(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の微粒子を一時期捕集して酸化除去するフィルタと、
前記フィルタの一方側から排気ガスを流す第１の流れと前記フィルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを交互に切換え可能であり、切換え途中では排気ガスが前記フィルタを迂回して流れる排気切換え手段と、
前記フィルタに未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段と、
前記未燃燃料供給手段による未燃燃料の供給の実行と、前記排気切換え手段による排気ガスの流れの切換え動作とが同時に行われるのを禁止する同時処理禁止手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタが多孔質材料から形成された隔壁によって画成される複数の排気流通路を有し、これら排気流通路が前記フィルタに流入した排気ガスが隔壁を通過するように各排気流通路の上流端または下流端で閉塞されており、前記排気切換え手段によって前記第１の流れと前記第２の流れとを交互に切り換えることで前記フィルタの隔壁の両壁面を利用して排気ガス中の微粒子を捕集し酸化除去することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、微粒子の酸化を促進する活性酸素放出剤とが担持され、排気ガス中の微粒子を一時期捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタに担持されたＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべく前記フィルタに流れる排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、
通常は排気ガスを前記フィルタに流し、該フィルタでの微粒子の酸化性能が所定レベルより低いときに、あるいは低くなる可能性があるときに該フィルタを迂回させて排気ガスを流す排気切換え手段と、
前記排気空燃比制御手段により排気ガスの空燃比制御を実行して前記フィルタに坦持されたＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるときには、前記フィルタでの微粒子の酸化性能が前記所定レベルよりも低くても前記排気切換え手段が前記フィルタを迂回させて排気ガスを流すのを禁止する迂回禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタが前記パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記排気ガス逆流手段は、排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入することなく前記パティキュレートフィルタをバイパスせしめられるバイパスモードを有し、排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスが流れているときには前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを禁止し、排気ガス空燃比の比較的大きい第二の排気ガスが流れているときには前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを許容するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスが流れているときには、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを回避するために前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を禁止し、排気ガス空燃比の比較的大きい第二の排気ガスが流れているときには、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるのに伴って前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを許容するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスが流れているときに、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させる必要が生じた場合には、まず、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を禁止しつつ排気ガス空燃比を大きくし、次いで、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を許容するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスがストイキ又はリッチであり、排気ガス空燃比の比較的大きい第二の排気ガスがリーンである請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持させ、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべきときに排気ガス空燃比を比較的小さくし、ＮＯｘ吸収剤がＮＯｘを放出しているときに、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを回避するために前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を禁止するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関を用い、前記燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低温燃焼時に前記燃焼室から排出された排気ガスが流れているときには、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを禁止するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
ＳＯｘ被毒回復時、ＮＯｘ放出時、又は機関中低負荷運転時であって、前記燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低温燃焼時に前記燃焼室から排出された排気ガスが流れているときには、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを禁止するようにした請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタが前記パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持させ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記排気ガス逆流手段は、排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入することなく前記パティキュレートフィルタをバイパスせしめられるバイパスモードを有し、通常は前記パティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときに前記排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき場合には、前記パティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能が前記所定レベルよりも低いときであっても前記排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置するのが禁止されるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、浄化装置のフィルタに排気上流側と下流側とから交互に排気を切換通過できるようにした排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる煤等の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が低い温度で着火できるように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坦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。
【０００４】
例えば、特公平７−１０６２９０号公報にはパティキュレートフィルタ上に白金族金属およびアルカリ土類金属酸化物の混合物を担持させたパティキュレートフィルタが開示されている。このパティキュレートフィルタではほぼ３５０℃から４００℃の比較的低温でもって微粒子が着火され、次いで連続的に燃焼せしめられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼル機関では負荷が高くなれば排気ガス温が３５０℃から４００℃に達し、従って上述のパティキュレートフィルタでは一見したところ機関負荷が高くなったときに排気ガス熱によって微粒子を着火燃焼せしめることができるように見える。しかしながら実際には排気ガス温が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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、酸素と接触しづ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に多量の微粒子が堆積し続けることになる。
【０００８】
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は次第に着火燃焼しづらくなる。このように燃焼しづ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づらいグラファ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。
【０００９】
また、堆積した微粒子が燃焼せしめられると燃えカスである灰分、即ちアッシュが凝縮して大きな塊となり、これらアッシュの塊によってパティキュレートフィルタの細孔が目詰まりを生ずる。目詰まりした細孔の数は時間の経過と共に次第に増大し、斯くして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次第に大きくなる。排気ガス流の圧損が大きくなると機関の出力が低下し、斯くしてこの点からも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。
【００１０】
このように多量の微粒子が一旦積層状に堆積してしまうと上述の如き種々の問題が生じ、従って排気ガス中に含まれる微粒子量とパティキュレートフィルタ上において燃焼しうる微粒子量とのバランスを考えて多量の微粒子が積層上に堆積しないようにする必要がある。
【００１１】
そして、従来のような触媒付の排気浄化フィルタを排気管に設けるだけで、排気浄化を内燃機関の運転状況にまかせた成り行きの連続燃焼処理とすると、上記のような問題は回避できない。
【００１２】
そこで、できるだけ微粒子の連続燃焼が可能となるように、浄化装置のフィルタに排気上流側と下流側とから交互に排気を切換通過できるようにすることで、フィルタの両側面に微粒子が堆積するため、微粒子の単位面積あたりの堆積量を減らすことができ、また、排気ガス流の切換により堆積する微粒子を撹乱して飛ばすことができる。さらに、フィルタ基材にＮＯｘ吸収剤を設けるならば、排気ガス中のＮＯｘを浄化することもできる。
【００１３】
このように、ＮＯｘの浄化を同時に行うためにフィルタ基材にＮＯｘ吸収剤を設けると、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力には限界があるため間欠的にリッチ空燃比の排気ガスをフィルタに流して（これをリッチスパイクという）ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出・還元する必要がある。一方、微粒子の連続燃焼を促進するために前述の如くフィルタを流れる排気ガスの向きを切換えるには、排気管内に切換弁を設ける必要があるが、切換弁の構造上、排気ガス流の切り換え時に排気ガスがフィルタを迂回して流れるのを避けることができない。
【００１４】
したがって、前記リッチスパイクの実行タイミングと切換弁による排気ガス流の切り換えタイミングが一致した場合には、還元剤を多量に含むリッチ空燃比の排気ガスがフィルタを通らずに放出される虞がある。
【００１５】
また、微粒子の除去とＮＯｘの浄化を同時に行うためにフィルタ基材にＮＯｘ吸収剤を設けた排気浄化フィルタでは、フィルタでの微粒子の酸化性能が十分でないとき、あるいは、排気ガスの温度が低く、微粒子の酸化性能を低下させる可能性があるとき（例えば減速運転時）には、フィルタに設定量以上の微粒子が堆積するのを防止するために、フィルタを迂回させて排気ガスを流すシステムにすることが考えられる。
【００１６】
このようなシステムにした場合にも、フィルタを迂回させて排気ガスを流しているときに、ＮＯｘ浄化のための前記リッチスパイクを実行すると、やはり還元剤を多量に含むリッチ空燃比の排気ガスがフィルタを通らずに放出されることになる。
【００１７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、ＮＯｘ吸収剤付きのフィルタを備えた排気浄化装置において、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるときに必要な還元剤を多量に含む排気ガスが未処理のまま放出されるのを防止することを課題とする。
【００１８】
更に本発明は、フィルタによる微粒子酸化除去能力を向上させるためにフィルタに未燃燃料が供給されているときに未燃燃料がフィルタに供給されることなくフィルタを迂回して車外に排出されてしまうのを回避することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１９】
更に本発明は、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れているときに、その排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなく大気中に排出されてしまうのを回避することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、（イ）排気ガス中の微粒子を一時期捕集して酸化除去するフィルタと、（ロ）前記フィルタの一方側から排気ガスを流す第１の流れと前記フィルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを交互に切換え可能であり、切換え途中では排気ガスが前記フィルタを迂回して流れる排気切換え手段と、（ハ）前記フィルタに未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段と、（ニ）前記未燃燃料供給手段による未燃燃料の供給の実行と、前記排気切換え手段による排気ガスの流れの切換え動作とが同時に行われるのを禁止する同時処理禁止手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタが多孔質材料から形成された隔壁によって画成される複数の排気流通路を有し、これら排気流通路が前記フィルタに流入した排気ガスが隔壁を通過するように各排気流通路の上流端または下流端で閉塞されており、前記排気切換え手段によって前記第１の流れと前記第２の流れとを交互に切り換えることで前記フィルタの隔壁の両壁面を利用して排気ガス中の微粒子を捕集し酸化除去する。
【００２４】
これによれば、フィルタに未燃燃料を供給することで、フィルタにおいて未燃燃料も酸化されてフィルタ温度が上昇する。このとき排気ガスの流れを切換えることにより酸化熱がフィルタから流出できなくなり、フィルタ温度がより一層上昇せしめられる。このフィルタの温度上昇によって、フィルタによる微粒子の酸化除去能力が向上せしめられる。従って、所定の時期にフィルタに対して未燃燃料を供給することが好ましいといえるが、一方で、未燃燃料の供給と排気切換手段の動作とが同時に行われてしまうと、未燃燃料がフィルタを迂回して車外に排出されてしまう。そこで、未燃燃料の供給と排気切換手段の動作とが同時に行われないようにする同時処理禁止手段が設けられることにより、フィルタに未燃燃料が供給されているときに未燃燃料がフィルタに供給されることなくフィルタを迂回して車外に排出されてしまうのを回避することができる。
【００２５】
また、第２の発明では、（イ）流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、微粒子の酸化を促進する活性酸素放出剤とが担持され、排気ガス中の微粒子を一時期捕獲可能なフィルタと、（ロ）前記フィルタに坦持されたＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべく前記フィルタに流れる排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、（ハ）通常は排気ガスを前記フィルタに流し、該フィルタでの微粒子の酸化性能が所定レベルより低いときに、あるいは低くなる可能性があるときに該フィルタを迂回させて排気ガスを流す排気切換え手段と、（ニ）前記排気空燃比制御手段により排気ガスの空燃比制御を実行して前記フィルタに坦持されたＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるときには、前記フィルタでの微粒子の酸化性能が前記所定レベルよりも低くても前記排気切換え手段が前記フィルタを迂回させて排気ガスを流すのを禁止する迂回禁止手段と、を備える。
【００２６】
これによれば、原則として、前記フィルタでの微粒子の酸化性能が前記所定レベルよりも低いときには、排気切換え手段が排気ガスをフィルタを迂回して流すようにするので、フィルタに設定値以上の微粒子が堆積するのが防止される。しかしながら、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるときには、前記フィルタでの微粒子の酸化性能が前記所定レベルよりも低い場合であっても、前記迂回禁止手段が、排気ガスが前記フィルタを迂回して流れるのを禁止し、必ず前記フィルタに流れるようにするので、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出するために理論空燃比またはリッチ空燃比に制御された排気ガスが、前記フィルタを通らず未処理のまま放出されることがない。
【００２７】
また、第２の発明における排気切換え手段は、通常は排気ガスをフィルタに流し、該フィルタでの微粒子の酸化性能が所定レベルより低いとき、あるいは低くなる可能性があるときに該フィルタを迂回して排気ガスを流す機能があればよく、フィルタの一方側から排気ガスを流す第１の流れとフィルタの他方側から排気ガスを流す第２の流れとを交互に切換える機能は必ずしも必要ないが、そのような機能を備えていても構わない。
【００２８】
また、第２の発明において、フィルタでの酸化性能が所定レベルより低いときとは、例えば機関負荷減少運転時（車両駆動用内燃機関であれば車両減速運転時）とすることができる。
以上の各構成は、可能なかぎり互いに組み合わせることができる。
【００２９】
また、第３の発明では、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタが前記パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記排気ガス逆流手段は、排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入することなく前記パティキュレートフィルタをバイパスせしめられるバイパスモードを有し、排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスが流れているときには前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを禁止し、排気ガス空燃比の比較的大きい第二の排気ガスが流れているときには前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを許容する。
【００３０】
また、第４の発明では、第３の発明において、排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスが流れているときには、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを回避するために前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を禁止し、排気ガス空燃比の比較的大きい第二の排気ガスが流れているときには、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるのに伴って前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを許容する。
【００３１】
また、第５の発明では、第３の発明において、排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスが流れているときに、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させる必要が生じた場合には、まず、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を禁止しつつ排気ガス空燃比を大きくし、次いで、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を許容する。
【００３２】
また、第６の発明では、第３の発明において、前記排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスがストイキ又はリッチであり、排気ガス空燃比の比較的大きい第二の排気ガスがリーンである。
【００３３】
第３から第６の発明によれば、排気ガス空燃比の比較的小さい第一の排気ガスが流れているときには、排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置するのが禁止され、従って、排気ガスがパティキュレートフィルタ内に流入することなくパティキュレートフィルタをバイパスせしめられるのが禁止される。そのため、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【００３４】
また、第７の発明では、第３の発明において、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持させ、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべきときに排気ガス空燃比を比較的小さくし、ＮＯｘ吸収剤がＮＯｘを放出しているときに、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを回避するために前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転を禁止する。
【００３５】
これによれば、排気ガス空燃比が比較的小さくされてＮＯｘ吸収剤がＮＯｘを放出しているときに、排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを回避するためにパティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れの逆転が禁止される。そのため、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるためにＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【００３６】
また、第８の発明では、第３の発明において、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関を用い、前記燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低温燃焼時に前記燃焼室から排出された排気ガスが流れているときには、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを禁止する。
【００３７】
これによれば、低温燃焼時に燃焼室から排出された排気ガスが流れているときには、排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置するのが禁止される。そのため、低温燃焼時に燃焼室から排出された排気ガスであって、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【００３８】
また、第９の発明では、第８の発明において、ＳＯｘ被毒回復時、ＮＯｘ放出時、又は機関中低負荷運転時であって、前記燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低温燃焼時に前記燃焼室から排出された排気ガスが流れているときには、前記排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置されるのを禁止する。
【００３９】
これによれば、ＳＯｘ被毒回復時、ＮＯｘ放出時、又は機関中低負荷運転時であって、低温燃焼時に燃焼室から排出された排気ガスが流れているときには、排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置するのが禁止される。そのため、ＳＯｘ被毒回復時、ＮＯｘ放出時、又は機関中低負荷運転時であって、低温燃焼時に燃焼室から排出されたＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【００４０】
また、第１０の発明では、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタが前記パティキュレートフィルタに一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持させ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記排気ガス逆流手段は、排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入することなく前記パティキュレートフィルタをバイパスせしめられるバイパスモードを有し、通常は前記パティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときに前記排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき場合には、前記パティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能が前記所定レベルよりも低いときであっても前記排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置するのが禁止される。
【００４１】
これによれば、通常は、例えば機関減速運転時のようなパティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときに排気ガス逆流手段がバイパスモードに配置され、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき場合には、パティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能がその所定レベルよりも低いときであっても排気ガス逆流手段をバイパスモードに配置するのが禁止される。そのため、通常、パティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときに微粒子を含む可能性のある排気ガスがパティキュレートフィルタを通過するのに伴ってパティキュレートフィルタにおける微粒子の堆積量が増加してしまうのを抑制しつつ、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき場合、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるためにＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含んでいる排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられるのに伴ってその排気ガスがそのまま大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図１３の図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
初めに、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態を図１から図１１の図面を参照して説明する。
【００４３】
＜装置構成の概要＞
図１は本発明を車両用の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内の導かれ、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を内蔵したケーシング２３を有する排気浄化装置に連結される。
【００４４】
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を介してお互いに連結され、ＥＧＲ通路２４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内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００４５】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピューターからなり、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。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、燃料ポンプ２８、および後述するアクチュエータ７２に接続される。
【００４６】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏み込み量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。
【００４７】
＜排気浄化装置の構造＞
排気浄化装置は、図１、図３、図４に示したように、排気タービン２１の出口に排気管７０が接続されている。この排気管７０から分岐して、パティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３における該フィルタ２２の一方の面と他方の面とにそれぞれ接続する第１の排気通路７６と第２の排気通路７７とが設けられている。さらに、第１の排気通路７６と第２の排気通路７７の分岐点からパティキュレートフィルタ２２を通過せずにそのまま排気ガスを排出するバイパス通路７３とが設けられている。
【００４８】
そして、第１の排気通路７６と第２の排気通路７７の分岐点には、排気切換弁７１が設けられている。排気切換弁７１は、アクチュエータ７２によって駆動され、第１の排気通路７６を選択してフィルタ２２の一方側から排気ガスを流す第１の流れ（順流）と、第２の排気通路７７を選択してフィルタ２２の他方側から排気ガスを流す第２の流れ（逆流）とを、交互に切換える。
【００４９】
ここで、フィルタ２２を収容するケーシング２３は、バイパス通路７３を形成する排気管７０の真上に位置するよう配置され、そのケーシング２３の両側に排気管７０から分岐した第１の排気通路７６と第２の排気通路７７が接続される形となっている。そして、ケーシング２３内のフィルタ２２は、排気ガスの通過方向を長さ方向とした場合、長さ方向に直交する幅方向の長さが、長さ方向の長さより長くなっている。このような構成とすることで、フィルタ２２を内包するケーシング２３からなる排気浄化装置の車両への搭載スペースを省スペース化することができる。
【００５０】
アクチュエータ７２は、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３４上に実現される制御手段７５によって駆動制御されるもので、出力ポート３６からの制御信号により駆動される。また、アクチュエータ７２は、内燃機関の駆動に伴って形成される負圧により駆動されるもので、負圧が加えられないときに第１の排気通路７６を選択する位置（順流位置）に弁体を制御し、第１の負圧が加えられたとき弁体を中立位置に制御し、第１の負圧よりも強い第２の負圧が加えられたとき第２の排気通路７７を選択する位置（逆流位置）に弁体を制御する。
【００５１】
前記弁体が図３の破線で示す順流位置にあるとき、排気切換弁７１は、排気管７０を第１の排気通路７６に接続するとともに、第２の排気通路７７をバイパス通路７３に接続するので、排気ガスは、排気管７０→第１の排気通路７６→フィルタ２２→第２の排気通路７７→バイパス通路７３の順に流れて、大気に放出される。
【００５２】
弁体が、図３の実線で示す逆流位置にあるとき、排気切換弁７１は、排気管７０を第２の排気通路７７に接続するとともに、第１の排気通路７６をバイパス通路７３に接続するので、排気ガスは、排気管７０→第２の排気通路７７→フィルタ２２→第１の排気通路７６→バイパス通路７３の順に流れて、大気に放出される。
【００５３】
弁体が、図３の一点鎖線で示すように、排気管７０の軸線に平行となった中立位置にあるとき、排気切換弁７１は、排気管７０を直接バイパス通路７３に接続するので、排気ガスは、排気管７０からフィルタ２２を通過しないでバイパス通路７３に流れて、大気に放出される。
【００５４】
弁体の切換えにより、順流・逆流を繰り返すことで、煤などの微粒子がファルタ２２の基材内を動き回るので、微粒子の酸化を促進し、よって、微粒子の浄化を効率よく行うことができる。
【００５５】
図５（Ａ）は、フィルタ２２に一方向からのみ排気ガスを流す場合のイメージ図であり、微粒子はフィルタの一方の面にのみ蓄積して動かず、排気ガスの圧損上昇の原因となるだけでなく、微粒子の浄化を妨げる。
【００５６】
図５（Ｂ）は、フィルタ２２に双方向から排気ガスを流す場合のイメージ図であり、微粒子はフィルタの両面で順流方向と逆流方向に撹乱されるので、フィルタ２２の両面で、あるいは、基材内部で動き回り、フィルタ基材全体の活性点を利用して微粒子の酸化を促進することができ、フィルタ２２に微粒子が蓄積するのをより少なくすることができる。よって、排気ガスの圧損上昇を避けることができる。
【００５７】
＜フィルタの構造＞
図６にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図６において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。図６（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ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を具備するいわゆるウォールフロー型である。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通通路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６（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。
【００５８】
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６（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。
【００５９】
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と、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が放出する活性酸素放出剤と、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、が坦持されている。
【００６０】
ここで、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯｘ吸収剤上流での排気通路内に供給された空気と燃料（炭化水素）の比をいう。なお、ＮＯｘ吸収剤上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合、流入排気ガスの空燃比は燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【００６１】
前記貴金属触媒としては白金Ｐｔを用いることができる。
前記活性酸素放出剤は、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のような希土類、および遷移金属から選ばれた少なくとも一つから構成することができる。
【００６２】
なお、この場合、活性酸素放出剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
【００６３】
前記ＮＯｘ吸収剤は、例えばカリウム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なくとも一つから構成することができる。
【００６４】
なお、この場合、ＮＯｘ吸収剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
【００６５】
活性酸素放出剤を構成する金属とＮＯｘ吸収剤を構成する金属とを比較すればわかるように、これらを構成する金属は大部分が一致している。
したがって、活性酸素放出剤およびＮＯｘ吸収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。活性酸素放出剤およびＮＯｘ吸収剤として同一の金属を用いた場合には、該金属は活性酸素放出剤としての機能とＮＯｘ吸収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る。このように、活性酸素放出剤の機能とＮＯｘ吸収剤の機能の双方の機能を同時に果たすものを、以下、「活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤」と称す。
【００６６】
そして、この実施の形態では、アルミナなどの担体上に、貴金属触媒として白金Ｐｔと、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤としてカリウムＫが坦持された場合を例にとって説明する。
【００６７】
前述したように、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤としてのカリウムＫは、活性酸素放出剤としての機能とＮＯｘ吸収剤としての機能の双方の機能を同時に果たすものであり、この排気浄化装置では、活性酸素放出剤としての機能を利用して排気ガス中の微粒子の酸化除去促進を図り、ＮＯｘ吸収剤としての機能を利用して排気ガス中のＮＯｘを浄化している。以下、それぞれの機能に着目してこの排気浄化装置における浄化メカニズムを説明する。
【００６８】
＜フィルタによる微粒子の連続酸化処理・・・活性酸素放出剤としての機能＞
初めに、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤の活性酸素放出剤としての機能を利用した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説明する。なお、この活性酸素放出剤としての機能は、活性酸素放出剤として他のアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、および遷移金属を用いても同様なメカニズムで微粒子除去作用が行なわれる。
【００６９】
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、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。
【００７０】
図7（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内の紬孔内壁面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図７（Ａ）および（Ｂ）において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・ＮＯｘ吸収剤を示している。
【００７１】
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７（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面付着する。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・ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図７（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形で活性酸素放出・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。
【００７２】
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・ＮＯｘ吸収剤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。
【００７３】
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・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤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。
【００７４】
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７（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・ＮＯｘ吸収剤６１の表面上に接触し、付着する。
【００７５】
このように微粒子６２が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤６１との接触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収される。
【００７６】
一方、このとき活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤６１との接触面に向かい、ＳＯ2が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収される。
【００７７】
一方、微粒子６２と活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２は短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。従って微粒子６２はパティキュレートフィルタ２２上に堆積することがない。
【００７８】
あるいは、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。
【００７９】
なお、ＮＯｘは酸素原子の結合および分離を繰り返しつつ活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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。また、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１によってＮＯｘが吸蔵されるときにも、酸素との反応過程で活性な酸素が発生し、それにより微粒子６２が酸化せしめられる。
【００８０】
従来のようにパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、従ってこのような火炎を伴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。
【００８１】
これに対して本発明では微粒子６２は上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２２の表面が赤熱することもない。即ち、云い換えると本発明では従来に比べてかなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。従って本発明による輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００８２】
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。また、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子がほとんど堆積しないので微粒子の燃えカスであるアッシュが凝集する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィルタ２２が目詰まりする危険性が少なくなる。
【００８３】
ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウムＣａＳＯ4によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ3が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ4を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ4は固体であって高温になっても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ4が生成され、この硫酸カルシウムＣａＳＯ4によってパティキュレートフィルタ２２の細孔が閉塞されると目詰まりを生ずることになる。
【００８４】
しかしながらこの場合、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤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、バリウムＢａを用いることが好ましいことになる。
【００８５】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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・ＮＯｘ吸収剤６１が放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。また当然のことながら、微粒子自身の温度が高いほど酸化除去されやすくなる。従ってパティキュレートフィルタ２２上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量は、パティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。
【００８６】
図９の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。図９において横軸はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを示している。なお、図９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９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。
【００８７】
単位時間当りに燃焼室５から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと称するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、即ち図９の領域Ｉでは燃焼室５から排出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２２に接触するや否や短時間のうちにパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００８８】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図９の領域IIでは全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図８（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。
【００８９】
即ち、全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には図８（Ａ）に示すように微粒子６２が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤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８（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。
【００９０】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６３は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くしてこの残留微粒子部分６３はそのまま残留しやすくなる。また、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ、ＳＯ2の酸化作用および活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１による活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図８（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・ＮＯｘ吸収剤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てしまう。
【００９１】
このように図９の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ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９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との関係を領域Ｉの範囲にすることが望ましい。
【００９２】
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よりも少な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が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。機関始動直後におけるように排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなるとパティキュレートフィルタ２２上に酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめる。
【００９３】
このように運転状況によっては排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなり、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。
【００９４】
この堆積した微粒子を酸化除去するために、排気管７０に配置された切換弁７１を切り換える。切換弁７１が切り換えられると、パティキュレートフィルタ２２の排気上流側と排気下流側とが逆転し、切り換え前にパティキュレートフィルタ２２の排気下流側であった部分において、微粒子が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１の表面に付着して活性酸素Ｏが放出され、この微粒子が酸化除去される。この放出される活性酸素Ｏの一部は、排気ガスと共にパティキュレートフィルタ２２の排気下流側へ移動し、ここに堆積する微粒子を酸化除去する。ここでは前述したように、微粒子はパティキュレートフィルタ２２の両面で順流方向と逆流方向に撹乱され、パティキュレートフィルタ２２の両面で、あるいは基材内部で動き回り、フィルタ基材全体の活性点に出合い酸化される。
【００９５】
このようにして酸化されなかった微粒子がパティキュレートフィルタ２２に堆積し始めているときに、このパティキュレートフィルタ２２の排気上流側と下流側とを逆転することにより、パティキュレートフィルタ２２から微粒子を完全に酸化除去することができる。
【００９６】
またパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積した場合は、排気ガスの一部又は全体の空燃比を一時的にリッチにすることにより、堆積した微粒子が輝炎を発することなく酸化せしめられる。排気ガスの空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられると活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出され、これら一気に放出された活性酸素Ｏによって堆積した微粒子が輝炎を発することなく一気に短時間で燃焼除去せしめられる。
以上が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤の活性酸素放出剤としての機能を利用した微粒子浄化メカニズムである。
【００９７】
＜活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化処理・・・ＮＯｘ吸収剤としての機能＞
次に、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収剤としての機能を利用したＮＯｘ浄化作用について説明する。なお、このＮＯｘ吸収剤としての機能は、ＮＯｘ吸収剤として他のアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類を用いても同様なメカニズムでＮＯｘ浄化作用が行われる。
【００９８】
活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ浄化作用は図１０に示すようなメカニズムで行われているものと考えられている。なお、図１０（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・ＮＯｘ吸収剤を示している。
【００９９】
まず、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図１０（Ａ）に示されるように酸素Ｏ2がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれる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）。
【０１００】
次いで、生成されたＮＯ2は、白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収されてカリウムＫと結合しながら、図１０（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形で活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１内に拡散する。このようにしてＮＯｘが活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収される。
【０１０１】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ2が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【０１０２】
これに対して、排気空燃比が理論空燃比またはリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため、ＮＯ2の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2またはＮＯの形で活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からＮＯｘが放出されることになる。
【０１０３】
一方、このとき、排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガス中の酸素濃度の低下により活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出されたＮＯ2またはＮＯは、図１０（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられてＮ2となる。
【０１０４】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによって活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出されたＮＯｘおよび内燃機関から排出されたＮＯｘがＮ2に還元される。
【０１０５】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2またはＮＯが存在しなくなると、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出され、さらにＮ2に還元せしめられる。したがって、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチにすると短時間のうちに活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からＮＯｘが放出され、Ｎ2に還元される。
【０１０６】
このように、排気ガスの空燃比がリーンになるとＮＯｘが活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収され、排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチにするとＮＯｘが活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から短時間のうちに放出され、Ｎ2に還元される。したがって、大気中へのＮＯｘの排出を阻止することができる。また、空燃比がリーン・リッチ間で繰り返し切換えられると、活性酸素の放出量が増加するのに伴って微粒子が酸化されやすいものに変質し、単位時間当りの酸化除去可能量が増大する。
【０１０７】
尚、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・ＮＯｘ吸収剤６１からの活性酸素放出量が低下する。しかしながら空燃比がリッチにされると白金Ｐｔ表面上の酸素が消費されるために酸素被毒が解消され、従って空燃比がリッチからリーンに切換えられるとＮＯｘに対する酸化作用が強まるためにＮＯｘの吸収効率が高くなり、斯くして活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からの活性酸素放出量が増大する。
【０１０８】
従って空燃比がリーンに維持されているときに空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切換えるとその都度白金Ｐｔの酸素被毒が解消されるために空燃比がリーンであるときの活性酸素放出量が増大し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化作用を促進することができる。
【０１０９】
また、セリウムＣｅは空燃比がリーンのときには酸素を取り込み（Ｃｅ2Ｏ3→２ＣｅＯ2）、空燃比がリッチになると活性酸素を放出する（２ＣｅＯ2→Ｃｅ2Ｏ3）機能を有する。従って活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてセリウムＣｅを用いると空燃比がリーンのときにはパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が付着すると活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出された活性酸素によって微粒子が酸化され、空燃比がリッチになると活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から多量の活性酸素が放出されるために微粒子が酸化される。従って活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてセリウムＣｅを用いた場合にも空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切換えるとパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化反応を促進することができる。尚、セリウムＣｅの代わりに、遷移金属の錫等を用いることが可能である。
【０１１０】
ところで、前述したようにこの圧縮着火式内燃機関では、通常はストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝１４．６）よりもはるかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転状態ではフィルタ２２に流入する排気ガス（即ち、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に流入する排気ガス）の空燃比は非常にリーンであり、排気中のＮＯｘは活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収され、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出されるＮＯｘ量は極めて少ない。
【０１１１】
したがって、圧縮着火式内燃機関では、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１のＮＯｘ吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで、排気ガス中に還元剤を供給して排気ガス中の酸素濃度を低下せしめ、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収されたＮＯｘを放出させＮ2に還元する必要がある。
【０１１２】
そのため、この実施の状態では、ＥＣＵ３０が内燃機関の運転状態の履歴から活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収されたＮＯｘ量を推定し、その推定ＮＯｘ量が予め設定した所定値に達したときに、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにして酸素濃度を低下せしめると同時に還元剤を供給するようにしている。このように排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることを一般にリッチスパイクと称している。
【０１１３】
この実施の形態では、内燃機関の膨張行程あるいは排気行程において気筒内に燃料を副噴射することによりリッチスパイクを実現する。なお、リッチスパイクは、フィルタ２２より上流の排気通路７０内に燃料を供給することによっても実現可能である。
【０１１４】
このように、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１のＮＯｘ吸収能力が飽和する前に所定のタイミングでリッチスパイクを実行することにより、排気ガス中のＮＯｘを連続して浄化することができ、ＮＯｘを大気に放出させるのを阻止することができる。
以上が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１のＮＯｘ吸収剤としての機能を利用したＮＯｘ浄化メカニズムである。
【０１１５】
したがって、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１を用いた場合、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。つまり、このときには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。
【０１１６】
一方、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ＮＯｘが放出される。このＮＯｘは未燃ＨＣ，ＣＯにより還元され、斯くしてこのときにもＮＯｘが大気中に排出されることがない。また、このときフィルタ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。
【０１１７】
ところで、前述したようにフィルタ２２において微粒子の酸化除去を促進するために排気切換弁７１を切り換えてフィルタ２２を流れる排気ガスの流れ方向を切り換えた時には、排気切換弁７１の弁体は必ず中立位置を経由した切り換え動作となる。そして、排気切換弁７１の切り換え途中において弁体が中立位置近傍で動作しているときには、排気管７０とバイパス通路７３が直接接続することとなり、この間極めて短時間ではあるが、排気ガスが排気管７０からフィルタ２２を通過しないでバイパス通路７３に流れ大気に放出されることになる。
【０１１８】
このときに、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からＮＯｘを放出し還元するための前述したリッチスパイクを実行すると、炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを多量に含むリッチ空燃比の排気ガスが活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１を通過することなく大気に放出する虞があり、好ましくない。
【０１１９】
そこで、この実施の形態では、このような事態が生じないように、排気切換弁７１の切り換えによる排気ガス流の切換えタイミングと、リッチスパイクの実行タイミングが一致した場合には、排気切換弁７１の切り換えを優先して実行し、リッチスパスクの実行を禁止して、これら二つの処理の同時実行を禁止することにした。
【０１２０】
次に、この実施の形態における排気ガス流の切り換え制御について、図１１のフローチャートに従って説明する。
図１１に示すフローチャートは、排気ガス流切換制御ルーチンを示すものであり、この排気ガス流切換制御ルーチンは、予めＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【０１２１】
＜ステップ１０１＞
まず、ＣＰＵ３４は、ステップ１０１において、排気切換弁７１の切り換えタイミングか否か判定する。排気切換弁７１の切り換え条件（以下、排気ガス流切り換え条件と称す）は、例えば、排気ガス中の有害成分（微粒子等）が少ない減速運転時、あるいは、フィルタ２２の温度が所定条件を満足した時、あるいは、フィルタ２２の上流における背圧が所定圧以上に上昇した時、あるいはこれら条件のうちの複数が同時に満たされた時とすることができる。
【０１２２】
＜ステップ１０２＞
ステップ１０１において肯定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ１０２に進み、リッチスパイクの実行タイミングか否か判定する。尚、この実施の形態では、前述したように、フィルタ２２に坦持した活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収されたＮＯｘ量が所定量に達したとき、リッチスパイクの実行条件が成立したものとしてリッチスパイクを実行することとする。
【０１２３】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２において肯定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ１０３に進み、リッチスパイクの実行タイミングであってもリッチスパイクの実行を禁止する。
【０１２４】
＜ステップ１０４＞
次に、ＣＰＵ３４は、ステップ１０４に進み、排気切換弁７１の切り換えを実行して、フィルタ２２を流れる排気ガス流の方向を切り換え、フィルタ２２に堆積している微粒子の酸化除去を促進する。
尚、ステップ１０２で否定判定した場合にも、ＣＰＵ３４は、ステップ１０４に進み、排気切換弁７１の切り換えを実行する。
【０１２５】
このステップ１０１からステップ１０４への一連の流れは、排気切換弁７１の切り換えタイミングとリッチスパイク実行タイミングが一致した場合には、排気切換弁７１の切り換えをリッチスパイクよりも優先して実行することを意味し、換言すれば、これら二つの処理の同時実行を禁止することを意味する。
【０１２６】
＜ステップ１０５＞
一方、ステップ１０１において否定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ１０５に進み、リッチスパイクの実行タイミングか否か判定する。ステップ１０５において否定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２７】
＜ステップ１０６＞
ステップ１０５において肯定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ１０６に進み、リッチスパイクを実行して、リッチ空燃比の排気ガスをフィルタ２２に流し、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収されているＮＯｘを放出してＮ2に還元する。
【０１２８】
尚、上述した実施形態では、パティキュレートフィルタに活性酸素放出剤及びＮＯｘ吸収剤が担持されているが、他の実施形態では、パティキュレートフィルタに活性酸素放出剤もＮＯｘ吸収剤も担持されていなくてよい。つまり、パティキュレートフィルタに未燃燃料が供給されているときに未燃燃料がパティキュレートフィルタに供給されることなくパティキュレートフィルタを迂回して車外に排出されてしまうのを回避するという効果を奏するためには、パティキュレートフィルタは、活性酸素放出剤及びＮＯｘ吸収剤を担持しているものに限定されない。
【０１２９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態を図１２の図面を参照して説明する。前述した第１の実施の形態では、排気切換弁７１の切り換えタイミングとリッチスパイク実行タイミングが一致した場合には、排気切換弁７１の切り換えをリッチスパイクよりも優先して実行するようにしているが、第２の実施の形態では、このような場合に、排気切換弁７１の切り換えよりもリッチスパイクを優先して実行することにした。
【０１３０】
第２の実施の形態における排気ガス流の切り換え制御について、図１２のフローチャートに従って説明する。
図１２に示すフローチャートは、排気ガス流切換制御ルーチンを示すものであり、この排気ガス流切換制御ルーチンは、予めＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【０１３１】
＜ステップ２０１＞
まず、ＣＰＵ３４は、ステップ２０１において、リッチスパイクの実行タイミングか否か判定する。尚、リッチスパイク実行条件成立については第１の実施の形態の場合と同様にすることができる。
【０１３２】
＜ステップ２０２＞
ステップ２０１において肯定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ２０２に進み、排気切換弁７１の切り換えタイミングか否か判定する。尚、排気ガス流切り換え条件については第１の実施の形態の場合と同様にすることができる。
【０１３３】
＜ステップ２０３＞
ステップ２０２において肯定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ２０３に進み、排気切換弁７１の切り換えタイミングであっても排気切換弁７１の切り換えの実行を禁止する。
【０１３４】
＜ステップ２０４＞
次に、ＣＰＵ３４は、ステッブ２０４に進み、リッチスパイクを実行して、リッチ空燃比の排気ガスをフィルタ２２に流し、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収されているＮＯｘを放出してＮ2に還元する。
【０１３５】
尚、ステップ２０２で否定判定した場合にも、ＣＰＵ３４は、ステップ２０４に進み、リッチスパイスを実行する。
【０１３６】
このステップ２０１からステップ２０４への一連の流れは、排気切換弁７１の切り換えタイミングとリッチスパイク実行タイミングが一致した場合には、リッチスパイクを排気切換弁７１の切り換えよりも優先して実行することを意味し、換言すれば、これら二つの処理の同時実行を禁止することを意味する。
【０１３７】
＜ステップ２０５＞
一方、ステップ２０１におてい否定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ２０５に進み、排気切換弁７１の切り換えタイミングか否か判定する。ステップ２０５において否定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１３８】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０５において肯定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ２０６に進み、排気切換弁７１の切り換えを実行して、フィルタ２２を流れる排気ガス流の方向を切り換え、フィルタ２２に堆積している微粒子の酸化除去を促進する。
【０１３９】
この実施形態の変形例においても、活性酸素放出剤及びＮＯｘ吸収剤が担持されていないパティキュレートフィルタを用いることができる。
【０１４０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態を図１３の図面を参照して説明する。
【０１４１】
前述した第１の実施の形態における排気浄化装置では、フィルタ２２には排気ガス中の微粒子が堆積しないはずであるが、内燃機関の運転状態（例えば減速運転時など）によってはフィルタ２２での微粒子の酸化除去が十分に行われない場合、あるいは、排気ガスの温度が低いため、微粒子の酸化除去性能が低下する場合がある。そのようなときには、フィルタ２２に設定量以上の微粒子が堆積するのを防止するために、フィルタ２２を迂回させて排気ガスを流すという排気ガス流の制御方法（以下、フィルタバイパス制御という）も考えられる。
【０１４２】
このフィルタバイパス制御を実行してフィルタ２２を迂回させて排気ガスを流しているときに、ＮＯｘ浄化のためのリッチスパイクを実行すると、やはり、炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを多量に含むリッチ空燃比の排気ガスが活性炭素放出・ＮＯｘ吸収剤６１を通過することなく大気に放出されることになり、好ましくない。
【０１４３】
そこで、この第３の実施の形態では、フィルタバイパス制御実行中にリッチスパイクの実行タイミングとなったときには、リッチスパイクの実行を優先するとともにリッチスパイクの実行期間中は排気ガスがフィルタ２２に流れるように、排気切換弁７１を切り換えることにした。
【０１４４】
第３の実施の形態における排気ガス流の切り換え制御において、図１３のフローチャートに従って説明する。
図１３に示すフローチャートは、排気ガス流切換制御ルーチンを示すものであり、この排気ガス流切換制御ルーチンは、予めＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【０１４５】
＜ステップ３０１＞
まず、ＣＰＵ３４は、ステップ３０１において、フィルタバイパス制御実行条件が成立しているか否か判定する。尚、フィルタバイパス制御実行条件が成立しているか否かは、例えば減速運転中など内燃機関の運転状態から判定することができる。
【０１４６】
＜ステップ３０２＞
ステップ３０１において肯定判断した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ３０２に進み、リッチスパイクの実行タイミングか否か判定する。尚、リッチスパイク実行条件成立については第１の実施の形態の場合と同様にすることができる。
【０１４７】
＜ステップ３０３＞
ステップ３０２において肯定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ３０３に進み、フィルタバイパス制御実行条件成立時であってもフィルタバイパス制御を実行することなく、排気ガスがフィルタ２２を流れるように排気切換弁７１を切り換える。換言すれば、排気ガスがフィルタ２２を迂回して流れることがないようにする（バルブ非中立位置）。
【０１４８】
＜ステップ３０４＞
次に、ＣＰＵ３４は、ステップ３０４に進み、リッチスパイクを実行して、リッチ空燃比の排気ガスをフィルタ２２に流し、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収されているＮＯｘを放出してＮ2に還元する。
【０１４９】
このステップ３０１からステップ３０４への一連の流れは、フィルタバイパス制御実行中にリッチスパイク実行タイミングとなったときには、フィルタバイス制御を中断し、排気ガスがフィルタ２２を流れるようにしてリッチスパイクを実行することを意味し、換言すれば、これら二つの処理の同時実行を禁止することを意味する。
【０１５０】
＜ステップ３０５＞
一方、ステップ３０２において否定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、ステップ３０５に進み、フィルタバイパス制御を実行して排気切換弁７１を中立位置に切り換え、排気ガスがフィルタ２２を迂回して流れるようにすることによりフィルタ２２に微粒子が堆積しないようにして、本ルーチンの実行を一旦終了する。なお、ステップ３０１で否定判定した場合には、ＣＰＵ３４は、本ルーチンの実行を一旦終了する。即ち、この場合には排気切換弁７１は通常の制御に従って切り換えられることになる。
【０１５１】
また、本発明は、フィルタ２２に形成された担体の層上に白金Ｐｔのような貴金属触媒とＮＯｘ吸収剤を坦持した場合にも成立する。ただし、この場合には、酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図９に示す実線に比べて若干右側に移動する。この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素が放出される。
また、活性酸素放出剤としては、ＮＯ2またはＳＯ3を吸着保持しこれら吸着されたＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素を放出し得る触媒を用いることもできる。
【０１５２】
この実施形態の変形例においても、活性酸素放出剤及びＮＯｘ吸収剤が担持されていないパティキュレートフィルタを用いることができる。
【０１５３】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第４の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、微粒子を酸化するための触媒が活性酸素放出剤に限定されず、また、ＮＯｘ吸収剤がパティキュレートフィルタに担持されていない点を除き、第１の実施形態の構成とほぼ同様である。
【０１５４】
図１４は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法を示したフローチャートである。図１４に示すルーチンは内燃機関の運転期間中に所定時間間隔で実行される。図１４に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ４０１において排気切換弁７１の切換えタイミングか否かが判定される。ＹＥＳのときにはステップ４０２に進み、ＮＯのときにはこのルーチンを終了する。例えば、排気切換弁７１が切換えられてから所定期間経過した後の機関減速運転時にＹＥＳと判定される。ステップ４０２では後述する低温燃焼が行われているか否かが判定される。ＹＥＳのときにはステップ４０３に進み、ＮＯのときにはステップ４０４に進む。ステップ４０３では、排気切換弁７１の切換えが禁止される。つまり、排気切換弁７１がバイパス位置（図３の一点鎖線）に配置されるのを回避するために、排気切換弁７１を順流位置（図３の破線）と逆流位置（図３の実線）との間で切換えるのが禁止される。一方、ステップ４０４では、排気切換弁７１の切換えが実行される。つまり、排気切換弁７１が順流位置から逆流位置に、あるいは、逆流位置から順流位置に切換えられる。その際に、排気切換弁７１はバイパス位置を通過せしめられる。
【０１５５】
以下、上述した低温燃焼について説明する。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１５を参照しつつ説明する。なお、図１５において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【０１５６】
図１５の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところで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１５の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところで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１５の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近で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。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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
一方、この低温燃焼を行うと燃料およびその周囲のガス温は低くなるが排気ガス温は上昇する。このことについて図１６（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。図１６（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示しており、図１６（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示している。また、図１６（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示しており、図１６（Ｂ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示している。
【０１５９】
低温燃焼が行われているときには通常の燃焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、従って図１６（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、即ち圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均ガス温Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス温Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図１６（Ｂ）に示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図１６（Ｂ）の実線で示されるようにＥＧＲガスの吸熱作用により燃料およびその周囲のガス温Ｔｆはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には燃料周りに多量の酸素が存在するために図１６（Ｂ）の破線で示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合の方が低くなっており、従って図１６（Ａ）に示されるように圧縮上死点付近における燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇは低温燃焼が行われている場合の方が通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図２２（Ａ）に示されるように燃焼が完了した後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温燃焼が行われた場合の方が通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガス温が高くなる。
【０１６０】
このように低温燃焼が行われるとスモークの発生量、即ち排出微粒子量が少なくなり、排気ガス温が上昇する。従って機関運転中に通常の燃焼から低温燃焼に切換えると排出微粒子量を減少させ、パティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させることができる。これに対し、低温燃焼から通常の燃焼に切換えるとパティキュレートフィルタ２２の温度は低下する。ただし、このとき排出微粒子量は増大する。いずれにしても通常の燃焼と低温燃焼とを切換えることによって排出微粒子量およびパティキュレートフィルタ２２の温度を制御することができる。
【０１６１】
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料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１７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。図１８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１９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１９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１８および図１９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。なお、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。
【０１６２】
すなわち本実施形態では、排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている低温燃焼時には、ステップ４０３において排気切換弁１１の切換えが禁止され、それに伴って、排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのも禁止される。一方、排気ガス空燃比の比較的大きい排気ガスが流れている低温燃焼時以外の時には、ステップ４０４において排気切換弁１１の切換えが実行され、それに伴って、排気切換弁１１はバイパス位置を通過せしめられることになる。また図示しないが、排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている低温燃焼中に排気切換弁１１の切換えタイミングになった時には、まず、排気切換弁１１の切換えが禁止された状態で燃焼が低温燃焼から通常燃焼に切換えられて排気ガス空燃比が大きくされ、次いで、ステップ４０４と同様に排気切換弁１１の切換えが実行される。上述したように低温燃焼は機関中低負荷運転時に実行可能であるが、パティキュレートフィルタ２２がＳＯｘ被毒したときにパティキュレートフィルタ２２を回復させるために低温燃焼を実行することも可能である。
【０１６３】
本実施形態によれば、排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている低温燃焼時にステップ４０３において排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのが禁止されるため、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている低温燃焼時に、その排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１６４】
［第５の実施の形態］
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第５の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、微粒子を酸化するための触媒が活性酸素放出剤に限定されない点を除き、第１の実施形態の構成とほぼ同様である。つまり、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸収剤が担持されている。
【０１６５】
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法は図１４に示した第４の実施形態の運転制御方法とほぼ同様である。すなわち本実施形態では、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき時であって排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている低温燃焼時には、ステップ４０３と同様に排気切換弁１１の切換えが禁止され、それに伴って、排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのも禁止される。一方、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させる必要がなく、排気ガス空燃比の比較的大きい排気ガスが流れている低温燃焼時以外の時には、ステップ４０４と同様に排気切換弁１１の切換えが実行され、それに伴って、排気切換弁１１はバイパス位置を通過せしめられることになる。
【０１６６】
本実施形態によれば、排気ガス空燃比が比較的小さくされてＮＯｘ吸収剤がＮＯｘを放出している低温燃焼時に排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのが禁止されるため、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるための排気ガスであって、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れているときに、その排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１６７】
［第６の実施の形態］
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第６の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、微粒子を酸化するための触媒が活性酸素放出剤に限定されず、また、ＮＯｘ吸収剤がパティキュレートフィルタに担持されていない点を除き、第１の実施形態の構成とほぼ同様である。
【０１６８】
図２０は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法を示したフローチャートである。図２０に示すルーチンは内燃機関の運転期間中に所定時間間隔で実行される。図２０に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ４０１において排気切換弁７１の切換えタイミングか否かが判定される。ＹＥＳのときにはステップ５０１に進み、ＮＯのときにはこのルーチンを終了する。例えば、排気切換弁７１が切換えられてから所定期間経過した後の機関減速運転時にＹＥＳと判定される。ステップ５０１では空燃比８〜２４の下での低温燃焼が行われているか否かが判定される。ＹＥＳのときにはステップ４０３に進み、ＮＯのときにはステップ４０４に進む。ステップ４０３では、排気切換弁７１の切換えが禁止される。つまり、排気切換弁７１がバイパス位置（図３の一点鎖線）に配置されるのを回避するために、排気切換弁７１を順流位置（図３の破線）と逆流位置（図３の実線）との間で切換えるのが禁止される。一方、ステップ４０４では、排気切換弁７１の切換えが実行される。つまり、排気切換弁７１が順流位置から逆流位置に、あるいは、逆流位置から順流位置に切換えられる。その際に、排気切換弁７１はバイパス位置を通過せしめられる。
【０１６９】
すなわち本実施形態では、排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている空燃比８〜２４の下での低温燃焼時には、ステップ４０３において排気切換弁１１の切換えが禁止され、それに伴って、排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのも禁止される。一方、排気ガス空燃比の比較的大きい排気ガスが流れている空燃比８〜２４の下での低温燃焼時以外の時には、ステップ４０４において排気切換弁１１の切換えが実行され、それに伴って、排気切換弁１１はバイパス位置を通過せしめられることになる。また図示しないが、排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている空燃比８〜２４の下での低温燃焼中に排気切換弁１１の切換えタイミングになった時には、まず、排気切換弁１１の切換えが禁止された状態で燃焼が空燃比８〜２４の下での低温燃焼から通常燃焼に切換えられて排気ガス空燃比が大きくされ、次いで、ステップ４０４と同様に排気切換弁１１の切換えが実行される。空燃比８〜２４の下での低温燃焼は機関中低負荷運転時に実行可能であるが、パティキュレートフィルタ２２がＳＯｘ被毒したときにパティキュレートフィルタ２２を回復させるために空燃比８〜２４の下での低温燃焼を実行することも可能である。
【０１７０】
本実施形態によれば、排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている空燃比８〜２４の下での低温燃焼時にステップ４０３において排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのが禁止されるため、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている空燃比８〜２４の下での低温燃焼時に、その排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１７１】
［第７の実施の形態］
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第７の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、微粒子を酸化するための触媒が活性酸素放出剤に限定されない点を除き、第１の実施形態の構成とほぼ同様である。つまり、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸収剤が担持されている。
【０１７２】
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法は図２０に示した第６の実施形態の運転制御方法とほぼ同様である。すなわち本実施形態では、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき時であって排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている空燃比８〜２４の下での低温燃焼時には、ステップ４０３と同様に排気切換弁１１の切換えが禁止され、それに伴って、排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのも禁止される。一方、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させる必要がなく、排気ガス空燃比の比較的大きい排気ガスが流れている空燃比８〜２４の下での低温燃焼時以外の時には、ステップ４０４と同様に排気切換弁１１の切換えが実行され、それに伴って、排気切換弁１１はバイパス位置を通過せしめられることになる。
【０１７３】
本実施形態によれば、排気ガス空燃比が比較的小さくされてＮＯｘ吸収剤がＮＯｘを放出している空燃比８〜２４の下での低温燃焼時に排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのが禁止されるため、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるための排気ガスであって、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れているときに、その排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１７４】
［第８の実施の形態］
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第８の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、微粒子を酸化するための触媒が活性酸素放出剤に限定されず、また、ＮＯｘ吸収剤がパティキュレートフィルタに担持されていない点を除き、第１の実施形態の構成とほぼ同様である。
【０１７５】
図２１は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法を示したフローチャートである。図２１に示すルーチンは内燃機関の運転期間中に所定時間間隔で実行される。図２１に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ４０１において排気切換弁７１の切換えタイミングか否かが判定される。ＹＥＳのときにはステップ４０２に進み、ＮＯのときにはこのルーチンを終了する。例えば、排気切換弁７１が切換えられてから所定期間経過した後の機関減速運転時にＹＥＳと判定される。ステップ４０２では低温燃焼が行われているか否かが判定される。ＹＥＳのときにはステップ６０１に進み、ＮＯのときにはステップ４０４に進む。ステップ６０１では、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である排気ガス空燃比を検出するための空燃比センサ（図示せず）の出力値に基づいて排気ガス空燃比がリーンか否かが判定される。ＮＯのときにはステップ４０３に進み、ＹＥＳのときにはステップ４０４に進む。ステップ４０３では、排気切換弁７１の切換えが禁止される。つまり、排気切換弁７１がバイパス位置（図３の一点鎖線）に配置されるのを回避するために、排気切換弁７１を順流位置（図３の破線）と逆流位置（図３の実線）との間で切換えるのが禁止される。一方、ステップ４０４では、排気切換弁７１の切換えが実行される。つまり、排気切換弁７１が順流位置から逆流位置に、あるいは、逆流位置から順流位置に切換えられる。その際に、排気切換弁７１はバイパス位置を通過せしめられる。
【０１７６】
すなわち本実施形態では、排気ガス空燃比がストイキ又はリッチになっている低温燃焼時には、ステップ４０３において排気切換弁１１の切換えが禁止され、それに伴って、排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのも禁止される。一方、排気ガス空燃がリーンになっている時、あるいは、低温燃焼時以外の時には、ステップ４０４において排気切換弁１１の切換えが実行され、それに伴って、排気切換弁１１はバイパス位置を通過せしめられることになる。また図示しないが、排気ガス空燃比がストイキ又はリッチになっている低温燃焼中に排気切換弁１１の切換えタイミングになった時には、まず、排気切換弁１１の切換えが禁止された状態で燃焼が低温燃焼から通常燃焼に切換えられて排気ガス空燃比が大きくされ、次いで、ステップ４０４と同様に排気切換弁１１の切換えが実行される。尚、低温燃焼は機関中低負荷運転時に実行可能であるが、パティキュレートフィルタ２２がＳＯｘ被毒したときにパティキュレートフィルタ２２を回復させるために低温燃焼を実行することも可能である。
【０１７７】
本実施形態によれば、排気ガス空燃比がストイキ又はリッチになっている低温燃焼時にステップ４０３において排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのが禁止されるため、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れている低温燃焼時に、その排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１７８】
［第９の実施の形態］
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第９の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、微粒子を酸化するための触媒が活性酸素放出剤に限定されない点を除き、第１の実施形態の構成とほぼ同様である。つまり、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸収剤が担持されている。
【０１７９】
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法は図２１に示した第８の実施形態の運転制御方法とほぼ同様である。すなわち本実施形態では、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき時であって排気ガス空燃比がストイキ又はリッチになっている低温燃焼時には、ステップ４０３と同様に排気切換弁１１の切換えが禁止され、それに伴って、排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのも禁止される。一方、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させる必要がなく、排気ガス空燃比がリーンになっている時、あるいは、低温燃焼時以外の時には、ステップ４０４と同様に排気切換弁１１の切換えが実行され、それに伴って、排気切換弁１１はバイパス位置を通過せしめられることになる。
【０１８０】
本実施形態によれば、排気ガス空燃比がストイキ又はリッチにされてＮＯｘ吸収剤がＮＯｘを放出している低温燃焼時に排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのが禁止されるため、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるための排気ガスであって、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスが流れているときに、その排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１８１】
［第１０の実施の形態］
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第１０の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、微粒子を酸化するための触媒が活性酸素放出剤に限定されない点を除き、第１の実施形態の構成とほぼ同様である。つまり、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸収剤が担持されている。
【０１８２】
本実施形態では、パティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときには、通常、排気切換弁１１がバイパス位置に配置される。この所定レベルとしての閾値は、パティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化性能が実際に低下したことを示す値に設定してもよく、あるいは、パティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化反応がまだ低下していないものの、低下してしまう可能性があることを示す値に設定してもよい。一方、パティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化性能がその所定レベルよりも低いときであっても、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき場合には、排気切換弁１１をバイパス位置に配置するのが禁止される。
【０１８３】
本実施形態によれば、通常は、パティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときに微粒子を含む可能性のある排気ガスがパティキュレートフィルタ２２を通過するのに伴ってパティキュレートフィルタ２２における微粒子の堆積量が増加してしまうのを抑制することができる。その上、パティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化性能がその所定レベルよりも低いときであってもＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき場合には、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるためにＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含んでいる排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスせしめられるのに伴ってその排気ガスがそのまま大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１８６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、フィルタによる微粒子酸化除去能力を向上させるためにフィルタに未燃燃料が供給されているときに未燃燃料がフィルタに供給されることなくフィルタを迂回して車外に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１８７】
また、第２の発明によれば、フィルタでの微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときには、排気ガスがフィルタを迂回して流れるので、フィルタに設定値以上の微粒子が堆積するのを防止することができる。
【０１８８】
さらに、第２の発明によれば、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるときには、前記迂回禁止手段が、排気ガスが前記フィルタを迂回して流れるのを禁止するので、前記フィルタでの微粒子の酸化性能が前記所定レベルよりも低い場合であっても、排気ガスは必ず前記フィルタを流れるようになるので、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出するために理論空燃比またはリッチ空燃比に制御された排気ガスが、前記フィルタを通らず未処理のまま放出されるのを防止することができる。
【０１８９】
また、第３から第６の発明によれば、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１９０】
また、第７の発明によれば、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるための排気ガスであって、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１９１】
また、第８の発明によれば、低温燃焼時に燃焼室から排出された排気ガスであって、ＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガス空燃比の比較的小さい排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１９２】
また、第９の発明によれば、ＳＯｘ被毒回復時、ＮＯｘ放出時、又は機関中低負荷運転時であって、低温燃焼時に燃焼室から排出されたＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含む排気ガスがパティキュレートフィルタを通過することなくバイパスせしめられ、大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【０１９３】
また、第１０の発明によれば、通常、パティキュレートフィルタによる微粒子の酸化性能が所定レベルよりも低いときに微粒子を含む可能性のある排気ガスがパティキュレートフィルタを通過するのに伴ってパティキュレートフィルタにおける微粒子の堆積量が増加してしまうのを抑制しつつ、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべき場合、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるためにＨＣ，ＣＯ，未燃燃料等を含んでいる排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられるのに伴ってその排気ガスがそのまま大気中に排出されてしまうのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】機関の要求トルクを示す図である。
【図３】排気浄化装置を示す上面図である。
【図４】排気浄化装置を示す正面図である。
【図５】（Ａ）はフィルタ基材に微粒子が堆積する状態を示すイメージ図、（Ｂ）は排気ガスの順流、逆流による微粒子の撹乱状態を示すイメージ図である。
【図６】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図７】微粒子の酸化作用を示す概念図である。
【図８】微粒子の堆積作用を示す概念図である。
【図９】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図１０】ＮＯｘの浄化作用を示す概念図である。
【図１１】第１の実施の形態における排気ガス流切換制御を示したフローチャート図である。
【図１２】第２の実施の形態における排気ガス流切換制御を示したフローチャート図である。
【図１３】第３の実施の形態における排気ガス流切換制御を示したフローチャート図である。
【図１４】第４の実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法を示したフローチャートである。
【図１５】スモークの発生量を示す図である。
【図１６】燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図１７】運転領域Ｉ’，II’を示す図である。
【図１８】空燃比Ａ／Ｆを示す図である。
【図１９】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【図２０】第６の実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法を示したフローチャートである。
【図２１】第８の実施形態の内燃機関の排気浄化装置の運転制御方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
３０…ＥＣＵ
６１…活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収剤、活性酸素放出剤）
７１…排気切換弁
７５…制御手段
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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