JP4513861B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集・酸化することにより浄化する排気浄化装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）と称す）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そこで、排気ガスから、これらの粒子状物質を捕捉して除去するための装置または方法が種々提案されている。
例えば、燃料を強制的に噴射供給することによりディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の温度を上昇させて捕集したＰＭを酸化・燃焼させるもの、排気ガス中の一酸化窒素ＮＯから二酸化窒素ＮＯ_２を生成させ、ＮＯ_２によりＰＭを酸化させるもの（例えば、特表２００２−５３１７６２号公報）、あるいは、触媒化ＤＰＦを用いてＰＭの酸化を図るもの（例えば、特開平６−２７２５４１号公報、特開平９−１２５９３１号公報）等が提案されている。しかし、燃料を強制的に噴射供給するものでは、燃費の悪化を招くと共に、ＰＭの急激な燃焼の結果の温度上昇によるＤＰＦの破損の問題、特表２００２−５３１７６２号公報に記載のものでは、ＮＯ_２によるＰＭの酸化速度が十分でないために、エンジンから排出されるＰＭを完全に酸化除去するのが困難であるという問題、そして、特開平６−２７２５４１号公報、特開平９−１２５９３１号公報に記載の触媒化ＤＰＦを用いるものでは、触媒およびＰＭが共に固体であるために、両者が十分に接触せずＰＭの酸化反応が不十分であるという問題等を有している。
そこで、最近、ＮＯ_２に比較して酸化力の強いオゾンＯ_３を用いて、ＰＭを酸化して処理する技術が開示されている（例えば、特開２００５−５０２８２３号公報）。この特開２００５−５０２８２３号公報に記載されたディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、パティキュレートフィルタの上流に、プラズマにより、排出ガスから酸化剤としてのオゾンまたはＮＯ_２を生成する装置を設け、排出ガスの温度に応じて、低温時にはオゾン及びＮＯ_２を、高温時にはＮＯ_２を選択的に用いることにより、パティキュレートフィルタに捕集された煤を酸化除去するとしている。
ところで、特開２００５−５０２８２３号公報に記載のディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、ＮＯ_２に比較して酸化力の強いオゾンを用いていることからＰＭの酸化除去能力の向上については評価し得る。しかしながら、特開２００５−５０２８２３号公報に記載のものは、排出ガスの成分である酸素からプラズマによりオゾンを生成し、この生成されたオゾンと共にＮＯｘ等を含む排気ガスをパティキュレートフィルタに導入するようにしているので、オゾンの生成量が十分であるとは云えないこと、また、酸化力の強いオゾンは、パティキュレートフィルタに入る前に排気ガス中のＮＯｘ等と反応して消費されてしまうおそれがあり、ＰＭの酸化除去に使用できるオゾンの量が少なくなり、十分な浄化効率が得られず、ＰＭの酸化速度が低下するおそれがあるという問題を有している。
そこで、本発明の目的は、オゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明による内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に分岐して接続され、排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数の粒子状物質捕集装置と、前記複数の粒子状物質捕集装置の上流側にオゾンをそれぞれ供給可能なオゾン供給手段と、前記複数の粒子状物質捕集装置の間における排気ガスの供給量の割合およびオゾンの供給量の割合をそれぞれ変更させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
この内燃機関の排気浄化装置によれば、複数の粒子状物質捕集装置の間における排気ガスの供給量の割合を変更できるようにしたので、排気ガスの供給量の割合が小さくされた粒子状物質捕集装置では、排気ガス中のＮＯｘやＨＣ等の所定物質によるオゾンの消費を抑制でき、また排気ガスの熱によるオゾンの分解を抑制できる。したがって、オゾンを効率的に使用可能とし、オゾンによるＰＭの浄化効率を向上することが可能となる。
本発明による装置は、好適には、前記複数の粒子状物質捕集装置よりも上流側の前記排気通路内に配置されて排気ガス中の所定物質を除去する少なくとも一つの触媒装置を更に備える。
本発明による装置は、前記複数の粒子状物質捕集装置の捕集量を個別に検出する捕集量検出手段と、前記複数の粒子状物質捕集装置の温度を個別に検出する温度検出手段と、を更に備え、前記制御手段は、前記捕集量検出手段によって検出された捕集量に基づいて排気ガスの供給量の割合を制御すると共に、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいてオゾンの供給量の割合を制御してもよい。この場合には、ＰＭの酸化除去の必要性の高い粒子状物質捕集装置につき、ＰＭの酸化除去を優先して実行できる。
前記制御手段は、排気ガスの供給量の割合が比較的小さくされている前記粒子状物質捕集装置に対するオゾンの供給量の割合を比較的大きくするのが好ましい。ここにいう「排気ガスの供給量の割合が比較的小さくされている」とは、他の粒子状物質捕集装置の少なくとも一つよりも排気ガスの供給量の割合が小さい状態を示す。同様に、「オゾンの供給量の割合を比較的大きくする」とは、他の粒子状物質捕集装置の少なくとも一つよりもオゾンの供給量の割合を大きくすることを示す。
本発明による装置は、前記複数の粒子状物質捕集装置に対する排気ガスの通路を個別に全閉可能であり、且つ前記複数の粒子状物質捕集装置に対するオゾンの通路を個別に全閉可能であるのが好ましい。
本発明による装置は、前記複数の粒子状物質捕集装置の捕集量を個別に検出する捕集量検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記複数の粒子状物質捕集装置のうち捕集量が低い粒子状物質捕集装置を排気ガスの供給先として選択してもよい。ここにいう「捕集量が低い」とは、他の粒子状物質捕集装置の少なくとも一つよりも捕集量が低い状態を示す。
前記制御手段は、前記複数の粒子状物質捕集装置のうち前記捕集量が比較的大きい粒子状物質捕集装置の前記温度が所定の低温側基準値を下回る場合に、当該粒子状物質捕集装置に対するオゾン供給量を所定の最大量に設定し、当該粒子状物質捕集装置の前記温度が前記低温側基準値を上回る場合に、当該粒子状物質捕集装置に対するオゾン供給量を排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて設定してもよい。ここにいう「捕集量が比較的大きい」とは、他の粒子状物質捕集装置の少なくとも一つよりも捕集量が大きい状態を示す。
前記制御手段は、前記複数の粒子状物質捕集装置のうち前記捕集量が比較的大きい粒子状物質捕集装置の前記温度が所定の低温側基準値を下回る場合に、前記捕集量が比較的小さい粒子状物質捕集装置をオゾンの供給先として選択してもよい。ここにいう「捕集量が比較的大きい」とは、他の粒子状物質捕集装置の少なくとも一つよりも捕集量が大きい状態を示し、また「捕集量が比較的小さい粒子状物質捕集装置」とは、当該捕集量が比較的大きい粒子状物質捕集装置以外の少なくとも一つの粒子状物質捕集装置を示す。
前記制御手段は、前記温度が所定の高温基準値を上回る場合に、前記オゾン供給手段からのオゾンの供給を停止してもよい。
本発明による装置では、前記複数の粒子状物質捕集装置は昇温手段を更に備え、前記制御手段は、前記昇温手段を制御して、排気ガスの供給先として選択される前記粒子状物質捕集装置の前記温度が所定の高温基準値を上回る場合に、当該粒子状物質捕集装置を昇温させてもよい。
本発明による装置が少なくとも一つの触媒装置を備える場合には、その触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記少なくとも一つの触媒装置の温度に基づいて前記オゾン供給手段を制御するのが好ましい。
本発明による装置は、前記排気通路の分岐点に、排気ガスの供給量の割合を前記複数の粒子状物質捕集装置の間で変更可能な排気制御弁を備えるのが好ましい。
本発明における前記オゾン供給手段は、単一のオゾン供給源からのオゾンの供給量の割合を前記複数の粒子状物質捕集装置の間で変更可能なオゾン制御弁を備えるのが好ましい。
本発明の別の一態様は、前記粒子状物質捕集装置が、単一のケーシング内に互いに隣接して且つ排気ガス流れ方向に対して並列に区画形成された複数のフィルタ室と、これらフィルタ室にそれぞれ配置されたフィルタ部材と、排気ガスが流入する前記フィルタ室を切り替える弁手段とを備え、前記オゾン供給手段は、前記複数のフィルタ室にそれぞれ配置され、前記弁手段は、前記オゾン供給手段の上流側に配置されているのが好適である。
この本発明の一形態によれば、オゾン供給手段によるオゾン供給が実行されるフィルタ室を弁手段によって閉止し、そのフィルタ室への排気ガスの流入を抑制することができる。よって、排気ガス中のＮＯｘ等によって供給オゾンが無駄に消費されるのが防止され、オゾンのより多くの量を、フィルタ部材に堆積したＰＭの酸化除去に使用することができる。よってオゾンを効率的に使用することが可能となる。
この場合には、前記フィルタ室が、前記ケーシング内の中央部及び外周部に二つ形成されるのが好ましい。
前記弁手段は、前記オゾン供給手段からのオゾン供給が実行される前記フィルタ室に排気ガスが流入せず、前記オゾン供給手段からのオゾン供給が実行されない前記フィルタ室に排気ガスが流入するように、前記フィルタ室を切り替えるのが好ましい。
前記弁手段は、前記複数のフィルタ室のうちの一部のフィルタ室を開閉する第一弁体と、前記複数のフィルタ室のうちの残りのフィルタ室を開閉する第二弁体と、オゾン供給が実行される前記フィルタ室に対応して、前記第一弁体及び第二弁体が交互に開閉するように前記第一弁体及び第二弁体を駆動する駆動手段とを備えるのが好ましい。
本発明の装置は、少なくとも一つの前記フィルタ部材に流入するガス又は当該フィルタ部材の温度を検出する少なくとも一つの温度検出手段と、この検出された温度に応じて、当該フィルタ部材に対応する前記オゾン供給手段からのオゾン供給を制御する手段とを備えるのが好ましい。オゾンによりフィルタ部材のＰＭ酸化除去を行う場合、フィルタ部材に流入するガス又はフィルタ部材の温度が、オゾンによるＰＭ酸化が有効に行えるような適切な温度範囲内にあるときに行うのが望ましい。この好ましい形態によれば、検出された温度が適切な温度範囲内にあるときのみオゾン供給を実行でき、不適切な温度範囲で供給オゾンが徒に消費されることが防止される。
この場合には、前記少なくとも一つのフィルタ部材と前記弁手段との間に配置され、当該フィルタ部材にその上流側から冷却ガスを供給可能な冷却ガス供給手段と、前記検出された温度に応じて、前記冷却ガス供給手段からの冷却ガス供給を制御する手段とを備えるのが好ましい。この好ましい形態によれば、ＰＭ酸化除去を行うフィルタ部材に対応する温度が適切な温度範囲より高い場合、空気供給手段から冷却空気の供給を行って、その温度を適切な温度範囲まで低減させることができる。これにより適切な温度範囲内でオゾン供給を実行でき、不適切な温度範囲で供給オゾンが徒に消費されることが防止される。

図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。
図２は、ＤＰＦのウォールフロー型ハニカム構造体を示す断面図である。
図３Ａは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸放出のメカニズムを説明するための概略図である。
図３Ｂは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸放出のメカニズムを説明するための概略図である。
図４は、選択還元型ＮＯｘ触媒の構造を示す概略図である。
図５は、第一実施形態のＥＣＵにおける処理の一例を示すフロー図である。
図６は、第一実施形態に関連して行われた実験の実験装置全体を示す図である。
図７は、図６の実験装置による実験結果を示すグラフである。
図８は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。
図９は、第二実施形態のＥＣＵにおける処理の一例を示すフロー図である。
図１０は、第二実施形態に関連して行われた実験の実験結果を示すグラフである。
図１１は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。
図１２は、第三実施形態における温度領域の設定例を示す概念図である。
図１３は、第三実施形態のＥＣＵにおける処理の一例を示すフロー図である。
図１４は、第一、第二または第三実施形態の変形例を示す概念図である。
図１５は、本発明の第四実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。
図１６は、フィルタ部材を示す側面断面図である。
図１７は、中央弁体と外周弁体とを示す概略正面図である。
図１８Ａは、駆動装置を示す概略側面図である。
図１８Ｂは、駆動装置を示す概略側面図である。
図１９Ａは、第四実施形態の排気浄化装置の作動を説明するための図である。
図１９Ｂは、第四実施形態の排気浄化装置の作動を説明するための図である。
図２０は、オゾンによるＰＭ酸化を行った場合の温度とＰＭ酸化速度との関係を示すグラフである。
図２１は、実験装置全体を示す図である。
図２２は、比較例１の構成を示す図である。
図２３は、第四実施形態に係る実験結果を示すグラフである。
図２４は、本発明の第五実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。
図２５は、第五実施形態に係る実験結果を示すグラフである。
図２６は、本発明の他の実施形態の概略正面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。図中、１０は、圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料が燃料噴射弁１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
排気通路１５には、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒２０と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する粒子状物質捕集装置としてのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）３０ａ，３０ｂとが配置されている。ＤＰＦ３０ａ，３０ｂは、ＮＯｘ触媒２０の下流側の排気通路１５に、排気制御弁Ｖ１を介して、分岐して接続されている。
そしてＮＯｘ触媒２０とＤＰＦ３０ａ，３０ｂとの間、言い換えればＮＯｘ触媒２０および排気制御弁Ｖ１の下流側且つＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上流側に、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂにオゾンを供給可能なオゾン供給手段としてのオゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂが配置されている。オゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂにはオゾン供給源としてのオゾン発生器４１が、オゾン制御弁Ｖ２を介して分岐して接続されている。オゾン発生器４１で発生したオゾンが、オゾン制御弁Ｖ２およびオゾン供給通路４２ａ，４２ｂを介してオゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂに供給されると共に、このオゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂから、下流側に隣接するＤＰＦ３０ａ，３０ｂに向かって排気通路１５内に噴射供給される。
オゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂは、これから噴射供給されたオゾンが排気ガス中のＮＯｘや未燃成分（ＣＯ，ＨＣ等）と反応して徒に消費されないように、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂの直上流位置に配置され、そこからＤＰＦ３０ａ，３０ｂに向かってオゾンを供給する。また、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上流端面全体にまんべんなくオゾンを供給できるよう、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上流端面の全直径に及ぶような複数のオゾン供給口４１を有している。オゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂは、ケーシング３１ａ，３１ｂの直径方向に延在してケーシング３１ａ，３１ｂに固定される。ＤＰＦ３０ａ、ケーシング３１ａ、およびオゾン供給ノズル４０ａはユニットＡを構成する。ＤＰＦ３０ｂ、ケーシング３１ｂ、およびオゾン供給ノズル４０ｂはユニットＢを構成する。なお、オゾン供給手段の形態はこのようなオゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂ以外にも種々の形態が可能であり、例えば一つのオゾン供給口しか有しないような場合は、オゾン供給口とＤＰＦの上流端面との距離を、その上流端面全体にまんべんなくオゾンが行き渡るような距離だけ離間させるのがよい。
オゾン発生器４１としては、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる乾燥した空気または酸素は、特開２００５−５０２８２３号公報の場合と異なり、排気通路１５外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体であり、同公報のように排気通路１５内の排気ガスに含まれる気体ではない。オゾン発生器４１においては、高温の原料気体を用いるよりも低温の原料気体を用いた方がオゾンの生成効率が高い。従ってこのように排気通路１５外の気体を用いてオゾンを生成することにより、同公報の場合に比べ、オゾン生成効率を向上することが可能である。なお、本願発明に用いる空気または酸素は、乾燥状態に限定するものではない。
排気制御弁Ｖ１およびオゾン制御弁Ｖ２は、いずれもソレノイドを含んで構成された三方弁であって、下流側のそれぞれ２方向の吐出口のうち一方を全閉かつ他方を全開とすることが可能な切替弁である。
ＤＰＦ３０ａ，３０ｂは、両端部が截頭円錐状に形成されたほぼ円筒形の金属製のケーシング３１ａ，３１ｂ内に不図示の支持部材を介して支持されている。支持部材は、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備えており、例えばアルミナマットから構成されている。ＤＰＦ３０ａとオゾン供給ノズル４０ａ、およびＤＰＦ３０ｂとオゾン供給ノズル４０ｂは、それぞれ金属ケーシング３１ａ，３１ｂに格納されたユニットＡ，Ｂをなしており、本実施形態ではこのようなユニットＡ，Ｂが複数並列に設けられていることになる。
図２に示すように、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂは、多孔質セラミックからなるハニカム構造体３２を備えたいわゆるウォールフロー型であり、ハニカム構造体３２は、コージェライト、シリカ、アルミナ等のセラミックス材料で形成される。排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。ハニカム構造体３２には、上流側に詰栓３３が施された第１通路３４と、下流側に詰栓３５が施された第２通路３６とが交互に区画形成され、ハニカム状をなしている。これら通路３４，３６はセルとも称され、いずれも排気ガスの流れ方向に平行である。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路３６から多孔質セラミックの流路壁面３７を通過して第１通路３４に流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中のＰＭは多孔質セラミックによって捕集され、ＰＭの大気への放出が防止される。このように排気ガスが流路壁面を通過し、その際にＰＭを濾過捕集するフィルタ形式がウォールフロー型と称される。
ＮＯｘ触媒２０も、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂと同様、両端部が截頭円錐状に形成されたほぼ円筒形の金属製ケーシング２１内に、不図示の支持部材を介して支持されている。支持部材は、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備えており、例えばアルミナマットから構成されている。
ＮＯｘ触媒２０は、好ましくは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ：ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）或いは選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）のいずれかからなる。
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の場合、ＮＯｘ触媒２０は、アルミナＡｌ_２Ｏ_３等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０は、これに流入される排気ガスの空燃比が所定値（典型的には理論空燃比）よりリーンのときにはＮＯｘを吸収し、これに流入される排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するという、ＮＯｘの吸放出作用を行う。本実施形態ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常時の排気空燃比はリーンであり、ＮＯｘ触媒２０は排気中のＮＯｘの吸収を行う。また、ＮＯｘ触媒２０の上流側にて還元剤が供給され、流入排気ガスの空燃比がリッチになると、ＮＯｘ触媒２０は吸収したＮＯｘの放出を行う。そしてこの放出されたＮＯｘは還元剤と反応して還元浄化される。
このＮＯｘの吸放出及び還元浄化は図３Ａおよび図３Ｂに示すように以下のメカニズムに基づいて行われていると考えられる。このメカニズムについて、アルミナＡｌ_２Ｏ_３からなる基材表面に、白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の場合を例にとって説明する。なお他の貴金属、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。
まず図３Ａに示されるように、流入排気ガスがリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度及びＮＯｘ濃度が増大し、これら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻または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 ⁻または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は吸収成分であるカリウムＫに吸収されて硝酸塩即ち硝酸カリウムＫＮＯ_３の形となってＫに吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、ＫのＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＫに吸収されていく。これに対して流入排気ガス中の酸素濃度が低下して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Ｋ内の硝酸カリウムＫＮＯ_３がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとＫからＮＯｘが放出されることになる。流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、従って流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＫからＮＯｘが放出されることになる。
一方、このとき流入排気ガスの空燃比をリッチにすると、流入排気ガス中のＨＣ、ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ_２ ⁻またはＯ^２−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガスの空燃比をリッチにすると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＫからＮＯ_２が放出され、このＮＯ_２は図３Ｂに示されるように、白金Ｐｔを反応の窓口として未燃ＨＣ，ＣＯと反応してＮ_２，Ｏ_２といったように還元浄化せしめられる。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Ｋから次から次へとＮＯ_２が放出される。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにＫからＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
ここで使用する還元剤としては、排気中で炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の還元成分を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できる。本実施形態では貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるためディーゼルエンジンの燃料である軽油を還元剤として使用している。この還元剤としての軽油をＮＯｘ触媒２０に供給する方法としては、例えば、ＮＯｘ触媒２０の上流側の排気通路１５に別途設けられた還元剤噴射弁から軽油を噴射したり、燃料噴射弁１４から燃焼室１３に膨張行程後期又は排気行程で軽油を噴射するいわゆるポスト噴射を行う方法が可能である。なお、このようにＮＯｘ触媒２０におけるＮＯｘの放出還元を目的とする還元剤の供給をリッチスパイクと称する。
次に、選択還元型ＮＯｘ触媒の場合、ＮＯｘ触媒２０は、図４に示すように、ゼオライトまたはアルミナ等の基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ_２Ｏ_５／ＷＯ_３／ＴｉＯ_２）を担持させたもの等が例示できる。この選択還元型ＮＯｘ触媒においては、流入排気ガスの空燃比がリーンという条件下で、排気ガス中のＨＣ、ＮＯが定常的に且つ同時に反応されてＮ_２，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏといったように浄化される。ただしＮＯｘの浄化にはＨＣの存在が必須である。空燃比がリーンであっても、排気ガス中には未燃ＨＣが必ず含まれているので、これを利用してＮＯｘの還元浄化が可能である。また、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のようにリッチスパイクを実施して還元剤を供給してもよい。この場合、還元剤としては前記に例示したもののほか、アンモニアや尿素を使用することもできる。
図１に戻って、本実施形態においては、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂにおけるＰＭの捕集量ないし詰まり具合を検出する手段が設けられている。即ち、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上流側及び下流側の排気通路１５にそれぞれ排気圧力を検出する排気圧センサ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂが設けられ、これらは制御手段としてのＥＣＵ１００に接続されている。ＥＣＵ１００は、上流側排気圧センサ５１ａ，５１ｂによって検出された上流側排気圧と、下流側排気圧センサ５２ａ，５２ｂによって検出された下流側排気圧との偏差すなわち差圧に基づいて、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂにおけるＰＭの捕集量ないし詰まり具合を判断する。
なお、上流側排気圧センサ５１ａ，５１ｂは、本実施形態ではＮＯｘ触媒２０の下流側であって且つオゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂの上流側に配置されているが、オゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂの下流側に配置されてもよい。また、本実施形態ではＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上下流側の差圧によってＰＭの捕集量ないし詰まり具合を検出するが、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂの各上流側に配置された一つの排気圧センサのみによって捕集量ないし詰まり具合を検出してもよい。さらに、ＤＰＦ上流側に配置された煤センサの煤信号の時間的な積分を求めることにより詰まり具合を検出することもできる。同じく、煤生成に関する、ＥＣＵ内に保存されたエンジン特性マップデータを評価し、時間的に積分することもできる。
また、本実施形態においては、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂに流入する排気ガスの空燃比を検出する手段が設けられている。即ち、ＮＯｘ触媒２０の下流側であって且つＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上流側に空燃比センサ（不図示）が設けられ、この空燃比センサ５４の検出信号に基づいてＥＣＵ１００は排気空燃比を算出する。本実施形態において、空燃比センサ５４はオゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂの上流側の排気空燃比を検出する。これらセンサ５１，５２，５３は全てケーシング３１に取り付けられる。
また、排気制御弁Ｖ１およびオゾン制御弁Ｖ２は、ＥＣＵ１００の出力側に接続されており、ＥＣＵ１００の制御出力によって動作する。
以上のとおり構成された本実施形態の動作の一例について説明する。図５において、まず、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂについての差圧Ａ，Ｂを比較する（Ｓ１０）。ＤＰＦ３０ａについての差圧Ａは、ＤＰＦ３０ａの前後の排気圧センサ５１ａ，５２ａの検出値Ｐｕａ，Ｐｌａの差（Ｐｕａ−Ｐｌａ）によって算出される。ＤＰＦ３０ｂについての差圧Ｂは、ＤＰＦ３０ｂの前後の排気圧センサ５１ｂ，５２ｂの検出値Ｐｕｂ，Ｐｌｂの差（Ｐｕｂ−Ｐｌｂ）によって算出される。偏差Ａ，Ｂの値が大であるほど、ＰＭの捕集量ないし詰まり具合が大であると考えることができる。
ステップＳ１０での比較の結果、差圧Ａ＜差圧Ｂである場合には、ＤＰＦ３０ｂの捕集量ないし詰まり具合がより大きいと考えることができる。この場合には、次にＥＣＵ１００は、差圧Ａが所定の基準値を上回っているかを判定する（Ｓ２０）。肯定の場合には、ＥＣＵ１００は、排気制御弁Ｖ１を制御して、ユニットＡを排気ガスの供給先として選択（すなわちユニットＡ側の排気通路を全開かつユニットＢ側の排気通路を全閉）する（Ｓ３０）。
次にＥＣＵ１００は、オゾン制御弁Ｖ２を制御して、ユニットＢをオゾンの供給先として選択（すなわちユニットＡ側のオゾン供給通路４２ａを全閉かつユニットＢ側のオゾン供給通路４２ｂを全開）すると共に、オゾン発生器４１をオンにする（Ｓ４０）。ユニットＢのＤＰＦ３０ｂに対するオゾンの供給は、差圧Ａが所定の基準値以下となるまでの間、継続して実行され、基準値以下の場合にはステップＳ４０の処理はスキップされる。
また、差圧Ａ≧差圧Ｂである場合には、ＤＰＦ３０ａの捕集量ないし詰まり具合がより大きいと考えることができる。この場合には、次にＥＣＵ１００は、差圧Ｂが所定の基準値を上回っているかを判定する（Ｓ５０）。肯定の場合には、ＥＣＵ１００は、排気制御弁Ｖ１を制御して、ユニットＢを排気ガスの供給先として選択（すなわちユニットＡ側の排気通路を全閉かつユニットＢ側の排気通路を全開）する（Ｓ６０）。
次にＥＣＵ１００は、オゾン制御弁Ｖ２を制御して、ユニットＡをオゾンの供給先として選択（すなわちユニットＡ側のオゾン供給通路４２ａを全開かつユニットＢ側のオゾン供給通路４２ｂを全閉）すると共に、オゾン発生器４１をオンにする（Ｓ７０）。ユニットＡのＤＰＦ３０ａに対するオゾンの供給は、差圧Ｂが所定の基準値以下となるまでの間、継続して実行され、基準値以下の場合にはステップＳ７０の処理はスキップされる。
以上の処理は、エンジンが動作している間繰り返し実行され（Ｓ８０）、エンジンが停止されたことを条件に終了する。
以上の処理の結果、本実施形態では、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂのうちＰＭの捕集量ないし詰まり具合の大きい方につき、排気ガスの供給が停止された状態で、オゾンの供給が実行される。そのとき、ＰＭの捕集量ないし詰まり具合の小さい方のＤＰＦについては、全量の排気ガスの供給が行われる一方、オゾンの供給は実行されない。
以上のとおり、本実施形態では、次のような作用効果が発揮される。即ち、排気制御弁Ｖ１を制御して複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂの間における排気ガスの供給量の割合を変更できるようにしたので、排気ガスの供給量の割合が小さくされたＤＰＦでは、排気ガス中のＮＯｘやＨＣ等の所定物質によるオゾンの消費を抑制でき、また排気ガスの熱によるオゾンの分解を抑制できる。したがって、オゾンを効率的に使用可能とし、オゾンによるＰＭの浄化効率を向上することが可能となる。なお、ここにいう「排気ガスの供給量の割合が小さくされている」とは、他のＤＰＦの少なくとも一つよりも排気ガスの供給量の割合が小さい状態を示す。
また、排気制御弁Ｖ１によって排気ガスの供給量の割合が比較的小さくされたＤＰＦに対するオゾンの供給量の割合を比較的大きくするように、オゾン制御弁Ｖ２を制御するので、オゾンの消費およびオゾンの分解を更に抑制することができる。ここにいう「オゾンの供給量の割合を比較的大きくする」とは、他のＤＰＦの少なくとも一つよりもオゾンの供給量の割合を大きくすることを示す。
また、排気制御弁Ｖ１は複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂに対する排気ガスの通路を個別に全閉可能であり、オゾン制御弁Ｖ２は複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂに対するオゾンの通路を個別に全閉可能であることとしたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
また、複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂの捕集量を個別に検出する捕集量検出手段を更に備え、ＥＣＵ１００は、複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂのうち捕集量が低いＤＰＦを排気ガスの供給先として選択することとしたので、ＰＭの酸化除去の必要性の高いＤＰＦにつき、ＰＭの酸化除去を優先して実行できる。ここにいう「捕集量が低い」とは、他のＤＰＦの少なくとも一つよりも捕集量が低い状態を示す。
また、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂのＰＭ捕集量または詰まり具合が所定の基準値を上回った場合にのみオゾンの供給を実行することとしたので、ＰＭの酸化除去をその必要性の高い場合に限定して実行でき、オゾンの使用量を節約できる。
次に、この第一実施形態に関して行った実験の結果を以下に示す。
（１）実験装置
図６に実験装置の概要を示す。酸素ボンベ６７から供給された気体酸素Ｏ_２は流量制御ユニット６８により二分岐され、その一方においてオゾン発生器６９に供給される。そしてオゾン発生器６９では酸素が選択的に、且つ部分的にオゾンＯ３とされ、これら酸素及びオゾン（又は酸素のみ）がオゾン分析計７０に至る。また、分岐の他方において、酸素は流量が制御された後、オゾン発生器６９から供給されたガスと混合して、オゾン分析計７０に至る。オゾン分析計７０では、これに流入してきたガス、即ちＤＰＦ３０ａ，３０ｂに供給する供給ガスのオゾン濃度が計測され、この後、供給ガスは、流量制御ユニット７１にて流量が制御される。窒素ボンベ７２から供給された窒素Ｎ_２は、流量制御ユニット７３にて流量が制御され、流量制御ユニット７１の下流側に供給される。余剰の供給ガスは図示しない排気ダクトから外部に排出され、流量が制御された供給ガスは、オゾン制御弁Ｖ２を経由して、ＤＰＦ３０ａまたはＤＰＦ３０ｂに供給される。
ＤＰＦ３０ａ，３０ｂの下流側には、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ濃度計測用の排気ガス分析器７７と、ＣＯ２濃度計測用の排気ガス分析器７８と、オゾン濃度計測用のオゾン分析計７９とが、それぞれ上流側から直列に配置されている。
（２）実験条件
エンジン１０は排気量２０００ｃｃのディーゼルエンジンを用いた。
前処理触媒１２０は、直径１０３ｍｍ、長さ１５５ｍｍ、セル数４００ｃｐｓｉ（ｃｅｌｌｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ）のコージェライト製ハニカム構造体に、Ｃｅ−Ｚｒ複合酸化物２００ｇ／Ｌをコートし、ＰｔをＣｅ−Ｚｒ複合酸化物重量に対して３ｗｔ％担持させたものを用いた。
ＤＰＦ３０ａ，３０ｂは、直径１０３ｍｍ、長さ１５５ｍｍ、セル数３００ｃｐｓｉのコージェライト製ＤＰＦ（触媒はコートしていない）を用いた。
オゾン発生器６９から出てくる供給ガスの組成はオゾンＯ３が１８７００ｐｐｍ、残部がＯ_２である。ただしこれはオゾン発生器６９をオンにしてオゾン供給を行う場合の組成である。オゾン発生器６９をオフにし、オゾン供給を行わない場合、供給ガスはＯ_２のみとなる。供給ガスの流量は３０Ｌ（リットル）／ｍｉｎである。
（３）実験方法
予めＤＰＦを１５０°Ｃで２時間乾燥させ、重量を測定しておく。ＤＰＦを排気管に配置し、３０分間排気ガスを流通させた後、排気管から取り出し１５０°Ｃで２時間乾燥させてその重量を測定する。この重量の差分をＰＭ堆積量とする。３０分間の排気ガスの流通後に、ＰＭ酸化を行わない場合のＰＭ堆積量は３．１ｇ／ｈＬであった。
実施例および比較例については、３０分間の排気ガスの流通後に、ＰＭ酸化を実施し、ＤＰＦを排気管から取り出し１５０°Ｃで２時間乾燥させてその重量を測定した。先に求めたＰＭ堆積量との差分により、ＰＭ堆積量を求めた。
なお、実施例については、ＣＯ_２計およびＣＯ計で計測したトータルのカーボン量からもＰＭの酸化速度を概算したところ、その値は、ＤＰＦの重量を軽量して求めた値と誤差範囲内で一致した。比較例については、排気ガス中のＣＯ_２濃度が高く（約７％）、計測精度上ＰＭ酸化により発生したＣＯ_２量を分離して定量することができなかった。
（４）実施例および比較例・実施例
ユニットＡに３０分間、エンジン１０からの排気ガスを流入させ、ＰＭを堆積させた後、排気制御弁Ｖ１をユニットＢ側に切替え、ユニットＡに排気ガスが流入しないようにして、ここにオゾン発生器６９からのガス（Ｏ_２＋Ｏ_３）を１２０Ｌ／ｍｉｎのＮ_２で希釈しユニットＡに添加して、１０分間ＰＭを酸化させた。
・比較例
ユニットＡに３０分間、エンジン１０からの排気ガスを流入させ、ＰＭを堆積させた後、ユニットＡに排気ガスが流入している状態のまま、ユニットＡにオゾン発生器６９からのガス（Ｏ_２＋Ｏ_３）を添加して、１０分間ＰＭを酸化させた。Ｎ２による希釈は行わない。ＰＭ酸化中にエンジンから流入するＰＭの量を考慮して酸化速度を算出した。
（５）実験結果
実施例と比較例とのＰＭ酸化速度の比較を図７に示す。図中、縦軸のＰＭ酸化速度の単位ｇ／ｈＬは、ＤＰＦ１リットル当たり、且つ１時間当たりに酸化されたＰＭのグラム数を表す。見られるように、実施例と比較例との比較により、ユニットＡへの排気ガスの供給停止による効果が分かる。即ち、ユニットＡへの排気ガスの供給を停止した場合に、オゾン供給によるＰＭ酸化が促進される。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図８は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。図示されるように、この第二実施形態においては、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂのＤＰＦ床温を検出する手段が設けられている。即ち、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂに温度センサ５３ａ，５３ｂが設けられ、この温度センサ５３ａ，５３ｂの検出信号に基づいてＥＣＵ１００はＤＰＦ３０ａ，３０ｂの床温を個別に算出する。温度センサ５３ａ，５３ｂの温度検出部（熱電対の場合、その先端）は、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂ内部の床温を検出するためにＤＰＦ３０ａ，３０ｂ内部に埋め込まれているが、温度センサ５３の温度検出部はＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上流端面の中心付近に配置されてもよい。なお、第二実施形態の残余の機械的構成は前記第一実施形態と同様であるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
以上のとおり構成された第二実施形態の動作の一例について説明する。図９において、まず、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂについての差圧Ａ，Ｂを比較する（Ｓ１１０）。ステップＳ１１０での比較の結果、差圧Ａ＜差圧Ｂである場合には、ＤＰＦ３０ｂの捕集量ないし詰まり具合がより大きいと考えることができる。この場合には、次にＥＣＵ１００は、差圧Ａが所定の基準値を上回っているかを判定する（Ｓ１２０）。肯定の場合には、ＥＣＵ１００は、排気制御弁Ｖ１を制御して、ユニットＡを排気ガスの供給先として選択（すなわちユニットＡ側の排気通路を全開かつユニットＢ側の排気通路を全閉）する（Ｓ１３０）。以上の処理は、上述した第一実施形態におけるステップＳ１０からＳ３０までの処理と同様である。
次にＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３０ｂの床温Ｔｂが適切な温度範囲、即ちオゾンを効率的に利用できる温度範囲（ディーゼルエンジンの場合例えば１５０〜２５０℃）にあるかを判定する（Ｓ１４０）。そして肯定の場合には、ＥＣＵ１００は、オゾン制御弁Ｖ２を制御して、ユニットＢをオゾンの供給先として選択（すなわちユニットＡ側のオゾン供給通路４２ａを全閉かつユニットＢ側のオゾン供給通路４２ｂを全開）すると共に、オゾン発生器４１をオンにする（Ｓ１５０）。ユニットＢのＤＰＦ３０ｂに対するオゾンの供給は、差圧Ａが所定の基準値以下となるか床温Ｔｂが適切な温度範囲から外れるまでの間、継続して実行され、ステップＳ１２０またはＳ１４０で否定の場合にはステップＳ１５０の処理はスキップされる。
また、差圧Ａ≧差圧Ｂである場合には、次にＥＣＵ１００は、差圧Ｂが所定の基準値を上回っているかを判定し（Ｓ１６０）、肯定の場合には、排気制御弁Ｖ１を制御して、ユニットＢを排気ガスの供給先として選択（すなわちユニットＡ側の排気通路を全閉かつユニットＢ側の排気通路を全開）する（Ｓ１７０）。
次にＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３０ａの床温Ｔａが適切な温度範囲、即ちオゾンを効率的に利用できる温度範囲（ディーゼルエンジンの場合例えば１５０〜２５０℃）にあるかを判定する（Ｓ１８０）。そして肯定の場合には、ＥＣＵ１００は、オゾン制御弁Ｖ２を制御して、ユニットＡをオゾンの供給先として選択（すなわちユニットＡ側のオゾン供給通路４２ａを全開かつユニットＢ側のオゾン供給通路４２ｂを全閉）すると共に、オゾン発生器４１をオンにする（Ｓ１９０）。ユニットＡのＤＰＦ３０ａに対するオゾンの供給は、差圧Ｂが所定の基準値以下となるか床温Ｔａが適切な温度範囲から外れるまでの間、継続して実行され、ステップＳ１６０またはＳ１８０で否定の場合にはステップＳ１９０の処理はスキップされる。
以上の処理は、エンジンが動作している間繰り返し実行され（Ｓ２００）、エンジンが停止されたことを条件に終了する。
以上の処理の結果、第二実施形態では、ＤＰＦ床温Ｔａ，Ｔｂが適切な温度範囲内にある場合にのみオゾンの供給が実行され、適切な温度範囲から外れた場合にはオゾンの供給は行われないことになる。
以上のとおり、第二実施形態では、ＤＰＦ床温Ｔａ，Ｔｂが適切な温度範囲内にある場合にのみオゾンの供給を実行することとしたので、ＰＭの酸化除去をこれに適した場合に限定して実行でき、オゾンの使用量を節約できる。また、ＤＰＦの床温Ｔａ，Ｔｂが適切な温度範囲内にない場合の待機中に（Ｓ１４０，Ｓ１８０）、目的とするＤＰＦへの排気ガスの供給を抑制することとしたので（Ｓ１３０，Ｓ１７０）、床温が高い場合にその温度降下または冷却を促進することができる。
次に、この第二実施形態に関して行った実験の結果を以下に示す。
（１）実験装置
実験装置は図６に示した第一実施形態のものと同様である。
（２）実験条件
第一実施形態のものと同様である。
（３）実験方法
第一実施形態のものと同様である。
（４）実施例および比較例・実施例
ＰＭを堆積させた後、ユニットＡに排気ガスが流入しないようにする点までは第一実施形態のものと同様である。この状態で、ユニットＡにＮ２ガスを供給して、温度を調整する。ＤＰＦの入口（上流側の端部）に配置した温度センサの検出値が、目標温度の上下５°Ｃの範囲内にある間に、オゾン発生器からのガス（Ｏ２＋Ｏ３）を添加して、ＰＭを酸化させた。なお、２５°Ｃの場合はＯ３の導入開始から１０分間のＰＭ酸化速度を算出した。
（５）実験結果
実施例のＰＭ酸化速度を図１０に示す。この図１０より、オゾンでＰＭを酸化させる場合には適切な温度ウィンドウがあることが分かる。すなわち、ユニットＡへの排気ガスの供給を停止した状態で、ＤＰＦ床温が適正な温度にオゾンを供給することにより、ＰＭ酸化が促進される。
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図１１は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。図示されるように、本実施形態の装置には、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂのＤＰＦ床温を検出する手段が設けられている。即ち、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂに温度センサ５３ａ，５３ｂが設けられ、この温度センサ５３ａ，５３ｂの検出信号に基づいてＥＣＵ１００はＤＰＦ３０ａ，３０ｂの床温を個別に算出する。温度センサ５３ａ，５３ｂの温度検出部（熱電対の場合、その先端）は、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂ内部の床温を検出するためにＤＰＦ３０ａ，３０ｂ内部に埋め込まれているが、温度センサ５３の温度検出部はＤＰＦ３０ａ，３０ｂの上流端面の中心付近に配置されてもよい。
ＮＯｘ触媒２０には、触媒床温を検出するための温度センサ５４が設けられている。また、ケーシング３１ａ，３１ｂ内には、燃料添加インジェクタ（不図示）がそれぞれ設けられている。この燃料添加インジェクタは、可能な限りケーシング３１ａ，３１ｂの上流側に配置されることが好ましく、添加した燃料をＤＰＦ３０ａ，３０ｂに向けて供給することによって昇温させるために用いられる。燃料添加インジェクタは、ＥＣＵ１００の出力側に接続されており、ＥＣＵ１００の制御出力によって動作する。なお、第三実施形態の残余の機械的構成は前記第一実施形態と同様であるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１２に示されるように、本実施形態では、温度領域が基準値Ｔａ，Ｔｂ、Ｔｃによって領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに区分されており、後述するように、ＤＰＦの温度領域に応じて最適なＰＭ除去方法が選択される。
以上のとおり構成された第三実施形態の動作の一例について説明する。図１３の処理ルーチンは、エンジンの動作中に所定時間おきに繰り返し実行される。まず、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂについての差圧ΔＰ１，ΔＰ２を比較する（Ｓ２０１）。ＤＰＦ３０ａについての差圧ΔＰ１は、ＤＰＦ３０ａの前後の排気圧センサ５１ａ，５２ａの検出値Ｐｕａ，Ｐｌａの差（Ｐｕａ−Ｐｌａ）によって算出される。ＤＰＦ３０ｂについての差圧ΔＰ２は、ＤＰＦ３０ｂの前後の排気圧センサ５１ｂ，５２ｂの検出値Ｐｕｂ，Ｐｌｂの差（Ｐｕｂ−Ｐｌｂ）によって算出される。差圧ΔＰ１，ΔＰ２の値が大であるほど、ＰＭの捕集量ないし詰まり具合が大であると考えることができる。
ステップＳ２０１での比較の結果、否定、すなわち差圧ΔＰ１≧差圧ΔＰ２である場合には、まず捕集量のより大きいＤＰＦ３０ａが優先的に再生され、その場合において、当該ＤＰＦ３０ａの温度が低い場合には、当該ＤＰＦ３０ａの再生に加えて、他方のＤＰＦ３０ｂの再生が行われる（Ｓ２０２〜Ｓ２２１）。ステップＳ２０１で肯定、すなわち差圧ΔＰ１＜差圧ΔＰ２である場合には、ステップＳ２０２〜Ｓ２２１と同様且つＤＰＦ３０ａ，３０ｂを入れ替えたものに相当する処理（まず捕集量のより大きいＤＰＦ３０ｂが優先的に再生され、その場合において、当該ＤＰＦ３０ｂの温度が低い場合には、当該ＤＰＦ３０ｂの再生に加えて、他方のＤＰＦ３０ａの再生が行われる一連の処理）が行われる（Ｓ２２２）。当該一連の処理の内容は、ステップＳ２０２〜Ｓ２２１の処理におけるＤＰＦ３０ａ，３０ｂを単純に入れ替えたものであるため、その詳細の説明は省略する。
ステップＳ２０１での比較の結果、否定、すなわち差圧ΔＰ１≧差圧ΔＰ２である場合には、ＤＰＦ３０ａの捕集量ないし詰まり具合がより大きいと考えることができる。この場合には、次にＥＣＵ１００は、差圧ΔＰ１が所定の基準値ΔＰ０を上回っているかを判定する（Ｓ２０２）。この基準値ΔＰ０は、ＤＰＦにＰＭが再生を必要とする程度に詰まっているかを示すものであり、差圧ΔＰ１がこの値を下回る場合は再生の必要がないと考えられる。したがってステップＳ２０２で否定の場合には、処理がリターンされる。
ステップＳ２０２で肯定の場合には、ＥＣＵ１００は、温度センサ５３ａによって検出されるＤＰＦ３０ａの温度Ｔ１が、所定の基準値Ｔａを上回っているかを判定する（Ｓ２０３）。この基準値Ｔａは、ＰＭをオゾンによって所定値以上の速度で処理可能か否かに対応して定められた低温側基準値（例えば１００°Ｃ）である。
ステップＳ２０３で肯定の場合には、ＤＰＦ３０ａの温度が領域Ｂ，ＣまたはＤにある場合であるため、次に、ＥＣＵ１００は、温度Ｔ１が所定の基準値Ｔｂを下回っているかを判定する（Ｓ２０４）。この基準値Ｔｂは、温度がＰＭのオゾンによる再生と、ＮＯ_２による再生とのどちらに適するかに対応して定められた値（例えば２５０°Ｃ）である。温度Ｔ１が基準値Ｔｂを下回る場合には、処理はステップＳ２０５に移行し、ＥＣＵ１００はＮＯｘ触媒２０の温度Ｔ３が、予め定められた基準Ｔ０より大きいかを判定する。肯定の場合には、処理はステップＳ２０７に移行し、ＥＣＵ１００は、詰まり具合がより小さいＤＰＦ３０ｂに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ２すなわちＤＰＦ３０ｂを選択する。またＥＣＵ１００は、オゾン制御弁Ｖ２によるＴＲＡＰ１すなわちＤＰＦ３０ａの選択、予め定められたオゾン供給量マップに基づくオゾン供給量の算出、および算出された供給量のオゾンの供給を行なう。したがって、ＴＲＡＰ１すなわちＤＰＦ３０ａには、排気ガスが供給されない状態で、オゾンが供給されることになる。
ステップＳ２０５で否定、すなわち触媒温度が低い場合には、オゾンの加算量が算出され（Ｓ２０６）、この加算量は続くステップＳ２０７で算出されるオゾン供給量に加算されることになる。このため触媒温度が低い場合にも排気ガス中のＮＯをよく浄化することができる。
オゾン供給量マップは、エンジンの運転状態、すなわちエンジン回転数および吸入空気量と、ＮＯｘ排出量および所要オゾン量との関係、オゾンとＰＭ酸化速度の関係および、ＤＰＦ上流と下流の差圧であるΔＰとＰＭ堆積量の関係を対応させて記憶させてなるデータテーブルである。ＥＣＵ１００は、クランク軸センサ（不図示）により検出されるエンジン回転数、及びエアフローメータ（不図示）により検出される吸入空気量の検出値によって、オゾン供給量マップを参照することで、所要オゾン量を算出することができる。
ステップＳ２０４で否定、すなわち温度Ｔ１が領域ＣまたはＤにある場合には、次にＥＣＵ１００は、温度Ｔ１が所定の基準値Ｔｃを上回っているかを判定する（Ｓ２０８）。この基準値Ｔｃは、温度がＰＭのＮＯ_２による再生と、排気経路への燃料添加による再生とのどちらに適するかに対応して定められた高温側基準値（例えば３５０〜４００°Ｃ）である。
温度Ｔ１が基準値Ｔｃを下回る場合には、処理はステップＳ２０９に移行し、ＥＣＵ１００は、詰まり具合がより大きいＤＰＦ３０ａに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ１を選択する。また、オゾン制御弁Ｖ２によるＴＲＡＰ１すなわちＤＰＦ３０ａの選択、予め定められたオゾン供給量マップに基づくオゾン供給量の算出、および算出された供給量のオゾンの供給が行われる。したがって、ＴＲＡＰ１すなわちＤＰＦ３０ａには、排気ガスが供給されている状態で、オゾンが供給されることになる。また、このステップＳ２０９の処理が行われる温度の領域Ｃでは、ステップＳ２０７の場合（領域Ｂ）とは異なり、オゾン供給量マップにおけるオゾンの供給量は、オゾンとＮＯの反応によって生成されるＮＯ_２によるＰＭ浄化速度を考慮して設定されている。
ステップＳ２０８において、温度Ｔ１が基準値Ｔｃを上回る場合には、処理はステップＳ２１０に移行し、ＥＣＵ１００は触媒温度ｔ３が基準値ｔ０より大きいかを判定する。そして否定の場合には処理はステップＳ２０９に、また肯定の場合にはステップＳ２１１に移行する。ステップＳ２１１では、ＥＣＵ１００は、詰まり具合がより大きいＤＰＦ３０ａに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ１を選択する。またＥＣＵ１００は、オゾン発生器４１の運転を停止させる。また、予め定められた燃料添加量マップに基づく燃料添加量の算出、および算出された量の燃料の添加が行われる。したがって、ＴＲＡＰ１すなわちＤＰＦ３０ａには、排気ガスが供給されている状態で、燃料が添加されることになる。
なお、燃料添加量マップは、ＤＰＦ上流と下流の差圧であるΔＰと温度Ｔを加味して、エンジンの運転状態、すなわちエンジン回転数および吸入空気量と、ＮＯｘ排出量および所要燃料添加量と、を対応させて記憶させてなるデータテーブルである。ＥＣＵ１００はエンジン回転数及び吸入空気量の検出値によって燃料添加量マップを参照することで、所要燃料添加量を算出することができる。
ステップＳ２０３で否定、すなわち温度Ｔ１が基準値Ｔａを下回り領域Ａにある場合には、ＤＰＦ３０ａの再生が所定値以上の速度で行われることが期待できないと考えられる。この場合には処理はステップＳ２１２に移行し、ＥＣＵ１００は、詰まり具合がより大きいＤＰＦ３０ｂに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ２を選択する。また、オゾン制御弁Ｖ２によるＴＲＡＰ１すなわちＤＰＦ３０ａの選択、予め定められた最大供給量のオゾンの供給、および運転者への「注意」の警報出力（例えば、車室内の不図示のディスプレイ装置における文字メッセージの表示）が行われる。したがって、ＴＲＡＰ１すなわちＤＰＦ３０ａには、排気ガスが供給されていない状態で、オゾンが供給されることになる。この最大量のオゾンの供給は所定時間に亘って連続的に行われ、所定時間の経過を条件に、処理はステップＳ２１３以下に移行する。
さらに、以後の処理ではＴＲＡＰ２、すなわち詰まり具合がより小さいＤＰＦ３０ｂの再生処理が行われるか、あるいは処理を行うことが検討されることになる。まずステップＳ２１３において、ＥＣＵ１００は、温度センサ５３ｂによって検出されるＤＰＦ３０ｂの温度Ｔ２が、上述した所定の基準値Ｔａを上回っているかを判定する（Ｓ２０３）。
ステップＳ２１３で肯定の場合には、ＤＰＦ３０ｂの温度が領域Ｂ，ＣまたはＤにある場合であるため、次に、ＥＣＵ１００は、温度Ｔ２が上述した所定の基準値Ｔｂを下回っているかを判定する（Ｓ２１４）。温度Ｔ２が基準値Ｔｂを下回る、すなわち領域Ｂにある場合には、処理はステップＳ２１５に移行し、ＥＣＵ１００は、詰まり具合がより大きいＤＰＦ３０ａに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ１を選択する。また、オゾン制御弁Ｖ２によるＴＲＡＰ２すなわちＤＰＦ３０ｂの選択、上述のオゾン供給量マップに基づくオゾン供給量の算出、および算出された供給量のオゾンの供給が行われる。したがって、ＴＲＡＰ２すなわちＤＰＦ３０ｂには、排気ガスが供給されない状態で、オゾンが供給されることになる。
ステップＳ２１４で否定、すなわち温度Ｔ２が領域ＣまたはＤにある場合には、次にＥＣＵ１００は、温度Ｔ２が上述した所定の基準値Ｔｃを上回っているかを判定する（Ｓ２１６）。
温度Ｔ２が基準値Ｔｃを下回る場合には、次にＥＣＵ１００は触媒温度Ｔ３が基準値Ｔ０より大きいかを判定する。否定の場合には、処理はステップＳ２１８に、また肯定の場合にはステップＳ２１９に移行する。ステップＳ２１８では、ＥＣＵ１００は、詰まり具合がより小さいＤＰＦ３０ｂに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ２を選択する。また、オゾン制御弁Ｖ２によるＴＲＡＰ２すなわちＤＰＦ３０ｂの選択、上述したオゾン供給量マップに基づくオゾン供給量の算出、および算出された供給量のオゾンの供給が行われる。したがって、ＴＲＡＰ２すなわちＤＰＦ３０ｂには、排気ガスが供給されている状態で、オゾンが供給されることになる。また、このステップＳ２１８の処理が行われる温度の領域Ｃでは、ステップＳ２１５の場合（領域Ｂ）とは異なり、オゾン供給量マップにおけるオゾンの供給量は、オゾンとＮＯの反応によって生成されるＮＯ２によるＰＭ浄化速度を考慮して設定されている。
ステップＳ２１９では、ＥＣＵ１００は、詰まり具合がより小さいＤＰＦ３０ｂに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ２を選択する。またＥＣＵ１００は、オゾン発生器４１の運転を停止させる。また、上述した燃料添加量マップに基づく燃料添加量の算出、および算出された量の燃料の添加が行われる。したがって、ＴＲＡＰ２すなわちＤＰＦ３０ｂには、排気ガスが供給されている状態で、燃料が添加されることになる。
ステップＳ２１３で否定の場合、すなわち、詰まりが比較的大きい方のＤＰＦ３０ａの温度Ｔ１、及び詰まりが比較的小さい方のＤＰＦ３０ｂの温度Ｔ２が、いずれも低温側基準値Ｔａより低い不活性状態にある場合には、前者の差圧ΔＰ１が、差圧の上限基準値ΔＰｍａｘより小さいかが判定される（Ｓ２２０）。
ステップＳ２２０で否定の場合、すなわちＤＰＦ３０ａ，３０ｂがいずれも低温であって、且つ差圧ΔＰ１が差圧の上限基準値ΔＰｍａｘより大きい場合には、処理はステップＳ２２１に移行し、ＥＣＵ１００は、当該ＤＰＦ３０ａに排ガスを供給するように、排気制御弁Ｖ１によってＴＲＡＰ１を選択し、且つ、当該ＤＰＦ３０ａにオゾンを供給するように、オゾン制御弁Ｖ２によってＴＲＡＰ１を選択する。さらにＥＣＵ１００は、温度Ｔ１が低温側基準値Ｔａを上回るような所定の昇温運転を指示する。この昇温運転は、例えばエンジンを制御するためのエンジンＥＣＵ（不図示）に対するエンジン回転数増大要求および空燃比のリッチスパイク要求を含む。またＥＣＵ１００は、運転者への「警告」の警報出力（例えば、車室内の不図示のディスプレイ装置における文字メッセージの表示）を行う。
ステップＳ２２０で肯定の場合、すなわちＤＰＦ３０ａ，３０ｂがいずれも低温であって、且つ差圧ΔＰ１が差圧の上限基準値ΔＰｍａｘより小さい場合には、ステップＳ２１２の処理が再び実行される。これによって、詰まり具合がより大きいＤＰＦ３０ｂに排ガスと最大供給量のオゾンとが供給され、ＰＭの浄化が促進されることになる。
以上のとおり、本実施形態では、次のような作用効果が発揮される。即ち、排気制御弁Ｖ１を制御して複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂの間における排気ガスの供給量の割合を変更できるようにしたので、排気ガスの供給量の割合が小さくされたＤＰＦでは、排気ガス中のＮＯｘやＨＣ等の所定物質によるオゾンの消費を抑制でき、また排気ガスの熱によるオゾンの分解を抑制できる。したがって、オゾンを効率的に使用可能とし、オゾンによるＰＭの浄化効率を向上することが可能となる。
また、ＥＣＵ１００は、排気圧センサ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂによって捕集量を検出し、検出された捕集量に基づいて排気制御弁Ｖ１を制御するので、ＰＭの酸化除去の必要性の高いＤＰＦ３０ａ，３０ｂにつき、ＰＭの酸化除去を優先して実行でき、捕集量に応じて適切な処理を行うことが可能となる。
また、ＥＣＵ１００は、温度センサ５３ａ，５３ｂによって検出された温度に応じてオゾン供給手段を制御するので、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂの温度に応じて適切な処理を行うことが可能となる。
また、本実施形態では、オゾン供給手段が、単一のオゾン供給源であるオゾン発生器４１とオゾン制御弁とを有することとしたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
また本実施形態では、排気制御弁Ｖ１は複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂに対する排気ガスの通路を個別に全閉可能であり、オゾン制御弁Ｖ２は複数のＤＰＦ３０ａ，３０ｂに対するオゾンの通路を個別に全閉可能としたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
また本実施形態では、ＥＣＵ１００は、排気制御弁Ｖ１によって選択されるＤＰＦと、オゾン制御弁Ｖ２によって選択されるＤＰＦとの組合せを、温度に応じて変更するので、温度に応じて適切な処理を行うことが可能になる。
また本実施形態では、ＥＣＵ１００は、複数のＤＰＦのうち捕集量が比較的大きいＤＰＦの温度が所定の低温側基準値Ｔａを下回る場合に、当該ＤＰＦに対するオゾン供給量を所定の最大量に設定し、当該ＤＰＦの温度が低温側基準値Ｔａを上回る場合に、当該ＤＰＦに対するオゾン供給量を排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて設定することとしたので（Ｓ２１２）、温度に応じて適切な処理を行うことが可能になる。ここにいう「捕集量が比較的大きい」とは、他のＤＰＦの少なくとも一つよりも捕集量が大きい状態を示す。
また本実施形態では、ＥＣＵ１００は、複数のＤＰＦのうち捕集量が比較的大きいＤＰＦの温度が所定の低温側基準値Ｔａを下回る場合に、捕集量が比較的小さいＤＰＦをオゾン制御弁Ｖ２によるオゾンの供給先として選択することとしたので、温度の比較的高いＤＰＦを優先して再生することによってオゾン等の再生用資源を有効に活用することが可能になる。ここにいう「捕集量が比較的大きい」とは、他のＤＰＦの少なくとも一つよりも捕集量が大きい状態を示し、また「捕集量が比較的小さいＤＰＦ」とは、当該捕集量が比較的大きいＤＰＦ以外の少なくとも一つのＤＰＦを示す。
また本実施形態では、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦの温度が所定の高温基準値Ｔｃを上回る場合に、オゾン供給源（オゾン発生器４１）からのオゾンの供給を停止するので、高温時のオゾンの分解を避けてオゾンを効率よく利用できる。
また本実施形態では、複数のＤＰＦ上流には昇温手段としての燃料添加インジェクタを備え、ＥＣＵ１００は、燃料添加インジェクタを制御して、排気制御弁Ｖ１によって選択されるＤＰＦの温度が所定の高温基準値Ｔｃを上回る場合に、当該ＤＰＦを昇温させることとしたので、高温時のオゾンの分解を避けてオゾンを効率よく利用できる。なお、昇温手段を使用するか否かのしきい値としての高温基準値は、オゾンの供給を停止するか否かのしきい値としての高温基準値と異なる値であってもよい。
なお、温度領域の設定、及び排気制御弁Ｖ１によって選択されるＤＰＦとオゾン制御弁Ｖ２によって選択されるＤＰＦとの組合せは、第三実施形態のものに限られない。
また、昇温手段として燃料添加インジェクタを用いることとしたが、本発明における昇温手段としてはＤＰＦ３０ａ，３０ｂの内部や周囲に配設した電熱線など、他の手段を用いてもよい。
なお、上記各実施形態では触媒装置２０を単一とし、その下流側に分岐点である排気制御弁Ｖ１を設けたが、例えば図１４に示されるように、本発明における触媒装置１２０ａ，１２０ｂは複数並列としてもよく、またこれら並列にされた触媒装置１２０ａ，１２０ｂの上流側に分岐点である排気制御弁Ｖ１を設けてもよい。また、上記各実施形態では触媒装置２０として単一種類の触媒を用いたが、複数種類の触媒を直列に設けてもよい。またＤＰＦとオゾン供給ノズルとを含むユニットは３組以上並列に設けてもよい。
また、ＤＰＦ３０ａ，３０ｂに流入する排気ガスに、オゾンとの反応を生じさせるような不要な成分が含まれていないことを、ＰＭ酸化を実行するための条件としても良い。この不要な成分とは例えばＮＯｘであり、また未燃ＨＣもオゾンと反応してオゾンの無駄な消費を生じさせる。このような不要な成分が含まれているか否かは、例えば排気制御弁Ｖ１とオゾン供給ノズル４０ａ，４０ｂとの間に空燃比センサを設置することによって検出される排気空燃比から推定可能である。従ってＥＣＵ１００は、検出された排気空燃比に基づき、不要な成分が含まれていると判断した場合はオゾン発生器４１をオフにして、オゾンの供給を停止する。他方、ＥＣＵ１００は、不要な成分が含まれていないと判断した場合、オゾン発生器４１をオンにして、オゾンの供給を実行する。
また、上記各実施形態では排気制御弁Ｖ１およびオゾン制御弁Ｖ２の動作を全開または全閉の２状態としたが、このようなステップ的な変更に代えて、排気側の二方向に対する排出量の割合を連続的に可変できるような排気制御弁およびオゾン制御弁を用いてもよい。
また、上記各実施形態では、オゾン供給時にオゾン発生器４１をオンにして生成されたオゾンを直ちに供給するが、オゾンを予め生成、貯留しておいて、バルブを切り替えることでオゾンを供給するようにしてもよい。またポンプやコンプレッサ等でオゾンを加圧して供給することも可能である。また、上記各実施形態では単一のオゾン供給源を用いたが、オゾン供給源は複数であってもよい。
また、上記各実施形態ではＰＭ捕集装置としてウォ−ルフロー型ＤＰＦを採用したが、他にも様々なフィルタ構造を採用することができる。例えば、静電捕集式のストレートフロー型フィルタであり、これは、排気ガス中に存在する一対の電極間に直流電圧を印加して放電を生成し、ＰＭを例えばマイナスに帯電させ、静電気力でプラス側若しくはアース側の電極に吸着させるものである。したがってＰＭ捕集装置はプラス側若しくはアース側の電極として形成される。基材の形状ないし構造も、前述のようなハニカム状のほか、板状、筒状、ペレット状、メッシュ状などが可能である。
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図１５において、排気通路１５には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する粒子状物質捕集装置としてのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）２２０が配置されている。図中、ＤＰＦ２２０は断面で示される。
ＤＰＦ２２０は、単一の金属製ケーシング２２１と、このケーシング２２１内に区画形成された複数（本実施形態では二つ）のフィルタ室１１０，２１０と、これらフィルタ室１１０，２１０にそれぞれ配置されたフィルタ部材１３０，２３０と、これらフィルタ室に１１０，２１０にそれぞれ配置され、フィルタ部材１３０，２３０にその上流側からオゾン（Ｏ_３）を供給可能なオゾン供給手段としてのオゾン供給ノズル１４０，２４０と、これらオゾン供給ノズル１４０，２４０の上流側に配置され、排気ガスが流入するフィルタ室１１０，２１０を切り替える弁手段５０とから構成されている。
ケーシング２２１は、排気通路１５を区画形成する排気管２２の途中に設けられ、排気ガス流れ方向に延びるほぼ円筒形状を有すると共に、その両端部２２１ａが截頭円錐状に形成されている。一方のフィルタ室１１０はケーシング２２１内の中央部或いは中心部に設けられ、他方のフィルタ室２１０はケーシング２２１内の外周部に設けられる。これらフィルタ室１１０，２１０は円筒形の隔壁２３で仕切られ、全体として二重管構造をなすようになっている。以下、中央部のフィルタ室１１０を中央フィルタ室、外周部のフィルタ室２１０を外周フィルタ室などと称す。隔壁２３は、ケーシング２２１の入口及び出口から所定距離離間されている。フィルタ部材１３０，２３０は中央フィルタ室１１０及び外周フィルタ室２１０の軸方向中央部に位置される。フィルタ部材１３０，２３０の上流端面ないし前端面から隔壁２３の上流端ないし前端までの間に、オゾン供給ノズル１４０，２４０が設けられる。
オゾン供給ノズル１４０，２４０には、オゾン発生手段としてのオゾン発生器４１がオゾン供給通路４２を介して接続される。オゾン供給通路４２は途中で二分岐され、その分岐部に切替弁４３が設けられる。切替弁４３は、オゾン発生器４１から送られてきたオゾンをオゾン供給ノズル１４０，２４０のいずれか一方に供給するよう切り替えられる。オゾン供給ノズル１４０，２４０の供給口１４１，２４１から、オゾンが、下流側のフィルタ部材１３０，２３０に向かって噴射供給される。
フィルタ部材１３０，２３０は、フィルタ室１１０，２１０内に不図示の支持部材を介して支持されている。支持部材は、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備えており、例えばアルミナマットから構成されている。
図１６に示すように、フィルタ部材１３０，２３０は、多孔質セラミックからなるハニカム構造体３２を備えたいわゆるウォールスルー型であり、ハニカム構造体３２は、コージェライト、シリカ、アルミナ等のセラミックス材料で形成される。排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。ハニカム構造体３２には、上流側に詰栓３３が施された第１通路３４と、下流側に詰栓３５が施された第２通路３６とが交互に区画形成され、ハニカム状をなしている。これら通路３４，３６はセルとも称され、いずれも排気ガスの流れ方向に平行である。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路３６から多孔質セラミックの流路壁面３７を通過して第１通路３４に流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中のＰＭは多孔質セラミックによって捕集され、ＰＭの大気への放出が防止される。このように排気ガスが流路壁面を通過し、その際にＰＭを濾過捕集するフィルタ形式がウォールフロー型と称される。
オゾン発生器４１としては、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる乾燥した空気または酸素は、特開２００５−５０２８２３号公報の場合と異なり、排気通路１５外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体であり、同公報のように排気通路１５内の排気ガスに含まれる気体ではない。オゾン発生器４１においては、高温の原料気体を用いるよりも低温の原料気体を用いた方がオゾンの生成効率が高い。従ってこのように排気通路１５外の気体を用いてオゾンを生成することにより、同公報の場合に比べ、オゾン生成効率を向上することが可能である。
オゾン供給ノズル１４０，２４０は、フィルタ部材１３０，２３０の上流端面全体にまんべんなくオゾンを供給できるよう、フィルタ部材１３０，２３０の上流端面の全ての径方向範囲に及ぶような複数のオゾン供給口４１を有している。オゾン供給ノズル１４０，２４０はケーシング２２１内に固定される。なお、オゾン供給手段の形態はこのようなオゾン供給ノズル１４０，２４０以外にも種々の形態が可能であり、例えば一つのオゾン供給口４１しか有しないような場合は、オゾン供給口４１とフィルタ部材１３０，２３０の上流端面との距離を、その上流端面全体にまんべんなくオゾンが行き渡るような距離だけ離間させるのがよい。
弁手段５０は、中央フィルタ室１１０及び外周フィルタ室２１０の入口部にそれぞれ設けられてこれらフィルタ室１１０，２１０を開閉する中央弁体（第一弁体）１５１及び外周弁体（第二弁体）２５１と、これら弁体１５１，２５１が交互に開閉するように弁体１５１，２５１を駆動可能な駆動手段としての駆動装置３５２とを備えている。
図１７に示すように、中央弁体１５１は、断面円形の中央フィルタ室１１０の形状に合わせて円形に形成され、他方、外周弁体２５１は、断面リング状の外周フィルタ室２１０の形状に合わせてリング形に形成されている。外周弁体２５１は上下に等しく二分割されて二つの弁体部材２５１ａ，２５１ｂから構成されており、これら弁体部材２５１ａ，２５１ｂが観音開き状に（ｌｉｋｅ ａ ｄｏｕｂｌｅ ｈｉｎｇｅｄ ｄｏｏｒ ｏｒ ａ ｄｏｕｂｌｅ ｃａｓｅｍｅｎｔ ｗｉｎｄｏｗ）開閉するようになっている。
図１８Ａおよび図１８Ｂにも示すように、駆動装置３５２は、中央弁体１５１と弁体部材２５１ａ，２５１ｂとにそれぞれ接続固定された三本の回転軸３５３，３５３ａ，３５３ｂを備える。これら回転軸３５３，３５３ａ，３５３ｂはケーシング２２１の高さ中心部で水平に且つ互いに平行に、ケーシング２２１外に延出する。回転軸３５３は中央弁体１５１の高さ中心位置に接続固定され、回転軸３５３ａ，３５３ｂはそれぞれ弁体部材２５１ａ，２５１ｂの下端部及び上端部に接続固定される。これら回転軸３５３，３５３ａ，３５３ｂの中心が中央弁体１５１と弁体部材２５１ａ，２５１ｂとの回転中心となり、これら回転軸３５３，３５３ａ，３５３ｂの９０°の回転により中央弁体１５１と弁体部材２５１ａ，２５１ｂとが開閉する。中央弁体１５１及びその回転軸３５３は、弁体部材２５１ａ，２５１ｂ及びこれらの回転軸３５３ａ，３５３ｂに対し、排気ガス流れ方向（図１８Ａおよび図１８Ｂに矢示）にオフセットされ、特に本実施形態では下流側にオフセットされる。
図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、回転軸３５３，３５３ａ，３５３ｂには同一歯数の被駆動ギヤ３５４，３５４ａ，３５４ｂが取り付けられ、サーボモータ等の駆動源（図示せず）に連結された駆動ギヤ３５５，３５５ａｂが、中央弁体１５１の被駆動ギヤ３５４と、上側弁体部材２５１ａの被駆動ギヤ３５４ａとにそれぞれ噛み合わされる。上側弁体部材２５１ａの被駆動ギヤ３５４ａは下側弁体部材２５１ｂの被駆動ギヤ３５４ｂに噛み合わされる。駆動ギヤ３５５，３５５ａｂは個別に回転され、従って中央弁体１５１及び外周弁体２５１も独立に開閉可能である。
但し、後述するフィルタ再生時には中央弁体１５１及び外周弁体２５１は交互に開閉される。即ち、図１８Ａに示すように、中央弁体１５１が閉のとき、外周弁体２５１の弁体部材２５１ａ，２５１ｂは開状態にある。この状態から駆動源を作動させて図１８Ｂに示すように駆動ギヤ３５５，３５５ａｂを回転させ、被駆動ギヤ３５４，３５４ａ，３５４ｂ及び回転軸３５３，３５３ａ，３５３ｂを９０°ずつ矢示方向に回転させ、中央弁体１５１を開、外周弁体２５１の弁体部材２５１ａ，２５１ｂを閉とする。
図１５に示すように、オゾン発生器４１、切替弁４３、及び駆動装置３５２の駆動源は、制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５００に接続され、それぞれの作動がＥＣＵ５００によって制御される。
また、本実施形態においては、フィルタ部材１３０，２３０におけるＰＭの捕集量ないし詰まり具合を検出する手段が設けられている。ケーシング２２１の上下流端部２２１ａ、即ち両フィルタ室１１０，２１０より上下流側の合流部に、それぞれ排気圧力を検出する排気圧センサ６１，６２が設けられ、ＥＣＵ５００が、これら排気圧センサ６１，６２によって検出された上流側排気圧及び下流側排気圧の排気圧偏差に基づいて、フィルタ部材１３０，２３０におけるＰＭの捕集量ないし詰まり具合を判断する。本実施形態では、その排気圧偏差が所定値を超えたとき、二つのフィルタ部材１３０，２３０が両方詰まったと判断して、両方のフィルタ部材１３０，２３０のＰＭ除去処理即ちフィルタ再生処理を同一タイミングで行う。しかしながら、個々のフィルタ部材１３０，２３０或いはフィルタ室１１０，２１０毎に個々に排気圧偏差を検出し、個々にフィルタ再生処理を実行しても構わない。
なお、本実施形態ではフィルタ部材１３０，２３０の上下流側の差圧によってＰＭの捕集量ないし詰まり具合を検出するが、フィルタ部材１３０，２３０の上流側に配置された一つの排気圧センサのみによって捕集量ないし詰まり具合を検出してもよい。さらに、フィルタ部材上流側に配置された煤センサの煤信号の時間的な積分を求めることにより詰まり具合を検出することもできる。同じく、煤生成に関する、ＥＣＵ内に保存されたエンジン特性マップデータを評価し、時間的に積分することもできる。
また、ＤＰＦ２２０の上流側の排気通路１５に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒や、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ等の未燃成分を浄化する酸化触媒等を設けてもよい。ＮＯｘ触媒としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ：ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）でもよいし、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）であってもよい。
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、これに流入される排気ガスの空燃比が所定値（典型的には理論空燃比）よりリーンのときＮＯｘを吸収し、これに流入される排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するという、ＮＯｘの吸放出作用を行う。本実施形態ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常時の排気空燃比はリーンであり、ＮＯｘ触媒は通常時、排気中のＮＯｘの吸収を行う。他方、ＮＯｘ触媒の上流側にて還元剤が供給され、流入排気ガスの空燃比がリッチになると、ＮＯｘ触媒は吸収したＮＯｘの放出を行う。そしてこの放出されたＮＯｘは還元剤と反応して還元浄化される。還元剤としては、排気中で炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の還元成分を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できる。ディーゼルエンジンの場合、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため燃料である軽油を使用するのが好ましい。還元剤供給方法としては、例えばＮＯｘ触媒の上流側の排気通路１５に別途設けられた還元剤噴射弁から軽油を噴射したり、燃料噴射弁１４から燃焼室１３に膨張行程後期又は排気行程で軽油を噴射するいわゆるポスト噴射を行う方法が可能である。なお、このようにＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの放出還元を目的とする還元剤の供給をリッチスパイクと称する。
選択還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンという条件下で、排気ガス中のＨＣ、ＮＯを定常的に且つ同時に反応させ、Ｎ_２，Ｏ_２，Ｈ_２Ｏといったように浄化するものである。ＮＯｘの浄化にはＨＣの存在が必須である。空燃比がリーンであっても、排気ガス中には未燃ＨＣが必ず含まれているので、これを利用してＮＯｘの還元浄化が可能である。また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のようにリッチスパイクを実施して還元剤を供給してもよい。この場合、還元剤としては前記に例示したもののほか、アンモニアや尿素を使用することもできる。
酸化触媒は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ_２と反応させてＣＯ，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏ等とする触媒である。
第四実施形態の残余の機械的構成は前記第一実施形態と同様であるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
さて、本実施形態に係る排気浄化装置においては、中央側のオゾン供給ノズル１４０からオゾンを供給して中央側のフィルタ部材１３０に堆積したＰＭを酸化（燃焼）除去するか、或いは、外周側のオゾン供給ノズル２４０からオゾンを供給して外周側のフィルタ部材２３０に堆積したＰＭを酸化除去する。
これを具体的に説明する。ＥＣＵ５００は、排気圧センサ６１，６２によって検出された上流側排気圧及び下流側排気圧の排気圧偏差が所定値を超えたとき、フィルタ部材１３０，２３０に堆積したＰＭの酸化除去即ち再生が必要と判断する。そして、駆動装置３５２の駆動源を作動させて、中央弁体１５１及び外周弁体２５１のいずれか一方を閉、他方を開とする。本実施形態では中央側のフィルタ部材１３０の再生を先に行うものとし、図１９Ａに示すように、中央弁体１５１を閉、外周弁体２５１を開とする。これにより、中央フィルタ室１１０への排気ガスの流入が規制され、排気ガスは実質的に外周フィルタ室２１０及び外周フィルタ部材２３０のみを通過するようになる。このとき排気ガス中のＰＭの捕集は外周フィルタ部材２３０のみによって行われる。
次にＥＣＵ５００は、切替弁４３を中央側に切替えると共にオゾン発生器４１をオンにし、中央側のオゾン供給ノズル１４０から、オゾン発生器４１で生成されたオゾンを供給する。このオゾンにより中央側のフィルタ部材１３０に堆積したＰＭが酸化除去される。
所定時間が経過したら、図１９Ｂに示すように、駆動装置３５２の駆動源を作動させて中央弁体１５１を開、外周弁体２５１を閉にする。これにより、外周フィルタ室２１０への排気ガスの流入が規制され、排気ガスは実質的に中央フィルタ室１１０及び中央フィルタ部材１３０のみを通過するようになる。そしてＥＣＵ５００は、切替弁４３を外周側に切替え、外周側のオゾン供給ノズル２４０からのオゾン供給を開始すると同時に、中央側のオゾン供給ノズル１４０からのオゾン供給を停止する。供給されたオゾンにより、外周側のフィルタ部材２３０に堆積したＰＭが酸化除去される。
所定時間が経過して外周側フィルタ部材２３０の再生が終了したら、オゾン発生器４１をオフにしてオゾン供給を停止すると共に、駆動装置３５２の駆動源を作動させて外周弁体２５１を開にする。これにより、外周フィルタ室２１０への排気ガスの流入が許容されるようになり、排気ガスは中央フィルタ室１１０及び外周フィルタ室２１０の両方を通過し、両フィルタ部材１３０，２３０でＰＭの捕集がなされるようになる。
このように、本実施形態に係る排気浄化装置によれば、オゾンが供給される側のフィルタ室が弁手段５０によって閉じられるので、そのフィルタ室への排気ガスの流入が防止され、排気ガス中のＮＯｘ及びＨＣ等によって供給オゾンが無駄に消費されるのが防止され、オゾンのより多くの量を、フィルタ部材に堆積したＰＭの酸化除去に使用することができる。よってオゾンによるＰＭの浄化効率を向上することが可能となる。
ここで、ＮＯｘとオゾンとの反応消費についてより詳しく説明する。仮にオゾンＯ_３と、排気ガス中のＮＯｘ、特にＮＯとが反応したとすると、その反応式は次式で表される。
ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２・・・（１）
この反応によって生成されたＮＯ_２は、さらにオゾンＯ_３と次式のように反応する。
ＮＯ_２＋Ｏ_３→ＮＯ_３＋Ｏ_２・・・（２）
そしてさらにこの反応によって生成されたＮＯ_３は、オゾンＯ_３の影響で次式のように分解される。
２ＮＯ_３→２ＮＯ_２＋Ｏ_２・・・（３）
ここで、（１）式に着目すると、ＮＯの酸化にオゾンＯ_３が消費されており、また、（２）式に着目すると、ＮＯ_２の酸化にオゾンＯ_３が消費されている。そして（３）式に着目すると、右辺のＮＯ_２は（２）式左辺のＮＯ_２となり、よってこの（２）式左辺のＮＯ_２を酸化するためにオゾンＯ_３が消費される。
このように、ＮＯｘとオゾンとは連鎖的に反応を繰り返す。よって仮にフィルタ部材１３０，２３０の直前でオゾンを供給したとしても、その位置の排気ガス中にＮＯｘが含まれていれば、ＮＯｘの酸化、分解に多くのオゾンが消費され、フィルタ部材１３０，２３０に供与できるオゾン量が著しく減少してしまう。オゾン発生器４１でオゾンを生成するには電力を要するから、このようなオゾンの無駄な消費は電力の無駄な消費につながり、ひいては燃費の悪化を招く可能性もある。
他方、ＨＣが存在する排ガス雰囲気中にオゾンを供給すると、オゾンＯ_３がＨＣを部分酸化し、ＣＯ，ＣＯ_２，Ｈ_２ＯといったＨＣ酸化物を生成するという反応が起きる。こうなると、その反応消費分だけオゾンをフィルタ部材に供与できなくなり、前記同様の問題が発生する。
これに対し、本実施形態のように、オゾンが供給される側のフィルタ室を閉じるようにすると、そのフィルタ室への排気ガスの流入が防止され、供給されたオゾンがＮＯｘ及びＨＣとの反応のために消費されることが防止され、フィルタ部材のＰＭの酸化除去のために有効に使用可能となる。ここで、オゾンが供給される側のフィルタ室には、オゾン、オゾン生成の原料、及びオゾンの希釈に用いられたガス（空気など）のみが実質的に流れるようになる。
また、他の利点としては、二つのフィルタ室１１０，２１０を隔壁２３を挟んで互いに隣接して並列に配置したので、一方のフィルタ室のフィルタ部材の再生中に、他方のフィルタ室に流れる排気ガスの熱を利用して、一方のフィルタ室の温度を、オゾンによるＰＭ酸化が有効に行えるような適切な温度範囲内に維持することができ、比較的高い効率でオゾンによるＰＭ酸化が行える。
即ち、仮に単一のケーシングにフィルタ部材及びオゾン供給ノズルを配置し、排気ガスの流れを止めてオゾン供給を行ったとしても、オゾン供給を行っていくうちにケーシング内がオゾンや外気の影響で冷却されていってしまい、適切な温度範囲よりも低温になる可能性がある。本実施形態によれば、他方のフィルタ室に流れる排気ガスの熱を、隔壁２３を通じて一方のフィルタ室に伝達することができ、一方のフィルタ室の温度が低下するのを抑制することができると共に、一方のフィルタ室の温度を適切な温度範囲内に保つことができる。
図２０は、オゾンが供給されるフィルタ部材の温度（横軸）と、所定時間内におけるＰＭ酸化速度（縦軸）との関係を示す。なお縦軸のＰＭ酸化速度の単位ｇ／ｈＬは、フィルタ部材１リットル当たり、且つ１時間当たりに酸化されるＰＭのグラム数を表す。見られるように、温度の上昇につれ、ＰＭ酸化速度は１５０℃付近で一旦ピークを迎えた後、徐々に低下する。そして３００℃付近からオゾンの熱分解が開始し、３５０℃を超えると十分なＰＭ酸化速度が確保し難くなる。この結果から、効率的なＰＭ酸化のためにはフィルタ部材又はその雰囲気温度が１５０〜３５０℃の範囲内にあるのが好ましいと言える。ディーゼルエンジンの場合、排気温度は通常２００〜３００℃以下であるので、隣接するフィルタ室をＰＭ酸化に適切な温度範囲内に保持するのに好適である。また、本実施形態のようにオゾンが供給される側のフィルタ室を閉じれば、排気ガスの熱でオゾンが分解されてしまうことも防止できる。
さらに、オゾンが供給される側のフィルタ室を閉じる利点として、ガスの流れが低速となるのでオゾンとＰＭとの接触確率が高くなると共に反応時間が長くなり、ＰＭ酸化効率を向上できる点が挙げられる。
なお、本実施形態では、オゾン供給時にオゾン発生器４１をオンにして生成されたオゾンを直ちに供給するが、オゾンを予め生成、貯留しておいて、その供給・停止をバルブで切り替えるようにしてもよい。またポンプやコンプレッサ等でオゾンを加圧して供給することも可能である。
次に、この第四実施形態の効果を確認するための実験を行ったので、その結果を以下に示す。
（１）実験装置
図２１には実験装置の全体を示す。ディーゼルエンジン１０から排出された排気ガスは排気管２２を通じて触媒７０及びＤＰＦ２２０を順に通過した後、大気に放出される。触媒７０は、前述したＮＯｘ触媒（吸蔵還元型又は選択還元型）及び酸化触媒の少なくとも一つからなる。切替弁４３には、オゾンガスＯ_３、酸素ガスＯ_２及び窒素ガスＮ_２の混合ガスである供給ガスが供給される。
酸素ボンベ７１から供給された酸素ガスＯ_２は、流量制御ユニット７２により、オゾン発生器７３に供給される流量が制御される。残りの酸素ガスはオゾン発生器７３をバイパスする。そしてオゾン分析計７４でオゾン濃度が計測され、この後オゾンと酸素との混合ガスは流量制御ユニット７５にて流量が制御され、余剰分は図示しない排気ダクトから外部に排出される。流量が制御された混合ガスは、窒素ボンベ７６から送られ流量制御ユニット７７により流量が制御された窒素ガスＮ_２と混合され、これによってできた供給ガスが切替弁４３に送られる。
ＤＰＦ２２０において、中央フィルタ室１１０と外周フィルタ室２１０との出口部（フィルタ部材１３０，２３０の下流側）に、それぞれ抽出管１７８，２７８が挿入配置されており、これら抽出管１７８，２７８は切替弁７９で切り替えられ、中央フィルタ室１１０と外周フィルタ室２１０とのいずれか一方の排気ガスのサンプルが抽出できるようになっている。抽出されたサンプルガスは、上流側から直列配置されたＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ濃度計測用の排ガス分析器８０と、ＣＯ_２濃度計測用の排ガス分析器８１と、オゾン濃度計測用のオゾン分析計８２とによって計測処理される。
（２）実験条件
エンジン１０には排気量２０００ｃｃのディーゼルエンジンを使用した。またエンジン１０を、回転数２２００ｒｐｍ、トルク４６Ｎｍの運転条件で定常運転した。
中央フィルタ部材１３０に関し、直径１２０ｍｍ、長さ１７７ｍｍ、体積２Ｌ（リットル）、セル数３００ｃｐｓｉ（ｃｅｌｌｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ）のコージェライト製フィルタ材料（触媒はコートしていない）を用い、このフィルタ材料の外周部を機械加工により切削して直径を６０ｍｍまで削減し、これを中央フィルタ室１１０に配置した。
外周フィルタ部材２３０に関し、直径１２０ｍｍ、長さ１７７ｍｍ、体積２Ｌ（リットル）、セル数３００ｃｐｓｉのコージェライト製フィルタ材料（触媒はコートしていない）を用い、このフィルタ材料の中心部に直径８０ｍｍの穴を空けたものを外周フィルタ室２１０に配置した。
触媒７０については、直径１０３ｍｍ、長さ１５５ｍｍ、体積１．３Ｌ（リットル）、セル数４００ｃｐｓｉのコージェライト製ハニカム構造体に、Ｃｅ−Ｚｒ複合酸化物をコート量２００ｇ／Ｌでコートし（ただし分母のＬ（リットル）は触媒１Ｌ当たりを意味する）、ＰｔをＣｅ−Ｚｒ複合酸化物重量に対して３ｗｔ％担持したものを用いた。ここで、触媒７０が無いと未燃焼のＨＣ量が多く、このＨＣとオゾンが反応しＰＭ酸化速度に影響を及ぼすため、触媒７０を設置した。
オゾン添加量については、流量制御ユニット７５から出てくるオゾンと酸素との混合ガスが、オゾン濃度１８７００ｐｐｍ、残部が酸素ガス、流量３０Ｌ／ｍｉｎであり、これに流量１２０Ｌ／ｍｉｎの窒素ガスが加えられて希釈されたガス即ち供給ガスが切替弁４３に供給される。
（３）ＰＭ酸化速度算出方法
排ガス分析器８０，８１で計測したトータルカーボン量からＰＭ酸化速度を概算した。
（４）実施例及び比較例
・実施例１
外周弁体２５１を閉じ、中央弁体１５１を開いて、エンジンからの排気ガスを中央フィルタ室１１０にのみ流し、この状態を３０分間継続する。この間、中央フィルタ部材１３０にＰＭが堆積される。この後、外周弁体２５１を開き、中央弁体１５１を閉じて、エンジンからの排気ガスが流れるフィルタ室を外周フィルタ室２１０に切り替えると共に、中央フィルタ室１１０にオゾンを含む供給ガスを供給し、中央フィルタ部材１３０に堆積されたＰＭを１０分間酸化させる。
一方、これとは逆の作動も行う。即ち、中央弁体１５１を閉じ、外周弁体２５１を開いて、エンジンからの排気ガスを外周フィルタ室２１０にのみ流し、この状態を３０分間継続する。この間、外周フィルタ部材２３０にＰＭが堆積される。この後、中央弁体１５１を開き、外周弁体２５１を閉じて、エンジンからの排気ガスが流れるフィルタ室を中央フィルタ室１１０に切り替えると共に、外周フィルタ室２１０にオゾンを含む供給ガスを供給し、外周フィルタ部材２３０に堆積されたＰＭを１０分間酸化させた。
・比較例１
オゾンが供給される一方のフィルタ室を、他方のフィルタ室に流れる排気ガスの熱で保温するという本実施形態の効果を明らかにするため、図２２に示すような比較例を用いた。なお本実施形態と同一の構成には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
この比較例では、触媒７０の下流側で切替弁８５を介して排気通路が二分岐されており、これら排気通路に個々にＤＰＦ１８６，２８６が設けられている。従って、ケーシング１８７，２８７も別個独立に設けられ、これらケーシング１８７，２８７に個々にフィルタ部材１８８，２８８及びオゾン供給ノズル１８９，２８９が設けられる。切替弁８５は排気通路を一方のＤＰＦ１８６側又は他方のＤＰＦ２８６側に切り替える。この構成では、一方のＤＰＦの再生時、他方のケーシング内を流れる排気ガスの熱により、一方のケーシング内を保温することはできない。
この場合、切替弁８５を一方のＤＰＦ１８６側に切替え、これに３０分間、排気ガスを流入させてＰＭ捕集を行わせた後、切替弁８５を他方のＤＰＦ２８６側に切替え、一方のＤＰＦ１８６に排気ガスが流れないようにして、オゾン供給ノズル１８９から供給ガスを供給し、一方のフィルタ部材１８８に堆積されたＰＭを１０分間酸化させた。
（５）実験結果
これら実施例１及び比較例１のＰＭ酸化速度の比較を図２３に示す。見られるように、実施例１の場合、比較例１よりもＰＭ酸化速度が向上されており、これにより、排気熱を利用する本実施形態の効果が明らかとなる。なお、実施例１において、中央側と外周側とのＰＭ酸化速度には殆ど差がない。
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。なお、前記第一実施形態と同様の構成については図中同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２４は、本発明の第五実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。図示されるように、この第五実施形態においては、中央フィルタ部材１３０及び外周フィルタ部材２３０の温度（床温）をそれぞれ検出する温度センサ１９０，２９０が追加して設けられている。これら温度センサ１９０，２９０はＥＣＵ５００に接続される。これら温度センサ１９０，２９０の測温部（先端部）は、各フィルタ部材１３０，２３０の温度を正確に検出すべく各フィルタ部材１３０，２３０の中心部に埋め込まれている。
なお、これら温度センサ１９０，２９０は、中央フィルタ部材１３０及び外周フィルタ部材２３０の上流側の中央フィルタ室１１０及び外周フィルタ室２１０にそれぞれ測温部が配置され、それらフィルタ部材１３０，２３０に流入する排気ガスの温度を検出するものであってもよい。
また、中央フィルタ部材１３０及び外周フィルタ部材２３０の上流側の中央フィルタ室１１０及び外周フィルタ室２１０には、それぞれ、冷却ガスとしての冷却空気を供給する冷却ガス供給手段としての空気供給ノズル１９１，２９１が配置されている。空気供給ノズル１９１，２９１の構成はオゾン供給ノズル１４１，２４１と同様である。本実施形態では空気供給ノズル１９１，２９１はオゾン供給ノズル１４１，２４１の上流側に設けられる。空気供給ノズル１９１，２９１は、オゾン供給ノズル１４１，２４１と同様、フィルタ部材１３０，２３０の上流端面全体にまんべんなく空気を供給できるよう、フィルタ部材１３０，２３０の上流端面の全ての径方向範囲に及ぶような複数の空気供給口１９２，２９２を有しており、ケーシング２２１内に固定される。なお、冷却ガス供給手段の形態はこのような空気供給ノズル１９１，２９１に限定されず、一つの冷却ガス供給口しか有しないようなものも可能であり、また冷却ガスとして空気以外のガスを用いることも可能である。
空気供給ノズル１９１，２９１には、冷却ガス源としてのエアタンク９３が空気供給通路９４を介して接続される。空気供給通路９４は途中で二分岐され、その分岐部に切替弁９５が設けられる。切替弁９５は、エアタンク９３から送られてきた空気を空気供給ノズル１９１，２９１のいずれか一方に供給するか、又は全く供給を行わないよう、ＥＣＵ５００によって切り替えられる。空気供給ノズル１９１，２９１の空気供給口１９２，２９２から、空気が、下流側のフィルタ部材１３０，２３０に向かって噴射供給される。
この第五実施形態においては、中央フィルタ部材１３０又は外周フィルタ部材２３０のオゾンによる再生時に、対応する温度センサ１９０，２９０によって検出された温度に応じて、対応する空気供給ノズル１９１，２９１からの空気供給が、ＥＣＵ５００によって制御される。即ち、前記第一実施形態で述べたように、フィルタ部材の再生は、フィルタ温度又は雰囲気温度が、オゾンによるＰＭ酸化が有効に行えるような適切な温度範囲内にあるときに行うのが望ましい。よってこの第五実施形態によれば、温度センサ１９０，２９０の検出値に応じて温度が適切な温度範囲内にあるか否かを判断し、適切な温度範囲内にあればフィルタ再生を実行し、適切な温度範囲内になければフィルタ再生を中止することができる。これにより、不適切な温度範囲で供給オゾンが徒に消費されることが防止される。
例えば中央フィルタ部材１３０の再生を例に取ると、ＥＣＵ５００は、フィルタ部材１３０の再生タイミングが到来しても、例えば高負荷運転直後などで中央フィルタ部材１３０の検出温度が所定の上限温度（例えば３５０℃）より高ければ、供給オゾンがフィルタ部材１３０に到達する前に熱分解する虞があるので、オゾン供給を中止し（即ち、オゾン発生器４１をオンしない）、他方、例えば冷間運転時などで中央フィルタ部材１３０の検出温度が所定の下限温度（例えば１５０℃）未満であれば、供給オゾンによるＰＭ酸化が効率的に行われない虞があるので、オゾン供給を中止する。他方、中央フィルタ部材１３０の検出温度が上限温度以下、下限温度以上の範囲内にあれば、供給オゾンによるＰＭ酸化を効率的に行えるので、中央オゾン供給ノズル１４１からのオゾン供給を実行する。
一方、中央フィルタ部材１３０の検出温度が上限温度より高い場合、ＥＣＵ５００は切替弁９５を中央空気供給ノズル１９１側に切替え、この空気供給ノズル１９１から冷却空気の供給を行って、中央フィルタ部材１３０を冷却する。これにより中央フィルタ部材１３０の温度が低下して上限温度以下の適切な温度範囲内となる。こうなればＥＣＵ５００が中央オゾン供給ノズル１４１からのオゾン供給を実行する。以上のような制御方法は外周フィルタ部材２３０の再生についても同様である。
このように、本第五実施形態によれば、前記第一実施形態と同様の作用効果に加え、不適切な温度範囲特に過剰な高温でのオゾン供給を防止でき、オゾンのさらに効率的な利用を達成できる。
この第五実施形態に関しても、効果を確認するための実験を行ったので、その結果を以下に示す。
（１）実験装置
第一実施形態と同様である。
（２）実験条件
エンジン１０の運転条件を回転数２４００ｒｐｍ、トルク７７Ｎｍに変更した点を除き、第一実施形態と同様である。ここでより高負荷側の運転条件にしたのは排気温度を上昇させるためである。この運転条件の場合、排気ガス温度は３００数十℃に達する。
（３）ＰＭ酸化速度算出方法
第一実施形態と同様である。
（４）実施例及び比較例
・実施例２
外周弁体２５１を閉じ、中央弁体１５１を開いて、エンジンからの排気ガスを中央フィルタ室１１０にのみ流し、この状態を３０分間継続する。この間、中央フィルタ部材１３０にＰＭが堆積され、中央フィルタ部材１３０が比較的高温まで温度上昇する。この後、外周弁体２５１を開き、中央弁体１５１を閉じて、排気ガスを外周フィルタ室２１０のみに流すと共に、中央フィルタ室１１０への排気ガス流入を遮断する。この状態で、中央空気供給ノズル１９１から中央フィルタ室１１０に空気を供給し、中央温度センサ１９０で検出される温度を２４５〜２５５℃の範囲になるように制御する。この状態で中央フィルタ室１１０にオゾンを含む供給ガスを供給し、中央フィルタ部材１３０に堆積されたＰＭを１０分間酸化させる。
・比較例２
この比較例２は実施例２と同様の実験装置を用いるが、以下の点で実施例２と異なる。即ち、排気ガス流入を外周フィルタ室２１０から中央フィルタ室１１０に切り替えた後、中央空気供給ノズル１９１からの空気供給を行わず、温度制御しないで、中央フィルタ室１１０に供給ガスを供給し、中央フィルタ部材１３０に堆積されたＰＭを１０分間酸化させる。このときの温度は２９５〜２８３℃であった。
（５）実験結果
これら実施例２及び比較例２のＰＭ酸化速度の比較を図２５に示す。見られるように、実施例２の場合、比較例２よりもＰＭ酸化速度が向上されており、これにより、空気供給により適切な温度範囲内でオゾン供給を行う本実施形態の効果が明らかとなる。
以上、本発明の第四および第五実施形態について説明してきたが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、図２６に示すように、ケーシング２２１内を軸方向に沿った平面で縦割り状に二分割してフィルタ室１１０Ａ，２１０Ａを形成するようにしてもよい。この場合、フィルタ室１１０Ａ，２１０Ａにそれぞれフィルタ部材１３０Ａ，２３０Ａ、オゾン供給ノズル（図示せず）などといった前記の各構成要素が配置される。そして半円状の一つの弁体５１Ａが、オゾン供給を行うフィルタ室に対応して、回転軸３５３Ａにより１８０°回転され、交互にフィルタ室１１０Ａ，２１０Ａを開閉する。オゾン供給を行わないときは弁体５１Ａが水平に保持され、両フィルタ室１１０Ａ，２１０Ａへの排気ガス流入が許容される。この縦割り状の構造と前記実施形態の二重管構造とを比較すると、二重管構造の場合、一方のフィルタ室から他方のフィルタ室への熱伝達を全周方向の広い範囲で行える点で縦割り状の構造より有利であるが、構造がやや複雑となる点で縦割り状の構造より不利である。
前記第四および第五実施形態ではフィルタ室及びこれに対応する構成要素を二つとしたが、三つ以上とすることも可能である。またＰＭ捕集装置としてウォ−ルフロー型ＤＰＦを採用したが、他にも様々なフィルタ構造を採用することができる。例えば、静電捕集式のストレートフロー型フィルタであり、これは、排気ガス中に存在する一対の電極間に直流電圧を印加して放電を生成し、ＰＭを例えばマイナスに帯電させ、静電気力でプラス側若しくはアース側の電極に吸着させるものである。したがってＰＭ捕集装置はプラス側若しくはアース側の電極として形成される。
また、上記各実施形態では切替弁４３および弁手段５０の動作を全開または全閉の２状態としたが、このようなステップ的な変更に代えて、排気側の二方向に対する排出量の割合を連続的に可変できるような切替弁および弁手段を用いてもよい。
なお、上記各実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
本発明は、圧縮着火式内燃機関としてのディーゼルエンジン以外にも、ＰＭ発生の可能性のある全ての内燃機関に適用できる。例えば、直噴の火花点火式内燃機関、より具体的には直噴リーンバーンガソリンエンジンである。このエンジンでは筒内燃焼室に燃料が直接噴射されるが、燃料噴射量が多い高負荷域では燃料が燃焼しきらず、ＰＭが発生する可能性がある。このようなエンジンに本発明を適用しても、前記同様の作用効果が十分期待できる。

本発明はオゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、オゾンを効果的に使用可能とするために利用できる。

Claims (19)

1. 排気通路に分岐して接続され、排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数の粒子状物質捕集装置と、
   前記複数の粒子状物質捕集装置の上流側にオゾンをそれぞれ供給可能なオゾン供給手段と、
   前記複数の粒子状物質捕集装置の間における排気ガスの供給量の割合およびオゾンの供給量の割合をそれぞれ変更させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求の範囲１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記複数の粒子状物質捕集装置よりも上流側の前記排気通路内に配置されて排気ガス中の所定物質を除去する少なくとも一つの触媒装置を更に備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求の範囲１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記複数の粒子状物質捕集装置の捕集量を個別に検出する捕集量検出手段と、
   前記複数の粒子状物質捕集装置の温度を個別に検出する温度検出手段と、
   を更に備え、
   前記制御手段は、前記捕集量検出手段によって検出された捕集量に基づいて排気ガスの供給量の割合を制御すると共に、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいてオゾンの供給量の割合を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求の範囲１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記制御手段は、排気ガスの供給量の割合が比較的小さくされている前記粒子状物質捕集装置に対するオゾンの供給量の割合を比較的大きくすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求の範囲１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記複数の粒子状物質捕集装置に対する排気ガスの通路を個別に全閉可能であり、且つ前記複数の粒子状物質捕集装置に対するオゾンの通路を個別に全閉可能であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 請求の範囲１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記複数の粒子状物質捕集装置の捕集量を個別に検出する捕集量検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記複数の粒子状物質捕集装置のうち捕集量が低い粒子状物質捕集装置を排気ガスの供給先として選択することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 請求の範囲３ないし６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記制御手段は、
   前記複数の粒子状物質捕集装置のうち前記捕集量が比較的大きい粒子状物質捕集装置の前記温度が所定の低温側基準値を下回る場合に、当該粒子状物質捕集装置に対するオゾン供給量を所定の最大量に設定し、
   当該粒子状物質捕集装置の前記温度が前記低温側基準値を上回る場合に、当該粒子状物質捕集装置に対するオゾン供給量を排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
8. 請求の範囲３ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記制御手段は、前記複数の粒子状物質捕集装置のうち前記捕集量が比較的大きい粒子状物質捕集装置の前記温度が所定の低温側基準値を下回る場合に、前記捕集量が比較的小さい粒子状物質捕集装置をオゾンの供給先として選択することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
9. 請求の範囲３ないし８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記制御手段は、前記温度が所定の高温基準値を上回る場合に、前記オゾン供給手段からのオゾンの供給を停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
10. 請求の範囲３ないし９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記複数の粒子状物質捕集装置は昇温手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記昇温手段を制御して、排気ガスの供給先として選択される前記粒子状物質捕集装置の前記温度が所定の高温基準値を上回る場合に、当該粒子状物質捕集装置を昇温させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
11. 請求の範囲２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記少なくとも一つの触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記少なくとも一つの触媒装置の温度に基づいて前記オゾン供給手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
12. 請求の範囲１ないし１１のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記排気通路の分岐点に、排気ガスの供給量の割合を前記複数の粒子状物質捕集装置の間で変更可能な排気制御弁を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
13. 請求の範囲１ないし１２のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記オゾン供給手段は、単一のオゾン供給源からのオゾンの供給量の割合を前記複数の粒子状物質捕集装置の間で変更可能なオゾン制御弁を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
14. 請求の範囲１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記粒子状物質捕集装置は、単一のケーシング内に互いに隣接して且つ排気ガス流れ方向に対して並列に区画形成された複数のフィルタ室と、これらフィルタ室にそれぞれ配置されたフィルタ部材と、排気ガスが流入する前記フィルタ室を切り替える弁手段とを備え、
    前記オゾン供給手段は、前記複数のフィルタ室にそれぞれ配置され、
    前記弁手段は、前記オゾン供給手段の上流側に配置されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
15. 請求の範囲１４に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記フィルタ室が、前記ケーシング内の中央部及び外周部に二つ形成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
16. 請求の範囲１４または１５に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記弁手段が、前記オゾン供給手段からのオゾン供給が実行される前記フィルタ室に排気ガスが流入せず、前記オゾン供給手段からのオゾン供給が実行されない前記フィルタ室に排気ガスが流入するように、前記フィルタ室を切り替えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
17. 請求の範囲１４ないし１６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記弁手段が、前記複数のフィルタ室のうちの一部のフィルタ室を開閉する第一弁体と、前記複数のフィルタ室のうちの残りのフィルタ室を開閉する第二弁体と、オゾン供給が実行される前記フィルタ室に対応して、前記第一弁体及び第二弁体が交互に開閉するように前記第一弁体及び第二弁体を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
18. 請求の範囲１４ないし１７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    少なくとも一つの前記フィルタ部材に流入するガス又は当該フィルタ部材の温度を検出する少なくとも一つの温度検出手段と、この検出された温度に応じて、当該フィルタ部材に対応する前記オゾン供給手段からのオゾン供給を制御する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
19. 請求の範囲１８に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記少なくとも一つのフィルタ部材と前記弁手段との間に配置され、当該フィルタ部材にその上流側から冷却ガスを供給可能な冷却ガス供給手段と、前記検出された温度に応じて、前記冷却ガス供給手段からの冷却ガス供給を制御する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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