(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気系に配置されるフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタには不純物を補集するための補集壁を設け、同補集壁には同不純物を浄化するための触媒であって、排気流により移動しやすい触媒を担持する担持層を設け、同担持層では同触媒の担持量を補集壁の排気上流側ほど多くなるようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
機関排気系に配置されるフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転させるための逆転手段を備え、同フィルタには不純物を補集するための補集壁を設け、同補集壁には同不純物を浄化するための触媒であって、排気流により移動しやすい触媒を担持する担持層を設け、同担持層では同触媒の担持量を、補集壁の排気上流側と排気下流側との間の中間部ほど多くなるようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒は、微粒子を酸化除去可能な微粒子酸化除去剤である請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記微粒子酸化除去剤は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類及び遷移金属から選ばれた少なくとも１つの金属からなることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気系に配置されるフィルタを備えた浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排気浄化装置として、例えば、特公平７−１０６２９０号公報に記載された構成のものがある。この構成においては、フィルタの壁上に白金族金属及びアルカリ土金属酸化物の混合物を含んでなる触媒を設けている。そして、以上に構成に基づき、微粒子（パティキュレート）を含むディーゼルエンジンの排気ガスが浄化されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種の排気浄化装置においては、フィルタに担持された微粒子除去用のアルカリ土金属酸化物が排気ガスの流れによって、排気上流側から排気下流側に移動する。これにより、フィルタ上の排気上流側におけるアルカリ土金属酸化物の担持量が次第に少なくなり、場合によっては、排気上流側においてアルカリ土類金属酸化物がほとんど担持されなくなって、排気を浄化するためにの領域が狭くなり、排気浄化に支障を来すおそれがあった。
【０００４】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、フィルタの使用に伴い、その排気上流側における触媒の担持量が少なくなるのを抑制することができ、排気ガスを長期間にわたって良好に浄化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にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、機関排気系に配置されるフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタには不純物を補集するための補集壁を設け、同補集壁には同不純物を浄化するための触媒であって、排気流により移動しやすい触媒を担持する担持層を設け、同担持層では同触媒の担持量を補集壁の排気上流側ほど多くなるようにしたことを特徴とするものである。
【０００６】
従って、請求項１に記載の発明によれば、フィルタの使用に伴い、排気ガスの流れによって補集壁上の不純物を浄化するための触媒であって、排気流により移動しやすい触媒が排気上流側から排気下流側に移動された場合でも、その排気上流側における同触媒の担持量が必要以上に少なくなるのを抑制することができる。言い換えれば、触媒担持層全体において、触媒の量を平均化させることができ、排気ガス浄化装置を長期間使用しても、触媒担持層全体で排気ガスを良好に浄化することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、機関排気系に配置されるフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転させるための逆転手段を備え、同フィルタには不純物を補集するための補集壁を設け、同補集壁には同不純物を浄化するための触媒であって、排気流により移動しやすい触媒を担持する担持層を設け、同担持層では同触媒の担持量を、補集壁の排気上流側と排気下流側との間の中間部ほど多くなるようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
従って、逆転手段により、フィルタを流れる排気の方向が適宜に逆転される。
そして、この排気流の逆転により浄化機能の回復を図ることができる。このように、排気の流れる方向が正逆２方向であっても、不純物を浄化するための触媒であって、排気流により移動しやすい触媒の中間部における担持量が多くなっているため、排気流によって触媒担持層全体において触媒の量が平均化され、排気ガスを長期間にわたって触媒担持層全体で良好に浄化することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、触媒は、微粒子を酸化除去可能な微粒子酸化除去剤である。
従って、パティキュレートを含む排気ガスを効果的に浄化でき、特にディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置として有効である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記微粒子酸化除去剤は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類及び遷移金属から選ばれた少なくとも１つの金属からなるものである
従って、これらの金属により、微粒子を含む排気ガスを好適に浄化でき、ディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置としてきわめて有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、この実施形態の排気浄化装置は、図示しないディーゼルエンジンにおける排気マニホルドの下流側に排気管１２を介して接続される切換部１１と、フィルタ１３と、フィルタ１３の一方側と切換部１１とを接続する第１接続部１４と、フィルタ１３の他方側と切換部１１とを接続する第２接続部１５と、切換部１１の下流側の排気通路１６とを具備している。
【００１２】
前記切換部１１はフィルタ１３の排気上流側と排気下流側とを逆転させるための逆転手段を構成し、その内部には排気流れを切換えるための弁体１１ａを具備している。そして、図１に示すように、弁体１１ａが一方の切換位置に切り換え配置されたときには、切換部１１内の上流側が第１接続部１４に連通されるとともに、切換部１１内の下流側が第２接続部１５に連通される。この状態で、排気ガスが図１に矢印で示すように、フィルタ１３の一方側から他方側に流れる。
【００１３】
これに対して、図３に示すように、弁体１１ａが他方の切換位置に切り換え配置されたときには、切換部１１内の上流側が第２接続部１５に連通されるとともに、切換部１１内の下流側が第１接続部１４に連通される。この状態で、排気ガスが図３に矢印で示すように、フィルタ１３の他方側から一方側に流れる。こうして、弁体１１ａを切り換えることにより、フィルタ１３に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、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とを逆転することができる。
【００１４】
なお、このフィルタ１３の排気上流側と排気下流側との逆転操作は、例えば所定時間毎、車両の所定走行距離毎、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側との差圧が設定値以上になったとき、フィルタ１３のパティキュレート堆積量が設定値以上になったとき等に行われるようになっている。
【００１５】
このように、この排気浄化装置は、簡単な構成によって、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とを交互に逆転することが可能である。また、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、この排気浄化装置では、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フィルタを使用することができる。
【００１６】
次に、前記フィルタ１３の構造について説明する。図４〜図６に示すように、このフィルタ１３は、正面がほぼ長円形状を有し、例えばコージライトのような多孔質セラミック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って、多数の軸線方向に延びる隔壁１９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２つの軸線方向空間において、一方の空間は排気下流側または上流側で栓２０により閉鎖され、他方の空間は排気上流側または下流側で栓２０により閉鎖されている。
【００１７】
これにより、隣接する２つの軸線方向空間の一方が排気ガスの流入通路２１になるとともに、他方が排気ガスの流出通路２２になって、図５に実線矢印及び図６に示すように、排気ガスが多孔質をなす隔壁１９の細孔１７を通過することになる。この場合、排気ガス中の図示しないパティキュレーは、隔壁１９の細孔１７の大きさに比較して非常に小さいものであるが、図６（ａ）から明らかなように、隔壁１９の排気上流側表面上及び隔壁１９内の細孔１７表面上に衝突して補集される。こうして、各隔壁１９は、パティキュレートを補集するための補集壁として機能する。
【００１８】
図７に示すように、前記フィルタ１３の各隔壁１９の両側表面上、及び各隔壁１９内の細孔１７表面上には、触媒担持層２７が塗布されている。なお、図７は、理解を容易にするために、隔壁１９の細孔を省略し、構成を単純化するとともに、触媒担持層２７を厚く誇張して描いたものである。前記触媒担持層２７には触媒としての貴金属触媒２３及び微粒子酸化除去剤２４がアルミナ２５等を使用して担持されている。これにより、フィルタ１３の各隔壁１９で補集されたパティキュレートを酸化除去するようになっている。なお、微粒子酸化除去剤とは、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きに酸素を取り込んで保持し、周囲の酸素濃度が低下したときに保持した酸素を活性酸素の形で放出するものである。
【００１９】
前記貴金属触媒２３としては、通常、白金Ｐｔが用いられている。また、微粒子酸化除去剤２４としては、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１つの金属が用いられている。また微粒子酸化除去剤２４は、ＮＯX吸収剤としても機能する。従って、以後、微粒子酸化除去剤２４がＮＯX吸収剤及びＳＯX吸収剤として機能する場合を説明する際には、これをＮＯX吸収剤２４として説明する。
【００２０】
このＮＯX吸収剤２４は、近傍雰囲気中の空燃比がリーンのときにはＮＯX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ＮＯXを放出し、結果としてＮＯXの吸放出作用を行う。
【００２１】
この吸放出作用は、図９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。このメカニズムについて触媒担持層２７の貴金属触媒２３として白金Ｐｔ及び微粒子酸化除去材２４としてバリウム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。
【００２２】
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９（ａ）に示されるように、これら酸素Ｏ2がＯ2―又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2―又はＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（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９（ａ）に示されるように、硝酸イオンＮＯ3―の形でＮＯX吸収剤２４内に拡散する。このようにしてＮＯXがＮＯX吸収剤２４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ＮＯ2が生成され、ＮＯX吸収剤２４のＮＯX吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ2が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3―が生成される。
【００２３】
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ＮＯ2の生成量が低下する。ＮＯ2の生成量が低下すると、反応が逆方向（ＮＯ3―→ＮＯ2）に進み、かくしてＮＯX吸収剤２４内の硝酸イオンＮＯ3―がＮＯ2の形でＮＯX吸収剤２４から放出される。このときＮＯX吸収剤２４から放出されたＮＯXは、図９（ｂ）に示されるように、近傍雰囲気中に含まれるＨＣ及びＣＯ等と反応して還元される。このようにして、白金Ｐｔの表面上にＮＯ2が存在しなくなると、ＮＯX吸収剤２４から次々にＮＯ2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ＮＯX吸収剤２４からＮＯXが放出され、しかも、この放出されたＮＯXが還元されるために、大気中にＮＯXが排出されることはない。
【００２４】
ＮＯX吸収剤２４のＮＯXの吸収能力には限界があり、ＮＯX吸収剤２４のＮＯX吸収能力が飽和する前に、ＮＯX吸収剤２４からＮＯXを放出させる必要がある。すなわち、ＮＯX吸収剤２４に吸収されているＮＯXの量がＮＯX貯蔵可能量に達する以前にＮＯXを放出させ、還元浄化する再生の必要がある。そのためには、ＮＯX吸収量をマップなどの手段を用いて推定し、それが許容量に達したときに、理論空燃比またはリッチ空燃比での低温燃焼を実施するか、または、図示しない燃料供給装置からフィルタ１３の上流側に燃料を供給する。これに基づいて、フィルタ１３の近傍雰囲気を理論空燃比またはリッチ空燃比とする。このため、前述のように、ＮＯX吸収剤２４からＮＯXが放出され、この放出されたＮＯXが還元され、ＮＯX吸収剤２４が再生される
また、内燃機関の燃料には硫黄が含まれており、燃焼に際してＳＯXが生成される。ＳＯXは、前記ＮＯXと同様なメカニズムにより硫酸塩の形でＮＯX吸収剤２４に吸収される。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、フィルタから放出され難く、吸蔵量が徐々に増加する。ＮＯX吸収剤２４への硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、ＮＯX吸収剤２４における硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯX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ＳＯXを吸収することができなくなる。
【００２５】
この場合、以下のようにして、ＮＯX吸収剤２４のＳＯX被毒が回復される。まず、ＳＯX被毒の回復が必要な時期であるか否かが判断される。この判断は、消費燃料の積算量等に基づいて行われる。また、ＮＯｘの浄化処理において、フィルタの排気上流側の空燃比はリッチにされるが、前述の再生中においては、ＨＣ等の還元物質が、放出されたＮＯXの還元浄化に使用されるために、フィルタ１３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、フィルタ１３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、ＳＯX被毒の回復時期が判断可能である。すなわち、ＳＯX被毒が進行していると、再生時期におけるＮＯXの吸収量が少なくなっており、それがセンサ（図示しない）等により検出される。
【００２６】
そして、これに基づき、フィルタ１３に対して前記燃料供給装置によって燃料が供給される。こうして、フィルタ１３には十分な酸素と燃料とが供給され、この燃料は、主にフィルタ１３の排気入口部において、そこに担持されている触媒によって良好に燃焼を開始する。燃焼のよって得られた熱は、排気ガスの流れにともなって触媒の下流側に伝播し、従って、触媒の上流側に比べ下流側の温度が高くなる。
【００２７】
供給された燃料によって、排気入口部を含めてフィルタ１３全体を徐々に昇温することができる。ＳＯX被毒の源である硝酸塩は安定な物質であるが、フィルタ１３が６００℃程度の高温とされれば、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、ＳＯXとして放出させることができる。従って、ＳＯX被毒の回復には、フィルタ１３全体を約６００℃まで昇温する必要があるが、前述のように、燃焼によって得られた熱は、排気ガスの流れにともなって触媒の下流側に伝播し、触媒下流から放熱するようになるため、触媒温度を上昇させるのに長い時間が必要である。
【００２８】
このため、一定時間毎に弁体１１ａを切り換えて、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とを逆転する。この所定時間は、例えば、数十秒ないし数分である。従って、弁体７１ａが切り替えられた時には、触媒下流側から放熱していた熱が逆からの排気ガスの流れで触媒の中央側に伝播するようになり、熱を捨てずに済むため、触媒の温度を短時間で上昇させることができる。
こうして、フィルタ１３が６００℃に昇温されれば、燃料が供給されることにより、フィルタ１３の近傍雰囲気が結果として理論空燃比、又は好ましくはリッチ空燃比とされる。それにより、フィルタ１３からＳＯXの放出が開始され、このＳＯXは還元浄化される。そして、所定の時間が経過すると、弁体７１ａが切り替えられ、フィルタ１３の排気上流側と下流側とを逆転する。前述したように、触媒は、主に上流側の温度が低いため、上流側に吸蔵されたＳＯXが放出されにくいが、触媒の上流側と下流側とを逆転させることによって、放出されにくい上流側が今度は温度の高い下流側に位置することになり、触媒全体にわたってＳＯXを還元浄化することができる。こうして、ＮＯX吸蔵還元触媒装置全体のＳＯX被毒回復を短時間で完了することができる。
【００２９】
次いで、例えば、第一接続部７２ａ及び第二接続部７２ｂのそれぞれに空燃比センサ（図示しない）を設けて、これら空燃比センサの出力がほぼ等しいか否かが判断される。すなわち、フィルタ１３の排気上流側の空燃比と排気下流側の空燃比とがほぼ等しいか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ＨＣ等の還元物質がＳＯXの還元浄化に使用されていないことであり、すなわち、ＳＯX被毒回復は完了したこととなる。但し、弁体を切り換えた直後では、排気下流側の空燃比はリッチのままであり、空燃比の検出は、弁体を切り換える直前、又は、弁体の切り換えを停止して暫くしてから実施することが好ましい。
【００３０】
次に、このような微粒子酸化除去剤２４を担持するフィルタ１３によって、補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、貴金属触媒２３として白金Ｐｔを用い、微粒子酸化除去剤２４としてカリウムＫを用いた場合を例にとって説明する。なお、貴金属触媒２３として他の貴金属を用いたり、微粒子酸化除去剤２４として他のアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いた場合でも、同様なパティキュレート除去作用が行われる。
【００３１】
さて、上述のように、ディーゼルエンジンにおいては、通常、空気過剰のもとで燃焼が行われるため、排気ガスには多量の過剰空気が含まれている。すなわち、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。さらに、燃料中にはイオウＳが含まれていて、このイオウＳが燃焼室内で酸素と反応してＳＯ2となるため、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、フィルタ１３の排気上流側に流入することになる。
【００３２】
上記のように、排気ガス中には多量の過剰空気が含まれているため、この排気ガスがフィルタ１３の排気ガス接触面に接触すると、図１０に示すように、これらの酸素Ｏ2がＯ2‐またはＯ2‐の形で、白金Ｐｔよりなる貴金属触媒２３の粒子の表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔよりなる貴金属触媒２３の表面上でＯ2‐またはＯ2‐と反応して、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。
【００３３】
次いで、生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔよりなる貴金属触媒２３上で酸化されつつ微粒子酸化除去剤２４内に吸収され、カリウムＫと結合しながら、図１０に示すように、硝酸イオンＮＯ3-の形で微粒子酸化除去剤２４内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ3を生成する。このようにして、本実施形態では、排気ガスに含まれる有害なＮＯXをフィルタ１３に吸収して、大気中への放出量を大幅に減少させることができる。
【００３４】
一方、上記のように排気ガス中にはＳＯ2も含まれているため、このＳＯ2も前記ＮＯの場合と同様なメカニズムによって、微粒子酸化除去剤２４内に吸収される。すなわち、前記のように酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で、白金Ｐｔよりなる貴金属触媒２３の粒子の表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2は白金Ｐｔよりなる貴金属触媒２３の表面上でＯ2-またはＯ2-と反応してＳＯ3となる。
次いで、生成されたＳＯ3の一部は白金Ｐｔよりなる貴金属触媒２３上でさらに酸化されつつ微粒子酸化除去剤２４内に吸収され、カリウムＫと結合しながら、硫酸イオンＳＯ４2-の形で微粒子酸化除去剤２４内に拡散し、硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を生成する。このようにして、微粒子酸化除去剤２４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。
【００３５】
さらに、排気ガス中のパティキュレートは、図１１において符号２６で示すように、フィルタ１３に担持された微粒子酸化除去剤２４の表面上に付着する。このとき、パティキュレート２６と微粒子酸化除去剤２４との接触面では酸素濃度が低下する。このため、この接触面の部分と、酸素濃度の高い微粒子酸化除去剤２４内との間で濃度差が生じて、微粒子酸化除去剤２４内の酸素がパティキュレート２６と微粒子酸化除去剤２４との接触面の部分に向けて移動しようとする。
【００３６】
その結果、微粒子酸化除去剤２４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２６と微粒子酸化除去剤２４との接触面に向かって放出される。これと同時に、ＮＯが微粒子酸化除去剤２４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よりなる貴金属触媒２３上において酸化されて、再び微粒子酸化除去剤２４内に吸収される。
【００３７】
このとき、微粒子酸化除去剤２４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２６と微粒子酸化除去剤２４との接触面に向かって放出される。これと同時に、ＳＯ2が微粒子酸化除去剤２４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よりなる貴金属触媒２３上において酸化されて、再び微粒子酸化除去剤２４内に吸収される。ただし、硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は安定化しているため、硝酸カリウムＫＮＯ3に比較して活性酸素を放出しにくい。
【００３８】
一方、パティキュレート２６と微粒子酸化除去剤２４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。このように、化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギーを有しており、極めて高い活性を有する。つまり、パティキュレート２６と微粒子酸化除去剤２４との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。よって、この活性酸素Ｏがパティキュレート２６と接触することにより、パティキュレート２６は輝炎を発することなく酸化されることになる。
【００３９】
全てのパティキュレート２６を酸化するには活性酸素量が不足している場合には、図１２（ａ）に示すように、パティキュレート２６が微粒子酸化除去剤６１上に付着すると、パティキュレート２６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６３がフィルタ１３の排気上流側の面上に残留する。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６３が排気上流面上に残留し、その結果、図６（ａ）及び図１２（ｂ）に示されるように、フィルタ１３の隔壁１９の排気上流側の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。
【００４０】
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する。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の酸化作用および微粒子酸化除去剤６１による活性酸素の放出作用が抑制される。それにより、時間をかければ、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１２（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２６が次から次へと堆積して、即ち、パティキュレート２６が積層状に堆積すると、これらパティキュレート２６は、白金Ｐｔや微粒子酸化除去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２６であっても、活性酸素によって酸化されることはない。
【００４１】
従って、このパティキュレート２６上に、さらに別のパティキュレート２６が次から次へと堆積する。すなわち、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも多い状態が継続すると、フィルタ１３上にはパティキュレート２６が積層状に堆積してしまうことになる。
【００４２】
そこで、車両の走行距離積算値が設定走行距離に達した場合には、走行距離積算値を０にリセットした後、弁体を切り換え、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とを逆転する。
【００４３】
車両が設定走行距離を走行する間には、図６（ａ）に示すように、排気ガスが主に衝突する隔壁１９の排気上流側表面及び細孔１７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２６を衝突捕集し、微粒子酸化除去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２６が残留することがある。この時点では、フィルタ１３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２６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。この時点において、フィルタ１３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１９の一方の捕集面に残留するパティキュレート部分６３上には、さらに、パティキュレート２６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部分６３は徐々に酸化除去される。
【００４４】
また、残留パティキュレート部分６３は、逆方向の排気ガス流によって、図６（ｂ）に示すように、容易に破壊されて細分化され、細孔１７内を主に下流側へ流動する。
【００４５】
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１９の細孔１７内に分散し、隔壁１９の細孔１７の内表面に担持させた微粒子酸化除去剤２４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１９の細孔１７内にも微粒子酸化除去剤２４を担持させることで、残留パティキュレート部分６３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１９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１９の排気上流側表面及び細孔１７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２６が付着して微粒子酸化除去剤２４から放出された活性酸素によって酸化除去される。
【００４６】
これらの酸化除去の際に微粒子酸化除去剤２４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。
【００４７】
すなわち、隔壁１９の一方の捕集面の残留パティキュレート６３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１９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１１ａの切り換え時点において、隔壁１９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６３上に堆積するパティキュレート２６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２６が堆積することはないために、堆積パティキュレート６３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。
【００４８】
弁体１１ａの切り換えは、設定走行距離毎に行うようになっており、フィルタ１３上の残留パティキュレート６３が酸化され難いカーボン質に変質する以前に弁体１１ａが切り換えられる。また、多量のパティキュレート６３が堆積する以前にパティキュレート６３を酸化除去することは、多量の堆積パティキュレート６３が一度に着火燃焼して多量の燃焼熱によりフィルタ１３が溶損する等の問題を防止することにもなる。
【００４９】
また、何らかの要因によって、弁体１１ａの切り換え時点でフィルタ１３の隔壁１９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１１ａが切り換えられれば、堆積パティキュレート６３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。このために、隔壁１９の細孔１７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フィルタ１３から排出されることとなるが、フィルタ１３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、フィルタ１３の他方の捕集面によって新たなパティキュレート２６の捕集が可能となる。
【００５０】
こうして、設定走行距離毎に弁体１１ａを切り換えれば、フィルタ１３に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１１ａ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。
【００５１】
そして、この実施形態において、フィルタ１３においては、各隔壁１９上の微粒子酸化除去剤２４の担持量が隔壁１９の排気上流側ほど多くなるように構成されている。すなわち、この実施形態では、切換部１１の弁体１１ａの切り換えにより、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とが逆転切換されるため、図８に実線で示すように、微粒子酸化除去剤２４の担持量が、初期状態（製造直後）では、隔壁１９の中間部において最大で、その中間部よりも排気下流側となる両端部側に向かって次第に少なくなるように構成されている。なお、図８では、理解を容易にするために、微粒子酸化除去剤２４の担持量のカーブを単純化して直線的に描いたが、実際には、平坦な高原部と裾野部とを有するなだらかなカーブを描く。
【００５２】
前記のように、微粒子酸化除去剤２４の担持量が隔壁１９の排気流方向中間部において多くなるようにするためには、例えば、以下のような製造工程を経る。すなわち、微粒子酸化除去剤２４を混合した溶液またはスラリに対し、フィルタ１３をその排気上流側または下流側の端部から中央側まで浸漬し、その排気上流側または下流側の端部から中央側まで前記溶液またはスラリを塗布する。次いで、フィルタ１３を上下反転して、フィルタ１３をその排気下流側または上流側の端部から中央側まで溶液またはスラリに浸漬し、その排気下流側または上流側の端部から中央側まで前記溶液またはスラリを塗布する。そして、この場合、前記中央側において、溶液またはスラリの塗布がラップするようにする。
【００５３】
従って、フィルタ１３の中央側における塗布量が排気上流側及び下流側のそれよりも多くなり、中央側の微粒子酸化除去剤２４の担持量が多くなる。なお、白金Ｐｔは、排気流によって移動することがないため、微粒子酸化除去剤２４のような排気上流側の担持量を多くするようなことは不要である。
【００５４】
以上の構成により、フィルタ１３の使用に伴い、排気ガスの流れによって隔壁１９上に担持された軟質金属の微粒子酸化除去剤２４が排気上流側から排気下流側に移動された場合でも、微粒子酸化除去剤２４の塗布量が、図８に実線で示すように、排気流方向において平均化するだけである。従って、排気上流側における微粒子酸化除去剤２４の担持量が少なくなるのが抑制される。
【００５５】
すなわち、排気ガスがフィルタ１３の一方側から他方側へ流れるような切換状態の場合には、微粒子酸化除去剤２４の担持量が隔壁１９の他方側へ変移する。また、排気ガスがフィルタ１３の他方側から一方側へ流れるように逆転した場合には、微粒子酸化除去剤２４の担持量が隔壁１９の一方側へ変移する。
【００５６】
このように、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側との逆転切換に伴って、微粒子酸化除去剤２４の担持量が隔壁１９の一方側と他方側とに交互に変移することにより、隔壁１９の中間部における微粒子酸化除去剤２４の最大担持部分が徐々に取り崩されて、隔壁１９の両端部側へ補充されることになる。従って、微粒子酸化除去剤２４が、図８の実線の状態から、頂部が低くなるとともに、裾野が高くなるように、鎖線の状態になり、その高さが平均化する。このため、長期間にわたって、排気ガスの浄化機能を良好に維持できる。
【００５７】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）  この内燃機関の排気浄化装置においては、機関排気系に配置されるフィルタ１３が装備され、そのフィルタ１３には隔壁１９が設けられている。また、隔壁１９には微粒子酸化除去剤２４が担持され、その微粒子酸化除去剤２４の担持量が隔壁１９の排気上流側ほど多くなるように構成されている。
【００５８】
このため、フィルタ１３の使用に伴い、排気ガスの流れによって隔壁１９上の微粒子酸化除去剤２４が排気上流側から排気下流側に移動された場合でも、その排気上流側における微粒子酸化除去剤２４の担持量が下流側よりも少なくなるのを抑制することができる。よって、排気ガスを長期間にわたって良好に酸化除去することができできる。
【００５９】
（２）  この内燃機関の排気浄化装置においては、前記微粒子酸化除去剤２４が、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１つの金属からなっている。このため、前記金属のうちの少なくとも１つからなる微粒子酸化除去剤２４の作用で、フィルタ１３に補集され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。
【００６０】
（３）  この内燃機関の排気浄化装置においては、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とを逆転させるための切換部１１が装備されている。そして、前記微粒子酸化除去剤２４の担持量が、隔壁１９の排気上流側と排気下流側との中間部ほど多くなるように構成されている。このため、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とを逆転させることにより、フィルタ１３に残留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て、フィルタ１３の目詰まりを防止することができる。また、このフィルタ１３の上下流側の逆転使用時に、隔壁１９の排気上流側となる部分の微粒子酸化除去剤２４の担持量が少なくなるのを抑制することができる。
【００６１】
（変更例）
なお、この実施形態は上記の構成に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【００６２】
・  前記排気浄化装置において、フィルタ１３の排気上流側と排気下流側とが逆転されないように構成し、フィルタ１３の隔壁１９の排気下流側の端部から排気上流側の端部に向かって、微粒子酸化除去剤２４の担持量が次第に多くなるように形成すること。
【００６３】
・  前記排気浄化装置において、フィルタ１３に担持される貴金属触媒２３及び微粒子酸化除去剤２４として、前記実施形態で用いた金属とは別のものを用いること。
【００６４】
・  この発明の排気浄化装置を、前記実施形態のディーゼルエンジンのほかに、ガソリンエンジンに適用すること。
このように構成した場合でも、上記実施形態とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を示す平面図。
【図２】  図１の排気浄化装置の正面図。
【図３】  図１の排気浄化装置の切換部の切換状態を示す部分平面図。
【図４】  フィルタの構成を示す側面図。
【図５】  同じく断面図。
【図６】  フィルタの隔壁の部分拡大断面図。
【図７】  フィルタの隔壁の断面図。
【図８】  隔壁上の微粒子酸化除去剤の担持量の変移を説明する図。
【図９】  ＮＯXの吸放出作用を示す説明図。
【図１０】  パティキュレートの酸化作用を説明する図。
【図１１】  同じくパティキュレートの酸化作用を説明する図。
【図１２】  パティキュレートの堆積作用を説明する図。
【符号の説明】
１１…逆転手段を構成する切換部、１１ａ…弁体、１３…フィルタ、１９…補集壁としての隔壁、２４…微粒子酸化除去剤、２６…パティキュレート。
【図１】
0003641668.tif 000002
【図２】
0003641668.tif 000003
【図３】
0003641668.tif 000004
【図４】
0003641668.tif 000005
【図５】
0003641668.tif 000006
【図６】
0003641668.tif 000007
【図７】
0003641668.tif 000008
【図８】
0003641668.tif 000009
【図９】
0003641668.tif 000010
【図１０】
0003641668.tif 000011
【図１１】
0003641668.tif 000012
【図１２】
0003641668.tif 000013