(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、該パティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復するための性能維持・回復手段とを具備し、該性能維持・回復手段によってパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復している間に、パティキュレートフィルタ下流における排気ガス中の微粒子の量が増加する排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタ下流に排気ガス中の微粒子を捕集することができるスイーパを具備し、該スイーパがその上流から下流へと延びる複数の隔壁によって画成された上流から下流へと延びる排気流通路を有し、該スイーパの隔壁が細孔を有する多孔質材料から形成され、該スイーパの排気流通路のうちの少なくとも１つの排気流通路の上流端および下流端の少なくとも一方を画成する隔壁が互いに近づくように斜めになっており、該斜めにされた隔壁によって排気流通路の上流端または下流端に小孔が画成されつつ該排気流通路の上流端または下流端が部分的に閉塞されており、該斜めにされた隔壁によって画成される小孔の流路断面積がスイーパの排気流通路の流路断面積よりも小さく且つ隔壁の細孔の流路断面積よりも大きいことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記小孔は隔壁の上流端または下流端を曲げ変形させて寄せ集めることによって斜めにされた隔壁によって画成されてい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】
上記パティキュレートフィルタが周囲に過剰な酸素が存在すると周囲の酸素を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉している酸素を活性酸素の形で解放することで活性酸素を生成する活性酸素生成剤を担持し、該活性酸素生成剤によって生成された活性酸素によって、該パティキュレートフィルタに捕集された微粒子が連続的に酸化除去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４】
上記パティキュレートフィルタに担持されている活性酸素生成剤が周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯx を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉しているＮＯx を解放して還元浄化することができるＮＯx 還元浄化能力を有することを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
パティキュレートフィルタにおいて排気ガスが流入する排気流入側と排気ガスが流出する排気流出側とを逆転させるための排気流逆転機構をさらに具備し、上記性能維持・回復手段が上記排気流逆転機構によってパティキュレートフィルタにおいて排気流入側と排気流出側とを逆転することでパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項６】
排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせるためのバイパス通路と、通常はほぼ全量の排気ガスをパティキュレートフィルタに流入させているが、パティキュレートフィルタ内に流入させる排気ガスの量とバイパス通路内に流入させる排気ガスの量とを調節することができる流量調節弁と、パティキュレートフィルタに還元剤を噴射するための還元剤噴射手段とをさらに具備し、上記性能維持・回復手段が上記流量調節弁によって少なくとも一部の排気ガスがバイパス通路内に流入せしめると共に、上記還元剤噴射手段から還元剤を噴射してパティキュレートフィルタに還元剤を供給することによって、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の酸化を促進することでパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記スイーパが周囲に過剰な酸素が存在すると周囲の酸素を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉している酸素を活性酸素の形で解放することで活性酸素を生成する活性酸素生成剤を担持し、該活性酸素生成剤によって生成された活性酸素によって、該スイーパに捕集された微粒子が連続的に酸化除去されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記スイーパに担持されている活性酸素生成剤が周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯx を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉しているＮＯx を解放して還元浄化することができるＮＯx 還元浄化能力を有することを特徴とする請求項７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】
内燃機関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を機関排気通路内に配置することが公知である。例えば、特開２０００−５００３１号公報には、圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に具備する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、パティキュレートフィルタは単に微粒子を捕集するだけであり、すなわち、パティキュレートフィルタ自体は捕集された微粒子を除去することはできない。このため、使用期間が長期に亘ると、パティキュレートフィルタが微粒子によって詰まってしまう。すなわち、パティキュレートフィルタの性能が低下してしまう。
【０００３】
そこで、この排気浄化装置では、低下したパティキュレートフィルタの性能を回復するために、ほぼ全量の排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせ、パティキュレートフィルタには少量の排気ガスのみが流入するようにした上で、パティキュレートフィルタに設けられた電気ヒータによってパティキュレートフィルタに捕集されている微粒子を燃焼させることにより、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子を除去するようにしている。なお、ここでほぼ全量の排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせるのは、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の燃焼を促進するためである。
【０００４】
また、特開２０００−１８０２６号公報には、圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）を還元浄化するためのＮＯx 触媒を機関排気通路に具備する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置のＮＯx 触媒は排気ガス中のＮＯx を一時的に吸蔵しておき、所定の時期に吸蔵されているＮＯx を還元することにより、ＮＯx を還元浄化するようにしている。ところが、このＮＯx 触媒には排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯx ）が付着し、このＳＯx の付着量が多くなると、ＮＯx 触媒が吸蔵することのできるＮＯx の量が少なくなり、結果として、ＮＯx 触媒のＮＯx 浄化率が低下してしまう。すなわち、ＮＯx 触媒の性能が低下してしまう。
【０００５】
そこで、この排気浄化装置では、低下したＮＯx 触媒の性能を回復するために、ＮＯx 触媒に流入する排気ガスの流れを逆転させた上で、ＮＯx 触媒からＳＯx を離脱させるようにしている。なお、ここでＮＯx 触媒に流入する排気ガスの流れを逆転されるのは、ＮＯx 触媒からのＳＯx の離脱を促進するためである。
【０００６】
また、この特開２０００−１８０２６号公報に記載の発明は、ＮＯx 触媒に付着したＳＯx を離脱させるためだけに適用可能なわけでなく、例えば、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に付着した成分をパティキュレートフィルタから離脱させるためにも適用可能である旨が開示されている。すなわち、これによれば、低下したパティキュレートフィルタの性能を回復するために、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流れが逆転せしめられ、パティキュレートフィルタの性能を低下させている成分がパティキュレートフィルタから離脱せしめられることとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上述した特開２００１−５００３１号公報に開示されている排気浄化装置では、低下したパティキュレートフィルタの性能を回復するときに、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の燃焼を促進するために、ほぼ全量の排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせるようにしている。ところが、排気ガスがバイパスされている間においては、排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに捕集されずに、パティキュレートフィルタ下流へと排出されることとなる。このことは、排気エミッションを悪化させるので好ましくない。
【０００８】
また、上述した特開２０００−１８０２６号公報に開示されている排気浄化装置によれば、低下したパティキュレートフィルタの性能を回復するときに、パティキュレートフィルタに付着した成分の離脱を促進するために、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流れが逆転せしめられる。ところが、一般的に、排気ガス中の微粒子は、パティキュレートフィルタ内において、より上流側の壁面に捕集される傾向にある。したがって、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流れが逆転せしめられたときに、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子は壁面から離脱してパティキュレートフィルタから流出しやすい。このことは、排気エミッションを悪化させるので好ましくない。
【０００９】
このように、低下したパティキュレートフィルタの性能を回復するために、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の燃焼を促進させたり、或いは、パティキュレートフィルタに付着している成分の離脱を促進させたりするための制御を実行することによって、排気エミッションが悪化することがある。
【００１０】
もちろん、上述した特開２０００−１８０２６号公報には、パティキュレートフィルタ下流に排気ガス中の成分を捕捉し、或いは、浄化するためのスイーパを配置し、排気エミッションの悪化を抑制することも開示されている。当該公報では、スイーパの構成は詳細には説明されていないが、一般的に、スイーパは排気ガスを通すための多数の排気流通路を有し、これら排気流通路は隔壁によって画成されている。
【００１１】
ここで、スイーパによる排気ガス中の成分の捕捉率または浄化率を向上させるためには、例えば、隔壁を多孔質材料から形成し、この隔壁の細孔内を排気ガスが通るように、スイーパの排気流通路の上流端開口または下流端開口を例えば栓で閉塞すればよい。しかしながら、これでは排気抵抗が大きくなり、内燃機関の出力効率が悪化するので好ましくない。もちろん、栓に貫通孔を開けた程度では、排気抵抗の上昇は抑制できない。
【００１２】
一方、排気抵抗を小さく抑えるためには、例えば、スイーパの排気流通路の上流端開口および下流端開口を栓で閉塞せずに、排気ガスが排気流通路のみを通ってスイーパから流出するようにすればよい。しかしながら、これではスイーパによる排気ガス中の成分の捕捉率または浄化率が低くなり、排気エミッションが悪化するので好ましくない。
【００１３】
このように、パティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタの性能を回復し、或いは、維持するための手段によって、排気エミッションの悪化を抑制しつつ排気抵抗の上昇をも抑制することが要求される。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、パティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置において、排気エミッションの悪化を抑制すると共に排気抵抗の上昇を抑制しつつ、パティキュレートフィルタの性能を回復し、或いは、維持することができる手段を提供することにある。
【００１５】
【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、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と、該パティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復するための性能維持・回復手段とを具備し、該性能維持・回復手段によってパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復している間に、パティキュレートフィルタ下流における排気ガス中の微粒子の量が増加する排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタ下流に排気ガス中の微粒子を捕集することができるスイーパを具備し、該スイーパがその上流から下流へと延びる複数の隔壁によって画成された上流から下流へと延びる排気流通路を有し、該スイーパの隔壁が細孔を有する多孔質材料から形成され、該スイーパの排気流通路のうちの少なくとも１つの排気流通路の上流端および下流端の少なくとも一方を画成する隔壁が互いに近づくように斜めになっており、該斜めにされた隔壁によって排気流通路の上流端または下流端に小孔が画成されつつ該排気流通路の上流端または下流端が部分的に閉塞されており、該斜めにされた隔壁によって画成される小孔の流路断面積がスイーパの排気流通路の流路断面積よりも小さく且つ隔壁の細孔の流路断面積よりも大きい。これによれば、性能維持・回復手段によってパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復している間に、パティキュレートフィルタ下流における排気ガス中の微粒子の量が増加したとしても、こうした微粒子はスイーパによって捕捉される。なお、斜めにされた隔壁は、後述する実施形態では、テーパ壁である。
【００１６】
２番目の発明では１番目の発明において、上記小孔は隔壁の上流端または下流端を曲げ変形させて寄せ集めることによって斜めにされた隔壁によって画成されている。
【００１７】
３番目の発明では１番目の発明において、上記パティキュレートフィルタが周囲に過剰な酸素が存在すると周囲の酸素を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉している酸素を活性酸素の形で解放することで活性酸素を生成する活性酸素生成剤を担持し、該活性酸素生成剤によって生成された活性酸素によって、該パティキュレートフィルタに捕集された微粒子が連続的に酸化除去される。
【００１８】
４番目の発明では３番目の発明において、上記パティキュレートフィルタに担持されている活性酸素生成剤が周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯx を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉しているＮＯx を解放して還元浄化することができるＮＯx 還元浄化能力を有する。
【００１９】
５番目の発明では２番目〜４番目のいずれか１つの発明において、パティキュレートフィルタにおいて排気ガスが流入する排気流入側と排気ガスが流出する排気流出側とを逆転させるための排気流逆転機構をさらに具備し、上記性能維持・回復手段が上記排気流逆転機構によってパティキュレートフィルタにおいて排気流入側と排気流出側とを逆転することでパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復する。ここで排気流逆転機構は後述する実施形態における切換弁である。
【００２０】
６番目の発明では１番目〜４番目のいずれか１つの発明において、排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせるためのバイパス通路と、通常はほぼ全量の排気ガスをパティキュレートフィルタに流入させているが、パティキュレートフィルタ内に流入させる排気ガスの量とバイパス通路内に流入させる排気ガスの量とを調節することができる流量調節弁と、パティキュレートフィルタに還元剤を噴射するための還元剤噴射手段とをさらに具備し、上記性能維持・回復手段が上記流量調節弁によって少なくとも一部の排気ガスがバイパス通路内に流入せしめると共に、上記還元剤噴射手段から還元剤を噴射してパティキュレートフィルタに還元剤を供給することによって、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の酸化を促進することでパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復する。ここで還元剤噴射手段は後述する実施形態における還元剤噴射弁である。
【００２１】
７番目の発明では１番目〜６番目のいずれか１つの発明において、上記スイーパが周囲に過剰な酸素が存在すると周囲の酸素を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉している酸素を活性酸素の形で解放することで活性酸素を生成する活性酸素生成剤を担持し、該活性酸素生成剤によって生成された活性酸素によって、該スイーパに捕集された微粒子が連続的に酸化除去される。
【００２２】
８番目の発明では７番目の発明において、上記スイーパに担持されている活性酸素生成剤が周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯx を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉しているＮＯx を解放して還元浄化することができるＮＯx 還元浄化能力を有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置を説明する。図１は本発明の排気浄化装置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、本発明の排気浄化装置は火花点火式内燃機関に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に連結される。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。
【００２４】
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が配置される。さらに吸気ダクト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に示した実施形態では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により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に連結される。排気タービン２１の出口は本発明の排気浄化装置２２に連結される。
【００２５】
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）通路２４を介して互いに連結される。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に示した実施形態では冷却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により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。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る。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が取り付けられる。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。
【００２６】
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により互いに接続された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。
【００２７】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続される。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。さらに、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。
【００２８】
図２に第１実施形態の排気浄化装置を示した。図２を参照すると、ターボチャージャ１４の排気タービン２１下流の排気管２０から２つの排気枝管、すなわち、第１の排気枝管２０ａと第２の排気枝管２０ｂとが分岐する。これら排気枝管２０ａ，２０ｂはこれらが分岐した領域下流において合流する。すなわち、これら排気枝管２０ａ，２０ｂによってループ型の排気通路が形成される。これら排気枝管２０ａ，２０ｂが合流する領域の排気通路には、排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称す）２３が配置される。
【００２９】
また、２つの排気枝管２０ａ，２０ｂが分岐する領域の排気管２０内には、排気ガスを第１の排気枝管２０ａからフィルタ２３に流入させるか、或いは、排気枝管を第２の排気枝管２０ｂからフィルタ２３に流入させるかを選択的に切り換えることができる切換弁４３が配置される。切換弁４３にはステップモータ４４が接続される。ステップモータ４４は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。ステップモータ４４によって切換弁４３は図２（Ａ）に示した位置と、図２（Ｂ）に示した位置との間で切換可能である。
【００３０】
切換弁４３が図２（Ａ）に示した位置にあるときには、矢印で示したように、排気ガスは第１の排気枝管２０ａを介してフィルタ２３に流入し、フィルタ２３を通ってさらに第２の排気枝管２０ｂへと流出し、最終的には切換弁４３下流側の排気管２０へ流入する。一方、切換弁４３が図２（Ｂ）に示した位置にあるときには、矢印で示したように、排気ガスは第２の排気枝管２０ｂを介してフィルタ２３に流入し、フィルタ２３を通ってさらに第１の排気枝管２０ａへと流出し、最終的には切換弁４３下流側の排気管２０へ流入する。すなわち、切換弁４３の作動状態を切り換えることによって、フィルタ２３に流入する排気ガスの流れの向きが逆転せしめられる。
【００３１】
図３に本発明のフィルタを詳細に示した。なお、図３において（Ａ）はフィルタ２３の正面図であり、（Ｂ）はフィルタ２３の側面断面図である。図３（Ａ）および（Ｂ）に示したように、フィルタ２３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によって閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３によって閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。
【００３２】
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。したがって、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が四つの排気ガス流出通路５１により包囲され、各排気ガス流出通路５１が四つの排気ガス流入通路５０により包囲されるように配置される。
【００３３】
フィルタ２３は、例えば、コージェライトのような多孔質材料から形成される。したがって、排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは、図３（Ｂ）において矢印で示したように、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。
【００３４】
ところで、図２を再び参照すると、切換弁４３下流側の排気管２０内には、排気ガス中の微粒子を捕集することができるスイーパ４５が配置される。図４に本発明のスイーパを詳細に示した。図４（Ａ）はスイーパ４５の端面図であり、図４（Ｂ）はスイーパ４５の縦断面図である。
【００３５】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示したように、スイーパ４５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５７，５８を具備する。これら排気流通路の略半数が排気ガス流入通路５７を構成し、残りの半数が排気ガス流出通路５８を構成する。これら排気ガス流入通路５７および排気ガス流出通路５８は薄肉の隔壁５９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５７および排気ガス流出通路５８は各排気ガス流入通路５７が四つの排気ガス流出通路５８により包囲され、各排気ガス流出通路５８が四つの排気ガス流入通路５７により包囲されるように配置される。
【００３６】
排気ガス流入通路５７はその下流端開口が互いに近づくように斜めになって先端に小孔５５を画成する隔壁５９、すなわち、小孔５５を有するテーパ壁５２によって部分的に閉塞されている。一方、排気ガス流出通路５８はその上流端開口が互いに近づくように斜めになって先端に小孔５６を画成する隔壁５９、すなわち、小孔５６を有するテーパ壁５３によって部分的に閉塞されている。広く定義すれば、本発明では、排気流通路のうち一部の排気流通路５７はその下流端にてテーパ壁５２により部分的に閉塞され、このテーパ壁５２の先端に小孔５５が形成されており、一方、残りの排気流通路５８はその上流端にてテーパ壁５３により部分的に閉塞され、このテーパ壁５３の先端に小孔５６が形成されている。
【００３７】
ここで、本発明において、小孔５５，５６の大きさ（流路断面積）は排気流通路５７，５８の大きさ（流路断面積）よりも小さく且つ隔壁５９から形成されるテーパ壁５２，５３の細孔の大きさ（流路断面積）よりも大きい。
【００３８】
テーパ壁５２は、スイーパ４５の製造工程において、排気ガス流入通路５７を画成している隔壁５９の下流端部分を曲げ変形して互いに寄せ集めて形成される。一方、テーパ壁５３は、スイーパ４５の製造工程において、排気ガス流出通路５８を画成している隔壁５９の上流端部分を曲げ変形して互いに寄せ集めて形成される。
【００３９】
スイーパ４５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る。したがって、排気ガス流入通路５７内に流入した排気ガスは、図４（Ｂ）において矢印で示したように、周囲の隔壁５９内を通って隣接する排気ガス流出通路５８内に流入する。
【００４０】
もちろん、テーパ壁５２，５３も隔壁５９と同じ多孔質の材料から形成されているので、排気ガスは、図４（Ｂ）の矢印で示したように、テーパ壁５３を通って排気ガス流出通路５８内に流入し、図４（Ｂ）の矢印で示したように、テーパ壁５２を通って排気ガス流入通路５７から流出する。このように、スイーパ４５の排気流通路を閉塞する部分５２，５３が排気ガスを通過させることができるので、スイーパ４５の圧損は低い。
【００４１】
さらに、排気ガスはテーパ壁５３の先端に形成された小孔５６を介して排気ガス流出通路５８内に流入することができる。また、排気ガスはテーパ壁５２の先端の小孔５５を介して排気ガス流入通路５７から流出することもできる。このように、テーパ壁５２，５３の先端の小孔５６が排気ガスを通すことができるので、このことからも、本発明のスイーパ４５の圧損は低いと言える。
【００４２】
排気ガス流入通路５７を下流端にて閉塞しているテーパ壁５２は、４つのテーパ壁５２によって囲まれて形成される排気ガス流出通路５８の流出口が下流へ向かって流路断面積が徐々に大きくなって円錐状に広がる形状となるように、下流へ向かって流路断面積が徐々に小さくなるように狭まる形状をしている。これによれば、図５（Ｂ）に示したように、排気ガス流出通路の出口が構成されている場合に比べて、排気ガスはスイーパから流出しやすい。
【００４３】
すなわち、図５（Ｂ）に示したスイーパでは、排気ガス流入通路の下流端開口が栓７０により閉塞され、排気ガス流出通路はその出口まで直線的に延びる。この場合、排気ガス流出通路の出口から流出した排気ガスの一部が栓７０の下流端面に沿って流れ、したがって、排気ガス流出通路の出口近傍に乱流７１が形成される。このように乱流が形成されると、排気ガスは排気ガス流出通路から流出しづらくなる。
【００４４】
一方、本発明のスイーパ４５では、図６（Ｂ）に示したように、排気ガスは乱流となることなく排気ガス流出通路５８からスムーズに流出することができる。こうした理由から本発明によれば、排気ガスはスイーパ４５から比較的流出しやすい。したがって、これによっても本発明のスイーパ４５の圧損が低いと言える。
【００４５】
一方、排気ガス流出通路５８を上流端にて閉塞しているテーパ壁５３は、４つのテーパ壁５３によって囲まれて形成される排気ガス流入通路５７の入口が上流へ向かって流路断面積が徐々に大きくなって円錐状に広がる形状となるように、上流へ向かって流路断面積が徐々に小さくなるように狭まる形状をしている。これによれば、図５（Ａ）に示したように排気ガス流入通路の入口が構成されている場合に比べて排気ガスはスイーパに流入しやすい。
【００４６】
すなわち、図５（Ａ）に示したスイーパでは、排気ガス流出通路の上流端開口が栓７２により閉塞される。この場合、７３で示したように排気ガスの一部が栓７２に衝突するので、スイーパによる圧損が大きくなる。また、栓７２近傍から排気ガス流入通路に流入する排気ガスは、７４で示したように、入口近傍にて乱流となり、このため、排気ガスは排気ガス流入通路に流入しづらくなる。
【００４７】
一方、本発明のスイーパ４５では、図６（Ａ）に示したように、排気ガスは乱流となることなく排気ガス流入通路５７にスムーズに流入することができる。こうした理由から本発明によれば、排気ガスはスイーパ４５に比較的流入しやすい。したがってこれによっても、本発明のスイーパ４５の圧損は低いと言える。
【００４８】
さらに、図５に示したスイーパでは、排気ガス中の微粒子は栓７２の上流端面およびその近傍の隔壁の表面に多く堆積しやすい。これは排気ガスが栓７２に衝突し、しかも栓７２近傍にて排気ガスが乱流となることに起因する。ところが、本発明のスイーパ４５では、テーパ壁５３が錐状であるので、排気ガスが強く衝突する上流端面が存在せず、しかも、上流端面近傍にて排気ガスは乱流とはならない。したがって本発明によれば、微粒子がスイーパ４５の上流端の領域に多く堆積することはない。
【００４９】
このように本発明のスイーパ４５によれば、テーパ壁５２，５３の先端に小孔５５，５６が設けられ且つテーパ壁５２，５３が排気ガスの流れの方向に対して小さな角度でもって傾斜していることによって、微粒子捕集率をさほど低下させることなく圧損を大幅に低く抑えられる。
【００５０】
なお、テーパ壁５２，５３はスイーパ４５の外側に向かって徐々に狭まる形状であれば、例えば円錐状、四角錐状、或いは、六角錐状であってもよい。また、小孔５５，５６の大きさを調節することによって、スイーパ４５の微粒子捕集率を変えることができる。さらに、本実施形態のスイーパ４５はその両端面全体に小孔を有するタイプのスイーパであるが、例えば、片側端にのみ小孔を有するタイプのスイーパや、端面の一部にのみ小孔を有するタイプのスイーパでもよい。もちろん、フィルタ２３の構造をスイーパ４５の構造と同様にしてもよい。
【００５１】
次に本実施形態の排気浄化装置の作用について説明する。フィルタ２３は上述したように排気ガス中の微粒子を捕集するが、本実施形態では、これに加えて、フィルタ２３は捕集した微粒子を輝炎を発することなく連続的に短時間のうちに酸化除去することができる。このフィルタ２３の酸化除去作用については後述にて詳細に説明する。
【００５２】
本実施形態のフィルタ２３によれば、或る一定の条件が満たされている限りにおいては、フィルタ２３に捕集されたばかりの微粒子は堆積しているが、これら微粒子は短時間のうちに完全に酸化除去される。したがって、或る一定の条件が満たされている限りは、フィルタ２３には、一定量以下の微粒子しか堆積しておらず、フィルタ２３の圧損が低く抑制されている。
【００５３】
ところが、条件によっては、フィルタ２３に一定量以上の微粒子が堆積することがある。この場合、フィルタ２３の圧損が予定していた値よりも大きくなり、好ましくない。そこで本発明では、所定の条件が満たされたときに、切換弁４３の作動状態を切り換えるようにしている。これによれば、フィルタ２３に流入する排気ガスの向きが逆転され、これによって、隔壁５４の壁面または隔壁５４の細孔を画成する壁面上に捕集されている微粒子がこうした壁面から剥離され、結果的に、微粒子がフィルタ２３内で流動せしめられる。
【００５４】
一般的に、酸化除去されづらい領域に捕集されている微粒子がフィルタ２３内に堆積する場合が多いと考えられる。ここで、上述したように、微粒子をフィルタ２３内にて流動させることにより、堆積している微粒子がより酸化除去されやすい領域に移動することになるので、フィルタ２３に堆積している微粒子が酸化除去されることとなる。
【００５５】
すなわち、フィルタ２３にいったん微粒子が堆積し始めると、次々に微粒子が堆積し、結果的に、フィルタ２３の微粒子酸化除去能力、すなわち、フィルタ２３の性能が低下するが、本発明によれば、フィルタ２３の性能を維持し、或いは、フィルタ２３の低下した性能を回復するために、フィルタ２３に流入する排気ガスの向きを逆転させるようにしている。
【００５６】
さて、このようにフィルタ２３に流入する排気ガスの向きを逆転させたときに、場合によっては、微粒子が一気にフィルタ２３の壁面から剥離し、これら剥離した微粒子の一部がフィルタ２３において酸化除去されずに、フィルタ２３から流出し、排気エミッションが悪化することもある。また、フィルタ２３に流入する排気ガスの向きを逆転させた直後に、内燃機関が加速せしめられて排気ガス量が多くなったときには、微粒子がフィルタ２３から流出して排気エミッションが悪化する可能性が高い。
【００５７】
ところが本発明によれば、フィルタ２３下流にスイーパ４５が配置されており、フィルタ２３から流出した微粒子はこのスイーパ４５において捕集される。したがって本発明によれば、排気エミッションの悪化が抑制される。
【００５８】
もちろん上述したように、本発明のスイーパ４５の構造は微粒子捕集率をさほど低下させずに圧損を大幅に低くすることができる構造であるので、フィルタ２３下流にスイーパ４５を配置したとしても、排気浄化装置全体の圧損が大きく上昇することはなく、このスイーパ４５によって排気浄化装置全体の微粒子捕集率が向上される。
【００５９】
なお、本発明のスイーパ４５も捕集した微粒子を輝炎を発することなく連続的に短時間のうちに酸化除去することができる能力を有する。したがって、フィルタ２３下流にスイーパ４５を配置することによって、排気浄化装置全体の圧損を大きく上昇させることなく、排気浄化装置全体の微粒子除去率が向上される。
【００６０】
次に、本発明のフィルタおよびスイーパが微粒子を除去するための構成について説明する。なお本実施形態では、スイーパの微粒子除去構成はフィルタのそれと同様であるので、以下の説明では、フィルタの微粒子除去構成についてのみ説明する。
【００６１】
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、すなわち、各隔壁５４の両側壁面上、および、各隔壁の細孔を画成する壁面上（スイーパ４５においては、これに加えて、テーパ壁５２，５３の両側壁面上、および、テーパ壁５２，５３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の層が形成され、この担体上に活性酸素生成剤と貴金属触媒とが担持されている。本発明の活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存在すると酸素を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると捕捉している酸素を活性酸素の形で解放して活性酸素を生成する。
【００６２】
本発明では、貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素生成剤としてカリウム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、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ている。
【００６３】
なお、活性酸素生成剤としては、カルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわち、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。
【００６４】
次に、本発明のフィルタ２３による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。もちろん、スイーパ４５による微粒子除去作用も、フィルタ２３による微粒子除去作用と同様である。
【００６５】
吸気通路および燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンである。すなわち、圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着火式内燃機関の燃焼室内ではＮＯが発生する。したがって、排気ガス中にはＮＯが含まれている。また、燃料中には硫黄成分Ｓが含まれており、この硫黄成分Ｓは燃焼室内で酸素と反応してＳＯ2となる。したがって、排気ガス中にはＳＯ2が含まれている。このため、過剰酸素、ＮＯ、およびＳＯ2を含んだ排気ガスがフィルタ２３の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００６６】
図７（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の周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、６０は白金Ｐｔの粒子を示し、６１はカリウムＫを含んでいる活性酸素生成剤を示している。
【００６７】
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、排気ガスがフィルタ２３の排気ガス流入通路５０内に流入すると、図７（Ａ）に示したように、これら酸素Ｏ2がＯ2-または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-または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生成剤６１内に吸収されることにより捕捉され、図７（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６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ3を生成する。すなわち、結果的には、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６１内に捕捉される。
【００６８】
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生成剤６１内に吸収されることにより捕捉される。すなわち、上述したように、酸素Ｏ2がＯ2-または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-またはＯ2-と反応してＳＯ3となる。次いで、生成されたＳＯ3の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ活性酸素生成剤６１内に吸収されることにより捕捉され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ42-の形で活性酸素生成剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を生成する。すなわち、結果的には、排気ガス中の酸素が硫酸カリウムＫ2ＳＯ4の形で活性酸素生成剤６１内に捕捉される。
【００６９】
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る。したがって、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フィルタ２３の排気ガス流入通路５０内を流れているとき、或いは、隔壁５４の細孔内を通過するときに、図６（Ｂ）において６２で示したように担体層の表面、例えば、活性酸素生成剤６１の表面上に接触し、付着する。
【００７０】
このように微粒子６２が活性酸素生成剤６１の表面上に付着すると、微粒子６２と活性酸素生成剤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生成剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤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と活性酸素生成剤６１との接触面に向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤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、再び活性酸素生成剤６１内に捕捉される。
【００７１】
また、このとき活性酸素生成剤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と活性酸素生成剤６１との接触面に向かい、その一方で、ＳＯ2が活性酸素生成剤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、再び活性酸素生成剤６１内に捕捉される。ただし、硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は安定で分解しづらいので硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は硝酸カリウムＫＮＯ3よりも酸素を放出しづらい。
【００７２】
ところで微粒子６２と活性酸素生成剤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。このように化合物から分解された酸素Ｏは不対電子を有しており、極めて高い反応性を有する。したがって、微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。同様に、活性酸素生成剤６１におけるＮＯと酸素との反応過程、或いは、ＳＯ2と酸素との反応過程にて生成される酸素も活性酸素となっている。すなわち、活性酸素生成剤６１がＮＯを硝酸イオンＮＯ3-の形で捕捉するとき、或いは、ＳＯ2を硫酸イオンＳＯ42-の形で捕捉するときにも、活性な酸素を生成する。
【００７３】
これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると、微粒子６２は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。したがって、微粒子６２がフィルタ２２上に堆積することはほとんどない。
【００７４】
従来のようにフィルタ２３上に積層状に堆積した微粒子を燃焼によって除去する場合には、フィルタ２３が赤熱し、微粒子は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しない。したがって、このような火炎を伴う燃焼を持続させるためには、フィルタ２３の温度を高温に維持しなければならない。
【００７５】
これに対して本発明では、上述したように、微粒子６２は輝炎を発することなく酸化せしめられる。このとき、フィルタ２２の表面が赤熱することもない。云い換えると、本発明では従来に比べてかなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。したがって、本発明による輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００７６】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素生成剤６１の活性度はフィルタ２３の温度に依存する。したがって、フィルタ２３において単位時間当りに輝炎を発することなく最大限に酸化除去可能な微粒子の量（酸化除去可能微粒子量）はフィルタ２３の温度に依存して変化する。図８にフィルタ２３の酸化除去可能微粒子量を示した。
【００７７】
図８の実線がフィルタ２３の温度（以下、フィルタ温度と称す）ＴＦに応じて変化する酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。単位時間当りにフィルタ２３に流入する微粒子の量を流入微粒子量Ｍと称すると、この流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、すなわち、図８の領域Ｉにあるときにはフィルタ２３に流入した全ての微粒子がフィルタ２３に接触すると、短時間（数秒から数十分）のうちにフィルタ２３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。
【００７８】
これに対して、流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、すなわち、図８の領域IIにあるときには、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９（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。すなわち、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９（Ａ）に示したように、微粒子６２が活性酸素生成剤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９（Ｂ）に示したように、担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われるようになる。
【００７９】
担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われてしまうと、白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ2の酸化作用、および活性酸素生成剤６１による活性酸素の生成作用が行われづらくなり、しかも、これら酸化作用および生成作用が行われたとしても、残留微粒子部分６３の大部分は白金Ｐｔから離れており、したがって、白金Ｐｔの酸化作用を受けづらくなっている。このため、残留微粒子部分６３は酸化されることなくそのまま残り、次に、この残留微粒子部分６３上に堆積した微粒子６４も、同様の理由から、酸化されることなくそのまま残る。斯くして、図９（Ｃ）に示したように、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。すなわち、微粒子が積層状に堆積することになる。
【００８０】
このように微粒子が積層状に堆積すると、微粒子６４はもはや活性酸素Ｏにより酸化されることがなく、したがって、この微粒子６４上にさらに別の微粒子が次から次へと堆積する。すなわち、流入微粒子量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、フィルタ２３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、フィルタ２３の温度自体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。
【００８１】
このように図８の領域Ｉでは、微粒子はフィルタ２３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８の領域IIでは、微粒子がフィルタ２３上に積層状に堆積する。したがって、微粒子がフィルタ２３上に積層状に堆積しないようにするためには、流入微粒子量Ｍが常時、酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなっている必要がある。
【００８２】
図８から判るように、本発明のフィルタ２３ではフィルタ温度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、結果的には、流入微粒子量Ｍおよびフィルタ温度ＴＦは流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少なくなるように維持されていることとなる。このように流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少ないと、フィルタ２３上に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど上昇しない。
【００８３】
さらに、上述したように、いったん微粒子がフィルタ２３上において積層状に堆積すると、たとえ流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなったとしても、活性酸素Ｏにより微粒子を酸化させることは困難である。しかしながら、酸化されなかった微粒子部分が残留し始めているとき、すなわち、微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなれば、この残留微粒子部分は活性酸素Ｏにより輝炎を発することなく酸化除去される。
【００８４】
したがって、本発明では、通常は、流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなっているが、流入微粒子量Ｍが一時的に酸化除去可能微粒子量Ｇより多くなったとしても、図９（Ｂ）に示したように担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われないように、すなわち、流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかフィルタ２３上に積層しないように、流入微粒子量Ｍおよびフィルタ温度ＴＦを維持するようにする。
【００８５】
ところが、このように流入微粒子量Ｍおよびフィルタ温度ＴＦを制御していたとしても、フィルタ２３上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。そこで本発明では、このような場合に、切換弁４３の作動状態を切り換え、フィルタ２３に流入する排気ガスの向きを逆転させ、これによって、フィルタ２３内に堆積している微粒子を壁面から剥離し、斯くして、微粒子をフィルタ２３内にて流動させるようにする。これによればフィルタ２３内に一定量以上の微粒子が堆積することはない。
【００８６】
なお、フィルタ２３に流入する排気ガスの向きを逆転させるのに併せて、フィルタ２３に流入する排気ガスの一部または全体の空燃比を一時的にリッチにするようにすれば、さらに、フィルタ２３内に一定量以上の微粒子が堆積することを抑制することができる。
【００８７】
すなわち、排気ガスの空燃比がリーンである状態が一定期間に亘って継続すると白金Ｐｔ上に酸素が多量に付着し、このために白金Ｐｔの触媒作用が低下してしまう。ところが、排気ガスの空燃比をリッチにして排気ガス中の酸素濃度を低下させると、白金Ｐｔから酸素が除去され、斯くして、白金Ｐｔの触媒作用が回復する。これにより排気ガスの空燃比をリッチにすると活性酸素生成剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出されやすくなる。斯くして、一気に放出された活性酸素Ｏにより堆積している微粒子が酸化されやすい状態に変質せしめられると共に微粒子が活性酸素により輝炎を発することなく燃焼除去される。斯くして、排気ガスの空燃比をリッチとすると全体として酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。したがって、フィルタ２２上に堆積した微粒子が輝炎を発することなく酸化除去される。
【００８８】
図１０に本発明の第２実施形態の排気浄化装置を示した。図１０を参照すると、第２実施形態では、フィルタ２３はターボチャージャ１４の排気タービン２１下流の排気管２０内に配置されている。また、第２実施形態では、スイーパ４５はフィルタ２３下流の排気管２０内に配置されている。
【００８９】
さらに、排気タービン２１下流であってフィルタ２３上流の排気管２０からバイパス通路６５が分岐している。バイパス通路６５はフィルタ２３下流であってスイーパ４５上流の排気管２０に接続されている。バイパス通路６５が排気管２０から分岐する領域の排気管２０内には、フィルタ２３に流入する排気ガスの量と、バイパス通路６５に流入する排気ガスの量とを調節することができる流量調節弁６６が配置される。流量調節弁６６にはステップモータ６７が接続される。ステップモータ６７は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。ステップモータ６７によって流量調節弁６６は図１０（Ａ）に示した位置と、図１０（Ｂ）に示した位置との間で、連続的に位置決め可能である。
【００９０】
また、フィルタ２３の直ぐ上流には還元剤（例えば、炭化水素）を噴射することができる還元剤噴射弁６８が取り付けられている。還元剤噴射弁６８は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続され、電子制御ユニット３０によってその作動が制御される。
【００９１】
さて、フィルタ２３の性能を維持し、或いは、回復するための特別な制御が必要とされていないとき、すなわち、通常は、流量調節弁６６は図１０（Ａ）に示した位置に位置決めされる。このときには、排気ガスは全てフィルタ２３に流入し、排気ガス中の微粒子はフィルタ２３に捕集され、酸化除去される。
【００９２】
一方、フィルタ２３の性能を維持し、或いは、回復するための特別な制御が要求されたとき、すなわち、フィルタ２３内に一定量以上の微粒子が堆積しているときには、流量調節弁６６は図１０（Ｂ）に示した位置、場合によっては図１０（Ａ）に示した位置と図１０（Ｂ）に示した位置との間のいずれかの位置に位置決めされる。このときには、ほとんどの排気ガスはバイパス通路６５に流入し、残りの排気ガスがフィルタ２３に流入する。バイパス通路６５に排気ガスを流入されている間においては、バイパス通路６５を通った排気ガス中の微粒子はスイーパ４５において捕集され、酸化除去される。そして、排気ガスをバイパスさせている間においては、フィルタ２３に流入する微粒子の量が少なくなり、したがって、フィルタ２３に流入する微粒子の量よりもフィルタ２３の酸化除去可能量が多くなる。したがって、排気ガスをバイパスさせている間において、フィルタ２３に堆積している微粒子が完全に酸化除去されることとなる。
【００９３】
さらに、排気ガスをバイパスさせたとしてもフィルタ２３に堆積している微粒子を完全に酸化除去することができない場合、或いは、排気ガスをバイパスさせている間において所定の期間内にフィルタ２３に堆積している微粒子を完全に酸化除去することができない場合には、還元剤噴射弁６８からフィルタ２３に還元剤を噴射し、フィルタ２３における微粒子の酸化除去を促進するようにする。
【００９４】
斯くして、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、フィルタ２３下流にスイーパ４５を配置することによって、排気浄化装置全体の圧損を大きく上昇させることなく、排気浄化装置全体の微粒子除去率が向上される。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、性能維持・回復手段によってパティキュレートフィルタの性能を維持し、或いは、回復している間に、パティキュレートフィルタ下流における排気ガス中の微粒子の量が増加したとしても、こうした微粒子はスイーパによって捕捉されるので、排気エミッションが悪化することが抑制される。また、本発明のスイーパの排気流通路の開口は部分的にではあるが閉塞されているので、排気ガスの少なくとも一部は隔壁の細孔を通過することとなり、したがって、本発明のスイーパの微粒子捕集率は比較的高く、この点でも、本発明によれば、排気エミッションが悪化することが抑制される。さらに、本発明のスイーパでは、排気流通路の開口を閉塞する部分の隔壁が互いに近づくように斜めにされた形状であることから、パティキュレートフィルタ下流にスイーパを配置することによる排気抵抗の上昇が抑制される。さらに、本発明のスイーパは、排気流通路の流路断面積よりも小さく且つ隔壁の細孔の流路断面積よりも大きな流路断面積を有する小孔を備え、この小孔を排気ガスが通ることができるので、この点でも、本発明によれば、パティキュレートフィルタ下流にスイーパを配置することによる排気抵抗の上昇が抑制される。
【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の全体図である。
【図２】第１実施形態の排気浄化装置を示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタを詳細に示す図である。
【図４】スイーパを詳細に示す図である。
【図５】従来のスイーパにおける流特性を説明するための図である。
【図６】本発明のスイーパにおける流特性を説明するための図である。
【図７】本発明のパティキュレートフィルタおよびスイーパにおける微粒子の酸化除去作用を説明するための図である。
【図８】本発明のパティキュレートフィルタおよびスイーパにおける微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図９】本発明のパティキュレートフィルタおよびスイーパにおける酸化除去可能微粒子量を示す図である。
【図１０】第２実施形態の排気浄化装置を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２２…排気浄化装置
２３…パティキュレートフィルタ
２０ａ…第１の排気枝管
２０ｂ…第２の排気枝管
４３…切換弁
４５…スイーパ
５２，５３…テーパ壁
５４，５９…隔壁
５５，５６…小孔
５７，５８…排気流通路
６０…白金
６１…活性酸素生成剤
６５…バイパス通路
６６…流量切換弁
６８…還元剤噴射弁
【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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