(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に第１の排気ガス流出入口を有し、他端に第２の排気ガス流出入口を有する排気ガス流通路内にパティキュレートフィルタを配置すると共に少くとも該パティキュレートフィルタの配置されている排気ガス流通路部分を消音器本体内に配置し、該消音器本体の一端部に消音器本体内への排気ガス流入口と、上記第１の排気ガス流出入口と、上記第２の排気ガス流出入口とを配置し、該排気ガス流入口から消音器本体内に流入した排気ガスを上記排気ガス流通路内に流入させることなく消音器本体から排出させ、機関から排出され該消音器に向かう排気ガスを上記排気ガス流入口、第１の排気ガス流出入口および第２の排気ガス流出入口の少くとも一つに選択的に流入させる流路切換弁装置を上記消音器本体の一端部に配置した内燃機関の排気装置。
【請求項２】
少くともパティキュレートフィルタの配置されている排気ガス流通路部分全体が消音器本体の内壁面から間隔を隔てて配置されており、消音器本体内に流入した排気ガスが該排気ガス流通路部分と消音器本体の内壁面間を流通する請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
上記第１の排気ガス流出入口と上記第２の排気ガス流出入口とを排気ガス流通管により連結し、該排気ガス流通管内に上記排気ガス流通路が形成される請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
該流路切換弁装置が集合部と、機関から排出された排気ガスを集合部内に取入れるための排気ガス取入口と、集合部から分岐されて上記排気ガス流入口、第１の排気ガス流出入口および第２の排気ガス流出入口に夫々接続された枝管とにより構成されるマニホルドからなり、集合部内に流路切換弁を配置した請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
上記流路切換弁は、排気ガス取入口から流入した排気ガスを上記排気ガス流通路内を迂回させることなく直接上記排気ガス流入口に向かわせる第１位置と、排気ガス取入口から流入した排気ガスを第１の排気ガス流出入口に向かわせかつ第２の排気ガス流出入口から流出した排気ガスを排気ガス流入口に向かわせる第２位置と、排気ガス取入口から流入した排気ガスを第２の排気ガス流出入口に向かわせかつ第１の排気ガス流出入口から流出した排気ガスを排気ガス流入口に向かわせる第３位置のいずれか一つの位置に制御される請求項４に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
消音器本体内が拡張室又は共鳴室を形成する複数個の小室に分割されており、上記消音器本体の一端部に形成された小室内に上記排気ガス流入口が開口する請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項７】
上記パティキュレートフィルタとして、単位時間当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と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、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持した請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項８】
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活性酸素放出剤をパティキュレートフィルタ上に担持し、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、放出された活性酸素によってパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにした請求項７に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項９】
上記活性酸素放出剤がアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類又は遷移金属からなる請求項８に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項１０】
上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりもイオン化傾向の高い金属からなる請求項９に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項１１】
上記活性酸素放出剤は、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘ  を吸収しパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯｘ  を放出する機能を有している請求項８に記載の内燃機関の排気装置。
【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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティキュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィルタを再生するようにしている。ところがパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子は６００℃程度以上の高温にならないと着火せず、これに対してディーゼル機関の排気ガス温は通常、６００℃よりもかなり低い。従って通常は電気ヒータにより排気ガスを加熱してパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼せしめるようにしている。
【０００３】
また、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を燃焼せしめる場合にはパティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流速が速すぎると燃焼が継続せず、燃焼を継続させるためにはパティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流速を遅くすることが必要である。更に機関の排気系をコンパクトにするためには消音器内にパティキュレートフィルタと電気ヒータとを配置することが好ましい。
【０００４】
そこで消音器内にパティキュレートフィルタと電気ヒータとを配置すると共に排気ガスの流路を切換えるための流路切換弁を具備し、この流路切換弁によって通常は全排気ガスをパティキュレートフィルタ内に流入させ、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼せしめる際には排気ガスの一部を電気ヒータにより加熱した後にパティキュレートフィルタ内に通常運転時とは逆方向に流入させ、残りの大部分の排気ガスをパティキュレートフィルタ内に流入させることなく大気に排出させるようにした排気装置が公知である（実開平１−１４９５１５号公報参照）。
【０００５】
一方、パティキュレートフィルタ上に補集された微粒子は電気ヒータを用いずに排気ガス熱でもって着火燃焼させることが好ましく、そのためには微粒子の着火温度を低くしなければならない。この点について従来よりパティキュレートフィルタ上に触媒を担持すれば微粒子の着火温度を低下できることが知られており、従って従来より微粒子の着火温度を低下させるために触媒を担持した種々のパティキュレートフィルタが公知である。
【０００６】
例えば特公平７−１０６２９０号公報にはパティキュレートフィルタ上に白金族金属およびアルカリ土類金属酸化物の混合物を担持させたパティキュレートフィルタが開示されている。このパティキュレートフィルタではほぼ３５０℃から４００℃の比較的低温でもって微粒子が着火され、次いで連続的に燃焼せしめられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼル機関では負荷が高くなれば排気ガス温が３５０℃から４００℃に達し、従って上述のパティキュレートフィルタでは一見したところ機関負荷が高くなったときに排気ガス熱によって微粒子を着火燃焼せしめることができるように見える。しかしながら実際には一旦多量の微粒子がパティキュレートフィルタ上に堆積してしまうとこれら微粒子は次第に燃焼しずらいカーボン質に変質し、その結果排気ガス温が３５０℃から４００℃に達しても微粒子は着火燃焼しなくなる。従ってパティキュレートフィルタ上の微粒子を連続的に燃焼せしめるには多量の微粒子がパティキュレートフィルタ上に堆積しないようにする必要がある。
【０００８】
本発明はパティキュレートフィルタ上の微粒子を連続的に酸化除去するのに適したコンパクトで実用的な内燃機関の排気装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために１番目の発明では、一端に第１の排気ガス流出入口を有し、他端に第２の排気ガス流出入口を有する排気ガス流通路内にパティキュレートフィルタを配置すると共に少くともパティキュレートフィルタの配置されている排気ガス流通路部分を消音器本体内に配置し、消音器本体の一端部に消音器本体内への排気ガス流入口と、第１の排気ガス流出入口と、第２の排気ガス流出入口とを配置し、排気ガス流入口から消音器本体内に流入した排気ガスを排気ガス流通路内に流入させることなく消音器本体から排出させ、機関から排出され消音器に向かう排気ガスを排気ガス流入口、第１の排気ガス流出入口および第２の排気ガス流出入口の少くとも一つに選択的に流入させる流路切換弁装置を消音器本体の一端部に配置している。
【００１０】
２番目の発明では１番目の発明において、少くともパティキュレートフィルタの配置されている排気ガス流通路部分全体が消音器本体の内壁面から間隔を隔てて配置されており、消音器本体内に流入した排気ガスが排気ガス流通路部分と消音器本体の内壁面間を流通する。
３番目の発明では１番目の発明において、第１の排気ガス流出入口と第２の排気ガス流出入口とを排気ガス流通管により連結し、排気ガス流通管内に排気ガス流通路が形成される。
【００１１】
４番目の発明では１番目の発明において、流路切換弁装置が集合部と、機関から排出された排気ガスを集合部内に取入れるための排気ガス取入口と、集合部から分岐されて排気ガス流入口、第１の排気ガス流出入口および第２の排気ガス流出入口に夫々接続された枝管とにより構成されるマニホルドからなり、集合部内に流路切換弁を配置している。
【００１２】
５番目の発明では４番目の発明において、流路切換弁は、排気ガス取入口から流入した排気ガスを排気ガス流通路内を迂回させることなく直接排気ガス流入口に向かわせる第１位置と、排気ガス取入口から流入した排気ガスを第１の排気ガス流出入口に向かわせかつ第２の排気ガス流出入口から流出した排気ガスを排気ガス流入口に向かわせる第２位置と、排気ガス取入口から流入した排気ガスを第２の排気ガス流出入口に向かわせかつ第１の排気ガス流出入口から流出した排気ガスを排気ガス流入口に向かわせる第３位置のいずれか一つの位置に制御される。
【００１３】
６番目の発明では１番目の発明において、消音器本体内が拡張室又は共鳴室を形成する複数個の小室に分割されており、消音器本体の一端部に形成された小室内に排気ガス流入口が開口する。
７番目の発明では１番目の発明において、パティキュレートフィルタとして、単位時間当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と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、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持している。
【００１４】
８番目の発明では７番目の発明において、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活性酸素放出剤をパティキュレートフィルタ上に担持し、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、放出された活性酸素によってパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにしている。
【００１５】
９番目の発明では８番目の発明において、活性酸素放出剤がアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類又は遷移金属からなる。
１０番目の発明では９番目の発明において、アルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりもイオン化傾向の高い金属からなる。
１１番目の発明では８番目の発明において、活性酸素放出剤は、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘ  を吸収しパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯｘ  を放出する機能を有している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。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に示される実施例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および排気管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の出口は排気管２２を介して消音器２３に連結される。
【００１７】
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に示される実施例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６ａ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６ａ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。
【００１８】
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および出力ポート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。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、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００１９】
図２（Ａ）は図１に示される消音器２３の平面図を示しており、図２（Ｂ）は図１に示される消音器２３の側面図を示している。図２（Ａ），（Ｂ）に示されるように消音器２３は消音器本体５０と、排気管２２および消音器本体５０間に配置された流路切換弁装置５１とにより構成される。流路切換弁装置５１は、集合部５２と、機関から排出された排気ガスを取入れるために排気管２２の出口に接続された排気ガス取入口５３と、集合部から分岐された三つの枝管、即ち第１の枝管５４、第２の枝管５５、第３の枝管５６とにより構成されるマニホルドからなる。
【００２０】
図２（Ａ），（Ｂ）に示されるようにマニホルドの集合部５２内にはバタフライ弁の形をした流路切換弁５７が配置され、この流路切換弁５７の弁軸５８は例えば負圧作動型ダイアフラム装置からなるアクチュエータ５９に連結される。図２に示される実施例においては流路切換弁５７はアクチュエータ５９により図２（Ａ）において実線Ａで示される第１位置と、破線Ｂで示される第２位置と、破線Ｃで示される第３位置のいずれか一つの位置に制御される。
【００２１】
図３は図２（Ａ），（Ｂ）に示される消音器本体５０の第１実施例を示している。なお、図３において（Ａ）は消音器本体５０の断面平面図を示しており、（Ｂ），（Ｄ）は（Ａ）において夫々矢印Ｂ，Ｄに沿ってみた側面図を示しており、（Ｃ），（Ｅ），（Ｆ）は（Ａ）において夫々Ｃ−Ｃ，Ｅ−Ｅ，Ｆ−Ｆに沿ってみた断面図を示している。
【００２２】
消音器本体５０は断面楕円状の外周壁６０と、消音器本体５０の一端部を覆う端部壁６１と、消音器本体５０の他端部を覆う端部壁６２とを具備する。消音器本体５０内はこれら端部壁６１，６２と平行をなす複数個の仕切壁、図３に示す第１実施例では二つの仕切壁６３ａ，６３ｂによって分割された複数個の小室、図３に示す第１実施例では三つの小室６４ａ，６４ｂ，６４ｃが形成される。これら小室６４ａ，６４ｂ，６４ｃは、流入する排気ガスの圧力脈動を減衰させて排気音を低減させるための拡張室か、又はヘルムホルツの共鳴箱を形成して特定周波数の排気音を低減させるための共鳴室のいずれかを形成する。図３に示す第１実施例では小室６４ａが第１の拡張室を形成しており、小室６４ｂが第２の拡張室を形成しており、小室６４ｃが共鳴室を形成している。
【００２３】
図３に示す第１実施例では消音器本体５０の一端部に形成された、即ち端部壁６１と仕切壁６３ａ間に形成された第１の拡張室６４ａ内にはＵ字形をなして延びる排気ガス流通管６５が配置され、この排気ガス流通管６５の中央部内にはパティキュレートフィルタ６６が配置される。排気ガス流通管６５の一端部は端部壁６１からわずかばかり突出しており、この突出部に第１の排気ガス流出入口６７ａが形成される。一方、排気ガス流通管６５の他端部も端部壁６１からわずかばかり突出しており、この突出部に第２の排気ガス流出入口６７ｂが形成される。図３（Ａ），（Ｅ）からわかるように排気ガス流通管６５の外周壁面はその全体に亘って消音器本体５０の外周壁６０の内壁面から間隔を隔てて配置されている。
【００２４】
一方、図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように第１の排気ガス流出入口６７ａと第２の排気ガス流出入口６７ｂとの間の端部壁６１上には直径よりも長さの方が短かいパイプ６８が取付けられており、このパイプ６８内に第１の拡張室６４ａ内に連通する排気ガス流入口６９が形成される。図２（Ａ）に示されるマニホルドの第１の枝管５４、第２の枝管５５、第３の枝管５６は夫々図３（Ａ）に示される排気ガス流入口６９、第１の排気ガス流出入口６７ａ、第２の排気ガス流出入口６７ｂに例えば溶接により接続される。
【００２５】
一方、消音器本体５０内には第１の拡張室６４ａ内から共鳴室６４ｃ内に向けて延びる連通管７０と、消音器本体５０内に送り込まれた排気ガスを消音器本体５０から外部に排出するために第２の拡張室６４ｂに連通する排気管７１とが配置される。図３（Ａ）に示されるように連通管７０の周壁面上には第２の拡張室６４ｂ内に開口する多数の排気ガス流出孔７２が形成されている。
【００２６】
次に図４を参照しつつ消音器本体５０の第２実施例について説明する。なお、図４において（Ａ）は消音器本体５０の断面平面図を示しており、（Ｂ），（Ｃ）は（Ａ）において夫々矢印Ｂ，Ｃに沿ってみた側面図を示しており、（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）は（Ａ）において夫々Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅ，Ｆ−Ｆに沿ってみた断面図を示している。また、図４において図３に示される構成要素と同様な構成要素は同一の符号で示すと共にそれら同様な構成要素については説明を省略する。図４を参照するとこの第２実施例では消音器本体５０内が三つの仕切壁６３ａ，６３ｂ，６３ｃにより四つの小室６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄに分割されており、小室６４ａは第１の拡張室を、小室６４ｃは第２の拡張室を、小室６４ｂは第３の拡張室を、小室６４ｄは共鳴室を夫々形成している。
【００２７】
排気ガス流通管６５は第１の拡張室６４ａから第３の拡張室６４ｂおよび第２の拡張室６４ｃを介して共鳴室６４ｄ内まで延びており、この排気ガス流通管６５の外周壁面もその全体に亘って消音器本体５０の外周壁６０の内壁面から間隔を隔てて配置されている。一方、図４（Ａ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）からわかるように連通管７０は図４（Ａ）において排気ガス流通管６５の下方を第１の拡張室６４ａから共鳴室６４ｄまで延びており、この連通管７０の内壁面上には第１実施例と同様に第２の拡張室６４ｃ内に開口する多数の排気ガス流出孔７２が形成されている。また、この第２実施例では第２の拡張室６４ｃと第３の拡張室６４ｂとを連通する多数の排気ガス流出孔７３が図４（Ｅ）に示されるように仕切壁６３ｂ上に形成されている。更にこの第２実施例では排気管７１は第３の拡張室６４ｂに開口している。
【００２８】
次に図５を参照しつつ消音器本体５０の第３実施例について説明する。なお、図５において（Ａ）は消音器本体５０の断面平面図を示しており、（Ｂ）は消音器本体５０の側面断面図を示しており、（Ｃ），（Ｆ）は（Ａ）において夫々矢印Ｃ，Ｆに沿ってみた側面図を示しており、（Ｄ），（Ｅ）は（Ａ）において夫々Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅに沿ってみた断面図を示している。また、図５において図３に示される構成要素と同様な構成要素は同一の符号で示すと共にそれら同様な構成要素については説明を省略する。
【００２９】
図５を参照するとこの第３実施例では消音器本体５０内に端部壁６１，６２と平行をなす三つの仕切壁６３ａ，６３ｂ，６３ｃが形成されており、更にこの第３実施例では仕切壁６３ａから仕切壁６３ｂまで平行をなして延びる二つの仕切壁６３ｄ，６３ｅが形成されている。即ち、この第３実施例では消音器本体５０内に五つの仕切壁６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅが形成されており、消音器本体５０内はこれら五つの仕切壁６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅによって六つの小室６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｅ，６４ｆ，６４ｇに分割される。
【００３０】
図５（Ａ）に示されるように消音器本体５０内には一対の仕切壁６３ｄ，６３ｅを貫通して小室６４ｆと小室６４ｇとを連通する一対の円筒体７４ａ，７４ｂが配置され、これら円筒体７４ａ，７４ｂ内に夫々パティキュレートフィルタ６６が配置される。更に消音器本体５０内には端部壁６１および仕切壁６３ａを貫通して延びる三つのパイプ７５ａ，７５ｂ，７６が配置される。パイプ７５ａの外端部には第１の排気ガス流出入口６７ａが形成され、パイプ７５ａの内端部は小室６４ｆ内に開口する。一方、パイプ７５ｂの外端部には第２の排気ガス流出入口６７ｂが形成され、パイプ７５ｂの内端部は小室６４ｇ内に開口する。従って第１の排気ガス流出入口６７ａと第２の排気ガス流出入口６７ｂとは小室６４ｆ，６４ｇおよびパティキュレートフィルタ６６を介して互いに連通しており、この第３実施例においては各小室６４ｆ，６４ｇは第１の排気ガス流出入口６７ａと第２の排気ガス流出入口６７ｂとを連通する排気ガス流通路を形成している。
【００３１】
一方、パイプ７６の外端部には排気ガス流入口６９が形成され、パイプ７６の内端部は小室６４ｅ内に開口する。このパイプ７６の内壁面上には図５（Ａ）に示されるように小室６４ａ内に開口する多数の連通孔７７が形成されている。また、仕切壁６３ａ上には図５（Ｄ）において破線で示すように小室６４ａと小室６４ｅとを連通する多数の排気ガス流出孔７８ａが形成されており、同様に仕切壁６３ｂ上にも図５（Ｅ）に示されるように小室６４ｅと小室６４ｂとを連通する多数の排気ガス流出孔７８ｂが形成されている。また、排気管７１は小室６４ｂ内に連通しており、この排気管７１の内壁面上には図５（Ａ）に示されるように小室６４ｃ内に開口する連通孔７９が形成されている。なお、この連通孔７９は特に設けなくてもよい。
【００３２】
この第３実施例では小室６４ａは共鳴室を形成しており、小室６４ｅは第１の拡張室を形成しており、小室６４ｂは第２の拡張室を形成している。また、図５（Ａ）に示されるように排気管７１の内壁面上に連通孔７９を形成した場合には小室６４ｃは共鳴室を形成する。従って第１の拡張室６４ｅはパティキュレートフィルタ６６を支持している円筒体７４ａ，７４ｂ周りに形成されることになり、これら円筒体７４ａ，７４ｂは、即ちパティキュレートフィルタ６６の配置されている排気ガス流通路部分は消音器本体５０の内壁面から間隔を隔てて配置されることになる。なお、この第３実施例においても図２（Ａ）に示されるマニホルドの第１の枝管５４、第２の枝管５５、第３の枝管５６は夫々図５（Ａ）に示される排気ガス流入口６９、第１の排気ガス流出入口６７ａ、第２の排気ガス流出入口６７ｂに例えば溶接により接続される。
【００３３】
図６（Ａ）は代表的なパティキュレートフィルタの正面図を示しており、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示すパティキュレートフィルタの側面断面図を示している。図３に示されるパティキュレートフィルタ６６は断面形状が楕円形であり、しかも図６に示すパティキュレートフィルタよりも軸方向長さが短かいが図６に示すパティキュレートフィルタと基本的には同じ構造を有しており、図４に示されるパティキュレートフィルタ６６は図６に示されるパティキュレートフィルタよりも軸方向長さが長いがやはり図６に示すパティキュレートフィルタと基本的に同じ構造を有している。また、図５に示される各パティキュレートフィルタ６６は図６に示すパティキュレートフィルタとほぼ同じ形状を有している。従って以下図３から図５に示される各パティキュレートフィルタ６６を個別に説明する代りに図６に示される代表的なパティキュレートフィルタについてその構造を説明する。
【００３４】
図６（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ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８０，８１を具備する。これら排気流通路は一端が栓８２により閉塞された排気ガス流通路８０と、他端が栓８３により閉塞された排気ガス流通路８１とにより構成される。なお、図６（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓８３を示している。従って排気ガス流通路８０および排気ガス流通路８１は薄肉の隔壁８４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流通路８０および排気ガス流通路８１は各排気ガス流通路８０が四つの排気ガス流通路８１によって包囲され、各排気ガス流通路８１が四つの排気ガス流通路８０によって包囲されるように配置される。
【００３５】
パティキュレートフィルタ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、従って図６（Ｂ）においてＸ方向からパティキュレートフィルタ内に排気ガスが送り込まれると排気ガス流通路８０内に流入した排気ガスは矢印で示されるように周囲の隔壁８４内を通って隣接する排気ガス流通路８１内に流出する。これに対し、図６（Ｂ）において矢印Ｙ方向からパティキュレートフィルタ内に排気ガスが送り込まれると排気ガス流通路８１内に流入した排気ガスは図６（Ｂ）に示される矢印とは逆向きに周囲の隔壁８４内を通って隣接する排気ガス流通路８０内に流出する。
【００３６】
本発明による実施例では各排気ガス流通路８０および８１の周壁面、即ち各隔壁８４の両側表面上および隔壁８４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒、およ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活性酸素放出剤が担持されている。
【００３７】
この場合、本発明による実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類、および遷移金属から選ばれた少くとも一つが用いられている。
【００３８】
なお、この場合活性酸素放出剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
次に図３から図５に示されるパティキュレートフィルタ６６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およびカリウム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。
【００３９】
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、燃焼室５および排気通路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。従って排気ガスがパティキュレートフィルタ６６内に送り込まれると過剰酸素、ＮＯおよびＳＯ２  を含んだ排気ガスが排気ガス流通路８０又は８１内に流入することになる。
【００４０】
図７（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流通路８０又は８１の内周面および隔壁８４内の細孔内壁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７（Ａ）および（Ｂ）において９０は白金Ｐｔの粒子を示しており、９１はカリウムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
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６６の排気ガス流通路８０又は８１内に流入すると図７（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上で酸化されつつ活性酸素放出剤９１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図７（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ −  の形で活性酸素放出剤９１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ３ −  は硝酸カリウムＫＮＯ３  を生成する。
【００４１】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ２  も含まれており、このＳＯ２  もＮＯと同様なメカニズムによって活性酸素放出剤９１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活性酸素放出剤９１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ４２−  の形で活性酸素放出剤９１内に拡散し、硫酸カリウムＫ２  ＳＯ４  を生成する。このようにして活性酸素放出触媒９１内には硝酸カリウムＫＮＯ３  および硫酸カリウムＫ２  ＳＯ４  が生成される。
【００４２】
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６６の排気ガス流通路８０又は８１内を流れているときに、或いは隔壁８４内を流れているときに図７（Ｂ）において９２で示されるように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤９１の表面上に接触し、付着する。
【００４３】
このように微粒子９２が活性酸素放出剤９１の表面上に付着すると微粒子９２と活性酸素放出剤９１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤９１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤９１内の酸素が微粒子９２と活性酸素放出剤９１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤９１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９２と活性酸素放出剤９１との接触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出剤９１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤９１内に吸収される。
【００４４】
一方、このとき活性酸素放出剤９１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９２と活性酸素放出剤９１との接触面に向かい、ＳＯ２  が活性酸素放出剤９１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ２  は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤９１内に吸収される。
【００４５】
一方、微粒子９２と活性酸素放出剤９１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９２と活性酸素放出剤９１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９２に接触すると微粒子９２は短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子９２は完全に消滅する。従って微粒子９２はパティキュレートフィルタ６６上に堆積することがない。なお、このようにパティキュレートフィルタ６６上に付着した微粒子９２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９２は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。
パティキュレートフィルタ６６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６６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６６の温度を高温に維持しなければならない。
【００４６】
これに対して本発明による実施例では微粒子９２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６６の表面が赤熱することもない。即ち、云い換えると本発明による実施例ではかなり低い温度でもって微粒子９２が酸化除去せしめられている。従って本発明において用いられている輝炎を発しない微粒子９２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００４７】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤９１はパティキュレートフィルタ６６の温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤９１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６６の温度が高くなるほど増大する。従ってパティキュレートフィルタ６６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６６の温度が高くなるほど増大する。
【００４８】
図９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。なお、図９において横軸はパティキュレートフィルタ６６の温度ＴＦを示している。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９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６６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６６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。
【００４９】
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９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８（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８（Ａ）に示すように微粒子９２が活性酸素放出剤９１上に付着すると微粒子９２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８（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留微粒子部分９３によって覆われるようになる。
【００５０】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分９３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９３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９３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ２  の酸化作用および活性酸素放出剤９１による活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図８（Ｃ）に示されるように残留微粒子部分９３の上に別の微粒子９４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や活性酸素放出剤９１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９４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６６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６６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。
【００５１】
このように図９の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ６６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９の領域ＩＩでは微粒子がパティキュレートフィルタ６６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６６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よりも少くしておく必要がある。
【００５２】
図９からわかるように本発明の実施例で用いられているパティキュレートフィルタ６６ではパティキュレートフィルタ６６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およびパティキュレートフィルタ６６の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常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実施例においては排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ６６の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するようにしている。
【００５３】
このように排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するとパティキュレートフィルタ６６上に微粒子が全く堆積しなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ６６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。
【００５４】
また、微粒子の酸化による微粒子除去作用はかなり低温でもって行われる。従ってパティキュレートフィルタ６６の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュレートフィルタ６６が劣化する危険性はほとんどない。また、パティキュレートフィルタ６６上に微粒子が全く堆積しないのでアッシュが凝集する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィルタ６６が目詰まりする危険性が少なくなる。
【００５５】
ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウムＣａＳＯ４  によって生ずる。即ち、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、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６６の細孔が閉塞されると目詰まりを生ずることになる。
【００５６】
しかしながらこの場合、活性酸素放出剤９１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を用いると活性酸素放出剤９１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６６の隔壁８４を通過して排気ガス流通路８０又は８１内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ６６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活性酸素放出剤９１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。
【００５７】
さて、本発明による実施例では基本的に全ての運転状態において排出微粒子量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ことを意図している。しかしながら実際には全ての運転状態において排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くすることはほとんど不可能である。そこで本発明による実施例では流路切換弁５７によってパティキュレートフィルタ６６内を流れる排気ガスの流れ方向を時折逆転させるようにしている。
【００５８】
即ち、例えば図６（Ｂ）において排気ガスが矢印Ｘの方向に流れており、このとき排気ガス流通路８０の内壁面上に微粒子が堆積したとする。このとき排気ガス流通路８１の内壁面上には微粒子が堆積していないのでこのとき排気ガスの流れ方向を逆転すると、即ち図６（Ｂ）において排気ガスの流れ方向を矢印Ｙの方向に切換えると排気ガス中の微粒子は排気ガス流通路８１の内壁面上において良好に酸化除去せしめられる。また、このとき排気ガス流通路８０の内壁面には微粒子が堆積することがないので既に堆積している微粒子が酸化除去せしめられる。このように排気ガスの流れ方向を逆転すると排気ガス流通路８１の内壁面上において微粒子が酸化除去せしめられ、更に排気ガス流通路８０の内壁面上でも堆積微粒子の酸化除去作用が行われる。従って排気ガスの流れ方向を時折逆転することによって微粒子の連続的な酸化除去作用が可能となる。
【００５９】
また、例えば図６（Ｂ）において排気ガスが矢印Ｘの方向に流れ、排気ガス流通路８０の内壁面上における細孔の開口部が微粒子の固まりによって閉塞された場合には排気ガスの流れ方向を逆転させたときに排気ガス流によって微粒子の固りが細孔の開口部から吹き飛ばされ、それによって細孔の目詰りを阻止することができるという利点もある。
【００６０】
次に図１０を参照しつつ流路切換弁５７の制御ルーチンについて説明する。
図１０を参照するとまず初めにステップ１００においてパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入を禁止すべきか否かが判別される。機関始動時のようにパティキュレートフィルタ６６の温度が低いときにはパティキュレートフィルタ６６上に多量の微粒子が堆積する可能性がある。また、排気ガス温が低くなる運転状態のときにはパティキュレートフィルタ６６の温度が低下し、斯くしてこのときにも多量の微粒子がパティキュレートフィルタ６６上に堆積する可能性がある。このように多量の微粒子がパティキュレートフィルタ６６上に堆積する可能性があるときにはパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入を禁止すべきであると判断され、ステップ１０１に進む。
【００６１】
ステップ１０１では流路切換弁５７の位置が図２（Ａ）に示す第１位置Ａとされる。このとき排気ガス取入口５３から集合部５２内に流入した排気ガスは排気ガス流通管６５又は排気ガス流通路６４ｆ，６４ｇ内を迂回することなく直接排気ガス流入口６９に向かい、次いで第１の拡張室６４ａ，６４ｅ内に流入する。従ってこのとき多量の微粒子がパティキュレートフィルタ６６上に堆積することがない。
【００６２】
一方、ステップ１００においてパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入を禁止すべきでないと判断されたときにはステップ１０２に進んでパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入方向を切換えるべきか否かが判別される。例えばパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入方向を切換えた後一定期間が経過したとき、或いは機関から多量の微粒子が排出される加速運転が完了したときにはパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入方向を切換えるべきであると判断される。パティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入方向を切換えるべきであると判断されたときにはステップ１０３に進む。
【００６３】
ステップ１０３では流入方向切換用のフラグＦがセットされているか否かが判別され、フラグＦがセットされているときにはステップ１０４に進んでフラグＦがリセットされる。次いでステップ１０５では流路切換弁５７の位置が図２（Ａ）に示す第２位置Ｂに切換えられる。このとき排気ガス取入口５３から集合部５２内に流入した排気ガスは第１の排気ガス流出入口６７ａに向かい、次いで排気ガス流通管６５又は排気ガス流通路６４ｆ，６４ｇおよびパティキュレートフィルタ６６内を流れる。次いで第２の排気ガス流出入口６７ｂから流出した排気ガスは排気ガス流入口６９に向い、次いで第１の拡張室６４ａ，６４ｅ内に流入する。
【００６４】
その後再びステップ１０２においてパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入方向を切換えるべきであると判断されるとこのときにはフラグＦがリセットされているのでステップ１０３からステップ１０６に進み、フラグＦがセットされる。次いでステップ１０７では流路切換弁５７の位置が図２（Ａ）に示す第３位置Ｃに切換えられる。このとき排気ガス取入口５３から集合部５２内に流入した排気ガスは第２の排気ガス流出入口６７ｂに向かい、次いで排気ガス流通管６５又は排気ガス流通路６４ｆ，６４ｇおよびパティキュレートフィルタ６６内を流れる。次いで第１の排気ガス流出入口６７ａから流出した排気ガスは排気ガス流入口６９に向い、次いで第１の拡張室６４ａ，６４ｅ内に流入する。このようにしてパティキュレートフィルタ６６への排気ガスの流入方向が交互に切換えられる。
【００６５】
さて、上述したように排気ガスは流路切換弁５７の位置にかかわらずに排気ガス流入口６９から第１の拡張室６４ａ，６４ｅ内に流入する。排気ガスが第１の拡張室６４ａ，６４ｅ内に流入すると排気脈動が減衰し、斯くして排気音が低減せしめられる。また、図３に示す第１実施例では第１の拡張室６４ａが連通管７０を介して共鳴室６４ｃに連通しており、図４に示す第２実施例では第１の拡張室６４ａが連通管７０を介して共鳴室６４ｄに連通している。これら連通管７０と共鳴室６４ｃ，６４ｄとはヘルムホルツの共鳴箱を形成しており、従って第１の拡張室６４ａでは連通管７０の直径および長さと共鳴室６４ｃ，６４ｄの容積から定まる特定周波数の排気音が低減される。
【００６６】
また、図５に示す第３実施例ではパイプ７６内が連通孔７７を介して共鳴室６４ａに連通しており、連通孔７７と共鳴室６４ａとがヘルムホルツの共鳴箱を形成している。従ってこの第３実施例では連通孔７７の直径および長さと共鳴室６４ａの容積から定まる特定周波数の排気音が低減される。なお、共鳴室６４ａ内に流入した排気ガスは排気ガス流出孔７８ａを通って第１の拡張室６４ｅ内に流出する。
【００６７】
次いで図３に示す第１実施例では排気ガスは連通管７０内に流入した後に排気ガス流出孔７２から第２の拡張室６４ｂ内に流入し、このとき排気脈動が更に減衰するために排気音が更に低減せしめられる。次いで排気ガスは排気管７１を介して外部に排出される。一方、図４に示す第２実施例では排気ガスは連通管７０内に流入した後に排気ガス流出孔７２から第２の拡張室６４ｃ内に流入し、このとき排気脈動が更に減衰するために排気音が更に低減せしめられる。また、この第２実施例では第２の拡張室６４ｃ内に流入した排気ガスは仕切壁６３ｂ上に形成された排気ガス流出孔７３から第３の拡張室６４ｂ内に流入し、このとき排気脈動が更に減衰するために排気音が更に低減せしめられる。次いで排気ガスは排気管７１を介して外部に排出される。
【００６８】
また、図５に示す第３実施例では排気ガスは第１の拡張室６４ｅから排気ガス流出孔７８を介して第２の拡張室６４ｂ内に流入し、このとき排気脈動が更に減衰するために排気音が更に低減せしめられる。次いで排気ガスは排気管７１を介して外部に排出される。図５（Ａ）に示されるように排気管７１の内壁面上に連通孔７９が形成されている場合には連通孔７９の直径および長さと共鳴室６４ｃの容積から定まる特定周波数の排気音が低減される。
【００６９】
ところで図３に示す第１実施例でも図４に示す第２実施例でも排気ガス流通管６５の外周面と消音器本体６０の内壁面間には空隙が存在し、また図５に示す第３実施例ではパティキュレートフィルタ６６を支持している円筒体７４ａ，７４ｂと消音器本体６０の内壁面間には空隙が存在する。従っていずれの実施例においてもパティキュレートフィルタ６６は外気に対して保温された状態にあり、しかも高温の排気ガスがパティキュレートフィルタ６６の周囲を流通する。従ってパティキュレートフィルタ６６の温度を高温に維持することができるので広い運動領域に亘って微粒子をパティキュレートフィルタ６６上において酸化除去することができることになる。
【００７０】
一方、排気ガス流入口６９、第１の排気ガス流出入口６７ａおよび第２の排気ガス流出入口６７ｂは消音器本体５０の一端部、図３から図５に示す実施例では端部壁６１上に配置されており、従って流路切換弁装置５１の各枝管５４，５５，５６を夫々対応する排気ガス流入口６９、第１の排気ガス流出入口６７ａおよび第２の排気ガス流出入口６７ｂに容易に接続することができる。
【００７１】
また、図２および図３から図５に示す実施例におけるように流路切換弁装置５１を独立して、即ち消音器本体５０とは別体に形成した場合には流路切換弁装置５１への流路切換弁５７の取付けおよびアクチュエータ５９の取付けが極めて容易になる。更に、図２に示す流路切換弁装置５１は図３から図５に示すような異なる構造の消音器本体５０に対して共通して使用することができるという利点もある。
【００７２】
ところで前述したように図２に示す実施例においては流路切換弁５７はアクチュエータ５９により図２（Ａ）において実線Ａで示される第１位置と、破線Ｂで示される第２位置と、破線Ｃで示される第３位置のいずれか一つの位置に制御される。しかしながら排気ガス取入口５３から集合部５２内に流入した排気ガスの一部を第１の排気ガス流出入口６７ａに流入させ、残りの排気ガスを排気ガス流入口６９に直接流入させるために流路切換弁５７を第１位置Ａと第２位置Ｂとの中間の位置に保持することもできるし、排気ガス取入口５３から集合部５２内に流入した排気ガスの一部を第２の排気ガス流出入口６７ｂに流入させ、残りの排気ガスを排気ガス流入口６９に直接流入させるために流路切換弁５７を第１位置Ａと第３位置Ｃとの中間の位置に保持することもできる。
【００７３】
さて、これまで述べた実施例ではパティキュレートフィルタ６６の各隔壁８４の両側面上および隔壁８４内の細孔内壁面上に例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒および活性酸素放出剤が担持されている。この場合、この担体上にパティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘ  を吸収しパティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯｘ  を放出するＮＯｘ  吸収剤を担持させることもできる。
【００７４】
この場合、貴金属としては前述したように白金Ｐｔが用いられ、ＮＯｘ  吸収剤としてはカリウム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、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が用いられる。なお、前述した活性酸素放出剤を構成する金属と比較すればわかるようにＮＯｘ  吸収剤を構成する金属と、活性酸素放出剤を構成する金属とは大部分が一致している。
【００７５】
この場合、ＮＯｘ  吸収剤および活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることもできるし、同一の金属を用いることもできる。ＮＯｘ  吸収剤および活性酸素放出剤として同一の金属を用いた場合にはＮＯｘ  吸収剤としての機能と活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになる。
次に貴金属触媒として白金Ｐｔを用い、ＮＯｘ  吸収剤としてカリウムＫを用いた場合を例にとってＮＯｘ  の吸放出作用について説明する。
【００７６】
まず初めにＮＯｘ  の吸収作用について検討するとＮＯｘ  は図７（Ａ）に示すメカニズムと同じメカニズムでもってＮＯｘ  吸収剤に吸収される。ただし、この場合図７（Ａ）において符号９１はＮＯｘ  吸収剤を示す。
即ち、パティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に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６６の排気ガス流通路８０又は８１内に流入すると図７（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ＮＯｘ  吸収剤９１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図７（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ −  の形でＮＯｘ  吸収剤９１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ３ −  は硝酸カリウムＫＮＯ３  を生成する。このようにしてＮＯがＮＯｘ  吸収剤９１内に吸収される。
【００７７】
一方、パティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスがリッチになると硝酸イオンＮＯ３ −  は酸素とＯとＮＯに分解され、次から次へとＮＯｘ  吸収剤９１からＮＯが放出される。従ってパティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると短時間のうちにＮＯｘ  吸収剤９１からＮＯが放出され、しかもこの放出されたＮＯが還元されるために大気中にＮＯが排出されることはない。
【００７８】
なお、この場合、パティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯｘ  吸収剤９１からＮＯが放出される。しかしながらこの場合にはＮＯｘ  吸収剤９１からＮＯが徐々にしか放出されないためにＮＯｘ  吸収剤９１に吸収されている全ＮＯｘ  を放出させるには若干長い時間を要する。
ところで前述したようにＮＯｘ  吸収剤および活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることもできるし、ＮＯｘ  吸収剤および活性酸素放出剤として同一の金属を用いることもできる。ＮＯｘ  吸収剤および活性酸素放出剤として同一の金属を用いた場合には前述したようにＮＯｘ  吸収剤としての機能と活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになり、このように双方の機能を同時に果すものを以下、活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤と称する。この場合には図７（Ａ）における符号９１は活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤を示すことになる。
【００７９】
このような活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤９１を用いた場合、パティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯは活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤９１に吸収され、排気ガス中に含まれる微粒子が活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤９１に付着するとこの微粒子は活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤９１から放出される活性酸素によって短時間のうちに酸化除去せしめられる。従ってこのとき排気ガス中の微粒子およびＮＯｘ  の双方が大気中に排出されるのを阻止することができることになる。
【００８０】
一方、パティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤９１からＮＯが放出される。このＮＯは未燃ＨＣ，ＣＯにより還元され、斯くしてこのときにもＮＯが大気中に排出されることがない。また、このときパティキュレートフィルタ６６上に微粒子が堆積していた場合にはこの微粒子は活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤９１から放出される活性酸素によって酸化除去せしめられる。
【００８１】
なお、ＮＯｘ  吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤が用いられた場合にはＮＯｘ  吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤のＮＯｘ  吸収能力が飽和する前に、ＮＯｘ  吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ  吸収剤からＮＯｘ  を放出するためにパティキュレートフィルタ６６に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされる。
【００８２】
また、本発明はパティキュレートフィルタ６６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９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。
【００８３】
また、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。
更に本発明は、パティキュレートフィルタ上流の排気通路、例えば排気管２２内に酸化触媒を配置してこの酸化触媒により排気ガス中のＮＯをＮＯ２  に変換し、このＮＯ２  とパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子とを反応させてこのＮＯ２  により微粒子を酸化するようにした排気ガス浄化装置にも適用できる。
【００８４】
【発明の効果】
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連続的に酸化除去することの可能なコンパクトな排気装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】消音器を示す図である。
【図３】消音器本体の第１実施例を示す図である。
【図４】消音器本体の第２実施例を示す図である。
【図５】消音器本体の第３実施例を示す図である。
【図６】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図７】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図８】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図９】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図１０】流路切換弁を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２３…消音器
２５…ＥＧＲ制御弁
５０…消音器本体
５１…流路切換弁装置
６６…パティキュレートフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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