(57)【要約】【課題】排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給するために必要な還元剤の量をできるだけ少なくする。【解決手段】内燃機関の排気通路１３内に排気浄化材１７を具備する。排気浄化材をバイパスするバイパス通路１３，２７が排気通路に接続される。バイパス通路と排気通路との分岐領域に流量調整弁１８が配置される。排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスＲＧを供給して排気浄化材の内部雰囲気を還元雰囲気にすべきであると判定されたときには、ほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給とその停止とを断続的に実行すると共に、排気浄化材へ供給される大部分の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であるように流量調整弁を制御する。【選択図】　　　図５
2004068786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に排気浄化材を具備し、該排気浄化材をバイパスするバイパス通路が排気通路に接続されており、該バイパス通路と排気通路との分岐領域にバイパス通路内に流入する排気ガスの量と排気浄化材に流入する排気ガスの量との割合を調整するための流量調整弁が配置されており、上記バイパス通路と排気通路との分岐領域上流にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給するための供給手段が配置されている排気浄化装置において、排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給して排気浄化材の内部雰囲気を還元雰囲気にすべきであると判定されたときには、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給とその停止とを断続的に実行すると共に、排気浄化材へ供給される大部分の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であるように流量調整弁を制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気浄化材内の排気ガスの空燃比を検出するための空燃比検出手段を具備し、排気浄化材の内部雰囲気を還元雰囲気にすべきであると判定されたときには、上記供給手段からほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給し、その後、上記空燃比検出手段によって排気浄化材内の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなっていることが検出されたときに、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給を停止すると共に、ほとんどの排気ガスがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御し、その後、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給とその停止とを断続的に実行すると共に、排気浄化材へ供給される大部分の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であるように流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記空燃比検出手段が排気ガスの空燃比を検出するために排気浄化材の上流および下流の少なくとも一方に配置された空燃比センサを具備することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記空燃比検出手段が排気ガスの空燃比を検出するために排気浄化材の下流に配置された空燃比センサを具備し、該空燃比センサが排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であることを検出したことをもって排気浄化材の内部雰囲気が還元雰囲気になっていると推定することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記空燃比検出手段が排気ガスの空燃比を検出するために排気浄化材の上流および下流に配置された空燃比センサを具備し、下流側の空燃比センサが排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であることを検出したことをもって排気浄化材の内部雰囲気が還元雰囲気になっていると推定し、上流側の空燃比センサが排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることを検出した後にリーン空燃比であることを検出したタイミングに基づいて、ほとんどの排気ガスをバイパス通路に流入させるように流量調整弁の制御位置を切り換えるタイミングが決定されることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
排気浄化材内がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスで充填されたことを検出するための検出手段を具備し、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給とその停止とが断続的に実行されている間において、供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給の開始タイミングに基づいて、ほとんどの排気ガスを排気浄化材に流入させるように流量調整弁の制御位置を切り換えるタイミングが決定され、上記検出手段によって排気浄化材内がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスで充填されたことが検出されたタイミングに基づいて、ほとんどの排気ガスをバイパス通路に流入させるように流量調整弁の制御位置を切り換えるタイミングが決定されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記検出手段が燃焼室内における燃料の燃焼モード毎に作成された機関回転数と機関要求負荷との関数のマップに基づいて、排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが到達したことを検出することを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記検出手段が内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの温度、その流量およびその圧力の少なくとも１つに基づいて、排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが到達したことを検出することを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
上記流量調整弁が第１の制御位置に位置決めされたときにはほとんどの排気ガスが排気浄化材にその一方の端面から流入し、上記流量調整弁が第２の制御位置に位置決めされたときにはほとんどの排気ガスが排気浄化材にその他方の端面から排気ガスが流入し、上記流量調整弁が第１の制御位置と第２の制御位置との中間の中立制御位置に位置決めされたときにはほとんどの排気ガスがバイパス通路に流入するように排気通路およびバイパス通路が構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
排気ガスが排気浄化材に一方の端面からのみ流入可能に排気通路およびバイパス通路が構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【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】
特開２００２−１３４１３号公報に、内燃機関の燃焼室２から排出される排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、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（以下、単に、フィルタと称す）を具備する。また、このフィルタは、貴金属触媒と活性酸素放出剤とを担持しており、これら貴金属触媒の作用と活性酸素放出剤の作用とによって生成される活性酸素によって、捕集した微粒子を酸化除去するようになっている。
【０００３】
ところで、このフィルタの活性酸素放出剤は、フィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＳＯｘ（硫黄酸化物）を保持してしまう。ここで活性酸素放出剤が保持しているＳＯｘの量が多くなると、フィルタに捕集された微粒子が活性酸素によって酸化除去されづらくなる。したがって、微粒子の酸化除去率を高く維持するためには、フィルタの活性酸素放出剤からＳＯｘを放出させる必要がある。
【０００４】
ここで、活性酸素放出剤は、その温度がＳＯｘ離脱温度よりも高く且つその周囲の雰囲気が還元雰囲気になっていると、保持しているＳＯｘを放出する。そこで、上記公報に記載の排気浄化装置では、フィルタの活性酸素放出剤からＳＯｘを放出させるべきときには、フィルタの温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃料（還元剤）を多く含んだリッチ空燃比の排気ガスをフィルタに供給するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の排気浄化装置において、フィルタからＳＯｘを放出させ続けるためには、フィルタの温度をＳＯｘ離脱温度よりも高く維持しつつ且つフィルタ内の雰囲気を還元雰囲気に維持する必要がある。したがって、この排気浄化装置では、燃料（還元剤）を多く含んだリッチ空燃比の排気ガスをフィルタに供給し続けなければならない。ところが、これによると、排気ガスの空燃比をリッチに維持するために必要な燃料（還元剤）の量が多くなることから、燃費が悪化してしまう。あるいは、排気ガスの空燃比をリッチに維持するために多量の燃料（還元剤）がフィルタに供給されることから、燃料がフィルタにて燃焼してフィルタに熱劣化をもたらす可能性もある。
【０００６】
こうした問題は、一般的に、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化材を備えた排気浄化装置において、還元剤を多く含んだほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを排気浄化材に供給する場合にも生じる問題である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化材を備えた排気浄化装置において、排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給するために必要な還元剤の量をできるだけ少なくすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関の排気通路内に排気浄化材を具備し、該排気浄化材をバイパスするバイパス通路が排気通路に接続されており、該バイパス通路と排気通路との分岐領域にバイパス通路内に流入する排気ガスの量と排気浄化材に流入する排気ガスの量との割合を調整するための流量調整弁が配置されており、上記バイパス通路と排気通路との分岐領域上流にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給するための供給手段が配置されている排気浄化装置において、排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給して排気浄化材の内部雰囲気を還元雰囲気にすべきであると判定されたときには、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給とその停止とを断続的に実行すると共に、排気浄化材へ供給される大部分の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であるように流量調整弁を制御する。これによれば、ほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを排気浄化材に供給すべきときに、排気浄化材に供給される排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となっている。ここで、排気浄化材、排気通路、および、供給手段は、後述する実施形態において、それぞれ、パティキュレートフィルタ（活性酸素生成剤）、排気管、および、燃料添加弁に相当する。
【０００９】
２番目の発明では、１番目の発明において、排気浄化材内の排気ガスの空燃比を検出するための空燃比検出手段を具備し、排気浄化材の内部雰囲気を還元雰囲気にすべきであると判定されたときには、上記供給手段からほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給し、その後、上記空燃比検出手段によって排気浄化材内の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなっていることが検出されたときに、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給を停止すると共に、ほとんどの排気ガスがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御し、その後、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給とその停止とを断続的に実行すると共に、排気浄化材へ供給される大部分の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であるように流量調整弁を制御する。ここで、空燃比検出手段は、後述する実施形態において、空燃比センサに相当する。
【００１０】
３番目の発明では、２番目の発明において、上記空燃比検出手段が排気ガスの空燃比を検出するために排気浄化材の上流および下流の少なくとも一方に配置された空燃比センサを具備する。
【００１１】
４番目の発明では、２番目の発明において、上記空燃比検出手段が排気ガスの空燃比を検出するために排気浄化材の下流に配置された空燃比センサを具備し、該空燃比センサが排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であることを検出したことをもって排気浄化材の内部雰囲気が還元雰囲気になっていると推定する。
【００１２】
５番目の発明では、２番目の発明において、上記空燃比検出手段が排気ガスの空燃比を検出するために排気浄化材の上流および下流に配置された空燃比センサを具備し、下流側の空燃比センサが排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比であることを検出したことをもって排気浄化材の内部雰囲気が還元雰囲気になっていると推定し、上流側の空燃比センサが排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることを検出した後にリーン空燃比であることを検出したタイミングに基づいて、ほとんどの排気ガスをバイパス通路に流入させるように流量調整弁の制御位置を切り換えるタイミングが決定される。
【００１３】
６番目の発明では、１番目の発明において、排気浄化材内がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスで充填されたことを検出するための検出手段を具備し、上記供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給とその停止とが断続的に実行されている間において、供給手段からのほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスの供給の開始タイミングに基づいて、ほとんどの排気ガスを排気浄化材に流入させるように流量調整弁の制御位置を切り換えるタイミングが決定され、上記検出手段によって排気浄化材内がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスで充填されたことが検出されたタイミングに基づいて、ほとんどの排気ガスをバイパス通路に流入させるように流量調整弁の制御位置を切り換えるタイミングが決定される。
【００１４】
７番目の発明では、６番目の発明において、上記検出手段が燃焼室内における燃料の燃焼モード毎に作成された機関回転数と機関要求負荷との関数のマップに基づいて、排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが到達したことを検出する。
【００１５】
８番目の発明では、６番目の発明において、上記検出手段が内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの温度、その流量およびその圧力の少なくとも１つに基づいて、排気浄化材にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが到達したことを検出する。
【００１６】
９番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、上記流量調整弁が第１の制御位置に位置決めされたときにはほとんどの排気ガスが排気浄化材にその一方の端面から流入し、上記流量調整弁が第２の制御位置に位置決めされたときにはほとんどの排気ガスが排気浄化材にその他方の端面から排気ガスが流入し、上記流量調整弁が第１の制御位置と第２の制御位置との中間の中立制御位置に位置決めされたときにはほとんどの排気ガスがバイパス通路に流入するように排気通路およびバイパス通路が構成されている。
【００１７】
１０番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、排気ガスが排気浄化材に一方の端面からのみ流入可能に排気通路およびバイパス通路が構成されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図１に示した内燃機関は、圧縮着火式のディーゼル内燃機関である。図１において、１は機関本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドである。各燃料噴射弁３は共通のいわゆるコモンレール６に接続されている。コモンレール６は燃料を高圧下で溜めておくためのリザーバとして機能し、各燃料噴射弁３にはこのコモンレール６から燃料が供給される。
【００１９】
吸気マニホルド４には吸気管７が接続されている。吸気管７には燃焼室２に吸入される空気を冷却するためのインタークーラ８が取り付けられている。インタークーラ８下流の吸気管７内には、燃焼室２内に吸入される空気の量を制御するためのスロットル弁９が配置されている。また、インタークーラ８上流において、吸気管７は排気ターボチャージャ１０のコンプレッサ１１の出口部に接続されている。コンプレッサ１１の入口部にも吸気管７が接続されている。この吸気管７には、燃焼室２に吸入される空気の量を検出するためのエアフローメータ１２が配置されている。
【００２０】
排気マニホルド５には排気管１３が接続されている。排気管１３は排気ターボチャージャ１０の排気タービン１４の入口部に接続されている。この排気管１３には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ（以下、メイン空燃比センサと称す）１５が取り付けられている。また、排気ターボチャージャ１０の排気タービン１４の出口部にも排気管１３が接続されている。この排気管１３には、該排気管１３から分岐し、この排気管１３からの分岐部分に戻るようにループ状をなす分岐管１６が接続されている。すなわち、分岐管１６はその両端の開口が排気管１３の同じ領域に開口するように排気管１３に接続されている。
【００２１】
分岐管１６内には、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（以下、単に、フィルタと称す）１７が配置されている。なお、後述するように、フィルタ１７は貴金属触媒を担持しているので、排気ガス中のＨＣ（未燃炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）をも酸化して浄化する。また、後述するように、フィルタ１７は貴金属触媒と活性酸素生成剤とを担持しており、これら貴金属触媒と活性酸素生成剤とによって排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）が還元浄化されるので、フィルタ１７は排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する。
【００２２】
図２（Ａ）はフィルタ１７の端面図であり、図２（Ｂ）はフィルタ１７の縦断面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示したように、フィルタ１７はハニカム構造をなす隔壁３０を具備する。これら隔壁３０によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路３１，３２が形成される。これら排気流通路のうち略半数の排気流通路３１がその下流端開口を栓３３で閉鎖されている。以下、これら排気流通路３１を排気流入通路と称す。一方、残りの半数の排気流通路３２はその上流端開口を栓３４で閉鎖されている。以下、これら排気流通路３２を排気流出通路と称す。排気流入通路３１には４つの排気流出通路３２が隣接する。一方、排気ガス流出通路３２には４つの排気流入通路３１が隣接する。
【００２３】
排気ガスは排気流入通路３１に流入する。隔壁３０はコージェライトのような多孔質材料からなるので、図２（Ｂ）において矢印で示したように、排気流入通路３１内の排気ガスは、隔壁３０の細孔を通って、隣接する排気流出通路３２内に流れ込む。
【００２４】
また、フィルタ１７は、貴金属触媒と活性酸素生成剤とを担持している。すなわち、本発明では、フィルタ１７の隔壁３０の両壁面上、および、隔壁３０の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持されている。
【００２５】
貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、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、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【００２６】
フィルタ１７は、貴金属触媒と活性酸素生成剤とによって生成される活性酸素によって、フィルタ１７に捕集された微粒子を比較的短時間のうちに酸化除去する。
【００２７】
すなわち、排気ガスがフィルタ１７に流入すると、図３（Ａ）に示したように、排気ガス中の酸素（Ｏ２）がＯ２−またはＯ２−の形で白金４０の表面に付着する。排気ガス中のＮＯはこれらＯ２−またはＯ２−と反応し、ＮＯ２となる。斯くして生成されたＮＯ２の一部は、白金４０上で酸化されつつ活性酸素生成剤４１内に吸収によって保持され、図３（Ａ）に示したように、カリウム（Ｋ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ３−）の形で活性酸素生成剤４１内に拡散し、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム（ＫＮＯ３）の形で活性酸素生成剤４１内に吸収によって保持される。
【００２８】
ここで、図３（Ｂ）において４２で示したように、微粒子が活性酸素生成剤４１の表面上に接触して付着すると、微粒子４２と活性酸素生成剤４１との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活性酸素生成剤４１の周囲の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生成剤４１内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤４１内の酸素が微粒子４２と活性酸素生成剤４１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤４１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）が微粒子と活性酸素生成剤４１との接面に向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤４１から外部に放出される。
【００２９】
ここで、微粒子４２と活性酸素生成剤４１との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムといった化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。こうして活性酸素生成剤４１は活性酸素を生成する。なお、外部に放出されたＮＯは下流側の白金４０上において酸化され、再び活性酸素生成剤４１内に保持される。
【００３０】
活性酸素生成剤４１によって生成される活性酸素はそこに付着した微粒子４２を酸化除去するために消費される。すなわち、フィルタ１７に捕集された微粒子４２は活性酸素生成剤４１によって生成される活性酸素によって酸化除去される。
【００３１】
このように、フィルタ１７に捕集されている微粒子が反応性の高い活性酸素によって輝炎を発することなく酸化除去されるので、フィルタ１７の温度が過剰に高くなることがなく、したがって、フィルタ１７が熱劣化することがない。
【００３２】
ところで、分岐管１６が排気管１３から分岐する領域において、排気管１３内には、分岐管１６に流入する排気ガスの量と分岐管１６に流入せずにそのまま排気管１３を流れる排気ガスの量との割合を調整するための流量調整弁１８が配置されている。流量調整弁１８が図４（Ａ）に示した第１の制御位置に位置決めされたときには、ほとんどの排気ガスが分岐管１６に流入し、フィルタ１７にその第１の端面から流入する。そして、この場合、排気ガスは、フィルタ１７の第２の端面から流出し、再び、排気管１３に流入する。
【００３３】
一方、流量調整弁１８が図４（Ｂ）に示した第２の制御位置に位置決めされたときには、ほとんどの排気ガスが分岐管１６に流入するが、フィルタ１７にはその第２の端面から流入する。そして、この場合、排気ガスは、フィルタ１７の第１の端面から流出し、再び、排気管１３に流入する。
【００３４】
さらに、流量調整弁１８が図４（Ｃ）に示した第３の制御位置（中立制御位置）に位置決めされたときには、ほとんどの排気ガスが分岐管１６に流入することなく、そのまま、排気管１３内を流れる。すなわち、排気ガスはフィルタ１７をバイパスすることとなる。したがって、この場合、流量調整弁１８下流の排気管１３ａはフィルタ１７をバイパスするバイパス通路として働く。
【００３５】
流量調整弁１８上流の排気管１３には、排気管１３内に燃料を噴射するための燃料添加弁１９が取り付けられている。この燃料添加弁１９は、フィルタ１７にリッチ空燃比の排気ガスを供給するため、すなわち、フィルタ１７に燃料を供給するために用いられる。さらに、流量調整弁１８上流の排気管１３には、排気ガスの温度を検出するための温度センサ２０が取り付けられている。さらに、流量調整弁１８下流の排気管１３には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ（以下、サブ空燃比センサと称す）２１が取り付けられている。
【００３６】
なお、メイン空燃比センサ１５に関して、排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁３から噴射された燃料の量に対する燃焼室２に吸入された空気の量の比である。また、フィルタ１７およびサブ空燃比センサ２１に関して、排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁３から噴射された燃料と燃料添加弁１９から噴射された燃料との総量に対する燃焼室２に吸入された空気の量の比である。
【００３７】
ところで、燃焼室２から排出された排気ガスを燃焼室２に導入するための排気再循環（ＥＧＲ）通路２２が排気マニホルド５から吸気マニホルド４まで延びる。ＥＧＲ通路２２には、排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２３が取り付けられている。また、ＥＧＲクーラ２３上流において、ＥＧＲ通路２２内には、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）およびＨＣ（未燃炭化水素）を酸化除去するための酸化触媒２４が配置されている。また、ＥＧＲクーラ２３下流において、ＥＧＲ通路２２には、燃焼室２に導入される排気ガスの量を制御するためのＥＧＲ制御弁２５が取り付けられている。
【００３８】
ところで、燃料には硫黄成分が含まれていることから、燃焼室２内においてＳＯｘ（硫黄酸化物）が発生する。したがって、排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。そして、フィルタ１７の活性酸素放出剤はフィルタ１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＳＯｘをも保持する。燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比は、内燃機関が通常運転せしめられているときには、通常、リーンであるので、内燃機関が通常運転せしめられている間、活性酸素生成剤に保持されているＳＯｘの量は徐々に増大する。
【００３９】
ここで、活性酸素生成剤に保持されているＳＯｘの量が多くなると、フィルタ１７において微粒子が酸化除去されづらくなってしまう。したがって、フィルタ１７における微粒子酸化除去率を高く維持するためには、活性酸素生成剤からＳＯｘを放出させる必要がある。ここで、活性酸素生成剤はその温度がＳＯｘ離脱温度よりも高く且つその周囲の雰囲気が還元雰囲気になると、保持しているＳＯｘを放出する。
【００４０】
そこで、本発明では、活性酸素生成剤に保持されているＳＯｘの量がフィルタ１７における微粒子酸化除去率を考慮して予め定めた許容上限値に達したときに、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、燃料添加弁１９から燃料を噴射することによってほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比（以下、ほぼ理論空燃比とリッチ空燃比とをまとめて、単に、リッチ空燃比と称す）の排気ガス（以下、ほぼ理論空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとをまとめて、単に、リッチガスと称す）をフィルタ１７に供給する。
【００４１】
ところで、上述したように、活性酸素生成剤からＳＯｘを放出させるために、リッチガスをフィルタ１７に供給するためには、少なくとも、流量調整弁１８を図４（Ａ）に示した第１の制御位置、或いは、図４（Ｂ）に示した第２の制御位置に位置決めしておく必要がある。ところが、流量調整弁１８を第１の制御位置または第２の制御位置に位置決めし続けた状態で、フィルタ１７の内部雰囲気を還元雰囲気に維持するためには、燃料添加弁１９から継続的に燃料を噴射し、リッチガスをフィルタ１７に供給し続けなければならない。しかしながら、これでは、フィルタ１７の内部雰囲気を還元雰囲気に維持するために必要な燃料の量が多くなってしまう。
【００４２】
そこで、本発明の第１実施形態では、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定されたときには、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、図５（Ａ）に示したように、流量調整弁１８を第１の制御位置（または、第２の制御位置）に位置決めした上で、燃料添加弁１９から所定の期間に亘って燃料を噴射する。すると、図５（Ａ）に示したように、リッチガスＲＧがフィルタ１７に流入する。そして、図５（Ｂ）に示したように、リッチガスＲＧはフィルタ１７から流出して、サブ空燃比センサ２１に到達する。
【００４３】
ここで、燃料添加弁１９から燃料を噴射する期間を適切に設定しておけば、リッチガスＲＧがサブ空燃比センサ２１に到達したときには、フィルタ１７内にはリッチガスが存在し、したがって、フィルタ１７の内部雰囲気は還元雰囲気となっている。そこで、第１実施形態では、リッチガスＲＧがサブ空燃比センサ２１に到達し、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたときに、図５（Ｃ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。
【００４４】
すなわち、第１実施形態では、サブ空燃比センサ２１が排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたタイミングに基づいて、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気になっているタイミングが推定される。云い方を換えれば、本発明では、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたタイミングに基づいて、流量調整弁１８の制御位置の切換タイミングが決定される。
【００４５】
このように流量調整弁１８の制御位置を切り換えると、ほとんどの排気ガスはフィルタ１７には流入せずに、バイパス通路として機能する排気管１３ａ内を流れることとなる。すなわち、ほとんどの排気ガスがフィルタ１７をバイパスする。これによれば、燃料添加弁１９から新たに燃料を噴射しなくても、一定の期間に亘って、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気に維持される。
【００４６】
さらに、一定の期間が経過すると、フィルタ１７の内部雰囲気は徐々に還元雰囲気ではなくなるので、第１実施形態では、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気ではなくなったときに、再び、燃料添加弁１９から燃料が所定の期間に亘って噴射される。そして、図５（Ｄ）に示したように、リッチガスＲＧが流量調整弁１８に到達したときに、流量調整弁１８の制御位置が中立制御位置から第１の制御位置（または、第２の制御位置）に切り換えられる。これによれば、流量調整弁１８の制御位置を切り換えたとしても、リーン空燃比の排気ガスはほとんどフィルタ１７には流入せず、ほぼリッチガスのみがフィルタ１７に供給されることとなる。すなわち、フィルタ１７に供給される大部分の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となる。
【００４７】
もちろん、その後、リッチガスがサブ空燃比センサ２１に到達し、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたときには、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。以後、この制御が繰り返される。
【００４８】
このように、第１実施形態によれば、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるべきときに、ほぼリッチガスのみがフィルタ１７に供給されるので、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。
【００４９】
第１実施形態に従って燃料添加弁１９および流量調整弁１８の動作が制御されたときの燃料添加弁１９付近の排気ガスの空燃比とフィルタ１７内の排気ガスの空燃比との推移の一例を図６に示した。図６において、（Ａ）は燃料添加弁１９に対する制御信号Ｓを示しており、制御信号ＳがＯＮ状態にあるときには燃料添加弁１９から燃料が噴射され、制御信号ＳがＯＦＦ状態にあるときには燃料添加弁１９からの燃料噴射が停止されている。また、図６において、（Ｂ）は燃料添加弁１９付近の排気ガスの空燃比ＡＦｅの推移と示し、（Ｃ）はフィルタ１７内の排気ガスの空燃比の推移ＡＦｆを示し、（Ｄ）は時刻ｔを示している。なお、（Ｂ）および（Ｃ）において、ＳＴは理論空燃比を示す。
【００５０】
図６に示した例では、時刻ｔ０において、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定される。第１実施形態に従えば、ここで、フィルタ１７の温度がＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇せしめられ、これと共に、流量調整弁１８が第１の制御位置に位置決めされた状態で、燃料添加弁１９に対する制御信号ＳがＯＮ状態とされる。そして、このとき、燃料添加弁１９付近の排気ガスの空燃比ＡＦｅは一気に下降してリッチ空燃比となる。さらに、少し遅れて、フィルタ１７内の排気ガスの空燃比ＡＦｆも一気に下降してリッチ空燃比となる。
【００５１】
そして、第１実施形態に従えば、所定の期間が経過したときに燃料添加弁１９に対する制御信号ＳがＯＦＦ状態とされ、燃料添加弁１９付近の排気ガスの空燃比ＡＦｅは一気に上昇してリーン空燃比となる。一方、第１実施形態に従えば、リッチガスがサブ空燃比センサ２１に到達したときに、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられるので、フィルタ１７内の排気ガスの空燃比ＡＦｆは徐々に上昇するがリッチ空燃比に維持されている。
【００５２】
さらに、時刻ｔ４において、フィルタ１７内の排気ガスの空燃比ＡＦｆがリッチ空燃比でなくなると、再び、燃料添加弁１９に対する制御信号ＳがＯＮ状態とされ、燃料添加弁１９付近の排気ガスの空燃比ＡＦｅが一気に下降し、リッチガスが流量調整弁１８に到達したときに流量調整弁１８の制御位置が中立制御位置から第１の制御位置に切り換えられるので、フィルタ１７内の排気ガスの空燃比ＡＦｆがリッチ空燃比となる。ここでも、所定の期間が経過すると燃料添加弁１９に対する制御信号ＳがＯＦＦ状態とされ、燃料添加弁１９付近の排気ガスの空燃比は一気に上昇する。しかしながら、第１実施形態に従えば、リッチガスがサブ空燃比センサ２１に到達したときに、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられるので、フィルタ１７内の排気ガスの空燃比ＡＦｆは徐々に上昇するがリッチ空燃比に維持されている。
【００５３】
次に、第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。第２実施形態では、サブ空燃比センサ２１が燃料添加弁１９下流であって流量調整弁１８上流において、排気管１３に取り付けられている。
【００５４】
そして、第２実施形態では、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定されたときには、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、流量調整弁１８を第１の制御位置（または、第２の制御位置）に位置決めした上で、燃料添加弁１９から所定の期間に亘って燃料を噴射する。すると、図８（Ａ）に示したように、リッチガスＲＧはフィルタ１７に流入する。
【００５５】
そして、第２実施形態では、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたタイミングに基づいて、或いは、リッチガスＲＧがサブ空燃比センサ２１に到達した後にリーン空燃比の排気ガス（以下、リーンガスと称す）がサブ空燃比センサ２１に到達したタイミングに基づいて、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気になり且つほとんど全てのリッチガスがフィルタ１７に流入するタイミングが推定される。
【００５６】
そして、図８（Ｂ）に示したように、このタイミングにおいて流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。すなわち、第２実施形態では、サブ空燃比センサ２１が排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたタイミングに基づいて、或いは、サブ空燃比センサ２１が排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出された後に排気ガスの空燃比がリーン空燃比であることが検出されたタイミングに基づいて、流量調整弁１８の制御位置の切換タイミングが決定される。
【００５７】
これによれば、第１実施形態と同様に、燃料添加弁１９から新たに燃料を噴射しなくても、一定の期間に亘って、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気に維持される。
【００５８】
さらに、一定の期間が経過すると、フィルタ１７の内部雰囲気は徐々に還元雰囲気ではなくなるので、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気ではなくなったときに、再び、燃料添加弁１９から燃料が所定の期間に亘って噴射される。
【００５９】
そして、第２実施形態では、サブ空燃比センサ２１にリッチガスＲＧが到達したタイミングに基づいて、図８（Ｃ）に示したように、リッチガスＲＧが流量調整弁１８に到達するタイミングが推定される。そして、このタイミングにおいて流量調整弁１８の制御位置が中立制御位置から第１の制御位置（または、第２の制御位置）に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、流量調整弁１８の制御位置を切り換えたとしても、ほぼリッチガスのみがフィルタ１７に供給されることとなる。
【００６０】
もちろん、このときにも、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたタイミングに基づいて、或いは、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたタイミングに基づいて、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気になり且つほとんど全てのリッチガスがフィルタ１７に流入するタイミングが推定され、このタイミングにおいて流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。以後、この制御が繰り返される。
【００６１】
このように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。また、第２実施形態によれば、ほとんど全てのリッチガスがフィルタ１７に流入せしめられるので、このことからも、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。
【００６２】
次に、第３実施形態について説明する。図９は、第３実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。第３実施形態では、燃料添加弁１９下流であって流量調整弁１８上流において、排気管１３に空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサと称す）２１ｕが取り付けられ、流量調整弁１８下流において、排気管１３にも空燃比センサ（以下、下流側空燃比センサと称す）２１ｄが取り付けられている。
【００６３】
そして、第３実施形態では、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定されたときには、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、流量調整弁１８を第１の制御位置（または、第２の制御位置）に位置決めした上で、燃料添加弁１９から所定の期間に亘って燃料を噴射する。すると、図１０（Ａ）に示したように、リッチガスＲＧはフィルタ１７に流入する。そして、図１０（Ｂ）に示したように、やがて、リッチガスＲＧはフィルタ１７から流出して、下流側空燃比センサ２１ｄに到達する。
【００６４】
ここで、燃料添加弁１９から燃料を噴射する期間を適切に設定しておけば、リッチガスＲＧが下流側空燃比センサ２１ｄに到達したときには、フィルタ１７内にはリッチガスが存在し、したがって、フィルタ１７の内部雰囲気は還元雰囲気となっている。そこで、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、下流側空燃比センサ２１ｄによって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたときに、図１０（Ｃ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。これによれば、燃料添加弁１９から新たに燃料を噴射しなくても、一定の期間に亘って、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気に維持される。
【００６５】
さらに、一定の期間が経過すると、フィルタ１７の内部雰囲気は徐々に還元雰囲気ではなくなるので、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気ではなくなったときに、再び、燃料添加弁１９から燃料が所定の期間に亘って噴射される。
【００６６】
そして、第３実施形態では、上流側空燃比センサ２１ｕにリッチガスＲＧが到達したタイミングに基づいて、図１０（Ｄ）に示したように、リッチガスＲＧが流量調整弁１８に到達するタイミングが推定される。そして、このタイミングにおいて流量調整弁１８の制御位置が中立制御位置から第１の制御位置（または、第２の制御位置）に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、流量調整弁１８の制御位置を切り換えたとしても、リッチガスのみがフィルタに供給されることとなる。
【００６７】
もちろん、このときにも、下流側空燃比センサ２１ｄによって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたときに、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。以後、この制御が繰り返される。
【００６８】
このように、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。
【００６９】
なお、第３実施形態において、上流側空燃比センサ２１ｕおよび下流側空燃比センサ２１ｄを用いて、流量調整弁１８の制御位置を第１の制御位置（または、第２の制御位置）から中立制御位置に切り換えるタイミングを決定してもよい。
【００７０】
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、フィルタ１７にリッチガスを供給するときの流量調整弁１８の切換タイミングが機関回転数と要求負荷との関数のマップの形で用意される。そして、このマップに基づいて、流量調整弁１８の切換タイミングが決定される。以下、これについて詳細に説明する。
【００７１】
燃料添加弁１９からの燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するまでにかかる時間は、単位時間当たりに燃焼室２から排出される排気ガスの量（以下、排気ガスの流量と称す）に依存する。そして、この排気ガスの流量は、機関回転数と要求負荷（すなわち、燃料噴射弁からの燃料噴射量）とに依存する。したがって、機関回転数と要求負荷とから、燃料添加弁１９からの燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７に流入するタイミングが判る。そこで、第４実施形態では、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数として、燃料添加弁１９からの燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７に流入するタイミングを、図１１（Ａ）に示したように、予めマップの形で求めておく。
【００７２】
そして、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定されたときには、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、図８（Ａ）に示したように、流量調整弁１８を第１の制御位置（または、第２の制御位置）に位置決めした上で、燃料添加弁１９から所定の期間に亘って燃料を噴射する。そして、燃料添加弁１９からの燃料噴射を開始したときに、図１１（Ａ）に示したマップに基づいて、燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するタイミングを算出し、このタイミングが到来したときに、図８（Ｂ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、燃料添加弁１９から新たに燃料を噴射しなくても、一定の期間に亘って、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気に維持される。
【００７３】
さらに、一定の期間が経過すると、フィルタ１７の内部雰囲気は徐々に還元雰囲気ではなくなるので、第４実施形態でも、第１実施形態と同様に、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気ではなくなったときに、再び、燃料添加弁１９から燃料が所定の期間に亘って噴射される。
【００７４】
そして、燃料添加弁１９からの燃料噴射が再開されたときに燃料添加弁１９を通過した排気ガスが流量調整弁１８に到達するまでにかかる時間も排気ガスの流量に依存することから、第４実施形態では、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数として、燃料添加弁１９からの燃料噴射が再開されたときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７に流入するタイミングを、図１１（Ｂ）に示したように、予めマップの形で求めておく。
【００７５】
そして、燃料添加弁１９からの燃料噴射が再開されたときに、この図１１（Ｂ）に示したマップに基づいて、燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８に到達するタイミングを算出し、このタイミングが到来したときに、流量調整弁１８の制御位置が中立制御位置から第１の制御位置（または、第２の制御位置）に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、流量調整弁１８の制御位置を切り換えたとしても、リッチガスのみがフィルタ１７に供給されることとなる。
【００７６】
もちろん、このときにも、図１１（Ａ）に示したマップに基づいて、燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するタイミングを算出し、このタイミングが到来したときに、図８（Ｂ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。以後、この制御が繰り返される。このように、第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。また、第４実施形態によれば、流量調整弁１８の切換タイミングを決定するのに空燃比センサを必要としないので、流量調整弁１８の切換タイミングを決定するために必要な構成が少なくてすむ。
【００７７】
なお、燃料添加弁１９からの燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するタイミングを利用する代わりに、燃料添加弁１９からの燃料噴射が停止されたときに燃料添加弁１９を通過した排気ガスが流量調整弁１８を通過するタイミングを利用してもよい。すなわち、第５実施形態では、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数として、燃料添加弁１９からの燃料噴射が停止されたときに燃料添加弁１９を通過した排気ガスが流量調整弁１８を通過するタイミングを、図１２に示したように、予めマップの形で求めておく。
【００７８】
そして、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定されたときには、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、図８（Ａ）に示したように、流量調整弁１８を第１の制御位置（または、第２の制御位置）に位置決めした上で、燃料添加弁１９から所定の期間に亘って燃料を噴射する。そして、燃料添加弁１９からの燃料噴射が停止されたときに、図１２に示したマップに基づいて、燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８を通過するタイミングを算出し、このタイミングが到来したときに、図８（Ｂ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、燃料添加弁１９から新たに燃料を噴射しなくても、一定の期間に亘って、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気に維持される。
【００７９】
そして、燃料添加弁１９からの燃料噴射が再開されたときには、第４実施形態にて説明した図１１（Ｂ）に示したマップに基づいて、燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８に到達するタイミングを算出し、このタイミングが到来したときに、流量調整弁１８の制御位置が中立制御位置から第１の制御位置（または、第２の制御位置）に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、燃料添加弁１９の制御位置を切り換えたとしても、ほぼリッチガスのみがフィルタ１７に供給されることとなる。
【００８０】
さらに、燃料添加弁１９からの燃料噴射が停止されたときに、図１２に示したマップに基づいて、燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８を通過するタイミングを算出し、このタイミングが到来したときに、図８（Ｂ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。以後、この制御が繰り返される。このようように、第５実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。また、第５実施形態によれば、流量調整弁１８の切換タイミングを決定するのに空燃比センサを必要としないので、流量調整弁１８の切換タイミングを決定するために必要な構成が少なくてすむ。
【００８１】
ところで、本発明の内燃機関では、ＥＧＲ通路２２を介して燃焼室２に導入される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称す）の量が多くなると燃焼室２内における煤の発生量が徐々に多くなり、やがて、ピークに達する。そして、ＥＧＲガス量がさらに多くなると、燃焼室２内における燃料およびその周辺の温度が低下して、燃焼室２内における煤の発生量が少なくなる。次に、このことについて図１３を参照して説明する。
【００８２】
図１３は、機関低負荷運転時にスロットル弁９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１３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した実験例を表している。図１３から分かるように、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。
【００８３】
図１３に示したように、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、さらに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、さらに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。すなわち、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。
【００８４】
図１３からは次のことが言える。すなわち、第一に、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１３に示したように、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２内の燃焼温度が低下していることを意味しており、したがって、煤がほとんど発生しないときには燃焼室２内の燃焼温度が低くなっていると言える。
【００８５】
第２に、スモークの発生量、すなわち、煤の発生量がほぼ零になると、図１３に示したように、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。すなわち、燃料中に含まれる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、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。したがって、上述したように煤の発生量がほぼ零になると、図１３に示したように、ＨＣおよびＣＯの排出量が増大するが、このときのＨＣは煤の前駆体またはその前の状態の炭化水素である。
【００８６】
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、すなわち、上述した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、したがって、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。すなわち、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．　前後また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。したがって、上述の或る温度は、ＮＯｘ　の発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ．　前後またはそれ以下になったときの温度にほぼ一致する。
【００８７】
ところで、本発明では、燃焼室２内における煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも多い量のＥＧＲガスを燃焼室２内に導入しつつ燃焼室２にて燃料を燃焼させる燃焼（以下、低温燃焼と称す）と、燃焼室２内における煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも少ない量のＥＧＲガスを燃焼室２内に導入しつつ燃焼室２にて燃焼を燃焼させる燃焼（以下、通常燃焼と称す）とを、機関運転状態に応じて、選択的に行わせるようにしている。
【００８８】
詳細には、低温燃焼を行わせる場合、ＥＧＲガス量が比較的多いことから、燃焼室２に新たに吸入される空気の量が少ない。したがって、燃焼室２内にて燃焼可能な燃料の量も少ない。このため、低温燃焼が行われているときに内燃機関から出力可能な出力は比較的小さい。したがって、本発明では、機関運転状態が内燃機関に対する要求負荷が比較的小さく且つ機関回転数が比較的小さい状態にあるときには、低温燃焼を行わせるようにしている。ここで、要求負荷が極めて小さいときに低温燃焼を行わせると、燃焼室２内において燃料の燃焼が安定しない。そこで、本発明では、機関運転状態が要求負荷が極めて小さく且つ機関回転数が比較的小さい状態にあるときには、通常燃焼を行わせるようにしている。また、機関運転状態が上述した状態以外の状態にあるとき、すなわち、要求負荷が比較的大きいか、或いは、機関回転数が比較的大きいときには、通常燃焼を行わせるようにしている。
【００８９】
すなわち、図１４に示したように、本発明では、要求負荷Ｌが比較的小さく且つ機関回転数Ｎが比較的小さい領域Ｉにおいては低温燃焼を行わせ、要求負荷Ｌが比較的大きいか、或いは、機関回転数Ｎが比較的大きい領域ＩＩにおいては通常燃焼を行わせるようにしている。
【００９０】
なお、図１３に示したように、ＥＧＲ率Ｒが多くなると燃焼室２内におけるＮＯｘの発生量Ａｎが少なくなる。したがって、低温燃焼が行われているときには燃焼室２内における煤の発生量もＮＯｘの発生量も少なくなっている。
【００９１】
また、本発明の内燃機関では、燃料噴射弁３から燃焼室２内に噴射された燃料の燃焼を促進するために、内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関の駆動用の燃料を燃料噴射弁３から噴射する直前に、少量の燃料を燃料噴射弁３から噴射するいわゆるパイロット噴射が実行されることがある。また、本発明の内燃機関では、燃焼室２から排出される排気ガスの温度を上昇するため、或るいは、燃焼室２から排出される排気ガス中にＨＣを含ませるために、内燃機関の駆動用の燃料を燃料噴射弁３から噴射した後に、少量の燃料を燃料噴射弁３から噴射するいわゆるポスト噴射が実行されることがある。
【００９２】
このように、パイロット噴射が実行され、或いは、ポスト噴射が実行されたときに燃焼室２から排出される排気ガスの流量は、機関回転数および要求負荷が同じであっても、こうした噴射が実行されていないときに燃焼室２から排出される排気ガスの流量とは異なることがある。また、上述したように、低温燃焼が行われているときに燃焼室２から排出される排気ガスの流量も、機関回転数および要求負荷が同じであっても、通常燃焼が行われているときに燃焼室２から排出される排気ガスの流量とは異なることがある。
【００９３】
このように、燃焼室２から排出される排気ガスの流量は、機関回転数および要求負荷以外にも、燃焼室２内における燃料の燃焼形態（燃焼モード）にも依存する。そこで、第４実施形態および第５実施形態において、各マップをこれら燃焼モード毎、或いは、これら燃焼モードの組合せ毎に用意してもよい。
【００９４】
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態では、フィルタ１７にリッチガスを供給するときの流量調整弁１８の切換タイミングが、燃焼室２から排出される排気ガスの流量、その温度、および、その圧力のうちの少なくとも１つ（第６実施形態では、これら全て）から、所定の計算式に基づいて算出される。以下、これについて詳細に説明する。
【００９５】
図１５は、第６実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。第６実施形態では、流量調整弁１８上流の排気管１３に、排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ２６が取り付けられている。
【００９６】
ところで、第６実施形態でも、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定されたときには、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、図８（Ａ）に示したように、流量調整弁１８を第１の制御位置（または、第２の制御位置）に位置決めした上で、燃料添加弁１９から所定の期間に亘って燃料を噴射する。
【００９７】
ところで、燃料添加弁１９から燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するまでにかかる時間は、燃焼室２から排出される排気ガスの流量、その温度、および、その圧力に依存する。したがって、これらパラメータから、燃料添加弁１９からの燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７に流入するタイミングが判る。
【００９８】
そこで、第６実施形態では、排気ガスの流量をＧｅｘ、排気ガスの気体定数をＲＧｘ、排気ガスの温度をＴｅｘ、排気ガスの圧力をＰｅｘ、燃料添加弁１９から排気ガスが流出する側のフィルタ１７の端面までの排気管１３内の空間容積をＶｆとした場合、式（Ｇｅｘ×ＲＧｘ×Ｔｅｘ／Ｐｅｘ）／Ｖｆに基づいて、燃料添加弁１９からの燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するタイミングが算出される。そして、このタイミングが到来したときに、図８（Ｂ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、燃料添加弁１９から新たに燃料を噴射しなくても、一定の期間に亘って、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気に維持される。
【００９９】
さらに、一定の期間が経過すると、フィルタ１７の内部雰囲気は徐々に還元雰囲気ではなくなるので、第６実施形態でも、第１実施形態と同様に、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気ではなくなったときに、再び、燃料添加弁１９から燃料が所定の期間に亘って噴射される。
【０１００】
ところで、燃料添加弁１９から燃料噴射を再開したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８に到達するまでにかかる時間も、排気ガスの流量、その温度、および、その圧力に依存する。したがって、これらパラメータから、燃料添加弁１９からの燃料噴射が再開されたときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８に到達するタイミングが判る。
【０１０１】
ところで、第６実施形態では、燃料添加弁１９から流量調整弁１８までの排気管１３内の空間容積をＶｖとした場合、式（Ｇｅｘ×ＲＧｘ×Ｔｅｘ／Ｐｅｘ）／Ｖｖに基づいて、燃料添加弁１９からの燃料噴射が再開されたときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８に到達するタイミングが算出される。そして、このタイミングが到来したときに、流量調整弁１８の制御位置が中立制御位置から第１の制御位置（または、第２の制御位置）に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、流量調整弁１８の制御位置を切り換えたとしても、ほぼリッチガスのみがフィルタ１７に供給されることとなる。
【０１０２】
もちろん、このときにも、上述した式に基づいて、燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するタイミングが算出され、このタイミングが到来したときに、図８（Ｂ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が第１の制御位置から中立制御位置に切り換えられる。以後、この制御が繰り返される。このように、第６実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。また、これによれば、流量調整弁１８の切換タイミングを決定するのに空燃比センサを必要としないので、流量調整弁１８の切換タイミングを決定するために必要な構成が少なくてすむ。
【０１０３】
なお、燃料添加弁１９から燃料噴射を開始したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスがフィルタ１７内を充填するまでにかかる時間、および、燃料添加弁１９から燃料噴射を再開したときに燃料添加弁１９を通過したリッチガスが流量調整弁１８に到達するまでにかかる時間は、燃料添加弁１９から噴射された燃料の量や排気ガスの空燃比に応じて変化することから、上述した計算式に基づいて算出された切換タイミングを燃料添加弁１９から噴射された燃料の量や排気ガスの空燃比に基づいて補正するようにしてもよい。
【０１０４】
また、図１６に示した構成の排気浄化装置にも本発明を適用可能である。すなわち、第７実施形態の排気浄化装置では、排気管１３内にフィルタ１７が配置されている。また、このフィルタ１７をバイパスするように、フィルタ１７上流の排気管１３からバイパス管２７が分岐し、このバイパス管２７がフィルタ１７下流の排気管１３まで延びている。
【０１０５】
また、バイパス管２７が排気管１３から分岐する領域において、排気管１３内に、流量調整弁１８が配置されている。この流量調整弁１８は、バイパス通路に流入する排気ガスの量と、フィルタ１７に流入する排気ガスの量とを調整するためのものである。第７実施形態では、流量調整弁１８が図１７（Ａ）に示した通常制御位置に位置決めされているときには、ほとんどの排気ガスがフィルタ１７に流入する。一方、流量調整弁１８が図１７（Ｂ）に示したバイパス制御位置に位置決めされているときには、ほとんどの排気ガスがバイパス管２７に流入する。すなわち、排気ガスはフィルタ１７をバイパスすることとなる。したがって、第７実施形態では、バイパス管がフィルタ１７をバイパスするバイパス通路として働く。
【０１０６】
流量調整弁１８上流の排気管１３には、燃料添加弁１９と温度センサ２０とが取り付けられている。また、フィルタ１７下流の排気管１３には、サブ空燃比センサ２１が取り付けられている。
【０１０７】
こうした構成の排気浄化装置には、第１実施形態が適用可能である。一例として、第１実施形態が適用された場合について説明する。第７実施形態では、フィルタ１７からＳＯｘを放出させるために、フィルタ１７にリッチガスを供給すべきであると判定されたときには、フィルタ１７の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させ、これと共に、図１７（Ａ）に示したように、流量調整弁１８を通常制御位置に位置決めした上で、燃料添加弁１９から所定の期間に亘って燃料を噴射する。すると、リッチガスがフィルタ１７に流入する。そして、リッチガスはフィルタ１７から流出して、サブ空燃比センサ２１に到達する。
【０１０８】
第７実施形態では、リッチガスがサブ空燃比センサ２１に到達し、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたときに、図１７（Ｂ）に示したように、流量調整弁１８の制御位置が通常制御位置からバイパス制御位置に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、燃料添加弁１９から新たに燃料を噴射しなくても、一定の期間に亘って、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気に維持される。
【０１０９】
さらに、フィルタ１７の内部雰囲気が還元雰囲気ではなくなったときに、再び、燃料添加弁１９から燃料が所定の期間に亘って噴射される。そして、リッチガスが流量調整弁１８に到達したときに、流量調整弁１８の制御位置がバイパス制御位置から通常制御位置に切り換えられる。これによれば、第１実施形態と同様に、流量調整弁１８の制御位置を切り換えたとしても、ほぼリッチガスのみがフィルタ１７に供給されることとなる。
【０１１０】
もちろん、その後、リッチガスがサブ空燃比センサ２１に到達し、サブ空燃比センサ２１によって排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であることが検出されたときには、流量調整弁１８の制御位置が通常制御位置からバイパス制御位置に切り換えられる。以後、この制御が繰り返される。
【０１１１】
このように、第７実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ＳＯｘをフィルタ１７から放出させるために必要な燃料が少なくてすむ。
【０１１２】
また、図１６に示した構成の排気浄化装置において、サブ空燃比センサ２１が燃料添加弁１９下流であって流量調整弁１８上流において、排気管１３に取り付けられている場合には、第２実施形態が適用可能である。また、図１６に示した排気浄化装置において、燃料添加弁１９下流であって流量調整弁１８上流において、排気管１３に上流側空燃比センサが取り付けられ、フィルタ１７下流において、排気管１３に下流側空燃比センサが取り付けられている場合には、第３実施形態が適用可能である。
【０１１３】
もちろん、空燃比センサの取付位置や数に係わらず、図１６に示した構成の排気浄化装置には、第４実施形態〜第６実施形態が適用可能である。
【０１１４】
なお、本発明は、広くは、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化材を具備する排気浄化装置において、リッチ空燃比の排気ガスを排気浄化材に供給する場合に適用可能である。例えば、本発明は、フィルタ１７に捕集されている微粒子を酸化によって、或いは、燃焼によって除去するために該フィルタ１７にリーン空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとを供給する場合に適用可能である。この場合、フィルタ１７において微粒子を除去するために必要な燃料が少なくてすむ。また、ここでのフィルタ１７が上述した実施形態のフィルタ１７である場合には、フィルタ１７にリッチ空燃比の排気ガスが供給されると、微粒子が除去されると同時にフィルタ１７に保持されているＮＯｘをも還元浄化されるので、微粒子を除去し且つＮＯｘ触媒を還元浄化するために必要な燃料が少なくてすむと共に、これら微粒子とＮＯｘとが同時に高い除去率（浄化率）でもって除去（浄化）される。
【０１１５】
また、例えば、本発明は、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒を具備する排気浄化装置において、該ＮＯｘ触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘを保持し、そこに流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているＮＯｘを排気ガス中の燃料によって還元浄化し、該ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘを還元浄化するために該ＮＯｘ触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給する場合にも適用可能である。この場合、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元浄化するために必要な燃料が少なくてすむ。
【０１１６】
また、上述した実施形態では、燃料添加弁１９から燃料を噴射することによって、フィルタ１７にリッチ空燃比の排気ガスを供給しているが、これに代えて、或いは、これに加えて、燃料噴射弁３からの燃料噴射量を増量することによって、或いは、内燃機関を駆動するための燃料を燃料噴射弁３から噴射した後に追加的に燃料噴射弁３から燃料を噴射することによって、フィルタ１７にリッチ空燃比の排気ガスを供給するようになっている排気浄化装置にも、本発明は適用可能である。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを排気浄化材に供給すべきときに、排気浄化材に供給される大部分の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となっている。したがって、ほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを排気浄化材に供給するために必要な還元剤が少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタの微粒子酸化作用を説明するための図である。
【図４】流量調整弁の作用を説明するための図である。
【図５】第１実施形態における流量調整弁の切換動作を説明するための図である。
【図６】燃料添加弁付近における排気ガスの空燃比と、パティキュレートフィルタ内における排気ガスの空燃比との推移を示す図である。
【図７】第２実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図８】第２実施形態における流量調整弁の切換動作を説明するための図である。
【図９】第３実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図１０】第３実施形態における流量調整弁の切換動作を説明するための図である。
【図１１】（Ａ）は第４実施形態においてリッチガスがフィルタ内に充満するタイミングを算出するためのマップを示す図であり、（Ｂ）は第４実施形態においてリッチガスが流量調整弁に到達するタイミングを算出するためのマップを示す図である。
【図１２】第５実施形態においてリッチガスが流量調整弁を通過するタイミングを算出するためのマップを示す図である。
【図１３】ＥＧＲ率と煤の発生量とＮＯｘの発生量との関係を示す図である。
【図１４】低温燃焼と通常燃焼とのいずれの燃焼を行わせるかを決定するためのマップを示す図である。
【図１５】第６実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図１６】第７実施形態の排気浄化装置を示す図である。
【図１７】第７実施形態における流量調整弁の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…燃焼室
３…燃料噴射弁
４…吸気マニホルド
５…排気マニホルド
１３…排気管
１７…パティキュレートフィルタ
１８…流量調整弁
１９…燃料添加弁
２１…サブ空燃比センサ
２１ｕ…上流側空燃比センサ
２１ｄ…下流側空燃比センサ
２２…ＥＧＲ通路
２７…バイパス管
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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