(57)【要約】【課題】  パティキュレートフィルタの目詰まりを防止する。【解決手段】  機関排気通路71，72内に流路切換弁76と排気絞り弁45が配置される。機関排気通路71には流路切換弁76によって流れ方向が切換えられる排気双方向流通路79が接続され、この排気双方向流通路73内にパティキュレートフィルタ22が配置される。排気絞り弁45は周期的に一旦全閉にした後全開せしめられ、このとき排気ガスの速度はパルス状に瞬時だけ増大する。排気絞り弁45を瞬時に開弁する直前又は開弁したときに流路切換弁76によってパティキュレートフィルタ22内の排気ガスの流れ方向が逆向きに切換えられる。【選択図】      図27
2005282579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に燃焼室から排出される排気ガス中の微粒子を酸化除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子をパティキュレートフィルタから離脱させパティキュレートフィルタの外部に排出させるべきときにはパティキュレートフィルタ内を流れる排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させる流速瞬時増大手段を具備し、該流速瞬時増大手段が機関排気通路内に配置された排気制御弁からなると共に該排気絞り弁を瞬時に開弁することによってパティキュレートフィルタ内を流れる排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させ、機関排気通路内にパティキュレートフィルタ内を流れる排気ガスの流れ方向を逆向きに切換え可能な流路切換弁を配置し、上記排気絞り弁を瞬時に開弁する直前又は開弁したときに流路切換弁によってパティキュレートフィルタ内の排気ガスの流れ方向を逆向きに切換えるようにした内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記排気絞り弁は瞬時に開弁せしめられる直前に一時的に全開状態から閉弁せしめられる請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記排気絞り弁は車両減速運転時に全開状態から一時的に閉弁された後に再び瞬時に全開せしめられる請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記排気絞り弁は一定期間毎に周期的に全開状態から一時的に閉弁された後に再び瞬時に全開せしめられる請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
パティキュレートフィルタが排気ガスの流通する隔壁を具備し、該隔壁の両側に堆積した微粒子量を推定するための推定手段を具備し、該推定手段により該隔壁のいずれか一側に堆積したと推定される微粒子が予め定められた限界値を越えたときには、限界値を越えた微粒子が堆積している隔壁の一側が排気ガスの流出側であるとき、又は排気ガスの流出側となったときに上記排気絞り弁を瞬時に開弁してパティキュレートフィルタ内を流れる排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させる請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
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、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように該排出微粒子量又は該酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
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６に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【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ガス浄化装置。
【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ガス浄化装置。
【請求項１０】
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かつ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するパティキュレートフィルタを用い、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように該排出微粒子量又は該酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
パティキュレートフィルタ上に、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選ばれた少くとも一つと、貴金属触媒とが担持されている請求項１０に記載の内燃料機関の排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
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１０に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。従って排気ガス熱でもっ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させるのは困難であり、排気ガス熱でもっ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させるためには微粒子の着火温度を低くしなければならない。
【０００３】
ところで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。
例えば特許文献１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。
【０００４】
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排気ガス温が 350℃から 400℃に達しても微粒子が着火しない場合があり、またたとえ微粒子が着火したとしても一部の微粒子しか燃焼せず、多量の微粒子が燃え残るという問題を生ずる。
【０００５】
即ち、排気ガス中に含まれる微粒子量が少ないときにはパティキュレートフィルタ上に付着する微粒子量が少なく、このときには排気ガス温が 350℃から 400℃になるとパティキュレートフィルタ上の微粒子は着火し、次いで連続的に燃焼せしめられる。
しかしながら排気ガス中に含まれる微粒子量が多くなるとパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子が完全に燃焼する前にこの微粒子の上に別の微粒子が堆積し、その結果パティキュレートフィルタ上に微粒子が積層状に堆積する。このようにパティキュレートフィルタ上に微粒子が積層状に堆積すると酸素と接触しやすい一部の微粒子は燃焼せしめられるが酸素と接触しずらい残りの微粒子は燃焼せず、斯くして多量の微粒子が燃え残ることになる。従って排気ガス中に含まれる微粒子量が多くなるとパティキュレートフィルタ上の多量の微粒子が堆積し続けることになる。
【０００６】
一方、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積するとこれら堆積した微粒子次第に着火燃焼しずらくなる。このように燃焼しずらくなるのはおそらく堆積している間に微粒子中の炭素が燃焼しずらいグラフィイト等に変化するからであると考えられる。事実、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けると350 ℃から400 ℃の低温では堆積した微粒子が着火せず、堆積した微粒子を着火せしめるためには 600℃以上の高温が必要となる。しかしながらディーゼル機関では通常、排気ガス温が 600℃以上の高温になることがなく、従ってパティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けると排気ガス熱によって堆積した微粒子を着火せしめるのが困難となる。
【０００７】
一方、このとき排気ガス温を 600℃以上の高温にすることができたとすると堆積した微粒子は着火するがこの場合には別の問題を生ずる。即ち、この場合、堆積した微粒子は着火せしめられると輝炎を発して燃焼し、このときパティキュレートフィルタの温度は堆積した微粒子の燃焼が完了するまで長時間に亘り 800℃以上に維持される。しかしながらこのようにパティキュレートフィルタが長時間に亘り 800℃以上の高温にさらされるとパティキュレートフィルタが早期に劣化し、斯くしてパティキュレートフィルタを新品と早期に交換しなければならないという問題が生ずる。
【特許文献１】特公平７−１０６２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように一旦多量の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と問題を生じ、従ってパティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積するのを回避する必要がある。しかしながらこのようにパティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積するのを回避したとしても燃え残った微粒子が集まって大きな塊まりとなり、これら塊まりによってパティキュレートフィルタの細孔が目詰まりするという問題を生じる。このようにパティキュレートフィルタの細孔が目詰まりをするとパティキュレートフィルタにおける排気ガス流の圧損が大きくなり、その結果機関出力が低下してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、パティキュレートフィルタの目詰まりを生じさせる微粒子の塊まりをパティキュレートフィルタから離脱させ排出させることのできる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明によれば、機関排気通路内に燃焼室から排出される排気ガス中の微粒子を酸化除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子をパティキュレートフィルタから離脱させパティキュレートフィルタの外部に排出させるべきときにはパティキュレートフィルタ内を流れる排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させる流速瞬時増大手段を具備し、流速瞬時増大手段が機関排気通路内に配置された排気制御弁からなると共に排気絞り弁を瞬時に開弁することによってパティキュレートフィルタ内を流れる排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させ、機関排気通路内にパティキュレートフィルタ内を流れる排気ガスの流れ方向を逆向きに切換え可能な流路切換弁を配置し、排気絞り弁を瞬時に開弁する直前又は開弁したときに流路切換弁によってパティキュレートフィルタ内の排気ガスの流れ方向を逆向きに切換えるようにしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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の出口はパティキュレートフィルタ22を内蔵したフィルタケーシング23に連結される。
【００１２】
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内の燃焼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。
【００１３】
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。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。
【００１４】
一方、フィルタケーシング23の出口に接続された排気管43内にはアクチュエータ44によって駆動される排気絞り弁45が配置される。出力ポート36は対応する駆動回転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、燃料ポンプ28およびアクチュエータ44に接続される。
【００１５】
図２（Ａ）は要求トルクTQと、アクセルペダル40の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、TQ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はTQ＝ａ，TQ＝ｂ，TQ＝ｃ，TQ＝dの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクTQは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル40の踏込み量Ｌと機関回転数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。本発明による実施例では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル40の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクTQがまず初めに算出され、この要求トルクTQに基づいて燃料噴射量等が算出される。
【００１６】
図３（Ａ）および（Ｂ）は図１に示されるパティキュレートフィルタ22の構造を示す。なお、図３（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、図３（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３（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３（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およ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およ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。
【００１７】
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３（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。
【００１８】
本発明による実施例では各排気ガス流入通路50および各排気ガス流出通路51の周壁面、即ち各隔壁54の両側表面上および隔壁54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。
【００１９】
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、および錫Sn、鉄Feのような遷移金属から選ばれた少くとも一つが用いられている。
【００２０】
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を用いるか、或いはセリウムCeを用いることが好ましい。
【００２１】
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。
【００２２】
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。従って過剰酸素、NOおよび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。
【００２３】
図４（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路50の内周面および隔壁54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４（Ａ）および（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を含んでいる活性酸素放出剤を示している。
【００２４】
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４（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61内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図４（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61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。
【００２５】
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-の形で活性酸素放出剤61内に拡散し、硫酸カリウム K2SO4を生成する。このようにして活性酸素放出触媒61内には硝酸カリウムKNO3および硫酸カリウム K2SO4が生成される。
【００２６】
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４（Ｂ）において62で示されるように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤61の表面上に接触し、付着する。
【００２７】
このように微粒子62が活性酸素放出剤61の表面上に付着すると微粒子62と活性酸素放出剤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活性酸素放出剤61内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤61内の酸素が微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向けて移動しようとする。その結果、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と活性酸素放出剤61との接触面に向かい、NOが活性酸素放出剤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、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。
【００２８】
一方、このとき活性酸素放出剤61内に形成されている硫酸カリウム K2SO4もカリウムＫと酸素ＯとSO2 とに分解され、酸素Ｏが微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向かい、SO2 が活性酸素放出剤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、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。
【００２９】
一方、微粒子62と活性酸素放出剤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K2SO4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62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。従って実際にはパティキュレートフィルタ22上には或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62が輝炎を発することなく連続燃焼せしめられる。
【００３０】
なお、NOX は酸素原子の結合および分離を繰返しつつ活性酸素放出剤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。
【００３１】
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。
【００３２】
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燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００３３】
ところで白金Ptおよび活性酸素放出剤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は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。
【００３４】
図６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を示しており、図６の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。なお、図６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６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。
【００３５】
さて、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が同じ単位時間当りに酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、例えば１秒当りの排出微粒子量Ｍが１秒当りの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、或いは10分当りの排出微粒子量Ｍが10分当りの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、即ち図６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上において輝炎を発することなく順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。
【００３６】
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６の領域IIでは全ての微粒子を順次酸化するには活性酸素量が不足している。図５（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。
【００３７】
即ち、全ての微粒子を順次酸化するには活性酸素量が不足している場合には図５（Ａ）に示すように微粒子62が活性酸素放出剤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５（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。
【００３８】
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 の酸化作用および活性酸素放出剤61からの活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図５（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。
【００３９】
このように図６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６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よりも少くしておく必要がある。
【００４０】
図６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およ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よりも通常少なくなるように維持するようにしている。
【００４１】
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。
【００４２】
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22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22が劣化する危険性はほとんどない。
【００４３】
一方、パティキュレートフィルタ22上に微粒子が堆積するとアッシュが凝集し、その結果パティキュレートフィルタ22が目詰まりする危険性がある。この場合、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22の細孔が閉塞されると目詰まりを生ずることになる。
【００４４】
しかしながらこの場合、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 K2SO4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。
【００４５】
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。例えば機関始動時には通常パティキュレートフィルタ22の温度は低く、従ってこのときには通常排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。従って本発明による実施例では機関始動直後のような特別の場合を除いて排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくしうる機関の運転状態の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している。
【００４６】
ところがこのように排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなるようにしていてもパティキュレートフィルタ22上では燃え残った微粒子が集まって大きな塊まりとなり、これら微粒子の塊まりによってパティキュレートフィルタ22の細孔が目詰まりを生じてしまう。このようにパティキュレートフィルタ22の細孔が目詰まりを生ずると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が大きくなり、その結果機関出力が低下してしまう。従ってパティキュレートフィルタ22の細孔ができるだけ目詰まりをしないようにする必要があり、パティキュレートフィルタ22の細孔が目詰まりを生じた場合には目詰まりを生じさせている微粒子の塊まりをパティキュレートフィルタ22から離脱させて外部に排出させる必要がある。
【００４７】
そこで本発明者らが研究を重ねた結果、パティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させると目詰まりを生じさせている微粒子の塊まりをパティキュレートフィルタ22から離脱させて外部に排出させることができることが判明したのである。即ち、パティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流速が単に速いだけでは微粒子の塊まりがパティキュレートフィルタ22からほとんど離脱せず、また、排気ガスの流速を瞬時に減少させても微粒子の塊まりがパティキュレートフィルタ22から脱せず、微粒子の塊まりをパティキュレートフィルタ22から離脱させて外部に排出させるには排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させなければならないことが判明したのである。
【００４８】
即ち、排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させると密度の高い排気ガスが圧力波となってパティキュレートフィルタ22内を流れ、この圧力波が微粒子の塊まりに瞬時の衝撃力を与え、それによってパティキュレートフィルタ22から微粒子の塊まりが離脱して外部に排出せしめられるものと考えられる。
【００４９】
機関加速運転時には排気ガスの流速が瞬時に増大する。しかしながら、このとき排気ガスの流速は増大し続け、従ってこのときには排気ガスの流速はパルス状に瞬時だけ増大せしめられるわけではない。とは言っても機関加速運転時には排気ガスの流速が瞬時に増大せしめられるので少量ではあるがパティキュレートフィルタ22から微粒子の塊まりが離脱して外部に排出させる。
【００５０】
この場合、多量の微粒子の塊まりをパティキュレートフィルタ22から離脱させて外部に排出させるには加速時における排気ガスの流速の瞬時的な増大よりも大きな排気ガスの流速の瞬時的な増大を発生させる必要があり、そのためには排気エネルギを蓄積しておいて排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させることが好ましい。
【００５１】
そこで本発明による実施例では、排気エネルギを蓄積しておいて排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させるための一つの手段として、排気絞り弁45を用いている。即ち、排気絞り弁45が閉弁せしめられると排気絞り弁45上流の排気通路内の背圧が高くなる。次いで排気絞り弁45が全開せしめられると排気ガスの流速はパルス状に瞬時だけ増大せしめられ、斯くしてパティキュレートフィルタ22の隔壁54（図３）の表面およびパティキュレートフィルタ22の細孔内に付着していた微粒子の塊まりが隔壁54の表面又は細孔の内壁面から引き離される。即ち、微粒子の塊まりがパティキュレートフィルタ22から離脱される。次いで離脱された微粒子の塊まりがパティキュレートフィルタ22の外部に排出される。
【００５２】
この場合、排気絞り弁45を一旦全閉にすると排気絞り弁45上流の排気通路内の背圧が極めて高くなり、従って排気絞り弁45が全開せしめられたときの排気ガスの流速の増大が極めて大きくなる。その結果、極めて強力な圧力波が発生し、斯くして多量の微粒子の塊まりがパティキュレートフィルタ22から離脱し、排出されることになる。
【００５３】
また、図１に示されるようにパティキュレートフィルタ22の下流に排気絞り弁45が配置されている場合には排気絞り弁45が全閉せしめられたときにパティキュレートフィルタ22に高い背圧が作用する。パティキュレートフィルタ22に高い背圧が作用すると微粒子の塊まりに高圧が作用するために微粒子の塊まりが変形し、微粒子の塊まりの一部、場合によっては全体がパティキュレートフィルタ22への付着面から剥離する。その結果、排気絞り弁45が全開せしめられたときに微粒子の塊まりがより一層パティキュレートフィルタ22から離脱され、排出されることになる。
【００５４】
本発明による実施例では予め定められた制御タイミングでもって排気絞り弁45が制御される。図７（Ａ）および（Ｂ）に示す実施例では一定時間毎に、又は車両の走行距離が予め定められた一定距離に達する毎に周期的に排気絞り弁45が全開状態から一時的に全閉せしめられ、次いで全閉状態から瞬時に全開せしめられる。なお、排気絞り弁45が全開状態から全閉せしめられる際に、図７（Ａ）に示す例では排気絞り弁45が瞬時に全閉せしめられ、図７（Ｂ）に示す例では排気絞り弁45が徐々に閉弁せしめられる。
【００５５】
また、排気絞り弁45が閉弁せしめられると機関の出力が低下する。従って図７（Ａ）および（Ｂ）に示す実施例では排気絞り弁45が閉弁せしめられたときに機関の出力が低下しないように燃料噴射量が増量される。
【００５６】
図８に示す実施例では車両の減速運転時に排気絞り弁45が全開状態から一時的に全閉せしめられ、次いで車両の減速運転中に再び瞬時に全開せしめられる。この実施例では排気絞り弁45がエンジンブレーキ作用を生じさせる役目も果している。即ち、減速運転時に排気絞り弁45が全閉せしめられるとエンジンは背圧を高めるためのポンプの作用をなすためにエンジンブレーキ力が発生する。次いで排気絞り弁45が全開すると微粒子の塊まりがパティキュレートフィルタ22から離脱され、排出される。なお、図８に示す例では減速運転が開始されると燃料の噴射が停止され、燃料の噴射が停止されている間、排気絞り弁45が全閉せしめられている。
【００５７】
図９は図７（Ａ），（Ｂ）および図８に示される目詰まり防止制御を実行するためのルーチンを示している。
図９を参照するとまず初めにステップ100 において目詰まり防止制御タイミングであるか否かが判別される。図７（Ａ）および（Ｂ）に示される実施例では一定時間毎に、或いは一定走行距離毎に目詰まり防止制御タイミングであると判断され、図８に示される実施例では減速運転が行われたときに目詰まり防止制御タイミングであると判断される。目詰まり防止制御タイミングであるときにはステップ101 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ102 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。
【００５８】
図10に示す実施例では目詰まり防止制御タイミングになると排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いで排気絞り弁45が瞬時に全開せしめられるときに EGR制御弁25が瞬時に全閉せしめられる。EGR 制御弁25が全閉せしめられると排気通路から吸気通路内に送り込まれる排気ガスが零となるために背圧が上昇し、しかも吸入空気量が増大して排気ガス量が増大するために背圧が更に上昇する。従って排気絞り弁45が全開したときの排気ガスの速度の瞬時増大量が一層増大せしめられる。次いで EGR制御弁25は徐々に開弁せしめられる。なお、排気絞り弁45の閉弁時には排気絞り弁45を全閉させることもできる。
【００５９】
図11は図10に示される目詰まり防止制御を実行するためのルーチンを示している。
図11を参照するとまず初めにステップ110 において目詰まり防止制御タイミングであるか否かが判別される。目詰まり防止制御タイミングであるときにはステップ111 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ112 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。次いでステップ113 では EGR制御弁25を一時的に全閉する処理が行われる。
【００６０】
図12に示す実施例では目詰まり防止制御タイミングになると排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いで排気絞り弁45が瞬時に全開せしめられるときにスロットル弁17が瞬時に開弁せしめられる。スロットル弁17が開弁せしめられると吸入空気量が増大して排気ガス量が増大するために背圧が更に上昇する。従って排気絞り弁45が全開したときの排気ガスの速度の瞬時増大量が一層増大せしめられる。次いでスロットル弁17は徐々に閉弁せしめられる。なお、排気絞り弁45の閉弁時には排気絞り弁45を全閉させることもできる。
【００６１】
図13は図12に示される目詰まり防止制御を実行するためのルーチンを示している。
図13を参照するとまず初めにステップ120 において目詰まり防止制御タイミングであるか否かが判別される。目詰まり防止制御タイミングであるときにはステップ121 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ122 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。次いでステップ123 ではスロットル弁17を一時的に開弁する処理が行われる。
【００６２】
次にパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子量を推定し、この推定された微粒子量が予め定められた限界値を越えたときに排気絞り弁45を全開状態から一時的に瞬時に全閉せしめ、次いで再び瞬時に全開するようにした実施例について説明する。
【００６３】
そこでまず初めにパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子量を推定する方法について説明する。この実施例では燃焼室５から単位時間当り排出される排出微粒子量Ｍと図６に示される酸化除去可能微粒子量Ｇを用いて堆積微粒子が推定される。即ち、排出微粒子量Ｍは機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると要求トルクTQおよび機関回転数Ｎの関数となる。図14（Ａ）は図１に示される内燃機関の排出微粒子量Ｍを示しており、各曲線Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 ，Ｍ5 は等排出微粒子量（Ｍ1 ＜Ｍ2 ＜Ｍ3 ＜Ｍ4 ＜Ｍ5 ）を示している。図14（Ａ）に示される例では要求トルクTQが高くなるほど排出微粒子量Ｍが増大する。なお、図14（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍは要求トルクTQ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。
【００６４】
さて、単位時間当りを考えるとこの間にパティキュレートフィルタ22上に堆積する微粒子量ΔＧは排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの差（Ｍ−Ｇ）で表すことができる。従ってこの堆積微粒子量Ｇを積算することによって堆積している全微粒子量ΣΔＧが得られる。一方、Ｍ＜Ｇになると堆積している微粒子が徐々に酸化除去せしめられるがこのとき酸化除去せしめられる堆積微粒子量の割合は図14（Ｂ）においてＲで示されるように排出微粒子量Ｍが少なくなるほど多くなり、パティキュレートフィルタ22の温度TFが高くなるほど多くなる。即ち、Ｍ＜Ｇになったときに酸化除去せしめられる堆積微粒子量はＲ・ΣΔＧとなる。従ってＭ＜Ｇになったときに残存している堆積微粒子量はΣΔＧ−Ｒ・ΣΔＧと推定することができる。
【００６５】
この実施例では残存していると推定される堆積微粒子量（ΣΔＧ−Ｒ・ΣΔＧ）が限界値Ｇ0 を越えたときに排気絞り弁45が制御される。
図15はこの実施例を実行するための目詰まり防止制御ルーチンを示している。
【００６６】
図15を参照すると、まず初めにステップ130 において図14（Ａ）に示す関係から排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ131 では図６に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ132 では単位時間当りの堆積微粒子量ΔＧ（＝Ｍ−Ｇ）が算出され、次いでステップ133 では堆積微粒子の全体量ΣΔＧ（＝ΣΔＧ＋ΔＧ）が算出される。次いでステップ134 では図14（Ｂ）に示す関係から堆積微粒子の酸化除去割合Ｒが算出される。次いでステップ135 では残存する堆積微粒子量ΣΔＧ（＝ΣΔＤ−Ｒ・ΣΔＧ）が算出される。
【００６７】
次いでステップ136 では残存する堆積微粒子量ΣΔＧが限界値Ｇ0 よりも大きいか否かが判別される。ΣΔＧ＞Ｇ0 のときにはステップ137 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ138 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。
【００６８】
図16に別の実施例を示す。パティキュレートフィルタ22上に残存する堆積微粒子量ΣΔＧが多くなるほどパティキュレートフィルタ22上の微粒子の塊まりの量が多くなると考えられ、従って堆積微粒子量ΣΔＧが多くなるほど短かい時間間隔でもってパティキュレートフィルタ22から微粒子の塊まりを離脱排出させることが好ましいと言える。従ってこの実施例では図16に示されるように堆積微粒子量ΣΔＧが多くなるほど目詰まり防止制御タイミングの時間間隔が短かくされる。
【００６９】
図17はこの実施例を実施するための目詰まり防止制御ルーチンを示している。
図17を参照すると、まず初めにステップ140 において図14（Ａ）に示す関係から排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ141 では図６に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ142 では単位時間当りの堆積微粒子量ΔＧ（＝Ｍ−Ｇ）が算出され、次いでステップ143 では堆積微粒子の全体量ΣΔＧ（＝ΣΔＧ＋ΔＧ）が算出される。次いでステップ144 では図14（Ｂ）に示す関係から堆積微粒子の酸化除去割合Ｒが算出される。次いでステップ145 では残存する堆積微粒子量ΣΔＧ（＝ΣΔＧ−Ｒ・ΣΔＧ）が算出される。次いでステップ146 では図16に示す関係から目詰まり防止制御タイミングが定められる。
【００７０】
次いでステップ147 では目詰まり防止制御タイミングであるか否かが判別される。目詰まり防止制御タイミングであるときにはステップ148 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ149 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。
【００７１】
図18（Ａ）および（Ｂ）に別の実施例を示す。図18（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの差ΔＧが大きくなるか、又は、堆積微粒子量の全体量ΣΔＧが多くなると将来的に多量の微粒子の塊まりが堆積する可能性が高くなる。従ってこの実施例では図18（Ｂ）に示されるように差ΔＧ又は全体量ΣΔＧが多くなるにつれて目詰まり防止制御タイミングの時間間隔を短くするようにしている。
【００７２】
図19は全体量ΣΔＧが多くなるにつれて目詰まり防止制御タイミングの時間間隔を短かくするようにした目詰まり防止制御ルーチンを示している。
図19を参照すると、まず初めにステップ150 において図14（Ａ）に示す関係から排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ151 では図６に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ152 では単位時間当りの堆積微粒子量ΔＧ（＝Ｍ−Ｇ）が算出され、次いでステップ153 では堆積微粒子の全体量ΣΔＧ（＝ΣΔＧ＋ΔＧ）が算出される。次いでステップ154 では図18（Ｂ）に示す関係から目詰まり防止制御タイミングが定められる。
【００７３】
次いでステップ155 では目詰まり防止制御タイミングであるか否かが判別される。目詰まり防止制御タイミングであるときにはステップ156 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ157 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。
【００７４】
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22の各隔壁54の両側面上および隔壁54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22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22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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
まず初めにNOX の吸収作用について検討するとNOX は図４（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４（Ａ）において符号61はNOX 吸収剤を示す。
【００７８】
即ち、パティキュレートフィルタ22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22の排気ガス流入通路50内に流入すると図４（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61内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンNO3-の形でNOX 吸収剤61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61内に吸収される。
【００７９】
一方、パティキュレートフィルタ22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61からNOが放出される。従ってパティキュレートフィルタ22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61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。
【００８０】
なお、この場合、パティキュレートフィルタ22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61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61からNOが徐々にしか放出されないためにNOX 吸収剤61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。
【００８１】
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たすことになり、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４（Ａ）における符号61は活性酸素放出・NOX 吸収剤を示すことになる。
【００８２】
このような活性酸素放出・NOX 吸収剤61を用いた場合、パティキュレートフィルタ22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61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61に付着するとこの微粒子は活性酸素放出・NOX 吸収剤61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。
【００８３】
一方、パティキュレートフィルタ22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61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22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61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。
【００８４】
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22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。即ち、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに時折空燃比が一時的にリッチにされる。
【００８５】
ところで、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、斯くして活性酸素放出剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤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、斯くして活性酸素放出剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤からの活性酸素放出量が増大する。
【００８６】
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。
【００８７】
また、セリウムCeは空燃比がリーンのときには酸素を取込み（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。従って活性酸素放出剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤としてセリウム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活性酸素放出剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤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活性酸素放出剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤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。従って活性酸素放出剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤としてセリウム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。
【００８８】
次に排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするために低温燃焼を行わせる場合について説明する。
図１に示される内燃機関では EGR率（EGR ガス量／（EGR ガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更に EGR率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについて 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す図20を参照しつつ説明する。なお、図20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。
【００８９】
図20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スモークの発生量がピークとなり、この場合には EGRをほぼ55パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図20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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。また、図20の曲線Ｃが示されるように 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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。
【００９０】
このように EGRガス率を55パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、EGR ガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲のガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
【００９１】
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制しつつNOX の発生量を低減することができるという特徴を有する。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、斯くしてスモークが発生することがない。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低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、NOX も極めて少量しか発生しない。
【００９２】
ところで機関の要求トルクTQが高くなると、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃焼および周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。即ち、低温燃焼を行い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。図21において領域Ｉ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５の不活性ガス量が多い第１の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域を示しており、領域II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ない第２の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運転領域を示している。
【００９３】
図22は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の目標空燃比Ａ／Ｆを示しており、図23は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の要求トルクTQに応じたスロットル弁17の開度、EGR 制御弁25の開度、EGR 率、空燃比、噴射開始時期θＳ、噴射完了時期θＥ、噴射量を示している。なお、図23には運転領域IIにおいて行われる通常の燃焼時におけるスロットル弁17の開度等も合わせて示している。図22および図23から運転領域Ｉにおいて低温燃焼が行われているときには EGR率が55パーセント以上とされ、空燃比Ａ／Ｆが15.5から18程度のリーン空燃比とされることがわかる。
【００９４】
さて、パティキュレートフィルタ22にNOX 吸収剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤を担持させた場合には吸収されたNOX を放出するために空燃比を一時的にリッチにする必要がある。ところが前述したように運転領域Ｉにおいて低温燃焼が行われているときには空燃比をリッチにしてもスモークはほとんど発生しない。そこでパティキュレートフィルタ22にNOX 吸収剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤を担持させた場合には、パティキュレートフィルタ22から微粒子の塊まりを離脱させ排出させるために排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられたときに低温燃焼のもとで空燃比がリッチにされ、それによってNOX を放出させるようにしている。
【００９５】
図24は目詰まり防止制御を実行するためのルーチンを示している。
図24を参照するとまず初めにステップ160 において目詰まり防止制御タイミングであるか否かが判別される。目詰まり防止制御タイミングであるときにはステップ161 に進んで要求トルクTQが図21に示される境界X(N)よりも大きいか否かが判別される。TQ≦X(N)のとき、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はステップ162 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ163 では排気絞り弁45が閉弁している間、空燃比がリッチになるように噴射燃料が増量される。次いでステップ164 では EGRガス中の未燃燃料によって空燃比がリッチになりすぎないように EGR制御弁25の開度が制御される。
【００９６】
一方、ステップ161 においてTQ＞X(N)であると判別されたとき、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165 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ102 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。ただし、このときには空燃比はリッチとされない。
【００９７】
図25に排気絞り弁45の取付け位置の変形例を示す。この変形例に示すように排気絞り弁45はパティキュレートフィルタ22上流の排気通路内に配置することもできる。
【００９８】
図26は、パティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流れ方向を逆向きに切換可能な微粒子処理装置に本発明を適用した場合を示している。この微粒子処理装置70は図26に示されるように排気タービン21の出口に接続されており、この微粒子処理装置70の平面図および一部断面側面図が夫々図27（Ａ）および（Ｂ）に示されている。
【００９９】
図27（Ａ）および（Ｂ）を参照すると、微粒子処理装置70は排気タービン21の出口に連結された上流側排気管71と、下流側排気管72と、両端部に夫々第１の開口端73ａおよび第２の開口端73ｂを有する排気双方向流通管73とを具備し、上流側排気管71の出口と、下流側排気管72の入口と、排気双方向流通路73の第１の開口端73ａおよび第２の開口端73ｂは同一の集合室74内に開口している。排気双方向流通管73内にはパティキュレートフィルタ22が配置されている。このパティキュレートフィルタ22の断面の輪郭形状は図３（Ａ）および（Ｂ）に示すパティキュレートフィルタと若干異なるがその他の点について図３（Ａ）および（Ｂ）に示す構造と実質的に同一である。
【０１００】
微粒子処理装置70の集合室74内にはアクチュエータ75によって駆動される流路切換弁76が配置されており、このアクチュエータ75は電子制御ユニット30の出力信号により制御される。流路切換弁76はアクチュエータ75によって上流側排気管71の出口を第１の開口端73ａに連させかつ第２の開口端73ｂを下流側排気管72の入口に連通させる第１位置Ａと、上流側排気管71の出口を第２の開口端73ｂに連させかつ第１の開口端73ａを下流側排気管72の入口に連通させる第２位置Ｂと、上流側排気管71の出口を下流側排気管72の入口に連通させる第３位置Ｃとのいずれかの位置に制御される。
【０１０１】
流路切換弁76が第１位置Ａに位置するときには上流側排気管71の出口から流出した排気ガスは第１の開口端73ａから排気双方向流通管73内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ22内を矢印Ｘ方向に流れた後に第２の開口端73ｂから下流側排気管72の入口に流入する。
【０１０２】
これに対し、流路切換弁76が第２位置Ｂに位置するときには上流側排気管71の出口から流出した排気ガスは第２の開口端73ｂから排気双方向流通管73内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ22内を矢印Ｙ方向に流れた後に第１の開口端73ａから下流側排気管72の入口に流入する。従って流路切換弁76を第１位置Ａから第２位置Ｂへ、或いは第２位置Ｂから第１位置Ａに切換えることによってパティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流れ方向がそれまでとは逆向に切換えられることになる。
【０１０３】
一方、流路切換弁76が第３位置Ｃに位置するときには上流側排気管71の出口から流出した排気ガスはほとんど排気双方向流通管73内に流入することなく下流側排気管72の入口に直接流入する。例えば機関始動直後のようにパティキュレートフィルタ22の温度が低い場合には多量の微粒子がパティキュレートフィルタ22上に堆積するのを阻止するために流路切換弁76が第３位置Ｃとされる。
【０１０４】
図27（Ａ）および（Ｂ）に示されるように排気絞り弁45は下流側排気管72内に配置される。しかしながら排気絞り弁45は図28に示されるように上流側排気管71内に配置することもできる。
【０１０５】
図３（Ｂ）において排気ガスがパティキュレートフィルタ22内を矢印方向に流れているときには排気ガスが流入する側の隔壁54の壁面上に主に微粒子が堆積し、また排気ガスが流入する側の壁面上および細孔内に主に微粒子の塊まりが付着する。この実施例ではこれら堆積した微粒子を酸化させ、かつこれら微粒子の塊まりをパティキュレートフィルタ22から離脱排出させるためにパティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流れ方向が逆向きに切換えられる。
【０１０６】
即ち、パティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流れ方向が逆向きに切換えられるとこれら堆積した微粒子上に更に他の微粒子が堆積することがないのでこれら堆積した微粒子は次第に酸化除去される。また、パティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流れ方向が逆向きに切換えられると付着している微粒子の塊まりは排気ガスが流出する側の壁面上および細孔内に位置することになり、斯くして微粒子の塊まりは離脱排出されやすくなる。
【０１０７】
しかしながら実際には単にパティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流れを逆向きに切換えただけでは微粒子の塊まりが十分に離脱排出されない。従って図27（Ａ）および（Ｂ）に示されるような微粒子処理装置70を用いた場合でもパティキュレートフィルタ22から微粒子の塊まりを離脱排出させるときには排気絞り弁45が一時的に閉弁され、次いで全開せしめられる。
【０１０８】
次に排気絞り弁45の制御タイミングと流路切換弁76の切換タイミングについて説明する。図29は一定時間毎又は一定走行距離毎に周期的に排気絞り弁45を全開状態から一時に全閉にし、次いで再び全開せしめるようにした場合を示している。この場合にも排気絞り弁45を全閉にしたときに機関の出力が低下しないように排気絞り弁45が全閉せしめられている間、燃料噴射量が増量される。
【０１０９】
一方、図29に示されるように排気絞り弁45の開閉制御に連動して流路切換弁76が順流と逆流との間で切換えられる。ここで順流とは図27において矢印Ｘ方向の排気ガスの流れを言い、逆流とは図27において矢印Ｙ方向の排気ガスの流れを言う。従って順流とすべきときには流路切換弁76は第１位置Ａとされ、逆流とすべきときには流路切換弁76は第２位置Ｂとされる。
【０１１０】
図29に示されるように流路切換弁76の第１位置Ａと第２位置Ｂとの切換タイミングにはタイプＩと、タイプII、タイプIIIとの三つのタイプがある。タイプＩは排気絞り弁45が全開状態から全閉せしめられたときに順流から逆流へ、又は逆流から順流へ切換えられるタイプであり、タイプIIは排気絞り弁45が全閉状態に維持されているときに順流から逆流へ、又は逆流から順流へ切換えられるタイプであり、タイプIIIは排気絞り弁45が全閉状態から全開せしめられたときに順流から逆流へ、又は逆流から順流へ切換えられるタイプである。
【０１１１】
いずれのタイプＩ，II，IIIでも流路切換弁76による流路切換作用は排気絞り弁45が全閉せしめられるときから全開せしめられるときまでの間、言い換えると排気絞り弁45が全開せしめられるとき、又は全開せしめられる直前に行われる。このように流路切換弁76による流路切換作用を排気絞り弁45が全閉せしめられるときから全開せしめられるときまでの間に行うようにしているのは次の理由による。
【０１１２】
即ち、パティキュレートフィルタ22における圧損を低く維持しておくには微粒子の塊まりをできるだけ早くパティキュレートフィルタ22から離脱排出させる必要がある。この場合、微粒子の塊まりはそれらの付着している隔壁54の面が排気ガスの流出側となったときに離脱しやすくなり、従って微粒子の塊まりをできるだけ早くパティキュレートフィルタ22から離脱排出させるには微粒子の付着している隔壁54の面が排気ガスの流出側となったときに、即ち順流から逆流に、又は逆流から順流に切換えられたときに微粒子の塊まりを離脱排出させることが好ましい。即ち、云い換えると排気絞り弁45が閉弁状態から全開せしめられたとき、又は全開せしめられる直前に順流から逆流へ、又は逆流から順流に切換えるのが好ましいことになる。
【０１１３】
図30は図29に示される目詰まり防止制御を実行するためのルーチンを示している。
図30を参照するとまず初めにステップ170 において目詰まり防止制御タイミングであるか否かが判別される。図29に示される実施例では一定時間毎に、或いは一定走行距離毎に目詰まり防止制御タイミングであると判断される。目詰まり防止制御タイミングであるときにはステップ171 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ172 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。次いでステップ173 ではいずれかのタイプＩ，II，IIIでもって流路切換弁76による流路切換作用が行われる。
【０１１４】
図31はパティキュレートフィルタ22上に残存している堆積微粒子量を推定し、この残存している堆積微粒子量が限界値を越えたときに排気絞り弁45および流路切換弁76を制御するようにした目詰まり防止制御ルーチンを示している。
図31を参照すると、まず初めにステップ180 において図14（Ａ）に示す関係から排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ181 では図６に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ182 では単位時間当りの堆積微粒子量ΔＧ（＝Ｍ−Ｇ）が算出され、次いでステップ183 では堆積微粒子の全体量ΣΔＧ（＝ΣΔＧ＋ΔＧ）が算出される。次いでステップ184 では図14（Ｂ）に示す関係から堆積微粒子の酸化除去割合Ｒが算出される。次いでステップ185 では残存する堆積微粒子量ΣΔＧ（＝ΣΔＧ−Ｒ・ΣΔＧ）が算出される。次いでステップ186 では残存する堆積微粒子量ΣΔＧが限界値Ｇ。よりも大きいか否かが判別される。
【０１１５】
ΣΔＧ＞Ｇ0 のときにはステップ187 に進んで排気絞り弁45が一時的に閉弁せしめられ、次いでステップ188 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。次いでステップ189 では図29に示されるいずれかのタイプＩ，II，IIIでもって流路切換弁76による流路切換作用が行われる。
【０１１６】
図32は車減運転時にエンジンブレーキ作用を行うために排気絞り弁45が一時的に全閉せしめられ、このとき流路切換弁76による流路切換作用を行うようにした場合を示している。この場合にも図29と同じ三つのタイプＩ，II，IIIの流路切換方法があり、いずれかのタイプＩ，II，IIIの流路切換方法が用いられる。なお、図32に示す例ではアクセルペダル40の踏込み量が零になると燃料噴射が停止されると共に排気絞り弁45が全閉せしめられ、燃料噴射が開始されると排気絞り弁45が全開せしめられる。
【０１１７】
図33に示す実施例では一定時間毎、一定走行距離毎、或いはパティキュレートフィルタ22上に残存する堆積微粒子量ΣΔＧが限界値Ｇ0 を越えたときに排気絞り弁45が一時的に全閉せしめられ、排気絞り弁45が全閉せしめられている間、燃料噴射量が増量される。この場合にも図29と同じ三つのタイプＩ，II，IIIの流路切換方法があり、いずれかのタイプＩ，II，IIIの流路切換方法が用いられる。ただし、この実施例では通常は順流とされており、排気絞り弁45が閉弁したときに一旦順流から逆流に切換えられるが排気絞り弁45が再び全開するとその後暫らくして再び順流に切換えられる。
【０１１８】
図34に更に別の実施例を示す。この実施例では予め定められた制御タイミングでもって順流から逆流へ、又は逆流から順流へ交互に切換えられる。一方、順流のときに排気ガスが流入する側の隔壁54の面上および細孔内に残存する堆積微粒子量ΣΔＧ１と、逆流のときに排気ガスが流入する側の隔壁54の面上および細孔内に残存する堆積微粒子量ΣΔＧ２とが別個に算出され、例えば図34に示されるように順流のときの堆積微粒子量ΣΔＧ１が限界値Ｇ0 を越えたときには、順流から逆流に切換えられたときに排気絞り弁45が一時的に全閉せしめられ、排気絞り弁45が全閉せしめられている間、燃料噴射量が増量される。
【０１１９】
即ち、この実施例では一般的な表現を用いると、パティキュレートフィルタ22の隔壁54のいずれか一側に堆積したと推定される微粒子が予め定められた限界値を越えたときには、限界値を越えた微粒子が堆積している隔壁54の一側が排気ガスの流出側であるとき、又は排気ガスの流出側となったときに排気絞り弁45を瞬時に開弁してパティキュレートフィルタ22内を流れる排気ガスの流速をパルス状に瞬時だけ増大させるようにしている。
【０１２０】
図35はこの実施例を実行するための目詰まり防止制御ルーチンを示している。
図35を参照すると、まず初めにステップ190 において現在、順流であるか否かが判別される。現在、順流であるときにはステップ191に進んで図14（Ａ）に示す関係から排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ192 では図６に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ193 では順流のときの単位時間当りの堆積微粒子量ΔＧ（＝Ｍ−Ｇ）が算出され、次いでステップ194 では順流堆積微粒子の全体量ΣΔＧ１（＝ΣΔＧ１＋ΔＧ）が算出される。次いでステップ195 では図14（Ｂ）に示す関係から堆積微粒子の酸化除去割合Ｒが算出される。次いでステップ196 では残存する順流堆積微粒子量ΣΔＧ１（＝ΣΔＧ１−Ｒ・ΣΔＧ１）が算出される。
【０１２１】
次いでステップ197 では残存する順流堆積微粒子量ΣΔＧ１が限界値Ｇ0 よりも大きくなったか否かが判別される。ΣΔＧ１＞Ｇ0 のときにはステップ198 に進んで現在、逆流であるか否かが判別される。現在、逆流のときにはステップ199 に進んで排気絞り弁45が一時的に全閉せしめられ、次いでステップ200 において排気絞り弁45が全閉せしめられている間、燃料噴射量が増量される。
【０１２２】
一方、ステップ190 において現在、順流でないと判断されたとき、即ち現在、逆流のときにはステップ201 に進んで図14（Ａ）に示す関係から排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ202 では図６に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ203 では逆流のときの単位時間当りの堆積微粒子量ΔＧ（＝Ｍ−Ｇ）が算出され、次いでステップ204 では逆流堆積微粒子の全体量ΣΔＧ２（＝ΣΔＧ２＋ΔＧ）が算出される。次いでステップ205 では図14（Ｂ）に示す関係から堆積微粒子の酸化除去割合Ｒが算出される。次いでステップ206 では残存する逆流堆積微粒子量ΣΔＧ２（＝ΣΔＧ２−Ｒ・ΣΔＧ２）が算出される。
【０１２３】
次いでステップ207 では残存する逆流堆積微粒子量ΣΔＧ２が限界値Ｇ0 よりも大きくなったか否かが判別される。ΣΔＧ２＞Ｇ0 のときにはステップ208 に進んで現在、順流であるか否かが判別される。現在、順流のときにはステップ199 に進んで排気絞り弁45が一時的に全閉せしめられ、次いでステップ200 において排気絞り弁45が全閉せしめられている間、燃料噴射量が増量される。
【０１２４】
図36に更に別の実施例を示す。この実施例では図36に示されるように排気絞り弁45下流の下流側排気間72内に排気ガスのスモーク濃度を検出するためのスモーク濃度センサ80が配置されている。
この実施例では図37に示されるように減速運転が行われる毎に順流から逆流へ、又は逆流から順流へ切換えられる。一方、加速運転が行われると排気ガスの流速が増大するために排気ガス流出側の隔壁54の面上又は細孔内の微粒子の塊まりの一部がパティキュレートフィルタ22から離脱され排出される。従って排気ガス流出側のパティキュレートフィルタ22の面上又は細孔内に微粒子の塊まりが付着している場合には、図37に示されるように加速運転が行われる毎にスモーク濃度SMが高くなり、この場合、付着している微粒子の塊まりの量が多いほどスモーク濃度SMが高くなる。
【０１２５】
そこでこの実施例ではスモーク濃度SMが予め定められた限界値SM0 を越えたときには加速運転が完了した後であってパティキュレートフィルタ22を流れる排気ガスの流れ方向が逆向になる前に、即ち逆流のときにSM＞SM0 となったときには逆流から順流に切換えられる前に、排気絞り弁45を一時的に全閉せしめ、排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料を増量させるようにしている。
【０１２６】
図38はこの実施例を実行するための目詰まり防止制御ルーチンを示している。
図38を参照すると、まず初めにステップ210 においてスモーク濃度センサ80により排気ガス中のスモーク濃度SMが検出される。次いでステップ211 ではスモーク濃度SMが限界値SM0 を越えたか否かが判別される。SM＞SM0 のときにはステップ212 に進んで排気絞り弁45が一時的に全閉せしめられ、次いでステップ213 では排気絞り弁45が閉弁している間、噴射燃料が増量される。
【０１２７】
これまで述べたいずれの実施例においてもパティキュレートフィルタ22上にNOX 吸収剤又は活性酸素放出・NOX 吸収剤を担持させることができる。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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
本発明によれば上述したようにパティキュレートフィルタに堆積した微粒子の塊まりをパティキュレートフィルタから離脱させ排出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】機関の要求トルクを示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図４】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図５】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図６】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７】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図８】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図９】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図１０】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図１１】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図１２】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図１３】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図１４】排出微粒子量等を示す図である。
【図１５】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図１６】制御タイミングを示す図である。
【図１７】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図１８】酸化除去可能微粒子量等を示す図である。
【図１９】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図２０】スモークの発生量を示す図である。
【図２１】第１の運転領域と第２の運転領域を示す図である。
【図２２】空燃比を示す図である。
【図２３】スロットル弁の開度変化等を示す図である。
【図２４】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図２５】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図２６】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図２７】微粒子処理装置を示す図である。
【図２８】微粒子処理装置の別の実施例を示す図である。
【図２９】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図３０】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図３１】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図３２】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図３３】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図３４】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図３５】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【図３６】微粒子処理装置のさらに別の実施例を示す図である。
【図３７】排気絞り弁の開度変化等を示すタイムチャートである。
【図３８】目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３１】
１    機関本体
５    燃焼室
６    燃料噴射弁
１２    サージタンク
１４    ターボチャージャ
１７    スロットル弁
１９    排気マニホルド
２２    パティキュレートフィルタ
２５    ＥＧＲ制御弁
４５    排気絞り弁
【図１】
2005282579.tif 000003
【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】
2005282579.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005282579.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2005282579.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【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】
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【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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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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