、第三流路を流れる排気ガスは、パティキュレートフィルタ７０の周囲部７０ｃに接触して流れるようになっている。
【００５５】
さらに、大径部分７１ｃの下流側端部には、回動可能な弁体７４が配置されている。実線で示す弁体７４の第一位置においては、第三流路７３ｃを第一流路７３ａに連通させると共に、第二流路７３ｂを第二小径部分７１ｂに連通させる。それにより、排気ガスは、実線矢印で示すように、第三流路７３ｃから第一流路７３ａを介してパティキュレートフィルタ７０の第一開口部７０ａから第二開口７０ｂへ通過し、第二流路７３ｂを介して第二小径部分７１ｂへ流出する。また、一点鎖線で示す弁体７４の第二位置においては、第三流路７３ｃを第二流路７３ｂに連通させると共に、第一流路７３ａを第二小径部分７１ｂに連通させる。それにより、排気ガスは、一点鎖線矢印で示すように、第三流路７３ｃから第二流路７３ｂを介してパティキュレートフィルタ７０の第二開口部７０ｂから第一開口７０ａへ通過し、第一流路７３ａを介して第二小径部分７１ｂへ流出する。
【００５６】
こうして、弁体７４を第一位置及び第二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。さらに、弁体７４を第一位置と第二位置との間の開放位置とすることにより、排気ガスは第三流路７３ｃからパティキュレートフィルタ７０を介することなく第二小径部分７１ｂへ流出し、パティキュレートフィルタ７０をバイパスさせることも可能である。
【００５７】
このように、本排気浄化装置は、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、パティキュレートフィルタの開口部を排気管の長手方向に配向したために、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。
【００５８】
図２０にパティキュレートフィルタ７０の構造を示す。なお、図２０において、（Ａ）はパティキュレートフィルタ７０の正面図、すなわち、図１９のＱ矢視図であり、（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、前述したように、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２０（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、捕集されたパティキュレートを酸化除去するために、隔壁５４の両側表面上、及び、好ましくは隔壁５４内の細孔表面上にもアルミナ等を使用して以下に説明する活性酸素放出剤と貴金属触媒とが担持されている。
【００５９】
活性酸素放出剤とは、活性酸素を放出することによってパティキュレートの酸化を促進するものであり、好ましくは、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ものである。
【００６０】
貴金属触媒としては、通常、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。
【００６１】
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。
【００６２】
次に、このような活性酸素放出剤を担持するパティキュレートフィルタによって、捕集されたパティキュレートがどのように酸化除去されるかについて、白金Ｐｔ及びカリウムＫの場合を例にとって説明する。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パティキュレート除去作用が行われる。
【００６３】
ディーゼルエンジンでは通常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、この空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室内では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７０の排気上流側へ流入することになる。
【００６４】
図２１（Ａ）及び（Ｂ）はパティキュレートフィルタ７０における排気ガス接触面の拡大図を模式的に表している。なお、図２１（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。
【００６５】
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の排ガス接触面内に接触すると、図２１（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次いで生成されたＮＯ₂の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図２１（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。このようにして、本実施例では、排気ガスに含まれるＮＯ_Xをパティキュレートフィルタ７０に吸収し、大気中への放出量を大幅に減少させることができる。
【００６６】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ₂も含まれており、このＳＯ₂もＮＯと同様なメカニズムによって活性酸素放出剤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。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Ｋ₂ＳＯ₄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Ｋ₂ＳＯ₄が生成される。
【００６７】
排気ガス中のパティキュレートは、図２１（Ｂ）において６２で示されるように、パティキュレートフィルタに担持された活性酸素放出剤６１の表面上に付着する。この時、パティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸素がパティキュレート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がパティキュレート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、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００６８】
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がパティキュレート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ＳＯ₂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Ｋ₂ＳＯ₄は、安定化しているために、硝酸カリウムＫＮＯ₃に比べて活性酸素を放出し難い。
【００６９】
一方、パティキュレート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。従ってパティキュレート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、活性酸素放出剤６１へＮＯ及びＳＯ₂が吸収されている時にも放出される。すなわち、ＮＯ_Xは酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつ活性酸素放出剤６１内において硝酸イオンＮＯ₃ ^-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、このように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６２は活性酸素Ｏによって酸化せしめられるが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。
【００７０】
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から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。
【００７１】
図２２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２２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２２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２３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。
【００７２】
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よりも少ないとき、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よりも少ないとき、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よりも少ないとき、即ち図２２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。
【００７３】
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２２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２３（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。
【００７４】
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２３（Ａ）に示すようにパティキュレート６２が活性酸素放出剤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２３（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ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。
【００７５】
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，ＳＯ₂の酸化作用及び活性酸素放出剤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２３（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や活性酸素放出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。
【００７６】
このように図２２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２２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。
【００７７】
本実施例では、前述の電子制御ユニット３０により図２４に示す第一フローチャートに従って弁体７４の切換制御を実施し、パティキュレートフィルタへの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、車両の走行距離積算値Ａが算出される。次いで、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以上となっ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に進む。ステップ１０３においては、走行距離積算値Ａは０にリセットされ、ステップ１０４において、弁体７４は第一位置及び第二位置の一方のから他方へ切り換えられる。すなわち、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。
【００７８】
図２５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２２の領域IIでの運転が実施されることもあり、図２５（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、活性酸素放出剤により酸化除去するが、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。第一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、隔壁の細孔内に残留するパティキュレートは、逆方向の排気ガス流によって、図２５（Ｂ）に示すように、容易に破壊されて細分化され、下流側へ移動する。
【００７９】
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、すなわち、パティキュレートは流動することにより、隔壁の細孔内表面に担持させた活性酸素放出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、隔壁の細孔内にも活性酸素放出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活性酸素放出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活性酸素放出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。
【００８０】
すなわち、隔壁における一方の捕集面の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によって到来する。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。
【００８１】
第一フローチャートにおいて、弁体の切り換えは、所定走行距離毎に行うようにしたが設定時間毎としても良い。もちろん、このように定期的ではなく、不定期に弁体を切り換えるようにしても良い。いずれにしても、弁体の切り換えは、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行われるように機関始動から機関停止の間に少なくとも一回は行うことが好ましい。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を発生させ、こ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い。また、パティキュレートフィルタ隔壁の他方の捕集面では、新たなパティキュレートの捕集が可能である。
【００８２】
図２６は、弁体７５の切換制御のための第二フローチャートを示している。本フローチャートも所定時間毎に繰り返されるものである。先ず、ステップ２０１において、パティキュレートフィルタ７０の一方側の排気圧力Ｐ１、すなわち、第一流路７３ａ（図１８参照）内の排気圧力を圧力センサ等によって検出する。次いで、ステップ２０２において、パティキュレートフィルタ７０の他方側の排気圧力Ｐ２、すなわち、第二流路７３ｂ（図１８参照）内の排気圧力を圧力センサ等によって検出する。
【００８３】
ステップ２０３では、ステップ２０１及び２０２で検出された排気圧力の差圧の絶対値が、設定圧力差Ｐｓ以上となったか否かが判断される。ここで、差圧の絶対値を使用するのは、第一流路７３ａ及び第二流路７３ｂ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。ステップ２０３における判断が否定される時にはそのまま終了するが、この判断が肯定される時には、パティキュレートフィルタには、ある程度のパティキュレートが残留しているために、ステップ２０４において弁体７４が切り換えられ、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ようになっている。
【００８４】
それにより、前述のように、残留パティキュレートは、パティキュレートフィルタから酸化除去される。こうして、パティキュレートフィルタにある程度のパティキュレートが残留していることをパティキュレートフィルタの両側の差圧を利用して間接的に検知し、それ以上のパティキュレートが堆積して機関出力を大幅に低下することを確実に防止することができる。もちろん、この差圧以外にも、例えば、パティキュレートフィルタにおける所定隔壁上の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判断しても良く、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、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たことを判断することも可能である。このように、パティキュレートの残留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。また、パティキュレートフィルタの両側の差圧は、厳密には、機関運転状態毎の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の判断には、機関運転状態を特定することが好ましい。
【００８５】
このように、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は、残留及び堆積パティキュレートの酸化除去を可能とするために非常に有効であり、特に時期を判断することなく時折弁体を切り換えるようにしても、多量のパティキュレート堆積による機関出力の大幅な低下を十分に防止することができる。
【００８６】
ところで、本実施例の弁体７４の構造は、前述したように、第一位置及び第二位置の一方から他方への切り換え中において、排気ガスの一部がパティキュレートフィルタ７０をバイパスしてしまう。それにより、この時、排気ガス中にパティキュレートが含まれていれば、このパティキュレートは大気中へ放出されることとなる。これを防止するために、図２７に示す第三フローチャートのように、フューエルカットが実施されている時に弁体７４を切り換えるようにしても良い。フューエルカット時には、気筒内で燃焼が行われていないために、排気ガス中にはパティキュレートが含まれていない。フューエルカットの実施の判断には、燃料噴射弁へ与えられるフューエルカット信号を利用しても良く、又は、車両走行中におけるブレーキペダルの踏み込みを検出しても良く、又は、車両走行中におけるアクセルペダルの開放を検出しても良い。
【００８７】
本実施例の排気浄化装置では、弁体７４を切り換え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を逆転させることにより、比較的良好にパティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積を防止することができる。さらに、本排気浄化装置の構造によれば、パティキュレートフィルタ７０の周囲部７０ｃは、第三流路７３ｃにおいて排気ガスと常に接触しているために排気ガスによって加熱され、パティキュレートフィルタを高温度とすることができる。それにより、図２２のグラフに示すように、酸化除去可能微粒子量は比較的高く維持され、パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積をさらに確実に防止することが可能となる。また、パティキュレートフィルタが高温度とされていれば、燃焼空燃比がリーンでも多少なりとも排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等の還元成分をパティキュレートフィルタに担持された酸化触媒によって良好に燃焼させることができ、さらに、パティキュレートフィルタの温度を昇温させることができる。
【００８８】
本実施例のパティキュレートフィルタ７０は、大きな開口部７０ａ及び７０ｂを有して開口部間の長さを比較的短くし、多量の排気ガスの通過を可能としている。このようなパティキュレートフィルタ７０を、開口部が排気管の長手方向に配向するようにして、排気管７１内に配置しているために、本排気浄化装置を小型化することができる。それにより、本排気浄化装置は、排気マニホルドの直下流側に機関本体に隣接して配置可能となり、排気ガスの熱を非常に有効にパティキュレートフィルタの加熱に利用することができる。
【００８９】
また、機関減速時等において、排気ガス温度が低くなる時には、弁体７４を開放位置とすることで、パティキュレートフィルタをバイパスさせ、排気ガスがパティキュレートフィルタ内を通過することは防止可能であるが、この低温度の排気ガスはパティキュレートフィルタの周囲部に接触して流れることとなる。こうして、機関減速時には、パティキュレートフィルタの温度を低下させることとなるが、機関減速が終了すれば、高温度の排気ガスによって直ぐにパティキュレートフィルタは昇温させられる。こうして、機関減速中には、パティキュレートフィルタの酸化除去微粒子量が低下することとなるが、この時には、排気ガス中に殆どパティキュレートが含まれておらず、特に問題とはならない。
【００９０】
また、本実施例のパティキュレートフィルタは、回り全体が排気ガス流れによって取り囲まれているために、すなわち、気体層によって囲まれている。こうして、パティキュレートフィルタの周囲部がケース等を介して大気に隣接する一般的な排気浄化装置に比較して、本排気浄化装置では、車両走行風等によるパティキュレートフィルタの放熱を十分に抑制することができ、それによっても、パティキュレートフィルタを高温度に維持し易い。
【００９１】
本実施例において、パティキュレートフィルタ７０は、単一で長円形断面を有するものとしたが、これは本発明を限定するものではない。例えば、図２８に示すように、円形断面等を有する複数のパティキュレートフィルタ７０’を、排気管の長手方向に、必要数だけ隣接配置するようにしても良い。単一のパティキュレートフィルタでは、特に、高さ中央部における隔壁全体の幅が長くなるために、剛性に関して多少弱いものとなっているが、このように、複数のパティキュレートフィルタを使用することにより、各パティキュレートフィルタ７０’は小型化されて剛性が高められ、パティキュレートフィルタの耐久性を向上させることができる。また、弁体７４は、排気管７１の下流側に配置されており、これは、可動部である弁体を高熱の機関本体から少しでも遠ざけるのに有利である。しかしながら、もちろん、第二小径部分７１ｂを排気上流側として、弁体７４を排気管７１の上流側に位置させることも可能である。また、本実施例において、パティキュレートフィルタ７０の第一開口部及び第二開口部を通る中心軸線と、排気管７１の大径部分７１ｃの中心軸線とを互いに直交させるようにしたが、これは、本発明を限定するものではなく、例えば、パティキュレートフィルタ７０を大径部分７１ｃの中心に位置させる必要はなく、さらに、パティキュレートフィルタ７０の開口部を大径部分の中心軸線に対して傾けるようにしても良い。すなわち、パティキュレートフィルタの中心軸線と拡大部分の中心軸線とは平面視において互いに交差していれば、前述の効果を有する排気浄化装置を構成可能である。
【００９２】
また、排気ガスの空燃比をリッチにすると、すなわち、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。
【００９３】
一方、空燃比がリーン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、斯くして活性酸素放出剤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、斯くして活性酸素放出剤６１からの活性酸素放出量が増大する。
【００９４】
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。
【００９５】
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７４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７４の切り換えとは無関係に時折排気ガスの空燃比をリッチにしても良く、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。
【００９６】
排気ガスの空燃比をリッチ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、排気ガスの空燃比をリッチにするために、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。前述したように、低温燃焼は機関低負荷側で実施されるために、機関減速時フューエルカット直後には低温燃焼が実施される。こうして、第三フローチャートによる制御では、弁体７４の切り換え直後に低温燃焼が実施され、排気ガスの空燃比がリッチにされることが多い。
【００９７】
ところで、排気ガス中のカルシウム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、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、活性酸素放出剤６１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用いることが好ましく、それにより、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。
【００９８】
また、活性酸素放出剤としてパティキュレートフィルタに白金Ｐｔのような貴金属のみを担持させても、白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ₂又はＳＯ₃から活性酸素を放出させることができる。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２２に示す実線に比べて若干右側に移動する。また、活性酸素放出剤としてセリアを用いることも可能である。セリアは、排気ガス中の酸素濃度が高いと酸素を吸収し（Ｃｅ₂Ｏ₃→２ＣｅＯ₂）、排気ガス中の酸素濃度が低下すると活性酸素を放出する（２ＣｅＯ₂→Ｃｅ₂Ｏ₃）ものであるために、パティキュレートの酸化除去のために、排気ガス中の空燃比を定期的又は不定期にリッチにする必要がある。セリアに代えて、鉄又は錫を使用しても良い。
【００９９】
また、活性酸素放出剤として排気ガス中のＮＯ_X浄化に使用されるＮＯ_X吸蔵還元触媒を用いることも可能である。この場合においては、ＮＯ_X又はＳＯ_Xを放出させるために排気ガスの空燃比を少なくとも一時的にリッチにする必要があり、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。本実施例のディーゼルエンジンは、低温燃焼と普通燃焼とを切り換えて実施するものとしたが、これは本発明を限定するものではなく、もちろん、普通燃焼のみを実施するディーゼルエンジン、又はパティキュレートを排出するガソリンエンジンにも本発明は適用可能である。
【０１００】
本実施例において、パティキュレートフィルタ自身が活性酸素放出剤を担持して、この活性酸素放出剤が放出する活性酸素によりパティキュレートが酸化除去されるものとしたが、これは、本発明を限定するものではない。例えば、活性酸素及び活性酸素と同等に機能する二酸化窒素等のパティキュレート酸化物質は、パティキュレートフィルタ又はそれに担持させた物質から放出されても、外部からパティキュレートフィルタへ流入するようにしても良い。パティキュレート酸化物質が外部から流入する場合においても、パティキュレートを捕集するために、捕集壁の第一捕集面と第二捕集面とを交互に使用することで、排気下流側となった一方の捕集面では、新たにパティキュレートが堆積することはなく、この堆積パティキュレートを、他方の捕集面から流入するパティキュレート酸化成分によって徐々にでも酸化除去して、堆積パティキュレートをある程度の時間で十分に酸化除去することが可能である。この間において、他方の捕集面では、パティキュレートの捕集と共にパティキュレート酸化成分による酸化が行われるために、前述同様な効果がもたらされる。また、この場合においても、パティキュレートフィルタの昇温は、パティキュレート自身の温度を高めて酸化除去させ易くなるために、本実施例のように排気浄化装置を構成することは有利である。
【０１０１】
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、捕集されたパティキュレートが酸化されるパティキュレートフィルタと、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ための逆転手段とを具備し、パティキュレートフィルタは、パティキュレートを捕集するための捕集壁を有し、捕集壁は、第一捕集面と第二捕集面とを有し、逆転手段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が逆転されることにより、パティキュレートを捕集するために捕集壁の第一捕集面と第二捕集面とが交互に使用され、パティキュレートフィルタは、排気ガスの流出入のための第一開口部及び第二開口部を有し、マフラの上流側において排気管内に配置され、パティキュレートフィルタの第一開口部と第二開口部との間の周囲部は、全体的に、排気管内の排気ガス流と接しており、捕集壁には活性酸素放出剤が担持され、活性酸素放出剤から放出される活性酸素がパティキュレートを酸化させる。それにより、運転状態によっては、パティキュレートの酸化が不十分となってパティキュレートフィルタ捕集壁の第一捕集面にはある程度パティキュレートが残留することがあるが、逆転手段による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の逆転によって、捕集壁の第一捕集面には新たにパティキュレートが堆積することはなく、この残留パティキュレートは徐々に酸化除去される。同時に、捕集壁の第二捕集面によってパティキュレートの捕集及び酸化が開始される。こうして、パティキュレートの捕集に第一捕集面と第二捕集面とが交互に使用されると、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。さらに、パティキュレートフィルタの周囲部は、排気ガス流と接して加熱されるために、パティキュレートフィルタの温度を高温度に維持してパティキュレートを酸化させ易くすることができる。それにより、パティキュレートフィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【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】スモーク及びＮＯ_Xの発生量等を示す図である。
【図７（Ａ）】空燃比が２１付近でスモークの発生量が最も多い時の燃焼圧変化を示す図である。
【図７（Ｂ）】空燃比が１８付近でスモークの発生量がほぼ零の時の燃焼圧変化を示す図である。
【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及び第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（Ａ）】スロットル弁の目標開度のマップを示す図である。
【図１５（Ｂ）】ＥＧＲ制御弁の目標開度のマップを示す図である。
【図１６】第二燃焼における空燃比を示す図である。
【図１７（Ａ）】スロットル弁の目標開度のマップを示す図である。
【図１７（Ｂ）】ＥＧＲ制御弁の目標開度のマップを示す図である。
【図１８】本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す断面平面図である。
【図１９】図１８のＰ−Ｐ断面図である。
【図２０（Ａ）】パティキュレートフィルタの構造を示す正面図である。
【図２０（Ｂ）】パティキュレートフィルタの構造を示す側面断面図である。
【図２１（Ａ）】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２１（Ｂ）】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２２】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２３（Ａ）】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２３（Ｂ）】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２３（Ｃ）】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２４】パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積を防止するための第一フローチャートである。
【図２５（Ａ）】パティキュレート残留時におけるパティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図である。
【図２５（Ｂ）】パティキュレート残留時におけるパティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図である。
【図２６】パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積を防止するための第二フローチャートである。
【図２７】パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積を防止するための第三フローチャートである。
【図２８】図１８の内燃機関の排気浄化装置の変形例を示す断面平面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
６燃料噴射弁
１６スロットル弁
７０パティキュレートフィルタ
７１排気管
７３ａ第一流路
７３ｂ第二流路
７３ｃ第三流路
７４弁体

Claims

捕集したパティキュレートが酸化させられるパティキュレートフィルタと、前記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ための逆転手段とを具備し、前記パティキュレートフィルタは、パティキュレートを捕集するための捕集壁を有し、前記捕集壁は、第一捕集面と第二捕集面とを有し、前記逆転手段によって前記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ことにより、パティキュレートを捕集するために前記捕集壁の前記第一捕集面と前記第二捕集面とが交互に使用され、前記パティキュレートフィルタは、排気ガスの流出入のための第一開口部及び第二開口部を有し、マフラの上流側において排気管内に配置され、前記パティキュレートフィルタの前記第一開口部と前記第二開口部との間の周囲部は、全体的に、前記排気管内の排気ガス流と接しており、前記捕集壁には活性酸素放出剤が担持され、前記活性酸素放出剤から放出される活性酸素がパティキュレートを酸化させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記活性酸素放出剤は、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。
前記活性酸素放出剤は、周囲に過剰酸素が存在するとＮＯ _X を酸素と結合させて保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると結合させたＮＯ _X 及び酸素をＮＯ _X と活性酸素とに分解して放出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。
捕集したパティキュレートが酸化させられるパティキュレートフィルタと、前記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ための逆転手段とを具備し、前記パティキュレートフィルタは、パティキュレートを捕集するための捕集壁を有し、前記捕集壁は、第一捕集面と第二捕集面とを有し、前記逆転手段によって前記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ことにより、パティキュレートを捕集するために前記捕集壁の前記第一捕集面と前記第二捕集面とが交互に使用され、前記パティキュレートフィルタは、排気ガスの流出入のための第一開口部及び第二開口部を有し、マフラの上流側において排気管内に配置され、前記パティキュレートフィルタの前記第一開口部と前記第二開口部との間の周囲部は、少なくとも部分的に、前記排気管内の排気ガス流と接しており、前記パティキュレートフィルタの前記第一開口部及び前記第二開口部を通る中心軸線と前記排気管の中心軸線とは平面視において互いに交差し、前記排気管は、長手方向に分割された第一流路と第二流路と第三流路とを有し、前記第一流路は前記パティキュレートフィルタの前記第一開口部に連通し、前記第二流路は前記パティキュレートフィルタの前記第二開口部に連通し、前記第三流路内の排気ガス流が前記パティキュレートフィルタの前記周囲部と少なくとも部分的に接していることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記捕集壁には活性酸素放出剤が担持され、前記活性酸素放出剤から放出される活性酸素がパティキュレートを酸化させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタが、前記排気管の長手方向に複数配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記逆転手段は、弁体を具備し、前記弁体を第一位置とすることにより、前記第三流路と前記第一流路とを連通させると共に第二流路を前記排気管の排気上流側又は排気下流側の一方側へ連通させ、前記弁体を第二位置とすることにより、前記第三流路と前記第二流路とを連通させると共に前記第一流路を前記排気管の前記一方側へ連通させ、前記弁体を前記第一位置及び前記第二位置の一方から他方へ切り換えることによって、前記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特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。