(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、昇温手段を備えた微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられるバイパスモードを有し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられることにより、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられ、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行すべきとき、前記パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復を実行し、次いで前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロンを前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
排気ガス流れが順流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置と、排気ガス流れが逆流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置とに、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として更なるフィルタをそれぞれ配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記パティキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入するや否や輝炎を発することなく短時間のうちに酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持するための制御手段を具備し、それによって排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく酸化除去せしめるようにした請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記酸化剤が、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下するとその保持した酸素を活性酸素の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤である請求項２〜１２のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を第一の向きに通過する順流モードと、排気ガスがパティキュレートの壁を前記第一の向きとは逆向きの第二の向きに通過する逆流モードとを有し、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関を用い、前記逆流手段の順流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼を実行し、前記逆流手段の逆流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼を実行するようにした請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持されており、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項１〜１４のいずれか一項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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置が知られている。この種の内燃機関の排気浄化装置の例としては、例えば特公平７−１０６２９０号公報に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが特開平７−１０６２９０号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れが逆転されない。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子をパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散することができない。その結果、ある一定量以上の微粒子がパティキュレートフィルタの壁に捕集されると、微粒子を除去しようとする作用がすべての微粒子に十分に伝わらなくなってしまう。従って、特開平７−１０６２９０号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに流入する微粒子量がある一定量以上になると、そのすべての微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面に捕集されてしまうのに伴い、パティキュレートフィルタの有する微粒子除去作用がすべての微粒子に十分に伝わらなくなってしまい、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまう。そのため、パティキュレートフィルタが目詰まりし、背圧が上昇してしまう。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させ、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることにより微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止すると共に、排気ガスの流れが逆転せしめられたときにパティキュレートフィルタから微粒子が脱離する可能性を低減し、かつ、仮にパティキュレートフィルタから微粒子が脱離したとしても、その微粒子をパティキュレートフィルタの後段で除去することにより微粒子を酸化除去するのに必要な時間を確保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を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００６】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子が例えば活性酸素や排気ガス中の酸素によって酸化可能であり、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散される。そのため、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更に請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散されることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性が低減せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を例えば活性酸素や排気ガス中の酸素により酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止することができる。また請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置され、排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後においてパティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにしている。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００８】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタの壁に担持され、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散される。そのため、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更に請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散されることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性が低減せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止することができる。また請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置され、排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後においてパティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは無害化手段を通過するようにしている。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１０】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、昇温手段を備えた微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１２】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、昇温手段を備えた微粒子捕捉手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止すると共に、微粒子捕捉手段により捕捉した微粒子を酸化除去することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられるバイパスモードを有し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられることにより、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１４】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられることにより、微粒子捕捉手段が昇温せしめられる。そのため、ヒータのような別個の微粒子捕捉手段用昇温手段を設ける必要なく、パティキュレートフィルタをバイパスせしめられた排気ガスによって微粒子捕捉手段を昇温させることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、前記微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられ、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１６】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置では、微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられ、微粒子捕捉手段が昇温せしめられる。詳細には、微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされ、微粒子捕捉手段に微粒子が堆積していないときには排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされない。そのため、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられる必要がないときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられてしまうのに伴って、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化触媒の酸化除去作用が弱まってしまうのを回避することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行すべきとき、前記パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復を実行し、次いで前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１８】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置では、微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行すべきとき、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、次いで微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される。そのため、最初に微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行され、次にパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、最後に、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復の際に流出した硫黄により再び被毒した微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される場合よりも、微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される回数を少なくすることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２０】
請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう排気ガスが浄化されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロンを前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２２】
請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロンがパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明によれば、排気ガス流れが順流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置と、排気ガス流れが逆流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置とに、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として更なるフィルタをそれぞれ配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２４】
請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス流れが順流のときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置と、排気ガス流れが逆流のときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置とに、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として更なるフィルタがそれぞれ配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明によれば、前記パティキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入するや否や輝炎を発することなく短時間のうちに酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持するための制御手段を具備し、それによって排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく酸化除去せしめるようにした請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２６】
請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度が維持されることにより、排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明によれば、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２８】
請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度に基づき、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないようにすることができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明によれば、前記酸化剤が、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下するとその保持した酸素を活性酸素の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤である請求項２〜１２のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３０】
請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに担持されている酸化剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤により、周囲に過剰酸素が存在するときに酸素が取り込まれて保持され、周囲の酸素濃度が低下したときにその保持された酸素が活性酸素の形で放出される。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤が放出する活性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子を酸化除去することができる。
【００３１】
請求項１４に記載の発明によれば、前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を第一の向きに通過する順流モードと、排気ガスがパティキュレートの壁を前記第一の向きとは逆向きの第二の向きに通過する逆流モードとを有し、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関を用い、前記逆流手段の順流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼を実行し、前記逆流手段の逆流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼を実行するようにした請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３２】
請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、逆流手段の順流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼が実行され、逆流手段の逆流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実行される。つまり、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実行されるため、そのときの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯにより微粒子の酸化除去作用を促進することができる。更に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実行されるときに排気ガスが逆流せしめられる。そのため、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼が実行された時にパティキュレートフィルタの一方の表面上に微粒子が堆積し、パティキュレートフィルタのその表面上の触媒が硫黄被毒されてしまっていても、パティキュレートフィルタの反対側の表面から流入してパティキュレートフィルタの壁の内部を通過したＨＣ、ＣＯ含有排気ガスにより、パティキュレートフィルタの一方の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去することができる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明によれば、前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持されており、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３４】
請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、酸化剤がパティキュレートフィルタの壁の内部に担持されているため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更に請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子が移動せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００３６】
図１は本発明の内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口はパティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。
【００３７】
パティキュレートフィルタ２２は排気ガスを順流方向にも逆流方向にも流すことができるように構成されている。７１は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を順流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２の上流側通路となる第一通路、７２は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を逆流方向に通過するときにパティキュレートフィルタ２２の上流側通路となる第二通路である。７３は排気ガスの流れを順流方向と逆流方向とバイパス状態とで切り換えるための排気切換バルブ、７４は排気切換バルブ駆動装置である。パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側には、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉フィルタ８０が配置されている。
【００３８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２６を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管２６を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００３９】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取付けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、及び燃料ポンプ２８に接続される。
【００４０】
図２にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。パティキュレートフィルタ２２は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
【００４１】
本発明による実施形態では各排気ガス流入通路５０及び各排気ガス流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上、栓５３の外端面及び栓５２，５３の内端面上には全面に亘って例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上には、貴金属触媒、及び周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤が、パティキュレートフィルタの隔壁５４の表面上に一時的に捕集された微粒子を酸化するための酸化触媒として担持されている。
【００４２】
この場合、本発明による実施形態では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、酸素吸蔵・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。なお、この場合酸素吸蔵・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。
【００４３】
次にパティキュレートフィルタ２２による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金Ｐｔ及びカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、吸気通路及び燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室５内ではＮＯが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。また、燃料中にはイオウＳが含まれており、このイオウＳは燃焼室５内で酸素と反応してＳＯ２  となる。従って排気ガス中にはＳＯ２  が含まれている。従って過剰酸素、ＮＯ及びＳＯ２  を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００４４】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）において６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる酸素吸蔵・活性酸素放出剤を示している。上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２  がＯ２ −  又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ −  又はＯ２−と反応し、ＮＯ２  となる（２ＮＯ＋Ｏ２  →２ＮＯ２  ）。次いで生成されたＮＯ２  の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ −  の形で酸素吸蔵・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。
【００４５】
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酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸収される。即ち、上述したように酸素Ｏ２  がＯ２ −  又はＯ２−の形で白金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Ｏ２−と反応してＳＯ３  となる。次いで生成されたＳＯ３  の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ酸素吸蔵・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ＳＯ４２−  の形で酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ２  ＳＯ４  を生成する。このようにして酸素吸蔵・活性酸素放出触媒６１内には硝酸カリウムＫＮＯ３  及び硫酸カリウムＫ２  ＳＯ４  が生成される。
【００４６】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子が生成され、従って排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内を流れているときに、或いは排気ガス流入通路５０から排気ガス流出通路５１に向かうときに図３（Ｂ）において６２で示されるように担体層の表面、例えば酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１の表面上に接触し、付着する。
【００４７】
このように微粒子６２が酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と酸素吸蔵・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酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２と酸素吸蔵・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、酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ３  がカリウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＮＯが酸素吸蔵・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、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００４８】
一方、このとき酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に形成されている硫酸カリウムＫ２  ＳＯ４  もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ２  とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＳＯ２  が酸素吸蔵・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、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸収される。ただし、硫酸カリウムＫ２  ＳＯ４  は、安定化しているために硝酸カリウムＫＮＯ３  に比べて活性酸素を放出しづらい。
【００４９】
一方、微粒子６２と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ３  や硫酸カリウムＫ２  ＳＯ４  のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従って微粒子６２と酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２はただちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。従って微粒子６２はパティキュレートフィルタ２２上にほとんど堆積することがない。
【００５０】
あるいは、活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２の酸化作用が促進され、微粒子６２は数分から数１０分の短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられる。このように微粒子が酸化せしめられている間に他の微粒子が次から次へとパティキュレートフィルタ２２に付着する。従ってパティキュレートフィルタ２２上にはある程度の量の微粒子が常時堆積しており、この堆積している微粒子のうちの一部の微粒子が酸化除去せしめられることになる。このようにしてパティキュレートフィルタ２２上に付着した微粒子が輝炎を発することなく連続燃焼せしめられる。
【００５１】
尚、ＮＯｘは酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつ酸素吸蔵・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。微粒子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２２上に付着した微粒子６２は活性酸素Ｏによって酸化せしめられるがこれら微粒子６２は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。
【００５２】
従来のようにパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、従ってこのような火炎を伴なう燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温に維持しなければならない。
【００５３】
これに対して本発明では微粒子６２は上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２２の表面が赤熱することもない。即ち、云い換えると本発明では従来に比べてかなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。従って本発明による輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００５４】
ところで白金Ｐｔ及び酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１が放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。また当然のことながら微粒子自身の温度が高いほど酸化除去されやすくなる。従ってパティキュレートフィルタ２２上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。
【００５５】
図５の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。図５において横軸はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを示している。尚、図５は単位時間を１秒とした場合の、即ち１秒当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りの酸化除去可能微粒子量Ｇは１０分間当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２２上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇは図５に示されるようにパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。
【００５６】
単位時間当りに燃焼室５から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと称するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、即ち図５の領域Ｉでは燃焼室５から排出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２２に接触するや否や短時間のうちにパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００５７】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図５の領域ＩＩでは全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図４（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。即ち、全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には図４（Ａ）に示すように微粒子６２が酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１上に付着すると微粒子６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果図４（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われるようになる。
【００５８】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６３は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くしてこの残留微粒子部分６３はそのまま残留しやすくなる。また、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ２  の酸化作用及び酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図４（Ｃ）に示されるように残留微粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと堆積する。即ち、微粒子が積層状に堆積することになる。このように微粒子が積層状に堆積するとこれら微粒子は白金Ｐｔや酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から距離を隔てているためにたとえ酸化されやすい微粒子であってももはや活性酸素Ｏによって酸化されることがなく、従ってこの微粒子６４上に更に別の微粒子が次から次へと堆積する。即ち、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ２２上には微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
【００５９】
このように図５の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図５の領域ＩＩでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する。従って微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積しないようにするためには排出微粒子量Ｍを常時酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくしておく必要がある。
【００６０】
図５からわかるように本発明の実施形態で用いられているパティキュレートフィルタ２２ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であり、従って図１に示す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少なくなるように維持することが可能である。従って本発明による第１の実施形態においては排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少なくなるように維持するようにしている。
【００６１】
排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少ないとパティキュレートフィルタ２２上に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど上昇しない。従って機関出力は低下しない。あるいは、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持するとパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積しなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ２２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。
【００６２】
一方、前述したように一旦微粒子がパティキュレートフィルタ２２上において積層状に堆積するとたとえ排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなったとしても活性酸素Ｏにより微粒子を酸化させることは困難である。しかしながら酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめているときに、即ち微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに排気微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏによって輝炎を発することなく酸化除去される。従って第２の実施形態では排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量Ｍが一時的に酸化除去可能微粒子量Ｇより多くなったとしても図４（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われないように、即ち排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に積層しないように排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持するようにしている。
【００６３】
機関始動直後はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは低く、従ってこのときには排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。従って実際の運転を考えると第２の実施形態の方が現実に合っていると考えられる。一方、第１の実施形態又は第２の実施形態を実行しうるように排出微粒子量Ｍ及びパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを制御していたとしてもパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。このような場合には排気ガスの一部又は全体の空燃比を一時的にリッチにすることによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子を輝炎を発することなく酸化させることができる。
【００６４】
即ち、排気ガスの空燃比をリッチにすると、即ち排気ガス中の酸素濃度を低下させると酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出され、これら一気に放出された活性酸素Ｏによって堆積した微粒子が輝炎を発することなく一気に燃焼除去される。あるいは、活性酸素が放出されることによって、微粒子が酸化されやすいものに変質し、単位時間当りの酸化除去可能量が増加する。この場合、パティキュレートフィルタ２２上において微粒子が積層状に堆積したときに排気ガスの空燃比をリッチにしてもよいし、周期的に排気ガスの空燃比をリッチにしてもよい。排気ガスの空燃比をリッチにする方法としては、例えば機関負荷が比較的低いときにＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（吸入空気量＋ＥＧＲガス量））が６５パーセント以上となるようにスロットル弁１７の開度及びＥＧＲ制御弁２５の開度を制御し、このとき燃焼室５内における平均空燃比がリッチになるように噴射量を制御する方法を用いることができる。
【００６５】
図６に機関の運転制御ルーチンの一例を示す。図６を参照するとまず初めにステップ１００において燃焼室５内の平均空燃比をリッチにすべきか否かが判別される。燃焼室５内の平均空燃比をリッチにする必要がないときには排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるようにステップ１０１においてスロットル弁１７の開度が制御され、ステップ１０２においてＥＧＲ制御弁２５の開度が制御され、ステップ１０３において燃料噴射量が制御される。
【００６６】
一方、ステップ１００において燃焼室５内の平均空燃比をリッチにすべきであると判別されたときにはＥＧＲ率が６５パーセント以上になるようにステップ１０４においてスロットル弁１７の開度が制御され、ステップ１０５においてＥＧＲ制御弁２５の開度が制御され、燃焼室５内の平均空燃比がリッチとなるようにステップ１０６において燃料噴射量が制御される。
【００６７】
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の酸素被毒が生ずる。このような酸素被毒が生ずるとＮＯｘに対する酸化作用が低下するためにＮＯｘの吸収効率が低下し、斯くして酸素吸蔵・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換えられるとＮＯｘに対する酸化作用が強まるためにＮＯｘの吸収効率が高くなり、斯くして酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１からの活性酸素放出量が増大する。
【００６８】
従って空燃比がリーンに維持されているときに空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切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とき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２２上における微粒子の酸化作用を促進することができる。
【００６９】
また、セリウムＣｅは空燃比がリーンのときには酸素を取り込み（Ｃｅ２Ｏ３→２ＣｅＯ２）、空燃比がリッチになると活性酸素を放出する（２ＣｅＯ２→Ｃｅ２Ｏ３）機能を有する。従って酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１としてセリウムＣｅを用いると空燃比がリーンのときにはパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が付着すると酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から放出された活性酸素によって微粒子が酸化され、空燃比がリッチになると酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から多量の活性酸素が放出されるために微粒子が酸化される。従って酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１としてセリウムＣｅを用いた場合にも空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切換えるとパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化反応を促進することができる。尚、セリウムＣｅの代わりに、錫などの遷移金属を用いることもできる。
【００７０】
ところで燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ３  が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ４  を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ４  は固体であって高温になっても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ４  が生成されるとこの硫酸カルシウムＣａＳＯ４  によってパティキュレートフィルタ２２の細孔が閉塞されてしまい、その結果排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内を流れづらくなる。この場合、酸素吸蔵・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を用いると酸素吸蔵・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Ｋ２  ＳＯ４  を形成し、カルシウムＣａはＳＯ３  と結合することなくパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ２２の細孔が目詰まりすることがなくなる。従って前述したように酸素吸蔵・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。
【００７１】
また、本発明はパティキュレートフィルタ２２の両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのような貴金属のみを担持した場合にも適用することができる。ただし、この場合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図５に示す実線に比べて若干右側に移動する。この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ２  又はＳＯ３  から活性酸素が放出される。また、酸素吸蔵・活性酸素放出剤としてＮＯ２  又はＳＯ３  を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ２  又はＳＯ３  から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
【００７２】
図７は図２（Ｂ）に示した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。図７において、６６は隔壁５４の内部に広がっている排気ガス通路、６７はパティキュレートフィルタの基材、２６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の表面上に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤である。上述したように、この酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の表面上に一時的に捕集された微粒子を酸化する機能を有する。１６１はパティキュレートフィルタの隔壁５４の内部に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤である。この酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１も、酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１と同様な酸化機能を有し、パティキュレートフィルタの隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子を酸化することができる。
【００７３】
図８は図１に示したパティキュレートフィルタ２２の拡大図である。詳細には、図８（Ａ）はパティキュレートフィルタの拡大平面図、図８（Ｂ）はパティキュレートフィルタの拡大側面図である。図９は排気切換バルブの切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図である。詳細には、図９（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置にあるときの図、図９（Ｂ）は排気切換バルブ７３が逆流位置にあるときの図、図９（Ｃ）は排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるときの図である。排気切換バルブ７３が順流位置にあるとき、図９（Ａ）に示すように、排気切換バルブ７３を通過してケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず第一通路７１を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２を通過し、最後に第二通路７２を通過し、再び排気切換バルブ７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ７３が逆流位置にあるとき、図９（Ｂ）に示すように、排気切換バルブ７３を通過してケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず第二通路７２を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２を図９（Ａ）に示した場合とは逆向きに通過し、最後に第一通路７１を通過し、再び排気切換バルブ７３を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるとき、図９（Ｃ）に示すように、第一通路７１内の圧力と第二通路７２内の圧力とが等しくなるために、排気切換バルブ７３に到達した排気ガスはケーシング２３内に流入することなくそのまま排気切換バルブ７３を通過する。
【００７４】
図１０は排気切換バルブ７３の位置が切り換えられるのに応じてパティキュレートフィルタの隔壁５４の内部の微粒子が移動する様子を示した図である。詳細には、図１０（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置（図９（Ａ）参照）にあるときのパティキュレートフィルタの隔壁５４の拡大断面図、図１０（Ｂ）は排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置（図９（Ｂ）参照）に切り換えられたときの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。図１０（Ａ）に示すように、排気切換バルブ７３が順流位置に配置され、排気ガスが上側から下側に流れているとき、隔壁内部の排気ガス通路６６内に存在する微粒子１６２は、排気ガスの流れによって隔壁内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に押しつけられ、その上に堆積してしまっている。そのため、酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に直接接触していない微粒子１６２は、十分な酸化作用を受けていない。次に図１０（Ｂ）に示すように排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置に切り換えられて排気ガスが下側から上側に流れると、隔壁内部の排気ガス通路６６内に存在する微粒子１６２は排気ガスの流れによって移動せしめられる。その結果、十分に酸化作用を受けていなかった微粒子１６２が、酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１に直接接触せしめられ、十分な酸化作用を受けるようになる。また、排気切換バルブ７３が順流位置に配置されていたとき（図１０（Ａ）参照）にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１上に堆積していた微粒子の一部は、排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置に切り換えられることにより、パティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１上から脱離する（図１０（Ｂ）参照）。
【００７５】
本実施形態では、図９（Ａ）に示す排気切換バルブ７３の順流位置から図９（Ｂ）に示す順流位置への切り換え、及び、図９（Ｂ）に示す逆流位置から図９（Ａ）に示す順流位置への切り換えは、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集される微粒子をパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の上面と下面（図７参照）とに分散させるようにして行われる。そのように排気切換バルブ７３の切換を行うことにより、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性が低減せしめられる。好適には、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集される微粒子は、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の上面と下面とにほぼ同程度に分散される。
【００７６】
図１１は排気切換バルブ７３の切換時にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１上から脱離した微粒子６２が微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される様子を示した図である。詳細には、図１１（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置に配置されている時であって図１０（Ａ）に対応する図であり、図１１（Ｂ）は排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置に切り換えられた時であって図１０（Ｂ）に対応する図である。図１１に示すように、排気切換バルブ７３が順流位置に配置されていた時にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤上に堆積していた微粒子６２の一部は、排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置に切り換えられる時にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤上から脱離し、その脱離した微粒子６２は、パティキュレートフィルタ２２の排気ガス流れの下流側に配置された微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される。
【００７７】
図１２は機関低負荷運転時にスロットル弁１７の開度およびＥＧＲ率を変化させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図１２の横軸）を変化させたときの出力トルクの変化、およびスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの排出量の変化を示す実験例を表している。図１２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。図１２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程度になったとき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。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯｘの発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，ＣＯの発生量は増大し始める。
【００７８】
図１３（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ときの燃焼室５内の燃焼圧変化を示しており、図１３（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ときの燃焼室５内の燃焼圧の変化を示している。図１３（Ａ）と図１３（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１３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図１３（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【００７９】
図１２および図１３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ときには図１２に示されるようにＮＯｘの発生量がかなり低下する。ＮＯｘ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ときには燃焼室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１３からも言える。即ち、煤がほとんど発生していない図１３（Ｂ）に示す状態では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室５内の燃焼温度は低くなっていることになる。
【００８０】
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１２に示されるようにＨＣおよび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１４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１４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１２に示される如くＨＣおよびＣＯの排出量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素である。
【００８１】
図１２および図１３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ときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき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内における燃料およ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内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以上になると煤が生成されることが判明したのである。
【００８２】
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ときの燃料およびその周囲の温度、即ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の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ＮＯｘ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ＮＯｘ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およびその周囲のガス温度は低下し、ＮＯｘの発生量が低下する。このときＮＯｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ  前後又はそれ以下になったとき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ＮＯｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ  前後又はそれ以下になったときの温度にほぼ一致する。
【００８３】
一旦、煤が生成されるとこの煤は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。このように酸化機能を有する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態で燃焼室５から排出させるか、或いは煤の形で燃焼室５から排出させるかについては極めて大きな差がある。本発明において採用されている新たな燃焼システムは燃焼室５内において煤を生成させることなく炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室５から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有する触媒により酸化せしめることを核としている。
【００８４】
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およ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、燃料およ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周りの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。即ち、燃料周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、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くなる。即ち、このとき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。
【００８５】
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周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。
【００８６】
この場合、燃料およ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な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が強力となり、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。
【００８７】
図１５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１５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℃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。図１５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１５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。また、図１５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１５は機関負荷が比較的高いとき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。
【００８８】
図１６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およ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、およびこの混合ガス量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガスの割合を示している。なお、図１６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ときに燃焼室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いる。
【００８９】
図１６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１６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１６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ときに燃料およ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１６に示す実施形態では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１６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１６に示すような割合にすると燃料およ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、このときのＮＯｘ発生量は１０ｐ．ｐ．ｍ  前後、又はそれ以下であり、従ってＮＯｘの発生量は極めて少量となる。
【００９０】
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およ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１６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。ところで過給が行われていない場合には燃焼室５内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限はＹであり、従って図１６において要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域では要求負荷が大きくなるにつれてＥＧＲガス割合を低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することができない。云い換えると過給が行われていない場合に要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域において空燃比を理論空燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるにつれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域では燃料およ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しえなくなる。
【００９１】
ところが、図示しないがＥＧＲ通路を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャの空気吸込管内にＥＧＲガスを再循環させると要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５５パーセント以上、例えば７０パーセントに維持することができ、斯くして燃料およ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ことができる。即ち、空気吸込管内におけるＥＧＲ率が例えば７０パーセントになるようにＥＧＲガスを再循環させれば排気ターボチャージャのコンプレッサにより昇圧された吸入ガスのＥＧＲ率も７０パーセントとなり、斯くしてコンプレッサにより昇圧しうる限度まで燃料およ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ことができる。従って、低温燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大することができることになる。要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域でＥＧＲ率を５５パーセント以上にする際にはＥＧＲ制御弁が全開せしめられる、スロットル弁が若干閉弁せしめられる。
【００９２】
前述したように図１６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空気量を図１６に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯｘの発生量を１０ｐ．ｐ．ｍ  前後又はそれ以下にすることができ、また空気量を図１６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ＮＯｘ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。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、このときＮＯｘ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とき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、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。このように、低温燃焼が行われているときに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、ＮＯｘ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とき平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
【００９３】
ところで燃焼室内における燃焼時の燃料およ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比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料およ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１の燃焼、即ち低温燃焼を行うようにし、機関高負荷運転時には第２の燃焼、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１の燃焼、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ピークとなる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２の燃焼、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ピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少い燃焼のことを言う。
【００９４】
図１７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われる第１の運転領域Ｉ’と、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行われる第２の運転領域ＩＩ’とを示している。なお、図１７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１７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。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ときに要求負荷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。
【００９５】
このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低負荷側の第２の境界Ｙ（Ｎ）との二つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第１の理由は、第２の運転領域ＩＩ’の高負荷側では比較的燃焼温度が高く、このとき要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）より低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからである。即ち、要求負荷Ｌがかなり低くなったとき、即ち第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったときでなければただちに低温燃焼が開始されないからである。第２の理由は第１の運転領域Ｉ’と第２の運転領域ＩＩ’間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるためである。
【００９６】
ところで機関の運転領域が第１の運転領域Ｉ’にあって低温燃焼が行われているときには煤はほとんど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室５から排出される。このとき燃焼室５から排出された未燃炭化水素は酸化機能を有する触媒（図示せず）により良好に酸化せしめられる。この触媒としては酸化触媒、三元触媒、又はＮＯｘ吸収剤を用いることができる。ＮＯｘ吸収剤は燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。このＮＯｘ吸収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム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くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。酸化触媒はもとより、三元触媒およびＮＯｘ吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く三元触媒およびＮＯｘ吸収剤を上述した触媒として用いることができる。
【００９７】
図１８は空燃比センサ（図示せず）の出力を示している。図１８に示されるように空燃比センサの出力電流Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従って空燃比センサの出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。
【００９８】
次に図１９を参照しつつ第１の運転領域Ｉ’および第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。図１９は要求負荷Ｌに対するスロットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２５の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射時期および噴射量を示している。図１９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１７の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから２／３開度程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制御弁２５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１９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。
【００９９】
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１７の開度およびＥＧＲ制御弁２５の開度が制御される。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。なお、アイドル運転時にはスロットル弁１７は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁２５も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁１７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、アイドル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１７が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【０１００】
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２０の開度が２／３開度程度から全開方向へステップ状に増大せしめられる。このとき図１９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１５）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。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。この第２の運転領域ＩＩ’ではスロットル弁１７は一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２５の開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。また、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。
【０１０１】
図２０（Ａ）は第１の運転領域Ｉ’における目標空燃比Ａ／Ｆを示している。図２０（Ａ）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目標空燃比が１５．５，１６，１７，１８であるときを示しており、各曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図２０（Ａ）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が低くなるほど目標空燃比Ａ／Ｆがリーンとされる。即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼による発熱量が少くなる。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２０（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。目標空燃比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発明による実施形態では要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。
【０１０２】
なお、図２０（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図２０（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数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。また、空燃比を図２０（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁１７の目標開度ＳＴが図２１（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数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２０（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁２５の目標開度ＳＥが図２１（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数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。
【０１０３】
図２２（Ａ）は第２の燃焼、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Ａ／Ｆを示している。なお、図２２（Ａ）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。図２２（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図２２（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数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。また、空燃比を図２２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁１７の目標開度ＳＴが図２３（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数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２２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁２５の目標開度ＳＥが図２３（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数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。
【０１０４】
また、第２の燃焼が行われているときには燃料噴射量Ｑは要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに基づいて算出される。この燃料噴射量Ｑは図２４に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数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。
【０１０５】
次に図２５を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明する。図２５を参照すると、まず初めにステップ１１００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ’であることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ’であるときにはステップ１１０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ１１０３に進んで低温燃焼が行われる。一方、ステップ１１０１においてＬ＞Ｘ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１１０２に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１１０９に進んで第２の燃焼が行われる。
【０１０６】
ステップ１１００において、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ’であることを示すフラグＩがセットされていないと判別されたとき、即ち機関の運転状態が第２の運転領域ＩＩ’であるときには、ステップ１１０８に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ１１１０に進み、リーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われる。一方、ステップ１１０８においてＬ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１１０９に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１１０３に進んで低温燃焼が行われる。
【０１０７】
ステップ１１０３では図２１（Ａ）に示すマップからスロットル弁１７の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１７の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ１１０４では図２１（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２５の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２５の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１１０５では質量流量検出器（図示せず）により検出された吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空気量と称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１１０６では図２０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１１０７では吸入空気量Ｇａと目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出される。
【０１０８】
上述したようにに低温燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロットル弁１７の開度およびＥＧＲ制御弁２５の開度がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、スロットル弁１７の開度又はＥＧＲ制御弁２５の開度が変化して吸入空気量が変化するとこの吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器により検出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づいて燃料噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａが実際に変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられることになる。
【０１０９】
ステップ１１１０では図２４に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。次いでステップ１１１１では図２３（Ａ）に示すマップからスロットル弁１７の目標開度ＳＴが算出される。次いでステップ１１１２では図２３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２５の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２５の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１１１３では質量流量検出器により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次いでステップ１１１４では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａから実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が算出される。次いでステップ１１１５では図２２（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１１１６では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）Ｒ  ＞Ａ／Ｆのときにはステップ１１１７に進んでスロットル開度の補正値ΔＳＴが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ１１１９へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）Ｒ  ≦Ａ／Ｆのときにはステップ１１１８に進んで補正値ΔＳＴが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ１１１９に進む。ステップ１１１９ではスロットル弁１７の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴを加算することにより最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１７の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁１７の開度が制御される。
【０１１０】
このように第２の燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せしめられることになる。
【０１１１】
これまで述べた実施形態では低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑはオープンループ制御され、第２の燃焼が行われているときに空燃比がスロットル弁２０の開度を変化させることによって制御される。しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバック制御することもできるし、また第２の燃焼が行われているときに空燃比をＥＧＲ制御弁３１の開度を変化させることによって制御することもできる。
【０１１２】
本実施形態では、図９（Ａ）、図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）に示す順流モード時に、上述した通常燃焼、つまり、煤の発生量がピークとなる不活性ガスとしてのＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が少ない燃焼が実行され、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）及び図１１（Ｂ）に示す逆流モード時に、上述した低温燃焼、つまり、煤の発生量がピークとなる不活性ガスとしてのＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実行される。
【０１１３】
更に本実施形態では、単位時間当たりに燃焼室５から排出される排出微粒子量が、パティキュレートフィルタ２２上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、つまり、通常、図５の領域Ｉ内に位置し、かつ、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に堆積しないように、排出微粒子量及びパティキュレートフィルタ２２の温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。
【０１１４】
本実施形態によれば、図７に示すようにパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１がパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に担持され、図９に示すようにパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れが逆転されることにより、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の上面と下面（図７参照）とに分散される。そのため、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの隔壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。上述した酸化除去作用は、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１（図７参照）を必須要件としているため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１（図７参照）が存在しない場合であっても達成することが可能である。
【０１１５】
更に本実施形態によれば、上述したようにパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集される微粒子がパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の一方の面と他方の面とに分散されることにより、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能性は、微粒子が分散されない場合に比べて低減せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集された微粒子を活性酸素により酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に堆積してしまうのを阻止することができる。酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることも、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１（図７参照）を必須要件としているため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１（図７参照）が存在しない場合であっても達成することが可能である。
【０１１６】
また本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、微粒子捕捉フィルタ８０がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されている。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる（図１１参照）。
【０１１７】
また本実施形態によれば、図７及び図１０に示すように、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を酸化するための酸化触媒としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１が、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に担持されている。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１により、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の微粒子１６２をパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部において酸化除去することができる。更に本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を移動させるための排気ガス逆流手段として、排気切換バルブ７３が設けられている。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１によりパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の微粒子１６２を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を移動させることによって促進することができる（図１０参照）。
【０１１８】
また本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉フィルタ８０がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されるため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子６２がそのまま排出されてしまうのを阻止することができる（図１１参照）。
【０１１９】
また本実施形態によれば、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に堆積しないように排出微粒子量およびパティキュレートフィルタ２２の温度が維持されることにより、排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【０１２０】
また本実施形態によれば、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタ２２の温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタ２２の温度に基づき、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に堆積しないようにすることができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【０１２１】
また本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ２２に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１により、周囲に過剰酸素が存在するときに酸素が取り込まれて保持され、周囲の酸素濃度が低下したときにその保持された酸素が活性酸素の形で放出される（図３参照）。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、微粒子６２がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１が放出する活性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子６２を酸化除去することができる。
【０１２２】
また本実施形態によれば、逆流手段としての排気切換バルブ７３の順流モード時（図９（Ａ）参照）に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスとしてのＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が少ない通常燃焼が実行され、排気切換バルブ７３の逆流モード時（図９（Ｂ）参照）に、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼が実行される。つまり、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼が実行されるため、そのときの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯにより微粒子の酸化除去作用を促進することができる。更に、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼が実行されるときに排気ガスが逆流せしめられるため、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が少ない通常燃焼が実行された時にパティキュレートフィルタ２２の一方の表面上に微粒子が堆積し（図１０（Ａ）参照）、パティキュレートフィルタ２２のその表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１２６１が硫黄被毒されてしまっていても、パティキュレートフィルタ２２の反対側（図１０の下側）の表面から流入してパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部を通過したＨＣ、ＣＯ含有排気ガスにより、パティキュレートフィルタ２２の一方の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去することができる。
【０１２３】
本実施形態の変形例では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりに、酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタを配置することも可能である。本変形例によれば、上述した実施形態とほぼ同様の効果を奏することができる。更に微粒子捕捉フィルタ８０と異なり、微粒子だけでなくＨＣやＣＯも浄化することができる。他の変形例では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりに、酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタを配置すると共に、リッチガスを供給してＮＯｘを除去することも可能である。
【０１２４】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第三の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では図１に示した微粒子捕捉フィルタ８０が使用されるのに加え、図２６に示す昇温手段としての電気ヒータ（ＥＨＣ）８１が使用される。図２６は微粒子捕捉フィルタ８０のために電気ヒータ８１を設けた図１１と同様の図である。
【０１２５】
本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、電気ヒータ８１を備えた微粒子捕捉フィルタ８０がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子６２がそのまま排出されてしまうのを阻止すると共に、微粒子捕捉フィルタ８０が捕捉した微粒子６２を熱により酸化除去することができる。本実施形態の変形例では、電気ヒータ８１の代わりにバーナーを使用することも可能である。本変形例によっても上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０１２６】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第四の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、図１に示したパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０が設けられているのに加え、図２７に示す圧力センサ４３、４４、４５及び４６が設けられている。図２７は排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図９とほぼ同様の図である。詳細には、図２７（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置にあるときの図、図２７（Ｂ）は排気切換バルブ７３が逆流位置にあるときの図、図２７（Ｃ）は排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるときの図である。
【０１２７】
排気切換バルブ７３が順流位置にあるとき、図２７（Ａ）に示すように、排気切換バルブ７３を通過してケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず第一通路７１を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２を通過し、最後に第二通路７２を通過し、再び排気切換バルブ７３を通過して排気管に戻される。その際、排気ガス中の微粒子６２は、パティキュレートフィルタ２２により一時的に捕集される。次いで排気切換バルブ７３が逆流位置に切り換えられると、図２７（Ｂ）に示すように、排気切換バルブ７３を通過してケーシング２３内に流入した排気ガスは、まず第二通路７２を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２を図２７（Ａ）に示した場合とは逆向きに通過し、最後に第一通路７１を通過し、再び排気切換バルブ７３を通過して排気管に戻される。その際、パティキュレートフィルタ２２により一時的に捕集されていた微粒子６２は、パティキュレートフィルタ２２から脱離し、微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される。次いで排気切換バルブ７３がバイパス位置に切り換えられると、図９（Ｃ）に示すように、第一通路７１内の圧力と第二通路７２内の圧力とが等しくなるために、排気切換バルブ７３に到達した排気ガスはケーシング２３内に流入することなくそのまま排気切換バルブ７３を通過する。その際、後述するように排気ガスの温度が昇温せしめられるように内燃機関の運転条件が切り換えられ、微粒子捕捉フィルタ８０が昇温せしめられる。
【０１２８】
図２８は本実施形態の下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタの再生制御方法を示したフローチャートである。このルーチンが開始されると、まずステップ２００において、圧力センサ４５により読み込まれた圧力と圧力センサ４６により読み込まれた圧力との差圧ΔＰＤが閾値ＴＰＤより高いか否かが判断される。ＮＯのときには、微粒子捕捉フィルタ８０内にそれほど微粒子が捕捉されておらず、まだ微粒子捕捉フィルタ８０を再生させる必要がないと判断し、このルーチンを終了する。一方、ＹＥＳのときには、微粒子捕捉フィルタ８０内に比較的多くの微粒子が捕捉され、微粒子捕捉フィルタ８０を再生させる必要があると判断し、ステップ２０１に進む。この閾値ＴＰＤは、微粒子捕捉フィルタ８０を昇温させ微粒子捕捉フィルタ８０内の微粒子を酸化除去する際に微粒子捕捉フィルタ８０が溶損しないように、かつ、微粒子捕捉フィルタ８０を昇温させるために排気ガスの温度を昇温させる際に内燃機関の性能を損なわないように設定される。ステップ２０１では、排気切換バルブ７３が図２７（Ｃ）に示すバイパス位置に切り換えられる。次いでステップ２０２では、例えば上述した低温燃焼を行うことにより排気ガスの温度が昇温せしめられ、微粒子捕捉フィルタ８０がその排気ガスにより昇温せしめられる。低温燃焼を行う代わりに、膨張行程噴射、又は排気系ＨＣ添加、若しくはＶＩＧＯＭ噴射＋噴射リタードを行うことも可能である。
【０１２９】
次いでステップ２０３では、下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０が再生されたか否かが判断される。ＮＯのとき、つまり、圧力センサ４５により読み込まれた圧力と圧力センサ４６により読み込まれた圧力との差圧ΔＰＤが所定の閾値以下まで低下していないときには、微粒子捕捉フィルタ８０の再生を継続する必要があると判断し、ステップ２０４にて微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御が継続される。一方、ＹＥＳのとき、つまり、圧力センサ４５により読み込まれた圧力と圧力センサ４６により読み込まれた圧力との差圧ΔＰＤが所定の閾値以下まで低下したときには、微粒子捕捉フィルタ８０の再生が終了したと判断し、ステップ２０５に進む。ステップ２０５では、微粒子捕捉フィルタ８０の再生制御が終了され、通常の内燃機関の運転に戻される。次いでステップ２０６では、排気切換バルブ７３が図２７（Ａ）に示す順流位置又は図２７（Ｂ）に示す逆流位置に切り換えられる。
【０１３０】
図２９は本実施形態の微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御の効果を示した図である。図２９に示すように、内燃機関の通常運転が行われ、排気切換バルブ７３が順流位置と逆流位置との間で切り換えられているうちに下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の圧力損失ΔＰＤが閾値ＴＰＤより高くなると（時間Ｔ３）、排気切換バルブ７３がバイパス位置に切り換えられ、内燃機関の昇温制御による微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御が行われる。微粒子捕捉フィルタ８０の再生が終了すると（時間Ｔ４）、内燃機関が通常運転に戻され、排気切換バルブ７３が逆流位置に切り換えられる。
【０１３１】
本実施形態によれば、排気切換バルブ７３がバイパス位置に配置されているときに排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過することなくバイパスせしめられることにより、微粒子捕捉フィルタ８０が昇温せしめられる。そのため、電気ヒータ８１のような別個の微粒子捕捉フィルタ８０用昇温手段を設ける必要なく、パティキュレートフィルタ２２をバイパスせしめられた排気ガスによって微粒子捕捉フィルタ８０を昇温させることができる。
【０１３２】
更に本実施形態によれば、微粒子捕捉フィルタ８０に微粒子が堆積し、差圧ΔＰＤが閾値ＴＰＤを越えたときに、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過することなくバイパスせしめられ、微粒子捕捉フィルタ８０が昇温せしめられる。詳細には、微粒子捕捉フィルタ８０に微粒子が堆積したときに排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされ、微粒子捕捉フィルタ８０に微粒子が堆積していないときには排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされない。そのため、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスせしめられる必要がないときに排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスせしめられ、パティキュレートフィルタ２２の温度が低下してしまうのに伴って、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１、２６１（図７参照）の酸化除去作用が弱まってしまうのを回避することができる。
【０１３３】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第五の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２９を参照して説明した第一及び第二並びに第四の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。図３０はパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御方法を示したフローチャートである。燃料消費量積算値が所定値以上になると硫黄被毒したと判断され、このルーチンが開始される。このルーチンが開始されると、図３０に示すようにまずステップ３００において、上流側フィルタ、つまり、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒が回復したか否か、つまり、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復制御の経過時間が所定時間以上になったか否かが判断される。ＮＯのときには、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復制御を継続すべく、ステップ３０１において、例えば上述した低温燃焼を行うことにより、排気ガスが高温かつリッチにされる。一方、ＹＥＳのとき、つまり、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒が回復したときには、ステップ２０１において、下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒を回復させるべく、排気切換バルブ７３が図２７（Ｃ）に示すようにバイパス位置に配置される。
【０１３４】
次いでステップ３０２では、下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒が回復したか否か、すなわち、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御の経過時間が所定時間以上になったか否かが判断される。ＮＯのときには、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御を継続すべく、ステップ３０３にてディレイが設けられる。一方、ＹＥＳのとき、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒が回復したときには、ステップ３０４において内燃機関の運転が通常運転に戻される。次いでステップ３０５において、排気切換バルブ７３がバイパス位置から順流位置又は逆流位置に切り換えられる。
【０１３５】
図３１は本実施形態のパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御の効果を示した図である。図３１に示すように、まず時間Ｔ５から時間Ｔ６の間に、上流側フィルタであるパティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復が実行され、次いで時間Ｔ６から時間Ｔ７の間に、時間Ｔ６以前にパティキュレートフィルタ２２から放出された硫黄により硫黄被毒した下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復が実行される。
【０１３６】
本実施形態によれば、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復を実行すべきとき、まずパティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復が実行され（時間Ｔ５から時間Ｔ６）、次いで微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復が実行される（時間Ｔ６から時間Ｔ７）。そのため、最初に微粒子捕捉フィルタの硫黄被毒回復が実行され、次にパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、最後に、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復の際に流出した硫黄により再び被毒した微粒子捕捉フィルタの硫黄被毒回復が実行される場合よりも、微粒子捕捉フィルタの硫黄被毒回復が実行される回数を少なくすることができる。
【０１３７】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第六の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図３１を参照して説明した第一及び第二並びに第四の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。図３２は排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図２７とほぼ同様の図である。詳細には、図３２（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置にあるときの図、図３２（Ｂ）は排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるときの図、図３２（Ｃ）は排気切換バルブ７３が逆流位置にあるときの図である。図３２において、８２は排気ガス浄化触媒としてリーンＮＯｘ触媒を担持したフィルタである。パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を移動させるとき（図１０参照）、つまり、図３２に示すように、排気切換バルブ７３が順流位置（図３２（Ａ））から逆流位置（図３２（Ｃ））に切り換えられるとき、あるいは、排気切換バルブ７３が順流位置（図３２（Ａ））からバイパス位置（図３２（Ｂ））を介して逆流位置（図３２（Ｃ））に切り換えられるとき、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘは、パティキュレートフィルタ２２において浄化されることなく、パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流されてしまう。そこで本実施形態では、そのようなＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化すべく、パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側にリーンＮＯｘ触媒を担持したフィルタ８２が配置されている。また、リーンＮＯｘ触媒によりＮＯｘを除去すべく、排気ガスが一時的にリッチにされる。
【０１３８】
本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒を担持したフィルタ８２がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されるため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるとき、つまり、排気切換バルブ７３の切換時にパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまうＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ含有排気ガスが浄化されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。本実施形態の変形例では、フィルタ８２がリーンＮＯｘ触媒の代わりに酸化触媒や三元触媒を担持することも可能である。
【０１３９】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第七の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりにサイクロン８３が設けられている。図３３はパティキュレートフィルタ２２及びサイクロン８３の拡大側面図である。本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロン８３がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されるため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるとき（図１０）に、パティキュレートフィルタ２２表面上に堆積していた比較的大径の粗粒子６２（図１１）がパティキュレートフィルタ２２表面から脱離し、その脱離した粗粒子６２が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１４０】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第八の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりに、あるいは、微粒子捕捉フィルタ８０に加えて粗粒子捕捉フィルタ８４、８５が設けられている。図３４はパティキュレートフィルタ２２及び粗粒子捕捉フィルタ８４、８５の拡大側面図である。本実施形態によれば、排気ガス流れが順流のとき（図１１（Ａ）参照）にパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側となる位置に排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として粗粒子捕捉フィルタ８５が配置され、排気ガス流れが逆流のとき（図１１（Ｂ）参照）にパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側となる位置に排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として粗粒子捕捉フィルタ８４が配置される。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるために排気切換バルブ７３の位置が切り換えられるときに、パティキュレートフィルタ２２表面上に堆積していた比較的大径の粗粒子６２（図１１）がパティキュレートフィルタ２２表面から脱離し、その脱離した粗粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。粗粒子捕捉フィルタ８４、８５の例としては、例えば衝突捕集型のフォームフィルタ等がある。
【０１４１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更に、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を例えば活性酸素により酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止することができる。また、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０１４２】
請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。更に、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまうのを阻止することができる。また、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０１４３】
請求項３に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１４４】
請求項４に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止すると共に、微粒子捕捉手段により捕捉した微粒子を酸化除去することができる。
【０１４５】
請求項５に記載の発明によれば、ヒータのような別個の微粒子捕捉手段用昇温手段を設ける必要なく、パティキュレートフィルタをバイパスせしめられた排気ガスによって微粒子捕捉手段を昇温させることができる。
【０１４６】
請求項６に記載の発明によれば、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられる必要がないときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられてしまうのに伴って、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化触媒の酸化除去作用が弱まってしまうのを回避することができる。
【０１４７】
請求項７に記載の発明によれば、最初に微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行され、次にパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、最後に、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復の際に流出した硫黄により再び被毒した微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される場合よりも、微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される回数を少なくすることができる。
【０１４８】
請求項８に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう排気ガスが浄化されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１４９】
請求項９に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１５０】
請求項１０に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１５１】
請求項１１に記載の発明によれば、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【０１５２】
請求項１２に記載の発明によれば、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないようにすることができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【０１５３】
請求項１３に記載の発明によれば、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤が放出する活性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子を酸化除去することができる。
【０１５４】
請求項１４に記載の発明によれば、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実行されるため、そのときの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯにより微粒子の酸化除去作用を促進することができる。更に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼が実行された時にパティキュレートフィルタの一方の表面上に微粒子が堆積し、パティキュレートフィルタのその表面上の触媒が硫黄被毒されてしまっていても、パティキュレートフィルタの反対側の表面から流入してパティキュレートフィルタの壁の内部を通過したＨＣ、ＣＯ含有排気ガスにより、パティキュレートフィルタの一方の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去することができる。
【０１５５】
請求項１５に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更に、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示した図である。
【図２】パティキュレートフィルタ２２の構造を示した図である。
【図３】排気ガス流入通路５０の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図である。
【図４】微粒子の酸化の様子を示した図である。
【図５】単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示した図である。
【図６】機関の運転制御ルーチンの一例を示した図である。
【図７】図２（Ｂ）に示した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。
【図８】図１に示したパティキュレートフィルタ２２の拡大図である。
【図９】排気切換バルブの切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図である。
【図１０】排気切換バルブ７３の位置が切り換えられるのに応じてパティキュレートフィルタの隔壁５４の内部の微粒子が移動する様子を示した図である。
【図１１】排気切換バルブ７３の切換時にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１上から剥離した微粒子６２が微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される様子を示した図である。
【図１２】スモークおよびＮＯｘの発生量等を示す図である。
【図１３】燃焼圧を示す図である。
【図１４】燃料分子を示す図である。
【図１５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図１６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図である。
【図１７】第１の運転領域Ｉ’および第２の運転領域ＩＩ’を示す図である。
【図１８】空燃比センサの出力を示す図である。
【図１９】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図２０】第１の運転領域Ｉ’における空燃比等を示す図である。
【図２１】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図２２】第２の燃焼における空燃比等を示す図である。
【図２３】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図２４】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図２５】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２６】微粒子捕捉フィルタ８０のために電気ヒータ８１を設けた図１１と同様の図である。
【図２７】排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図９とほぼ同様の図である。
【図２８】第四の実施形態の下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタの再生制御方法を示したフローチャートである。
【図２９】第四の実施形態の微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御の効果を示した図である。
【図３０】パティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御方法を示したフローチャートである。
【図３１】第五の実施形態のパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御の効果を示した図である。
【図３２】排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図２７とほぼ同様の図である。
【図３３】パティキュレートフィルタ２２及びサイクロン８３の拡大側面図である。
【図３４】パティキュレートフィルタ２２及び粗粒子捕捉フィルタ８４、８５の拡大側面図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…排気管
２２…パティキュレートフィルタ
２５…ＥＧＲ制御弁
５４…隔壁
６１…酸素吸蔵・活性酸素放出剤
６２…微粒子
７３…排気切換バルブ
８０…微粒子捕捉フィルタ
【図１】
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【図２】
0003558046.tif 000003
【図３】
0003558046.tif 000004
【図４】
0003558046.tif 000005
【図５】
0003558046.tif 000006
【図６】
0003558046.tif 000007
【図７】
0003558046.tif 000008
【図８】
0003558046.tif 000009
【図９】
0003558046.tif 000010
【図１０】
0003558046.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003558046.tif 000013
【図１３】
0003558046.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003558046.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0003558046.tif 000019
【図１９】
0003558046.tif 000020
【図２０】
0003558046.tif 000021
【図２１】
0003558046.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0003558046.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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