(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素過剰のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に配置されるのに適した、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのウォールフロー型パティキュレートフィルタであって、アッシュを粒子状物質と共に捕集するパティキュレートフィルタにおいて、
パティキュレートフィルタに固体酸が担持され、固体酸の酸強度は亜硫酸の酸強度よりも高くかつ硫酸の酸強度よりも低い、
ことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
【請求項２】
固体酸の酸強度が、ハメットの酸度関数、水素イオン指数、酸解離定数、アンモニアを用いた昇温離脱法による測定値から選ばれた１つ又は複数により表される、ことを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
標準状態（２５℃、１気圧（１０５Ｐａ））における固体酸のハメットの酸度関数が−０．８３よりも小さく−１２よりも大きい、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項４】
固体酸は、パティキュレートフィルタへの流入排気ガス中の酸素濃度が低下されかつパティキュレートフィルタの温度が上昇された状態においてパティキュレートフィルタ上のアッシュを微粒化すると共に保持し、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタへの流入排気ガス中にＳＯｘが含まれている状態において保持している微粒化されたアッシュを放出する、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項５】
固体酸がシリカ・アルミナ、シリカ・チタニア、チタニア・ジルコニア、シリカ・ジルコニア、シリカ・酸化ガリウム、チタニア・アルミナ、シリカ・酸化イットリウム、アルミナ・ジルコニア、シリカ・酸化ランタン、チタニア・酸化カドミウム、チタニア・酸化スズ、チタニア・酸化亜鉛、酸化亜鉛・シリカ、及び酸化亜鉛・酸化カドミウムから選択された１つ又は複数の複合酸化物から形成される、ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項６】
固体酸がシリカ・アルミナから形成される、ことを特徴とする請求項５に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項７】
パティキュレートフィルタは、多孔性の隔壁を介して交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を有する、ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパティキュレートフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを排気通路内に配置した圧縮着火式内燃機関が公知である。このようにすると、大気中に排出される粒子状物質の量を抑制することができる。
【０００３】
ところが、機関運転時間が長くなるにつれて、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質の量が次第に多くなり、パティキュレートフィルタの圧力損失が次第に大きくなる。その結果、機関出力が低下するおそれがある。
【０００４】
そこで、一般的に、捕集された粒子状物質を燃焼させてパティキュレートフィルタから除去するＰＭ除去処理が一時的に行われる。このＰＭ除去処理では、パティキュレートフィルタを酸化雰囲気に維持しつつパティキュレートフィルタの温度がＰＭ除去温度、例えば６００℃まで上昇される。
【０００５】
ＰＭ除去処理を効率的に行うために、種々の改良が提案されている。例えば、ＰＭ除去温度を低下させるために、活性金属を担持した固体超強酸からなる触媒を表面に保持したパティキュレートフィルタが公知である（特許文献１参照）。また、粒子状物質をパティキュレートフィルタから効率的に除去するために、貴金属と固体の超強酸とを有する触媒を表面に保持したパティキュレートフィルタが公知である（特許文献２参照）。更に、粒子状物質を浄化する触媒が担持されたウォールフロー型パティキュレートフィルタの下流に、排気ガス中の未燃炭化水素の炭素数の小さい炭化水素に分解する分解触媒を配置し、分解触媒の担体が、ハメットの酸度関数Ｈ０が−０．５６以下でかつ−１２よりも大きい固体酸から形成されている、パティキュレートフィルタが公知である（特許文献３参照）。なお、超強酸の酸性度は硫酸の酸性度よりも高く、超強酸のハメットの酸度関数Ｈ０は−１２以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８９１７５号公報
【特許文献２】特開平１０−０３３９８５号公報
【特許文献３】特開平１１−１２３３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、排気ガス中にはアッシュと称される不燃性成分が含まれており、このアッシュは粒子状物質と共にパティキュレートフィルタに捕集される。ところが、ＰＭ除去処理が行われても、アッシュは燃焼せず又は気化せず、パティキュレートフィルタ上に残留する。このため、機関運転時間が長くなるにつれて、パティキュレートフィルタ上のアッシュ量が次第に増大し、パティキュレートフィルタの圧力損失が次第に大きくなる。その結果、ＰＭ除去処理が繰り返し行われても、機関出力が低下するおそれがある。
【０００８】
上述の特許文献１，２，３ではこの問題点について何ら考慮されておらず、ましてその解決策も開示されていない。特に、特許文献３ではアッシュはウォールフロー型パティキュレートフィルタに捕集されるので、パティキュレートフィルタ下流に配置された分解触媒はアッシュと接触することがない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、酸素過剰のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に配置されるのに適した、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのウォールフロー型パティキュレートフィルタであって、アッシュを粒子状物質と共に捕集するパティキュレートフィルタにおいて、パティキュレートフィルタに固体酸が担持され、固体酸の酸強度は亜硫酸の酸強度よりも高くかつ硫酸の酸強度よりも低い、ことを特徴とするパティキュレートフィルタが提供される。
【００１０】
好ましくは、固体酸の酸強度が、ハメットの酸度関数、水素イオン指数、酸解離定数、アンモニアを用いた昇温離脱法による測定値から選ばれた１つ又は複数により表される。
【００１１】
好ましくは、標準状態（２５℃、１気圧（１０５Ｐａ））における固体酸のハメットの酸度関数が−０．８３よりも小さく−１２よりも大きい。
【００１２】
好ましくは、固体酸がシリカ・アルミナ、シリカ・チタニア、チタニア・ジルコニア、シリカ・ジルコニア、シリカ・酸化ガリウム、チタニア・アルミナ、シリカ・酸化イットリウム、アルミナ・ジルコニア、シリカ・酸化ランタン、チタニア・酸化カドミウム、チタニア・酸化スズ、チタニア・酸化亜鉛、酸化亜鉛・シリカ、及び酸化亜鉛・酸化カドミウムから選択された１つ又は複数の複合酸化物から形成される。更に好ましくは、固体酸がシリカ・アルミナから形成される。
【００１３】
好ましくは、パティキュレートフィルタは、多孔性の隔壁を介して交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を有する。
【発明の効果】
【００１４】
パティキュレートフィルタの圧力損失を十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２Ａ】パティキュレートフィルタの正面図である。
【図２Ｂ】パティキュレートフィルタの側面断面図である。
【図３Ａ】隔壁の部分拡大断面図である。
【図３Ｂ】パティキュレートフィルタの表面を示す、パティキュレートフィルタの部分拡大断面図である。
【図４Ａ】アッシュ微粒化剤のアッシュ除去作用を説明する図である。
【図４Ｂ】アッシュ微粒化剤のアッシュ除去作用を説明する図である。
【図４Ｃ】アッシュ微粒化剤のアッシュ除去作用を説明する図である。
【図５Ａ】アッシュ微粒化剤のアッシュ除去作用を説明する図である。
【図５Ｂ】アッシュ微粒化剤のアッシュ除去作用を説明する図である。
【図６Ａ】アッシュ除去作用のメカニズムを説明する図である。
【図６Ｂ】アッシュ除去作用のメカニズムを説明する図である。
【図６Ｃ】アッシュ除去作用のメカニズムを説明する図である。
【図６Ｄ】アッシュ除去作用のメカニズムを説明する図である。
【図７Ａ】実験結果を示すタイムチャートである。
【図７Ｂ】実験結果を示す線図である。
【図７Ｃ】実験結果を示す線図である。
【図８】酸強度を示す線図である。
【図９】本発明による第１実施例の排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図１０】５０％除去温度ＴＰＭ５０を示す線図である。
【図１１】本発明による第１実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１２Ａ】パティキュレートフィルタの部分拡大図である。
【図１２Ｂ】パティキュレートフィルタの部分拡大図である。
【図１３】本発明による第２実施例による排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図１４】本発明による第２実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】本発明による第３実施例による内燃機関の全体図である。
【図１６】本発明による第３実施例における排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図１７】本発明による第３実施例における排気浄化制御を説明する別のタイムチャートである。
【図１８】本発明による第３実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】本発明による第４実施例を説明するタイムチャートである。
【図２０】本発明による第４実施例を説明する、パティキュレートフィルタの部分拡大図である。
【図２１】本発明による第４実施例のＰＭ除去処理を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図２２Ａ】粒子状物質量の増大分を示すマップである。
【図２２Ｂ】粒子状物質量の減少分を示すマップである。
【図２３】粒子状物質残留量とアッシュ除去効率との関係を示す線図である。
【図２４】本発明による第５実施例を説明するタイムチャートである。
【図２５】本発明による第５実施例を説明する、パティキュレートフィルタの部分拡大図である。
【図２６】本発明による第６実施例を説明するタイムチャートである。
【図２７】パティキュレートフィルタの圧力損失の変化を示す線図である。
【図２８】本発明による第７実施例を説明するタイムチャートである。
【図２９】圧力損失及びその変化率を示す線図である。
【図３０】本発明による第７実施例の設定インターバルの更新制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図３１】本発明による第７実施例の設定インターバルの更新制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図３２】インターバルの更新ルーチンを示すフローチャートである。
【図３３】本発明による第８実施例を示す内燃機関の全体図である。
【図３４】ＳＯｘ貯蔵剤のＳＯｘ放出速度を示す線図である。
【図３５】本発明による第８実施例の排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図３６】本発明による第９実施例の排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図３７】本発明による第９実施例におけるＳＯｘ貯蔵剤のＳＯｘ放出速度の変化を示すタイムチャートである。
【図３８】本発明による第９実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを実行するフローチャートである。
【図３９】本発明による第１０実施例の排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図４０】本発明による第１０実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを実行するフローチャートである。
【図４１】本発明による第１１実施例の排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図４２】本発明による第１１実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを実行するフローチャートである。
【図４３】本発明による第１２実施例の内燃機関の全体図である。
【図４４】本発明による第１２実施例の排気浄化制御を説明するタイムチャートである。
【図４５】アッシュ微粒化剤の酸量の求め方を説明するタイムチャートである。
【図４６Ａ】アッシュ微粒化剤の酸量の求め方を説明する図である。
【図４６Ｂ】アッシュ微粒化剤の酸量の求め方を説明する図である。
【図４７】本発明による第１２実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図４８】アッシュ微粒化剤の担持量を示す線図である。
【図４９】未処理アッシュの分布を示す線図である。
【図５０Ａ】アッシュ微粒化剤の担持量の別の例を示す線図である。
【図５０Ｂ】アッシュ微粒化剤の担持量の別の例を示す線図である。
【図５０Ｃ】アッシュ微粒化剤の担持量の別の例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明による第１実施例を示している。図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。
【００１７】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。本発明による第１実施例ではこの燃料は軽油からなる。別の実施例では、内燃機関は火花点火式内燃機関から構成される。この場合には燃料はガソリンからなる。
【００１８】
排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結された触媒コンバータ２２と、触媒コンバータ２２に連結された排気管２３とを具備する。触媒コンバータ２２内にはウォールフロー型のパティキュレートフィルタ２４が配置される。
【００１９】
触媒コンバータ２２には、パティキュレートフィルタ２４の温度を検出するための温度センサ２５が設けられる。別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサが排気管２１に配置される。更に別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４から流出する排気ガスの温度を検出するための温度センサが排気管２３に配置される。これら排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ２４の温度を表している。
【００２０】
触媒コンバータ２２には更に、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失を検出するための圧力損失センサ２６が設けられる。本発明による第１実施例では、圧力損失センサ２６はパティキュレートフィルタ２４の上流及び下流の圧力差を検出するための圧力差センサから構成される。別の実施例では、圧力損失センサ２６は排気管２１に取り付けられて機関背圧を検出するセンサから構成される。
【００２１】
一方、排気マニホルド５には燃料添加弁２７が取り付けられる。この燃料添加弁２７にはコモンレール１６から燃料が添加され、燃料添加弁２７から排気マニホルド５内に燃料が添加される。別の実施例では、燃料添加弁２７が排気管２１に配置される。
【００２２】
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及び出力ポート３６を具備する。エアフローメータ８、温度センサ２５、及び圧力差センサ２６の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０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１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。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３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７、及び燃料添加弁２７に接続される。
【００２３】
図２Ａ及び図２Ｂはウォールフロー型パティキュレートフィルタ２４の構造を示している。なお、図２Ａはパティキュレートフィルタ２４の正面図を示しており、図２Ｂはパティキュレートフィルタ２４の側面断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにパティキュレートフィルタ２４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７０，７１を具備する。これら排気流通路７０，７１は、上流端が開放されかつ下流端が栓７２により閉塞された排気ガス流入通路７０と、上流端が栓７３により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路７１とにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓７３を示している。したがって排気ガス流入通路７０及び排気ガス流出通路７１は薄肉の隔壁７４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７０及び排気ガス流出通路７１は各排気ガス流入通路７０が４つの排気ガス流出通路７１によって包囲され、各排気ガス流出通路７１が４つの排気ガス流入通路７０によって包囲されるように配置される。別の実施例では、排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とにより構成される。
【００２４】
パティキュレートフィルタ２４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ており、したがって排気ガス流入通路７０内に流入した排気ガスは図２Ｂにおいて矢印で示されるように周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス流出通路７１内に流出する。
【００２５】
図３Ａは隔壁７４の拡大断面図を示している。図３Ａに示されるように、隔壁７４は排気ガス流入通路７０から排気ガス流出通路７１に到る複数の細孔７５を有する。本発明による第１実施例では、パティキュレートフィルタ２４の平均細孔径は１０μｍから２５μｍである。
【００２６】
更に図３Ａに示されるように、パティキュレートフィルタ２４の表面上、すなわち隔壁７４の両側表面上及び細孔７５の内壁面上には、酸化機能を有する触媒７７及びアッシュ微粒化剤７８が担持されている。すなわち、図３Ｂに示されるように、隔壁７４を構成する基材７６上に、触媒７７及びアッシュ微粒化剤７８のコーティングが形成される。
【００２７】
酸化機能を有する触媒７７は、例えばアルミナＡｌ２Ｏ３、セリアＣｅＯ２、酸化プラセオジムＰｒ６Ｏ１１、酸化ネオジムＮｄ２Ｏ３、酸化ランタンＬａ２Ｏ３のような卑金属酸化物から形成された担体と、この担体に担持された白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、銀Ａｇのような貴金属とから形成される。一実施例では触媒７７はセリアＣｅＯ２から形成された担体と、担体に担持された銀Ａｇとから形成される。別の実施例では触媒７７はアルミナＡｌ２Ｏ３から形成された担体と、担体に担持された白金Ｐｔとから形成される。
【００２８】
一方、アッシュ微粒化剤７８は、亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の酸強度よりも高くかつ硫酸Ｈ２ＳＯ４の酸強度よりも低い酸強度を有する固体酸から形成される。一実施例では、アッシュ微粒化剤７８は無定形のシリカ（ＳｉＯ２）・アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から形成される。
【００２９】
図３Ｂに示されるように、アッシュ微粒化剤７８ないし固体酸は複数の酸点７９を有しており、これら酸点７９は互いに分散されている。
【００３０】
燃焼室２では酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び燃料添加弁２７から燃料が２次的に供給されない限り、パティキュレートフィルタ２４は酸化雰囲気にある。言い換えると、機関吸気通路、燃焼室２及び触媒コンバータ２２上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比である触媒コンバータ２２への流入排気ガスの空燃比は、通常はリーンに維持されている。
【００３１】
排気ガス中には主として固体炭素から形成される粒子状物質が含まれている。この粒子状物質はパティキュレートフィルタ２４上に捕集される。また、パティキュレートフィルタ２４は酸化雰囲気にあり、パティキュレートフィルタ２４は酸化機能を有する触媒７７を備えているので、パティキュレートフィルタ２４に捕集された粒子状物質は順次酸化される。しかしながら、捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ２４上に次第に堆積し、粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。したがって粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４の温度を上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。
【００３２】
そこで本発明による第１実施例では、パティキュレートフィルタ２４上に堆積した粒子状物質の量が許容上限量を越えたときに、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質を酸化除去するために、パティキュレートフィルタ２４の状態を、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４の温度がＰＭ除去温度まで上昇された状態にするＰＭ除去処理が一時的に行われる。その結果、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質が除去され、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失が低減される。
【００３３】
ところが、排気ガス中にはアッシュも含まれており、このアッシュも粒子状物質と共にパティキュレートフィルタ２４に捕集される。この場合、アッシュの粒径は０．１μｍから０．５μｍ程度であり、パティキュレートフィルタ２４の平均細孔径（１０μｍから２５μｍ）よりもかなり小さい。しかしながら、アッシュは、パティキュレートフィルタ２４の隔壁の表面もしくは細孔内壁面、又はパティキュレートフィルタ２４に捕集されている粒子状物質又はアッシュに衝突し、それによって捕集される。このアッシュは主として硫酸カルシウムＣａＳＯ４、リン酸亜鉛カルシウムＣａ１９Ｚｎ２（ＰＯ４）１４のようなカルシウム塩から形成されることが本願発明者により確認されている。カルシウムＣａ，亜鉛Ｚｎ，リンＰ等は機関潤滑油に由来し、イオウＳは燃料に由来する。すなわち、硫酸カルシウムＣａＳＯ４を例にとって説明すると、機関潤滑油が燃焼室２内に流入して燃焼し、潤滑油中のカルシウムＣａが燃料中のイオウＳと結合することにより硫酸カルシウムＣａＳＯ４が生成される。
【００３４】
ＰＭ除去処理が行われても、アッシュは燃焼せず又は気化しない。また、ＰＭ除去処理が行われる毎に、アッシュ粒子同士の間に存在していた粒子状物質が除去され、しかもアッシュ粒子が高温に晒されるので、アッシュ粒子同士が凝集しやすくなる。したがって、パティキュレートフィルタ２４上のアッシュの粒径が大きくなるので、アッシュがパティキュレートフィルタ２４の細孔を通過するのが困難になる。このようにしてアッシュがパティキュレートフィルタ２４上に残留する。その結果、機関運転時間が長くなるにつれて、パティキュレートフィルタ２４上のアッシュ量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失が次第に大きくなる。このため、ＰＭ除去処理が繰り返し行われても、機関出力が低下するおそれがある。
【００３５】
そこで本発明による第１実施例では、パティキュレートフィルタ２４にアッシュ微粒化剤７８が担持される。このアッシュ微粒化剤７８は、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中の酸素濃度が低下されかつパティキュレートフィルタ２４の温度が上昇された状態においてパティキュレートフィルタ２４上のアッシュを微粒化すると共に保持し、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中にＳＯｘが含まれている状態において保持している微粒化されたアッシュを放出する性質を有する。
【００３６】
その上で、パティキュレートフィルタ２４からアッシュを除去するために、パティキュレートフィルタ２４の状態をパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中の酸素濃度が低下されかつパティキュレートフィルタ２４の温度が上昇された状態にするアッシュ微粒化処理が一時的に行われる。
【００３７】
その結果、パティキュレートフィルタ２４上のアッシュがパティキュレートフィルタ２４から除去される。したがって、アッシュによるパティキュレートフィルタ２４の圧力損失の増大が抑制される。このことを図４Ａから図５Ｂを参照して更に説明する。
【００３８】
図４Ａはパティキュレートフィルタ２４にアッシュ８０が捕集されている状態を示している。
【００３９】
次いで、アッシュ微粒化処理が行われると、図４Ｂに示されるように、アッシュが微粒化され、微粒化されたアッシュ８１がアッシュ微粒化剤７８に分散状に保持される。より詳細には、図５Ａに示されるように、大粒径のアッシュ８０から微粒化されたアッシュ８１が形成され、微粒化されたアッシュ８１はアッシュ微粒化剤７８の酸点７９に保持される。
【００４０】
次いで、アッシュ微粒化処理が完了され、通常運転に戻される。すなわち、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比がリーンに戻される。また、このとき排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。したがって、パティキュレートフィルタ２４の状態が、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中にＳＯｘが含まれている状態にされる。その結果、微粒化されたアッシュ８１がアッシュ微粒化剤７８から放出される。より詳細には、図５Ｂに示されるように、微粒化されたアッシュ８１がアッシュ微粒化剤７８の酸点７９から放出される。アッシュ微粒化剤７８から放出された微粒化されたアッシュ８１は、図４Ｃに示されるように、排気ガス流れＥＧＦによりパティキュレートフィルタ２４の細孔を通過して排気ガス流出通路７１へ流出する。
【００４１】
したがって、パティキュレートフィルタ２４にアッシュ微粒化剤７８を担持し、アッシュ微粒化処理を一時的に行うと、パティキュレートフィルタ２４からアッシュを除去できるのである。このようにアッシュを微粒化してパティキュレートフィルタから除去するという考え方はこれまで存在していない。
【００４２】
アッシュ微粒化剤７８によるアッシュ除去作用は次のようなメカニズムによると考えられている。以下では、アッシュが硫酸カルシウムＣａＳＯ４から形成されている場合を例にとって説明する。しかしながら、アッシュが他の物質から形成されている場合も同様である。
【００４３】
アッシュ微粒化処理が行われると、すなわちパティキュレートフィルタ２４の状態がパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中の酸素濃度が低下されかつパティキュレートフィルタ２４の温度が上昇された状態にされると、図６Ａに示されるように、アッシュを形成する硫酸カルシウムＣａＳＯ４と例えば亜硫酸カルシウムＣａＳＯ３との間の平衡が亜硫酸カルシウムＣａＳＯ３が生成される方向に傾く（ＣａＳＯ４→ＣａＳＯ３）。言い換えると、硫酸カルシウムＣａＳＯ４が不安定化される。なお、このときアッシュ微粒化剤７８の酸点７９には水素イオンＨ＋が保持されている。
【００４４】
上述したように、アッシュ微粒化剤７８の酸強度は亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の酸強度よりも高い。酸強度が高いということは水素イオンＨ＋を放出しやすいということを意味している。このため、図６Ｂに示されるように、アッシュ微粒化剤７８は酸点７９において、水素イオンＨ＋を放出し、亜硫酸カルシウムＣａＳＯ３からカルシウムイオンＣａ２＋を受け取る。このようにしてアッシュがカルシウムイオンＣａ２＋の形に微粒化され、アッシュ微粒化剤７８に保持される。一方、亜硫酸カルシウムＣａＳＯ３はアッシュ微粒化剤７８から水素イオンＨ＋を受け取り、カルシウムイオンＣａ２＋を放出し、したがって亜硫酸Ｈ２ＳＯ３が形成される。この亜硫酸Ｈ２ＳＯ３は次いで水Ｈ２Ｏ及び二酸化硫黄ＳＯ２に分解され、パティキュレートフィルタ２４から流出する。
【００４５】
次いで、アッシュ微粒化処理が完了されると、すなわちパティキュレートフィルタ２４の状態が、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスにＳＯｘが含まれている状態に戻されると、図６Ｃに示されるように、排気ガス中に含まれるＳＯｘ及び水Ｈ２Ｏから硫酸Ｈ２ＳＯ４が生成される（ＳＯｘ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４）。上述したように、アッシュ微粒化剤７８の酸強度は硫酸Ｈ２ＳＯ４の酸強度よりも低い。このため、図６Ｄに示されるように、硫酸Ｈ２ＳＯ４は水素イオンＨ＋を放出し、アッシュ微粒化剤７８からカルシウムイオンＣａ２＋を受け取り、したがって硫酸カルシウムＣａＳＯ４が形成される（Ｃａ２＋＋ＳＯ４２−→ＣａＳＯ４）。一方、アッシュ微粒化剤７８は酸点７９において、水素イオンＨ＋を受け取り、カルシウムイオンＣａ２＋を放出する。このようにしてアッシュが酸点７９から離脱し、アッシュ微粒化剤７８から放出される。言い換えると、酸点７９が再生ないし再活性化される。
【００４６】
ここで注目すべきは、１つの酸点７９に１つのカルシウムイオンＣａ２＋が保持され、１つのカルシウムイオンＣａ２＋から１分子の硫酸カルシウムＣａＳＯ４が生成されるということである。このことは、アッシュが１分子の大きさまで微粒化されることを意味している。このように微粒化されたアッシュ８１の粒径は１ｎｍ以下であり、したがってパティキュレートフィルタ２４の細孔を容易に通過することができる。また、微粒化されたアッシュ８１がアッシュ微粒化剤７８に保持されている状態でも、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失を十分に低減することができる。
【００４７】
なお、微粒化されたアッシュがパティキュレートフィルタ２４の細孔内で再凝集するおそれがある。しかしながら、微粒化されたアッシュは極めて小さいので、再凝集したとしても、パティキュレートフィルタ２４を容易に通過できる。
【００４８】
上述のメカニズムは次の実験結果によっても支持されている。
【００４９】
硫酸カルシウム粒子と、固体酸粒子とを混合し、第１のサンプルを用意した。固体酸粒子として、シリカ・アルミナ（日揮触媒化成株式会社製のＮ６３３ＨＮ（アルミナ含有率：２５ｗｔ％、Ｓｉ／Ａｌ比：２．３、比表面積：３８０ｍ２／ｇ））を用いた。第１のサンプルを反応管内に配置し、反応管に窒素ガスを供給しつつ、反応管の温度ＴＲが約６００℃まで上昇され保持されるように反応管を加熱した。このとき反応管から流出するガス中のＳＯｘ量ＱＳＯｘを測定した。また、硫酸カルシウム粒子及び固体酸粒子を分離した比較サンプルを反応管内に配置し、同様の処理を行い、ＳＯｘ流出量ＱＳＯｘを測定した。
【００５０】
測定結果を図７Ａに示す。図７ＡにおいてＴＲは反応管温度を示している。図７Ａからわかるように、無酸素雰囲気のもとで約６００℃まで加熱されると、実線Ｓで示されるように第１のサンプルからＳＯｘが放出された。このことから、硫酸カルシウムＣａＳＯ４がカルシウムとＳＯｘに分解されたことがわかる。これに対し、破線Ｒで示されるように比較サンプルからはＳＯｘが放出されなかった。
【００５１】
また、上記処理前後における第１のサンプルの酸量ＱＡＣＤ、すなわちカルシウムを保持していない酸点である活性酸点の数を測定した。
【００５２】
測定結果を図７Ｂに示す。図７Ｂからわかるように、Ｓ１Ｂで示される処理前の酸量ＱＡＣＤに比べて、Ｓ１Ａで示される処理後の酸量ＱＡＣＤが減少した。このことから、固体酸の酸点にカルシウムが保持されたことがわかる。
【００５３】
更に、カルシウムを保持した固体酸から形成される第２のサンプルを用意した。固体酸粒子は第１のサンプルと同様であった。第２のサンプルを反応管内に配置し、酸素過剰でかつＳＯｘを含むガスを反応管に供給しつつ、反応管の温度を約３５０℃に加熱し一定時間保持した。当該処理前後における第２のサンプルの酸量を測定した。
【００５４】
測定結果を図７Ｃに示す。図７Ｃからわかるように、Ｓ２Ａで示される処理前の酸量ＱＡＣＤに比べて、Ｓ２Ｂで示される処理後の酸量ＱＡＣＤが増加した。このことから、固体酸の酸点からカルシウムが放出されたことがわかる。
【００５５】
このように、パティキュレートフィルタ２４にアッシュ微粒化剤７８を担持し、アッシュ微粒化処理を一時的に行うと、パティキュレートフィルタ２４からアッシュを除去することができる。このため、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失が増大するのが抑制され、機関出力が低下するのが抑制される。また、燃料消費率が増大するのが抑制される。
【００５６】
次に、アッシュ微粒化剤７８について更に説明する。上述したように、アッシュ微粒化剤７８は、亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の酸強度よりも高くかつ硫酸Ｈ２ＳＯ４の酸強度よりも低い酸強度を有する固体酸から形成される。
【００５７】
酸強度は、例えばハメットの酸度関数、水素イオン指数、酸解離定数、アンモニアを用いた昇温離脱法（ＮＨ３−ＴＰＤ法）による測定値から選ばれた１つ又は複数により表される。
【００５８】
酸強度がハメットの酸度関数Ｈ０で表される場合、ハメットの酸度関数Ｈ０が小さくなるほど酸強度が高くなる。標準状態（２５℃、１気圧（１０５Ｐａ））において、１００％亜硫酸Ｈ２ＳＯ３のハメットの酸度関数Ｈ０は−０．８３であり、１００％硫酸Ｈ２ＳＯ４のハメットの酸度関数Ｈ０は−１２である。
【００５９】
そうすると、標準状態におけるアッシュ微粒化剤７８のハメットの酸度関数Ｈ０が−０．８３よりも小さく−１２よりも大きいという見方もできる。
【００６０】
具体的には、アッシュ微粒化剤７８は、シリカ（ＳｉＯ２）・アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（Ｈ０＝−８．２）、シリカ（ＳｉＯ２）・チタニア（ＴｉＯ２）（Ｈ０＝−８．２）、チタニア（ＴｉＯ２）・ジルコニア（ＺｒＯ２）（Ｈ０＝−８．２）、シリカ（ＳｉＯ２）・ジルコニア（ＺｒＯ２）（Ｈ０＝−８．２）、シリカ（ＳｉＯ２）・酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）（Ｈ０＝−７．９）、チタニア（ＴｉＯ２）・アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（Ｈ０＝−５．８）、シリカ（ＳｉＯ２）・酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）（Ｈ０＝−５．８）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）・ジルコニア（ＺｒＯ２）（Ｈ０＝−５．８）、シリカ（ＳｉＯ２）・酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）（Ｈ０＝−４．６）、チタニア（ＴｉＯ２）・酸化カドミウム（ＣｄＯ）（Ｈ０＝−３．０）、チタニア（ＴｉＯ２）・酸化スズ（ＳｎＯ２）（Ｈ０＝−３．０）、チタニア（ＴｉＯ２）・酸化亜鉛（ＺｎＯ）（Ｈ０＝−３．０）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）・シリカ（ＳｉＯ２）（Ｈ０＝−３．０）、及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）・酸化カドミウム（ＣｄＯ）（Ｈ０＝−３．０）から選択された１つ又は複数の複合酸化物から形成される。なお、複合材料名の後のハメットの酸度関数（Ｈ０）は、金属のモル比が１：１の場合のハメットの酸度関数（Ｈ０）を示している。
【００６１】
このようなアッシュ微粒化剤は、例えば下記の参考文献１に記載のように、一般的に知られている電気陰性度を参照して選択することができる。参考文献１のＦｉｇ．４を図８として本件明細書に添付する：Ｋａｔｓｕｅ  Ｓｈｉｂａｔａ，  Ｔａｄａｍｉｔｓｕ  Ｋｉｙｏｕｒａ，  Ｊｕｎ  Ｋｉｔａｇａｗａ，  Ｔａｋａｓｈｉ  Ｓｕｍｉｙｏｓｈｉ，  Ｋｏｚｏ  Ｔａｎａｂｅ，  ”Ａｃｉｄｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅｓ”，  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ，  Ｖｏｌ．  ４６  （１９７３）  Ｎｏ．  １０  Ｐ  ２９８５−２９８８。
【００６２】
別の観点によれば、亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の酸強度よりも高くかつ硫酸Ｈ２ＳＯ４の酸強度よりも低い酸強度を有する固体酸をパティキュレートフィルタ２４に担持しているということになる。
【００６３】
更に別の観点によれば、標準状態におけるハメットの酸度関数Ｈ０が−０．８３よりも小さく−１２よりも大きい固体酸をパティキュレートフィルタ２４に担持しているということになる。この酸度関数Ｈ０の上限は例えば、−１、−２、−３、−４、−５、−６、又は−７である。また、この酸度関数Ｈ０の下限は例えば、−１２、−１１、−１０、又は−９である。別の実施例では、標準状態におけるハメットの酸度関数Ｈ０が例えば−２＜Ｈ０＜−１１又は−４＜Ｈ０＜−１０又は−６＜Ｈ０＜−９の条件を満たす固体酸がパティキュレートフィルタ２４に担持される。
【００６４】
なお、１００％亜硫酸Ｈ２ＳＯ３のハメットの酸度関数Ｈ０は次のように定義される。すなわち、１００％亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の電離度は０．１ｍｏｌ／Ｌにおける亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の電離度と同等であり、１００％亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の密度は１００％硫酸Ｈ２ＳＯ４の密度と同等である、と仮定する。標準状態における０．１ｍｏｌ／Ｌの亜硫酸Ｈ２ＳＯ３水溶液中の水素イオン濃度は３．１ｘ１０−２ｍｏｌ／Ｌであり、標準状態における１００％硫酸Ｈ２ＳＯ４の密度は１８４０（ｇ／Ｌ）である。そうすると、亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の分子量が８２であるから、１００％亜硫酸Ｈ２ＳＯ３の濃度は２２ｍｏｌ／Ｌ（＝１８４０／８２）と考えることができる。したがって、標準状態における１００％亜硫酸Ｈ２ＳＯ３のハメットの酸度関数Ｈ０は次式で表される。
【００６５】
Ｈ０＝−ｌｏｇ（０．０３１／０．１・２２）＝−０．８３
【００６６】
図９は本発明による第１実施例の排気浄化制御を示している。図９を参照すると、時間ｔａ１において、パティキュレートフィルタ２４に捕集された粒子状物質の量ＱＰＭが許容上限量ＵＰＭを越えると、ＰＭ除去処理が開始される。すなわち、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンに維持されつつ、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭまで上昇される。その結果、粒子状物質量ＱＰＭが次第に減少する。次いで、時間ｔａ２において粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量まで減少されると、ＰＭ除去処理が終了される。図９に示される例では、許容下限量ＬＰＭはほぼゼロに設定されている。
【００６７】
次いで、時間ｔａ３において、パティキュレートフィルタ２４に捕集された微粒化されていないアッシュの量、すなわち未処理アッシュ量ＱＵＡが許容上限量ＵＵＡを越えると、アッシュ微粒化処理が開始される。すなわち、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比が例えば理論空燃比ＡＦＳまで低下され、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがアッシュ微粒化温度ＴＡＡまで上昇される。その結果、パティキュレートフィルタ２４上のアッシュが微粒化され、未処理アッシュ量ＱＵＡが次第に減少する。また、微粒化されてパティキュレートフィルタ２４に保持されているアッシュの量ＱＡＡが次第に増加する。次いで、時間ｔａ４において、アッシュ微粒化処理があらかじめ定められた設定時間行われると、アッシュ微粒化処理が終了される。図９に示される例では、アッシュ微粒化処理により未処理アッシュ量ＱＵＡが許容下限量ＬＵＡまで減少されるように設定時間が設定されており、許容下限量ＬＵＡはほぼゼロに設定されている。
【００６８】
アッシュ微粒化処理が終了されると、パティキュレートフィルタ２４の状態が酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中にＳＯｘが含まれている状態にされる。その結果、微粒化されたアッシュがパティキュレートフィルタ２４から放出されるので、微粒化されたアッシュの量ＱＡＡが次第に減少する。
【００６９】
次いで、時間ｔａ５において粒子状物質量ＱＰＭが許容上限値ＵＰＭを越えると、再びＰＭ除去処理が行われる。
【００７０】
なお、ＰＭ除去処理及びアッシュ微粒化処理が行われていない通常運転時においてパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦは１５０℃から３５０℃程度である。ＰＭ除去温度ＴＰＭ及びアッシュ微粒化温度ＴＡＡは通常運転時におけるパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦよりも高く設定される。
【００７１】
パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中の酸素濃度を低下させるために、一実施例では、燃料添加弁２７から排気マニホルド５に燃料が添加される。別の実施例では、燃焼室２で燃焼される混合気の空燃比が低下される。更に別の実施例では、膨張行程又は排気行程に燃料噴射弁３から燃料が２次的に噴射される。
【００７２】
一方、パティキュレートフィルタ２４の温度を上昇させるために、一実施例では、燃料添加弁２７から添加された燃料が排気通路又はパティキュレートフィルタ２４で燃焼される。別の実施例では、燃料噴射弁３から２次的に噴射された燃料が燃焼室２、排気通路、又はパティキュレートフィルタ２４で燃焼される。
【００７３】
本発明による第１実施例では、粒子状物質量ＱＰＭに基づいてＰＭ除去処理を行うべきか否かが判別される。粒子状物質量ＱＰＭは、一実施例では、単位時間当たりに増大する粒子状物質量ｄＱＰＭｉと単位時間当たりに減少する粒子状物質量ｄＱＰＭｄとを機関運転状態に基づきそれぞれ求め、増大分ｄＱＰＭｉ及び減少分ｄＱＰＭｄの合計を積算して得られるカウンタ値により表される。別の実施例では、圧力損失センサ２６（図１）により検出されるパティキュレートフィルタ２４の圧力損失によって粒子状物質量ＱＰＭが表される。更に別の実施例では、ＰＭ除去処理が行われたときに粒子状物質量ＱＰＭがゼロにリセットされる。
【００７４】
また、本発明による第１実施例では、未処理アッシュ量ＱＵＡに基づいてアッシュ微粒化処理を行うべきか否かが判別される。未処理アッシュ量ＱＵＡは、一実施例では、単位時間当たりに増大する未処理アッシュ量ｄＱＵＡｉと単位時間当たりに減少する未処理アッシュ量ｄＱＵＡｄとを機関運転状態に基づきそれぞれ求め、増大分ｄＱＵＡｉ及び減少分ｄＱＵＡｄの合計を積算して得られるカウンタ値により表される。別の実施例では、ＰＭ除去処理が完了した時点でのパティキュレートフィルタ２４の圧力損失によって未処理アッシュ量ＱＵＡが表される。このようにすると、粒子状物質の影響を受けない。更に別の実施例では、車両走行距離によって未処理アッシュ量ＱＵＡが表される。更に別の実施例では、アッシュ微粒化処理が行われたときに未処理アッシュ量ＱＵＡがゼロにリセットされる。
【００７５】
アッシュ微粒化温度ＴＡＡはアッシュ微粒化剤７８の種類に応じて定まる。アッシュ微粒化処理剤７８がシリカ・アルミナから形成される場合には、アッシュ微粒化温度ＴＡＡは約６００℃である。
【００７６】
ＰＭ除去温度ＴＰＭは酸化機能を有する触媒７７の種類に応じて定まる。触媒７７がセリアＣｅＯ２及び銀Ａｇから形成される場合には、ＰＭ除去温度は３００から５００℃程度である。触媒７７がアルミナＡｌ２Ｏ３及び白金Ｐｔから形成される場合には、ＰＭ除去温度は６００℃程度である。
【００７７】
ここで、パティキュレートフィルタ２４上に捕集された粒子状物質の５０％を除去するのに必要なパティキュレートフィルタ２４の温度を５０％除去温度ＴＰＭ５０と称すると、図１０は、ＰＭ除去処理が行われるときの未処理アッシュ量ＱＵＡと５０％除去温度ＴＰＭ５０との関係の実験結果を示している。図１０からわかるように、未処理アッシュ量ＱＵＡが少なくなるにつれて、５０％除去温度ＴＰＭ５０が低くなる。
【００７８】
これまでの説明からわかるように、パティキュレートフィルタにアッシュ微粒化剤を担持しアッシュ微粒化処理を繰り返し行えば、パティキュレートフィルタ上の未処理アッシュ量を少なく維持することができる。したがって、本発明による第１実施例では、ＰＭ除去温度ＴＰＭを低い温度に設定することができる。言い換えると、低いＰＭ除去温度でもってＰＭ除去処理を行うことができる。その結果、ＰＭ除去処理に必要なエネルギを低減できる。特に、触媒７７がセリアＣｅＯ２及び銀Ａｇから形成された場合には、ＰＭ除去温度ＴＰＭを３００℃から５００℃程度に設定できることが確認されている。この場合のＰＭ除去温度ＴＰＭはアッシュ微粒化温度ＴＡＡよりも低くなっている。
【００７９】
図１１は本発明による第１実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図１１を参照すると、ステップ１０１ではＰＭ除去処理を行うべきか否かが判別される。本発明による第１実施例では、粒子状物質量ＱＰＭが許容上限量ＵＰＭを越えたときにＰＭ除去処理を行うべきと判別され、それ以外はＰＭ除去処理を行うべきと判別されない。ＰＭ除去処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１０２に進み、ＰＭ除去処理が一時的に行われる。次いでステップ１０３に進む。ステップ１０１においてＰＭ除去処理を行うべきと判別されないときにはステップ１０３にジャンプする。ステップ１０３ではアッシュ微粒化処理を行うべきか否かが判別される。本発明による第１実施例では、未処理アッシュ量ＱＵＡが許容上限量ＵＵＡを越えたときにアッシュ微粒化処理を行うべきと判別され、それ以外はアッシュ微粒化処理を行うべきと判別されない。アッシュ微粒化処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１０４に進み、アッシュ微粒化処理が一時的に行われる。次いで処理サイクルを終了する。ステップ１０３においてアッシュ微粒化処理を行うべきと判別されないときにも処理サイクルを終了する。なお、電子制御ユニット３０（図１）はＰＭ除去処理を行うようにプログラムされている。また、電子制御ユニット３０はアッシュ除去処理を行うようにプログラムされている。
【００８０】
別の観点によれば、内燃機関の排気系にパティキュレートフィルタを配置した、内燃機関の排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタが、表面上に固体酸をコーティングしたパティキュレートフィルタであり、固体酸の酸強度が、亜硫酸Ｈ２ＳＯ3の酸強度よりも大きく硫酸Ｈ２ＳＯ4の酸強度よりも小さい内燃機関の排気浄化装置が提供される。また、この排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ内に堆積したアッシュを除去するアッシュ除去運転の制御を備え、アッシュ除去運転の制御が、パティキュレートフィルタの温度を上昇させる制御と、パティキュレートフィルタ内の雰囲気の空燃比の制御と、を備え、パティキュレートフィルタ内の雰囲気の空燃比の制御が、パティキュレートフィルタの温度を上昇させる制御の間に、先に理論空燃比又は空燃比リッチ雰囲気とし、次に空燃比リーン雰囲気に変化させる制御である。
【００８１】
更に別の観点によれば、酸素過剰のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に配置されるのに適した、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのウォールフロー型パティキュレートフィルタであって、アッシュを粒子状物質と共に捕集するパティキュレートフィルタにおいて、パティキュレートフィルタに固体酸が担持され、固体酸の酸強度は亜硫酸の酸強度よりも高くかつ硫酸の酸強度よりも低い、ことを特徴とするパティキュレートフィルタが提供される。
【００８２】
更に別の観点によれば、酸素過剰のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に配置された、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのウォールフロー型パティキュレートフィルタから、パティキュレートフィルタに担持された固体酸を用いて、アッシュを除去する方法において、パティキュレートフィルタの状態を、パティキュレートフィルタへの流入排気ガス中の酸素濃度が低下されかつパティキュレートフィルタの温度が上昇された状態にし、それによりアッシュを微粒化し、微粒化されたアッシュを固体酸に分散状に保持し、次いで、パティキュレートフィルタの状態を、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタへの流入排気ガス中にＳＯｘが含まれている状態にし、それにより固体酸に保持されている微粒化されたアッシュを固体酸から放出し、パティキュレートフィルタから放出させる、方法が提供される。
【００８３】
ところで、従来では、パティキュレートフィルタ上にアッシュが堆積してもパティキュレートフィルタの圧力損失が大幅に増大しないように、パティキュレートフィルタの容量が大きく設定されていた。しかしながら、本発明による第１実施例では、パティキュレートフィルタからアッシュが除去されるので、パティキュレートフィルタの容量を小さく設定することができる。その結果、パティキュレートフィルタの製造コストを低減でき、ＰＭ除去処理に必要なエネルギを低減できる。また、パティキュレートフィルタを搭載するために必要な空間を小さくでき、車両重量も低減できる。
【００８４】
次に、本発明による第２実施例を説明する。以下では、主として、第２実施例と第１実施例との相違点を説明する。
【００８５】
本発明による第１実施例では、アッシュ微粒化処理はＰＭ除去処理から独立して、或いはパティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質量ＱＰＭと無関係に、実行される。このため、アッシュ微粒化処理が行われるときにパティキュレートフィルタ２４上に粒子状物質が存在している場合がある。ところが、この場合、図１２Ａに示されるように、アッシュ微粒化剤７８の酸点７９又はアッシュ８０が粒子状物質８２により覆われているおそれがある。その結果、アッシュ８０が酸点７９に到達できず、アッシュ微粒化処理が行われてもアッシュ８０が微粒化されないおそれがある。
【００８６】
そこで、本発明による第２実施例では、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理を行うようにしている。その結果、図１２Ｂに示されるように、アッシュ微粒化処理を開始すべきときに酸点７９とアッシュ８０との間に粒子状物質が介在しなくなる。したがって、アッシュ８０を確実に微粒化することができる。
【００８７】
また、アッシュ微粒化処理を開始すべきときに、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭまで上昇されている。したがって、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦをＰＭ除去温度ＴＰＭからアッシュ微粒化温度ＴＡＡまで上昇させるだけでよい。あるいは、アッシュ微粒化温度ＴＡＡがＰＭ除去温度ＴＰＭとほぼ同じ場合には、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがほぼ維持される。その結果、アッシュ微粒化処理を行うのに必要なエネルギを低減することができる。言い換えると、アッシュ微粒化処理を効率的に行うことができる。
【００８８】
すなわち、図１３の時間ｔｂ１において、未処理アッシュ量ＱＵＡが許容上限量ＵＵＡを越えてもアッシュ微粒化処理は開始されない。次いで、時間ｔｂ２において粒子状物質量ＱＰＭが許容上限量ＵＰＭを越えると、ＰＭ除去処理が開始される。次いで、時間ｔｂ３において粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量まで減少されると、ＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が開始される。すなわち、アッシュ微粒化処理を行うべきと判別された後に初めて行われたＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が行われる。次いで、時間ｔｂ４において、アッシュ微粒化処理があらかじめ定められた設定時間行われると、アッシュ微粒化処理が終了される。
【００８９】
なお、ＰＭ除去処理が行われる頻度はアッシュ微粒化処理が行われる頻度よりも高いと考えられる。したがって、アッシュ微粒化処理を行うべきと判別されたときに直ちにアッシュ微粒化処理を行わなくても、パティキュレートフィルタ２４上の未処理アッシュ量ＱＵＡが過度に多くなることはない。
【００９０】
図１３は酸化機能を有する触媒７７がセリアＣｅＯ２及び銀Ａｇから形成されている場合を示している。この場合には、上述したように、ＰＭ除去温度ＴＰＭは４５０℃から５００℃程度であり、アッシュ微粒化温度ＴＡＡは６００℃程度である。酸化機能を有する触媒７７がアルミナＡｌ２Ｏ３及び白金Ｐｔ形成されている場合には、ＰＭ除去温度ＴＰＭ及びアッシュ微粒化温度ＴＡＡは共に６００℃程度である。したがって、この場合にはＰＭ除去処理が開始されてからアッシュ微粒化処理が終了されるまでパティキュレートフィルタ２４の温度が６００℃程度に維持される。
【００９１】
図１４は本発明による第２実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図１４を参照すると、ステップ１１１ではＰＭ除去処理を行うべきか否かが判別される。ＰＭ除去処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１１２に進み、ＰＭ除去処理が行われる。続くステップ１１３では、アッシュ微粒化処理を行うべきか否かが判別される。アッシュ微粒化処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１１４に進み、アッシュ微粒化処理が行われる。次いで処理サイクルを終了する。ステップ１１１においてＰＭ除去処理を行うべきと判別されないとき、及びステップ１１３においてアッシュ微粒化処理を行うべきと判別されないときには処理サイクルを終了する。
【００９２】
次に、本発明による第３実施例を説明する。以下では、主として、第３実施例と第２実施例との相違点を説明する。
【００９３】
図１５を参照すると、触媒コンバータ２２内にはパティキュレートフィルタ２４の上流においてＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が収容される。別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４の下流にＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が設けられる。
【００９４】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気流通路を具備する。これら排気流通路は上流端及び下流端が互いに開放されている。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナＡｌ２Ｏ３からなる触媒担体が担持されており、触媒担体の表面上には貴金属触媒及びＮＯｘ吸収剤が形成されている。本発明による第３実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ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が用いられている。
【００９５】
ＮＯｘ吸収剤はＮＯｘ吸蔵還元触媒２８への流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入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の吸放出作用を行う。
【００９６】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは白金Ｐｔ上において酸化されてＮＯ２となり、次いでＮＯｘ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤内に吸収される。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、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。
【００９７】
これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、ＮＯｘ吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ吸収剤から放出される。次いで放出されたＮＯｘは流入排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００９８】
本発明による第３実施例でも、本発明による第１実施例及び第２実施例と同様に、内燃機関において酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び燃料添加弁２７から燃料が２次的に供給されない限り、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８への流入排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき流入排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内に吸蔵される。しかしながら、機関運転時間が長くなると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなり、ついにはＮＯｘ吸蔵還元触媒２８がＮＯｘを吸蔵できなくなってしまう。
【００９９】
そこで本発明による第３実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８からＮＯｘを放出させて還元するために、流入排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にするＮＯｘ放出還元処理を一時的に行うようにしている。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内に蓄えられているＮＯｘ量が減少する。
【０１００】
ところが、排気ガス中にはイオウ分がＳＯｘの形で含まれており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内にはＮＯｘばかりでなくＳＯｘも吸収される。このＳＯｘのＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内への吸収メカニズムはＮＯｘの吸収メカニズムと同じであると考えられる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって簡単に説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには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の表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＳＯ３となる。次いで生成されたＳＯ３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯｘ吸蔵還元触媒２８に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ４２−の形でＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ４２−は次いでバリウムイオンＢａ２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。ところが、この硫酸塩ＢａＳＯ４は分解しにくく、排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸収剤内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量が増大し、その結果ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が吸収しうるＮＯｘの量が減少することになる。
【０１０１】
一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８の温度をＳＯｘ放出温度（例えば６００℃）以上に維持しつつ排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内の硫酸塩ＢａＳＯ４が分解してＳＯ３の形でＮＯｘ吸蔵還元触媒２８から放出される。この放出されたＳＯ３は排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ２に還元せしめられる。このようにしてＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で吸収されているＳＯｘの量が次第に減少する。
【０１０２】
そこで本発明による第３実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８からＳＯｘを放出させるために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８の状態を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８への流入排気ガスの空燃比がリッチでありかつＮＯｘ吸蔵還元触媒２８の温度がＳＯｘ放出温度に上昇された状態にするＳＯｘ放出処理を一時的に行うようにしている。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内に蓄えられているＳＯｘ量が減少する。
【０１０３】
図１６は本発明による第３実施例の排気浄化制御の一例を示している。図１６を参照すると、時間ｔｃ１において、パティキュレートフィルタ２４上の未処理アッシュ量ＱＵＡが許容上限量ＵＵＡを越えてもアッシュ微粒化処理は開始されない。次いで、時間ｔｃ２において粒子状物質量ＱＰＭが許容上限量ＵＰＭを越えると、ＰＭ除去処理が開始される。次いで、時間ｔｃ３において粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量まで減少されると、ＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が開始される。その結果、未処理アッシュ量ＱＵＡが減少する。
【０１０４】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８の温度はパティキュレートフィルタ２４の温度とほぼ等しく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８への流入排気ガスの空燃比はパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥに等しいと考えることができる。したがって、アッシュ微粒化処理が行われると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８内に吸蔵されているＳＯｘの量ＱＮＳＳが減少する。次いで、時間ｔｃ４において、アッシュ微粒化処理があらかじめ定められた設定時間行われると、アッシュ微粒化処理が終了される。
【０１０５】
次いで、時間ｔｃ５において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８のＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが許容上限量ＵＮＳＳを越えてもＳＯｘ放出処理は開始されない。次いで、時間ｔｃ６において粒子状物質量ＱＰＭが許容上限量ＵＰＭを越えると、ＰＭ除去処理が開始される。次いで、時間ｔｃ７においてＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてＳＯｘ放出処理が開始される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８への流入排気ガスの空燃比がリッチＡＦＲにされると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒２８の温度がＳＯｘ放出温度ＴＮＳＳに上昇される。その結果、ＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが減少する。また、このときパティキュレートフィルタ２４の未処理アッシュ量ＱＵＡが減少する。次いで、時間ｔｃ８において、ＳＯｘ放出処理があらかじめ定められた設定時間行われると、ＳＯｘ放出処理が終了される。図１６に示される例では、ＳＯｘ放出処理によりＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが許容下限量ＬＮＳＳまで減少されるように設定時間が設定されており、許容下限量ＬＮＳＳはほぼゼロに設定されている。
【０１０６】
このように、ＰＭ除去処理に引き続いてＳＯｘ放出処理及びアッシュ微粒化処理がそれぞれ行われる。その結果、ＳＯｘ放出処理及びアッシュ微粒化処理を行うのに必要なエネルギを低減できる。
【０１０７】
図１７は本発明による第３実施例の排気浄化制御の別の例を示している。図１７を参照すると、時間ｔｄ１において、未処理アッシュ量ＱＵＡが許容上限量ＵＵＡを越えてもアッシュ微粒化処理は開始されない。次いで、時間ｔｄ２において、ＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが許容上限量ＵＮＳＳを越えてもＳＯｘ放出処理は開始されない。次いで、時間ｔｄ３において、粒子状物質量ＱＰＭが許容上限量ＵＰＭを越えると、ＰＭ除去処理が開始される。次いで、時間ｔｄ４において粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量まで減少されると、ＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてＳＯｘ放出処理が開始される。すなわち、ＳＯｘ放出処理及びアッシュ微粒化処理を行うべきと判別された後に初めて行われたＰＭ除去処理に引き続いてＳＯｘ放出処理が行われ、アッシュ微粒化処理は行われない。ＳＯｘ放出処理が行われると、ＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが減少する。
【０１０８】
また、本発明による第３実施例では、ＳＯｘ放出温度ＴＮＳＳはアッシュ微粒化温度ＴＡＡとほぼ同じである。したがって、ＳＯｘ放出処理が行われると、パティキュレートフィルタ２４の状態が、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチでありかつパティキュレートフィルタ２４の温度がアッシュ微粒化温度ＴＡＡである状態にされる。その結果、未処理アッシュ量ＱＵＡも減少する。次いで、時間ｔｄ５において、アッシュ微粒化処理があらかじめ定められた設定時間行われると、ＳＯｘ放出処理が終了される。図１７に示される例では、ＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが許容下限量ＬＮＳＳまで減少され、未処理アッシュ量ＱＵＡが許容下限量ＬＵＡまで減少される。
【０１０９】
このように、ＳＯｘ放出処理及びアッシュ微粒化処理を同時に行うべきときに、ＳＯｘ放出処理が行われ、アッシュ微粒化処理が省略される。その結果、アッシュ除去作用を行うのに必要なエネルギを低減できる。
【０１１０】
本発明による第３実施例では、ＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳに基づいてＳＯｘ放出処理を行うべきか否かが判別される。ＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳは、一実施例では、単位時間当たりに増大するＳＯｘ吸蔵量ｄＱＮＳＳｉと単位時間当たりに減少するＳＯｘ吸蔵量ｄＱＮＳＳｄとを機関運転状態に基づきそれぞれ求め、増大分ｄＱＮＳＳｉ及び減少分ｄＱＮＳＳｄの合計を積算して得られるカウンタ値により表される。別の実施例では、車両走行距離によってＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが表される。更に別の実施例では、ＳＯｘ放出処理が行われたときにＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳ及び未処理アッシュ量ＱＵＡがそれぞれゼロにリセットされる。
【０１１１】
なお、ＮＯｘ放出還元処理が行われると排気ガスの空燃比ＡＦＥが一時的にリッチにされる。図１６及び図１７ではこのようなＮＯｘ放出還元処理による排気ガスの空燃比ＡＦＥの変化の図示が省略されている。
【０１１２】
図１８は本発明による第３実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図１８を参照すると、ステップ１２１ではＰＭ除去処理を行うべきか否かが判別される。ＰＭ除去処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１２２に進み、ＰＭ除去処理が行われる。次いでステップ１２３に進む。ステップ１２１においてＰＭ除去処理を行うべきと判別されないときには処理サイクルを終了する。ステップ１２３ではＳＯｘ放出処理を行うべきか否かが判別される。本発明による第３実施例では、ＳＯｘ吸蔵量ＱＮＳＳが許容上限量ＵＮＳＳを越えたときにＳＯｘ放出処理を行うべきと判別され、それ以外はＳＯｘ放出処理を行うべきと判別されない。ＳＯｘ放出処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１２４に進み、ＳＯｘ放出処理が行われる。ステップ１２３においてＳＯｘ放出処理を行うべきと判別されないときにはステップ１２５に進み、アッシュ微粒化処理を行うべきか否かが判別される。本発明による第３実施例では、未処理アッシュ量ＱＵＡが許容上限量ＵＵＡを越えたときにアッシュ微粒化処理を行うべきと判別され、それ以外はアッシュ微粒化処理を行うべきと判別されない。アッシュ微粒化処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１２６に進み、アッシュ微粒化処理が行われる。次いで処理サイクルを終了する。ステップ１２５においてアッシュ微粒化処理を行うべきと判別されないときにも処理サイクルを終了する。なお、電子制御ユニット３０はＮＯｘ放出還元処理を行うようにプログラムされている。また、電子制御ユニット３０はＳＯｘ放出処理を行うようにプログラムされている。
【０１１３】
次に、本発明による第４実施例を説明する。以下では、主として、第４実施例と第２実施例との相違点を説明する。
【０１１４】
本発明による第４実施例では、酸化機能を有する触媒７７がセリアＣｅＯ２及び銀Ａｇから形成される。セリアＣｅＯ２は、酸化雰囲気のもとで酸素Ｏ２を貯蔵し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると貯蔵している酸素Ｏ２を放出する酸素貯蔵能力を有している。したがって、本発明による第４実施例では、パティキュレートフィルタ２４に酸素貯蔵能力を有する触媒、あるいは酸化機能及び酸素貯蔵能力を有する触媒７７が担持されているということになる。
【０１１５】
この場合、アッシュ微粒化処理が開始されてパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中の酸素濃度が低下されると、酸素貯蔵能力を有する触媒７７から酸素Ｏ２が放出される。その結果、パティキュレートフィルタ２４の表面では局所的に酸素濃度が高く維持される。このため、アッシュ微粒化処理が開始されても、未処理アッシュの微粒化作用が開始されないおそれがある。したがって、アッシュ微粒化処理が一定時間だけ行われる場合には、十分な量のアッシュを微粒化できず、パティキュレートフィルタ２４から十分な量のアッシュを除去するのが困難になる。このため、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失が十分に低減されないおそれがある。
【０１１６】
一方、アッシュ微粒化処理の開始時にパティキュレートフィルタ２４に粒子状物質が存在していると、酸素貯蔵能力を有する触媒７７から放出された酸素Ｏ２によって粒子状物質が酸化される。すなわち、触媒７７から放出された酸素Ｏ２が粒子状物質により消費される。
【０１１７】
一方、本発明による第４実施例でも、本発明による第２実施例と同様に、粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量ＬＰＭになるとＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が行われる。この許容下限量ＬＰＭはＰＭ除去処理が終了されたときにパティキュレートフィルタ２４に残留している粒子状物質の量を表している。
【０１１８】
そこで、本発明による第４実施例では、許容下限量ＬＰＭを、アッシュ微粒化処理開始時に触媒７７に貯蔵されているほぼ全ての酸素Ｏ２を消費するのに必要な量ＱＰＭＯＸ（＞０）以上に設定している。その結果、アッシュ微粒化処理が開始され触媒７７から酸素Ｏ２が放出されると、この酸素Ｏ２のほぼ全てがパティキュレートフィルタ２４に残留している粒子状物質により消費される。このため、パティキュレートフィルタ２４の表面での酸素濃度が速やかに低下され、アッシュ微粒化作用が速やかに開始される。また、許容下限量ＬＰＭがほぼゼロに設定される場合に比べて、ＰＭ除去処理に必要な時間が短くなる。したがって、ＰＭ除去処理に必要なエネルギを低減することができる。
【０１１９】
すなわち、図１９に示されるように、時間ｔｅ１において、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質量ＱＰＭが許容上限量ＵＰＭを越えると、ＰＭ除去処理が開始される。その結果、粒子状物質量ＱＰＭが次第に減少する。次いで、時間ｔｅ２において、粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量ＬＰＭまで減少されると、ＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が開始される。図１９に示される例では、許容下限量ＬＰＭが上述の量ＱＰＭＯＸに設定されている。したがって、アッシュ微粒化処理の開始時にパティキュレートフィルタ２４に量ＱＰＭＯＸの粒子状物質が残留している。
【０１２０】
アッシュ微粒化処理が開始されると、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比が例えば理論空燃比まで低下される。その結果、酸素貯蔵能力を有する触媒７７から酸素Ｏ２が放出されるので、触媒７７に貯蔵されている酸素の量ＱＯＸは減少する。一方、パティキュレートフィルタ２４に残留している粒子状物質がこの酸素Ｏ２により酸化されるので、粒子状物質量ＱＰＭも減少する。
【０１２１】
次いで、時間ｔｅ３になると、酸素貯蔵量ＱＯＸがほぼゼロになる。その結果、パティキュレートフィルタ２４の表面における酸素濃度が十分に低下される。また、図１９に示される例では、このとき粒子状物質量ＱＰＭがほぼゼロになる。
【０１２２】
アッシュ微粒化処理が行われている間は、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であるので、酸素貯蔵量ＱＯＸはほぼゼロに維持される。一方、このときパティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガス中には粒子状物質が含まれているので、粒子状物質量ＱＰＭは次第に増加する。次いで、時間ｔｅ４において、アッシュ微粒化処理が終了される。その結果、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比がリーンに戻されるので、酸素貯蔵量ＱＯＸが次第に増加する。
【０１２３】
図２０はＰＭ除去処理終了時におけるパティキュレートフィルタ２４の表面を示している。図２０に示されるように、パティキュレートフィルタ２４上の未処理アッシュ８０が粒子状物質８２によって覆われている。その結果、未処理アッシュ同士が凝集するのが抑制される。
【０１２４】
図２１は本発明による第４実施例のＰＭ除去処理を実行するルーチンを示している。このルーチンは例えば図１４のステップ１１２で実行される。図２１を参照すると、ステップ１３１では目標フィルタ温度ＴＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭに設定される。続くステップ１３２では、パティキュレートフィルタ２４の温度を目標フィルタ温度ＴＴＦまで上昇させる昇温制御が行われる。続くステップ１３３では粒子状物質量ＱＰＭが更新される。続くステップ１３４では粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量ＬＰＭ以下であるか否かが判別される。ＱＰＭ＞ＬＰＭのときにはステップ１３１に戻る。ＱＰＭ≦ＬＰＭのときには次いでステップ１３５に進み、昇温制御が終了される。すなわち、ＰＭ除去処理が終了される。
【０１２５】
上述したように、粒子状物質量ＱＰＭは、一実施例では、増大分ｄＱＰＭｉ及び減少分ｄＱＰＭｄの合計を積算して得られるカウンタ値により表される。増大分ｄＱＰＭｉは例えば燃料噴射量ＱＦ及び機関回転数Ｎｅの関数としてあらかじめ実験により求められており、図２２Ａに示されるマップの形でＲＯＭ３２（図１）に記憶されている。また、減少分ｄＱＰＭｄは例えば吸入空気量Ｇａ及びパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦの関数としてあらかじめ実験により求められており、図２２Ｂに示されるマップの形でＲＯＭ３２に記憶されている。ここで、燃料噴射量ＱＦは機関負荷を表しており、吸入空気量Ｇａはパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス量を表している。
【０１２６】
次に、本発明による第５実施例を説明する。以下では、主として、第５実施例と第４実施例との相違点を説明する。
【０１２７】
本発明による第２実施例では、許容下限ＬＰＭがほぼゼロに設定され、したがってＰＭ除去処理終了時にパティキュレートフィルタ２４上に粒子状物質がほとんど存在していない（図１２Ｂ参照）。
【０１２８】
しかしながら、アッシュの除去の観点から見ると、未処理アッシュがアッシュ微粒化剤７８の酸点７９に到達できれば十分であり、パティキュレートフィルタ２４上のほぼ全ての粒子状物質を除去する必要はない。
【０１２９】
図２３は、ＰＭ除去処理終了時、すなわちアッシュ微粒化処理の開始時にパティキュレートフィルタ２４に残留している粒子状物質の量ＱＰＭＲと、アッシュ除去効率ＥＦＦＲとの関係を示している。アッシュ除去効率ＥＦＦＲはパティキュレートフィルタ２４に流入したアッシュ量に対するパティキュレートフィルタ２４から除去されたアッシュの量の比で表される。図２３からわかるように、粒子状物質残留量ＱＰＭＲが多いときには未処理アッシュがアッシュ微粒化剤７８の酸点に到達しにくいので、アッシュ除去効率ＥＦＦＲは低くなる。粒子状物質残留量ＱＰＭＲが少なくなると、未処理アッシュと酸点との間に介在する粒子状物質量が少なくなり、したがってアッシュ除去効率ＥＦＦＲが高くなる。図２３に示される例では、粒子状物質残留量ＱＰＭＲがＱＰＭＥＬのときにアッシュ除去効率ＥＦＦＲが許容下限効率ＬＥＦＦＲになり、粒子状物質残留量ＱＰＭＲがＱＰＭＥＬよりも少ないとアッシュ除去効率ＥＦＦＲが許容下限効率ＬＥＦＦＲよりも高くなる。
【０１３０】
そこで、本発明による第５実施例では、許容下限量ＬＰＭを、アッシュ除去効率ＥＦＦＲを許容下限効率ＬＥＦＦＲにするのに必要な量ＱＰＭＥＬ以下に設定される。その結果、アッシュ除去効率ＥＦＦＲが許容下限効率ＬＥＦＦＲ以上に維持される。
【０１３１】
すなわち、図２４に示されるように、時間ｔｆ１においてＰＭ除去処理が開始されると、粒子状物質量ＱＰＭが次第に減少する。次いで、時間ｔｆ２において、粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量ＬＰＭまで減少されると、ＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が開始される。図２４に示される例では、許容下限量ＬＰＭが上述の量ＱＰＭＥＬに設定されている。言い換えると、アッシュ微粒化処理の開始時にパティキュレートフィルタ２４に量ＱＰＭＥＬの粒子状物質が残留している。
【０１３２】
この場合、図２５に示されるように、パティキュレートフィルタ２４上に粒子状物質８２が残留しているけれども、未処理アッシュ８０とアッシュ微粒化剤７８の酸点７９との間には粒子状物質８２はほとんど介在していない。言い換えると、未処理アッシュ８０及び酸点７９が粒子状物質８２により覆われていない。したがって、未処理アッシュ８０を確実に微粒化することができる。
【０１３３】
再び図２４を参照すると、アッシュ微粒化処理中においてもパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中には粒子状物質が含まれているので、粒子状物質量ＱＰＭは次第に増加する。次いで、時間ｔｆ３において、アッシュ微粒化処理が終了される。なお、図２４に示される例では、触媒７７は酸素貯蔵能力を有していない。
【０１３４】
次に、本発明による第６実施例を説明する。以下では、主として、第６実施例と第４実施例との相違点を説明する。
【０１３５】
本発明による第６実施例では、パティキュレートフィルタ２４に酸素貯蔵能力を有する触媒７７が担持される。また、許容下限量ＬＰＭが上述した量ＱＰＭＯＸ及び量ＱＰＭＥＬの合計に設定される（ＬＰＭ＝ＱＰＭＭＯＸ＋ＱＰＭＥＬ）。
【０１３６】
図２６に示されるように、時間ｔｇ１においてＰＭ除去処理が開始されると、粒子状物質量ＱＰＭが次第に減少する。次いで、時間ｔｇ２において、粒子状物質量ＱＰＭが許容下限量ＬＰＭまで減少されると、ＰＭ除去処理が終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が開始される。アッシュ微粒化処理の開始時にパティキュレートフィルタ２４に量ＱＰＭＥＬ＋ＱＰＭＥＬの粒子状物質が残留している。アッシュ微粒化処理が開始されると、酸素貯蔵能力を有する触媒７７から酸素Ｏ２が放出され、パティキュレートフィルタ２４に残留している粒子状物質がこの酸素Ｏ２により酸化されるので、粒子状物質量ＱＰＭが減少する。
【０１３７】
次いで、時間ｔｇ３になると、酸素貯蔵量ＱＯＸがほぼゼロになり、粒子状物質量ＱＰＭが量ＱＰＭＥＬまで減少される。すなわち、粒子状物質量ＱＰＭがＱＰＭＯＸだけ減少される。この時点で、パティキュレートフィルタ２４に量ＱＰＭＥＬの粒子状物質が残留している。この場合、未処理アッシュ８０とアッシュ微粒化剤７８の酸点７９との間には粒子状物質８２はほとんど介在していない。したがって、未処理アッシュ８０を確実に微粒化することができる。
【０１３８】
アッシュ微粒化処理中においてもパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中には粒子状物質が含まれているので、粒子状物質量ＱＰＭは次第に増加する。次いで、時間ｔｇ４において、アッシュ微粒化処理が終了される。
【０１３９】
なお、ＰＭ除去処理が終了した時点で、パティキュレートフィルタ２４上に粒子状物質がわずかに残留している場合がある。このような残留分はＰＭ除去処理の期間を延長し又はＰＭ除去温度ＴＰＭを高めたとしても、燃焼せず、パティキュレートフィルタ２４から除去することができない。したがって、粒子状物質の不燃分と考えることができる。一方、上述のようにパティキュレートフィルタ２４に意図的に残留された粒子状物質はＰＭ除去処理が行われればパティキュレートフィルタ２４から除去される。したがって、パティキュレートフィルタ２４に残留された粒子状物質は粒子状物質の不燃分とは性質を異にするものである。
【０１４０】
本発明による第４実施例から第６実施例をまとめると、パティキュレートフィルタ２４に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタ２４の状態を酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４の温度が上昇された状態にするＰＭ除去処理が一時的に行われ、ＰＭ除去処理はパティキュレートフィルタ２４上にあらかじめ定められた設定残留量の粒子状物質が残留するように終了され、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が行われる、ということになる。
【０１４１】
その上で、本発明による第４実施例及び第６実施例では、設定残留量が、アッシュ微粒化処理開始時に触媒７７に貯蔵されているほぼ全ての酸素を消費するのに必要な量ＱＰＭＯＸ以上に設定される。また、本発明による第５実施例及び第６実施例では、設定残留量が、アッシュ除去効率を許容下限効率にするのに必要な量ＱＰＭＥＬ以下に設定される。量ＱＰＭＯＸ，ＱＰＭＥＬはそれぞれ、例えば実験によりあらかじめ求められる。
【０１４２】
次に、本発明による第７実施例を説明する。以下では、主として、第７実施例と第２実施例との相違点を説明する。
【０１４３】
図２７は、本発明による第２実施例のようにＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理を行った場合の、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失ＰＬの変化を示している。上述したように、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失ＰＬは例えばパティキュレートフィルタ２４の上流及び下流の圧力差によって表される。なお、図２７においてＶＤは車両走行距離を表している。
【０１４４】
図２７を参照すると、機関運転が開始され車両走行距離ＶＤが長くなるにつれて、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質量が増大するので、Ｘで示されるように圧力損失ＰＬが増大する。次いで、ＰＭ除去処理が行われると、Ｙで示されるように圧力損失ＰＬが減少する。次いで、通常運転に戻されると圧力損失ＰＬが再び増大する。次いで、ＰＭ除去処理が再び行われると、圧力損失ＰＬが再び減少する。このように圧力損失ＰＬの増大及び減少が繰り返される。
【０１４５】
上述したように、ＰＭ除去処理が行われた後のパティキュレートフィルタ２４には、粒子状物質の不燃分及びアッシュが残留している。このため、図２７に示されるように、粒子状物質不燃分による圧力損失部分ＰＬＰＭＸ及びアッシュによる圧力損失部分ＰＬＵＡが存在している。すなわち、圧力損失ＰＬはゼロまで戻らない。アッシュによる圧力損失部分ＰＬＵＡは車両走行距離ＶＤが長くなるにつれて増大する。一方、粒子状物質不燃分による圧力損失部分ＰＬＰＭＸは車両走行距離ＶＤが短いときには車両走行距離ＶＤが長くなるにつれて大きくなり、車両走行距離ＶＤがある程度長くなるとほぼ一定値に収束する。
【０１４６】
次いで、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が行われると、図２７にＺで示されるようにアッシュによる圧力損失部分ＰＬＵＡがほぼゼロになる。したがって、圧力損失ＰＬが更に減少する。
【０１４７】
これまで述べてきた本発明による各実施例では、おおまかに言うと、未処理アッシュ量ＱＵＡが許容上限量ＵＵＡになる毎に、アッシュ微粒化処理が行われる。したがって、アッシュ微粒化処理が、許容上限量ＵＵＡに応じて定まる設定インターバルＩＮＴＳを隔てて繰り返し行われるという見方もできる。これまで述べてきた本発明による各実施例では許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳは例えば一定値に設定されている。
【０１４８】
上述したように、アッシュ微粒化処理が終了すると、すなわちパティキュレートフィルタ２４の状態が、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中にＳＯｘが含まれている状態にされると、アッシュ微粒化剤７８に保持されている微粒化されたアッシュが次第にアッシュ微粒化剤７８から放出される。その結果、アッシュ微粒化剤７８の酸点７９が再生される。再生された酸点７９、すなわち活性酸点７９は次のアッシュ微粒化処理の際に未処理アッシュを微粒化するのに用いることができる。言い換えると、酸点７９が十分に再生されていなければ、アッシュ微粒化処理を行なっても未処理アッシュを十分に微粒化することができない。
【０１４９】
パティキュレートフィルタ２４の未処理アッシュによる圧力損失を小さく維持することを考えると、許容上限量ＵＵＡを少なく設定し、すなわち設定インターバルＩＮＴＳを短く設定するのが好ましい。
【０１５０】
しかしながら、許容上限量ＵＵＡを少なく設定しすなわち設定インターバルＩＮＴＳを短く設定すると、後続のアッシュ微粒化処理を開始すべき時点でアッシュ微粒化剤７８に多量の微粒化されたアッシュが保持されており、アッシュ微粒化剤７８の酸点７９が十分に再生されていない場合がある。この場合、アッシュ微粒化処理を行なっても、十分な量の未処理アッシュを微粒化するのは困難である。また、設定インターバルＩＮＴＳを短く設定すると、アッシュ微粒化処理が頻繁に行われるので、アッシュ微粒化処理に必要なエネルギが増大する。
【０１５１】
したがって、許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳを、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失を小さく維持しつつ未処理アッシュを十分に微粒化するのに最適な値に設定する必要がある。
【０１５２】
一方、微粒化されたアッシュの放出速度は流入排気ガス中のＳＯｘ量に応じて変動し、流入排気ガス中のＳＯｘ量は機関運転状態や燃料中のイオウ濃度などに応じて変動する。すなわち、流入排気ガス中のＳＯｘ量が多いときには、微粒化されたアッシュが短時間のうちに放出され、流入排気ガス中のＳＯｘ量が少ないときには、微粒化されたアッシュが放出されるのに長時間を要する。このため、許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳの最適値をあらかじめ実験などで求めて設定したとしても、機関運転時間が長くなると、設定された許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳが最適でなくなっているおそれがある。
【０１５３】
そこで、本発明による第７実施例では、アッシュ微粒化処理により処理された未処理アッシュの量を求め、求められたアッシュの量に基づいて、許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳを更新するようにしている。
【０１５４】
次に、本発明による第２実施例のようにＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が行われる場合における許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳの更新作用を、図２８を参照しながら説明する。本発明による第１実施例のようにアッシュ微粒化処理がＰＭ除去処理から独立して行われる場合における許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳの更新作用も同様である。
【０１５５】
図２８を参照すると、先のアッシュ微粒化処理から次のアッシュ微粒化処理までのインターバルＩＮＴが互いに異なる複数のインターバルＩ１，Ｉ２（＞Ｉ１），Ｉ３（＞Ｉ２），Ｉ４（＞Ｉ３），Ｉ５（＞Ｉ４）に設定され、アッシュ微粒化処理が繰り返し行われる。図２８に示される例では、インターバルＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５はそれぞれ、ＰＭ除去処理のインターバル１つ分、２つ分、３つ分、４つ分、及び５つ分に相当する。
【０１５６】
その上で、それぞれのアッシュ微粒化処理により処理された未処理アッシュの量が求められる。このアッシュ処理量は、アッシュ微粒化処理により減少されたパティキュレートフィルタ２４の圧力損失によって表され（図２７のＺ）、この減少された圧力損失ＤＰＬはアッシュ微粒化処理開始時における圧力損失ＰＬＳとアッシュ微粒化処理終了時における圧力損失ＰＬＥの差（ＰＬＳ−ＰＬＥ）によって求められる。図２８に示されるＤＰＬ１，ＤＰＬ２，ＤＰＬ３，ＤＰ４，ＤＰＬ５はそれぞれ、インターバルＩＮＴがＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５に設定された場合に求められた圧力損失差ＤＰＬを表している。
【０１５７】
圧力損失差ＤＰＬをインターバルＩＮＴの関数として表すと図２９のようになる。図２９には更に、圧力損失差ＤＰＬの変化率Ｒも示される。変化率ＲはインターバルＩＮＴの変化量ＤＩＮＴに対する圧力損失差ＤＰＬの変化量ＤＤＰＬの比で表される（Ｒ＝ＤＤＰＬ／ＤＩＮＴ）。すなわち、変化率Ｒ１はインターバルＩＮＴの変化量（Ｉ２−Ｉ１）に対する圧力損失差ＤＰＬの変化量（ＤＰＬ２−ＤＰＬ１）の比（＝（ＤＰＬ２−ＤＰＬ１）／（Ｉ２−Ｉ１））である。同様に、Ｒ２＝（ＤＰＬ３−ＤＰＬ２）／（Ｉ３−Ｉ２）、Ｒ３＝（ＤＰＬ４−ＤＰＬ３）／（Ｉ４−Ｉ３）、Ｒ４＝（ＤＰＬ５−ＤＰＬ４）／（Ｉ５−Ｉ４）である。
【０１５８】
図２９からわかるように、インターバルＩＮＴがＩ４よりも短いときにはインターバルＩＮＴが長くなるにつれて圧力損失差ＤＰＬが大きくなり、インターバルＩＮＴがＩ４よりも長くなると圧力損失差ＤＰＬは一定値に収束する。言い換えると、インターバルＩＮＴがＩ４よりも短いときには、圧力損失差ＤＰＬの変化率Ｒが比較的大きな正値であり、インターバルＩＮＴがＩ４よりも長くなると変化率Ｒはほぼゼロになる。したがって、インターバルＩＮＴをＩ４よりも短く設定すると、酸点７９が十分に再生されていない状態でアッシュ微粒化処理が行われることになる。その結果、未処理アッシュを十分に微粒化することができない。一方、インターバルＩＮＴをＩ４よりも長く設定しても、圧力損失差ＤＰＬは増大せず、すなわちアッシュ微粒化処理により微粒化されるアッシュの量は増大しない。むしろ、パティキュレートフィルタ２４上の未処理アッシュ量が増大してしまう。
【０１５９】
そこで、本発明による第７実施例では、新たな設定インターバルＩＮＴＳがインターバルＩ４に設定される。すなわち、インターバルＩＮＴをＩ１から増大させた場合には、変化率Ｒが上限値ＵＲよりも小さくなったときのインターバルＩ５の、一つ前のインターバルＩ４に設定される。このようにして、設定インターバルＩＮＴＳが更新される。その結果、許容上限量ＵＵＡないし設定インターバルＩＮＴＳを最適に維持することができる。言い換えると、アッシュの十分でかつ効率的な除去を継続して行うことができる。
【０１６０】
図３０及び図３１は設定インターバルＩＮＴＳの更新制御を実行するルーチンを示している。図３０及び図３１を参照すると、ステップ１４１では設定インターバルＩＮＴＳの更新条件が成立しているか否かが判別される。例えば、設定インターバルＩＮＴＳが更新されてから車両走行距離ＶＤがあらかじめ定められた一定値だけ増大したときに更新条件が成立したと判別され、それ以外は更新条件が成立しないと判別される。更新条件が成立しないと判別されたときには処理サイクルを終了する。更新条件が成立したと判別されるとステップ１４２に進み、前回の処理サイクルにおける圧力損失差ＤＰＬ０及びインターバルＩＮＴ０がそれぞれゼロに設定される。続くステップ１４３では、インターバルＩＮＴの目標値ＩＮＴＴが初期値ＩＮＴＴ０に設定される。図２８及び図２９に示される例ではＩＮＴＴ０はＩ１に等しい。
【０１６１】
続くステップ１４４では、ＰＭ除去処理を行うべきか否かが判別される。ＰＭ除去処理を行うべきと判別されないときにはステップ１４４に戻る。ＰＭ除去処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１４５に進み、ＰＭ除去処理が行われる。続くステップ１４６では、先のアッシュ微粒化処理からのインターバルＩＮＴが目標インターバルＩＮＴＴ以上であるか否かが判別される。インターバルＩＮＴは図３２に示されるルーチンで更新される。ＩＮＴ＜ＩＮＴＴのときにはステップ１４４に戻る。ＩＮＴ≧ＩＮＴＴのときには次いでステップ１４７に進み、この時点、すなわちアッシュ微粒化処理の開始時におけるインターバルＩＮＴがＩＮＴＡとして記憶される。続くステップ１４８ではインターバルＩＮＴがゼロにリセットされる。
【０１６２】
続くステップ１４９では、この時点、すなわちアッシュ微粒化処理の開始時におけるパティキュレートフィルタ２４の圧力損失ＤＬがＰＬＳとして記憶される。続くステップ１５０ではアッシュ微粒化処理が行われる。続くステップ１５１では、この時点、すなわちアッシュ微粒化処理の終了時における圧力損失ＤＬがＰＬＥとして記憶される。続くステップ１５２では、圧力損失差ＤＰＬが算出される（ＤＰＬ＝ＰＬＳ−ＰＬＥ）。続くステップ１５３では、圧力損失差ＤＰＬの変化量ＤＤＰＬが算出される（ＤＤＰＬ＝ＤＰＬ−ＤＰＬ０）。続くステップ１５４では、今回の処理サイクルにおける圧力損失差ＤＰＬが前回の処理サイクルにおける圧力損失差ＤＰＬ０として記憶される。続くステップ１５５では、インターバルＩＮＴの変化量ＤＩＮＴが算出される（ＤＩＮＴ＝ＩＮＴＡ−ＩＮＴ０）。続くステップ１５６では、今回の処理サイクルにおけるインターバルＩＮＴＡが前回の処理サイクルにおけるインターバルＩＮＴ０として記憶される。続くステップ１５７では、圧力損失差ＤＰＬの変化率Ｒが算出される（Ｒ＝ＤＤＰＬ／ＤＩＮＴ）。
【０１６３】
続くステップ１５８では、変化率Ｒが上限値ＵＲよりも小さいか否かが判別される。Ｒ≧ＵＲのときには、次いでステップ１５９に進み、目標インターバルＩＮＴＴが変更される。図２８及び図２９に示される例では、目標インターバルＩＮＴＴが例えばＩ１からＩ２に延長される。次いでステップ１４４に戻る。Ｒ＜ＵＲのときにはステップ１６０に進み、前回の処理サイクルにおけるインターバルＩＮＴ０が設定インターバルＩＮＴＳに設定される。このようにして、設定インターバルＩＮＴＳが更新される。
【０１６４】
図３２はインターバルＩＮＴの更新ルーチンを示している。図３２を参照すると、ステップ１７１では前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの車両走行距離ｄＶＤが算出される。続くステップ１７２ではインターバルＩＮＴに車両走行距離ｄＶＤが加算される。すなわち、図３２に示される例では車両走行距離によってインターバルＩＮＴが表される。
【０１６５】
次に、本発明による第８実施例を説明する。以下では、主として、第８実施例と第１実施例との相違点を説明する。
【０１６６】
図３３を参照すると、触媒コンバータ２２内にはパティキュレートフィルタ２４の上流においてＳＯｘ貯蔵剤２９が収容される。なお、ＳＯｘ貯蔵剤２９の温度はパティキュレートフィルタ２４の温度とほぼ等しく、ＳＯｘ貯蔵剤２９への流入排気ガスの空燃比はパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥに等しいと考えることができる。
【０１６７】
ＳＯｘ貯蔵剤２９はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気流通路を具備する。これら排気流通路は上流端及び下流端が互いに開放されている。各隔壁の両側表面上に担持された、例えばアルミナＡｌ２Ｏ３、セリアＣｅＯ２、酸化プラセオジムＰｒ６Ｏ１１、酸化ネオジムＮｄ２Ｏ３、酸化ランタンＬａ２Ｏ３のような卑金属酸化物から形成された担体と、この担体に担持された白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、銀Ａｇのような貴金属とを備える。
【０１６８】
ＳＯｘ貯蔵剤２９は、ＳＯｘ貯蔵剤２９の温度が低いとき又はＳＯｘ貯蔵剤２９への流入排気ガス中の酸素濃度が高いときに流入する排気ガス中のＳＯｘ例えばＳＯ２を貯蔵し、ＳＯｘ貯蔵剤２９の温度が高くなると又はＳＯｘ貯蔵剤２９への流入排気ガス中の酸素濃度が低くなると貯蔵しているＳＯｘを放出する性質を有する。本発明による第８実施例では、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度が２００℃から２５０℃程度ではＳＯｘがＳＯｘ貯蔵剤２９に貯蔵される。一方、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度が例えば３００℃以上になるとＳＯｘ貯蔵剤２９から貯蔵されているＳＯｘが放出される。ＳＯｘ貯蔵剤２９でのＳＯｘ貯蔵作用はＳＯｘが担体又は貴金属粒子に吸着されることによるものと考えられる。
【０１６９】
図３４は、ＳＯｘ貯蔵剤２９から単位時間当たり放出されるＳＯｘ量、すなわちＳＯｘ放出速度ｑＳＲを示している。図３４からわかるように、ＳＯｘ放出速度ｑＳＲはパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが高くなるにつれて多くなり、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥが小さくなるにつれて、すなわちリーン度合いが小さくなるにつれて多くなる。
【０１７０】
上述した第１実施例では、アッシュ微粒化処理が終了し通常運転に戻されると、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４にＳＯｘが供給される。その結果、保持されている微粒化されたアッシュがアッシュ微粒化剤７８から放出され、パティキュレートフィルタ２４から除去される。この場合、微粒化されたアッシュの放出速度はパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中のＳＯｘ濃度に応じて定まる。すなわち、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中のＳＯｘ濃度が高いときには微粒化されたアッシュの放出速度は高くなり、ＳＯｘ濃度が低いときには微粒化されたアッシュの放出速度は低くなる。
【０１７１】
ところが、通常運転では、機関から排出される排気ガス中のＳＯｘ濃度は必ずしも高くない。その結果、アッシュ微粒化処理が終了した後の通常運転において、微粒化されたアッシュがアッシュ微粒化剤７８から速やかに放出されないおそれがある。言い換えると、アッシュ微粒化剤７８の酸点が十分に再生されるまでに長時間を要するおそれがある。アッシュ微粒化剤７８の酸点が十分に再生されていなければ、アッシュ微粒化処理を行ったとしても、未処理アッシュを十分に微粒化することはできない。その結果、パティキュレートフィルタ２４上の未処理アッシュ量が増大してパティキュレートフィルタ２４の圧力損失が増大するおそれがある。
【０１７２】
そこで、本発明による第８実施例では、パティキュレートフィルタ２４上流にＳＯｘ貯蔵剤２９を配置し、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中のＳＯｘ濃度を一時的に高めるようにしている。このことを図３５を参照して説明する。
【０１７３】
図３５において、時間ｔｈ１はアッシュ微粒化処理が終了した時点を示している。ＰＭ除去処理及びアッシュ微粒化処理が行われていない通常運転時には、ＳＯｘ貯蔵剤２９の温度は比較的低く、ＳＯｘ貯蔵剤２９への流入排気ガス中の酸素濃度は比較的高い。その結果、このときＳＯｘ貯蔵剤２９への流入排気ガス中のＳＯｘはＳＯｘ貯蔵剤２９に貯蔵される。
【０１７４】
次いで、時間ｔｈ２において、ＰＭ除去処理が行われると、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４ないしＳＯｘ貯蔵剤２９の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭまで上昇される。ＰＭ除去温度ＴＰＭは上述したように、触媒７７がセリアＣｅＯ２及び銀Ａｇから形成される場合には３００から５００℃程度であり、触媒７７がアルミナＡｌ２Ｏ３及び白金Ｐｔから形成される場合には６００℃程度である。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９のＳＯｘ放出速度ｑＳＲが大幅に上昇する。すなわち、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス中のＳＯｘ濃度が高められ、アッシュ微粒化剤７８に供給されるＳＯｘ量が増大される。その結果、アッシュ微粒化剤７８上の微粒化されたアッシュの量ＱＡＡが減少する。すなわち、アッシュ微粒化剤７８から微粒化されたアッシュが放出される。次いで、時間ｔｈ３においてＰＭ除去処理が終了される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘがほとんど放出されなくなる。
【０１７５】
次いで、時間ｔｈ４において、ＰＭ除去処理が再び行われると、ＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘが再び放出され、アッシュ微粒化剤７８上の微粒化されたアッシュの量ＱＡＡが更に減少する。図３５に示される例では、微粒化されたアッシュの量ＱＡＡがほぼゼロまで減少される。
【０１７６】
その結果、微粒化されたアッシュをパティキュレートフィルタ２４から速やかに放出させることができる。言い換えると、微粒化されたアッシュのパティキュレートフィルタ２４からの除去が促進される。したがって、先のアッシュ微粒化処理が行われてから次のアッシュ微粒化処理が行われるまでのインターバルを短く設定することができる。このことは、パティキュレートフィルタ２４上の未処理アッシュの量を少なく維持できることを意味している。
【０１７７】
次に、本発明による第９実施例を説明する。以下では、主として、第９実施例と第８実施例との相違点を説明する。
【０１７８】
図３５を参照して説明したように、ＰＭ除去処理が行われるとＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘが放出される。ところが、この場合、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭまで大幅に上昇される。その結果、図３４からわかるように、短時間のうちにＳＯｘ貯蔵剤２９から多量のＳＯｘが放出される場合がある。この場合、パティキュレートフィルタ２４から放出されるべき微粒化されたアッシュの量に対してＳＯｘが過剰になり、過剰のＳＯｘがパティキュレートフィルタ２４から流出するおそれがある。
【０１７９】
そこで、本発明による第９実施例では、ＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘを放出させてアッシュ微粒化剤７８へのＳＯｘ供給量を増大するＳＯｘ増量処理をＰＭ除去処理に先立って一時的に行うようにしている。特に、本発明による第９実施例では、ＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘを放出させるためにＳＯｘ貯蔵剤２９の温度ＴＦを上昇するＳＯｘ増量温度処理がＰＭ除去処理に先立って一時的に行われる。言い換えると、ＰＭ除去処理を行うべきときにはまずＳＯｘ増量温度処理が行われ、ＳＯｘ増量温度処理に引き続いてＰＭ除去処理が行われる。このことを図３６を参照して説明する。
【０１８０】
図３６において、時間ｔｉ１はアッシュ微粒化処理が終了した時点を示している。次いで、時間ｔｉ２において、ＳＯｘ増量温度処理が開始される。具体的には、酸化雰囲気のもとでＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＳＯｘ放出温度ＴＳＲまで上昇される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘが放出され、パティキュレートフィルタ２４へのＳＯｘ供給量が増大される。したがって、パティキュレートフィルタ２４からの微粒化されたアッシュの放出が促進される。ＳＯｘ放出温度ＴＳＲはＰＭ除去温度ＴＰＭよりも低い温度、例えば３００℃から４５０℃に設定される。別の実施例では、ＳＯｘ放出温度ＴＳＲはＰＭ除去温度ＴＰＭとほぼ同じかそれよりも高く設定される。
【０１８１】
次いで、時間ｔｉ３になると、すなわちＳＯｘ増量温度処理が時間ｔＳＲだけ行われると、ＳＯｘ増量温度処理が終了され、引き続いてＰＭ除去処理が開始される。すなわち、酸化雰囲気のもとでＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭまで上昇される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９からのＳＯｘの放出が継続される。
【０１８２】
次いで、時間ｔｉ４において、ＰＭ除去処理が終了される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦの上昇制御が終了され、ＳＯｘ貯蔵剤２９からのＳＯｘの放出が終了される。図３６に示される例では、このときパティキュレートフィルタ２４上に保持されている微粒化されたアッシュの量ＱＡＡはほぼゼロになっている。
【０１８３】
次いで、時間ｔｉ５においてＳＯｘ増量温度処理が再び開始され、時間ｔｉ６においてＰＭ除去処理が再び開始される。このように、本発明による第９実施例は、パティキュレートフィルタ２４上の微粒化されたアッシュの量ＱＡＡがほぼゼロであっても、ＳＯｘ増量温度処理が行われる。別の実施例では、微粒化されたアッシュの量ＱＡＡがほぼゼロになると、ＳＯｘ増量温度処理が行われない。
【０１８４】
図３７は、本発明による第９実施例におけるＳＯｘ貯蔵剤２９のＳＯｘ放出速度ｑＳＲの変化を詳しく示している。図３７を参照すると、時間ｔｊ１において、ＳＯｘ増量温度処理が開始されると、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＳＯｘ放出温度ＴＳＲまで上昇される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９のＳＯｘ放出速度ｑＳＲは急激に上昇する。次いで、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＳＯｘ放出温度ＴＳＲに維持されると、ＳＯｘ放出速度ｑＳＲは時間の経過と共に減少する。
【０１８５】
次いで、時間ｔｊ２において、ＳＯｘ増量温度処理がＳＯｘ放出時間ｔＳＲだけ行われると、ＳＯｘ増量温度処理が終了され、ＰＭ除去処理が開始される。すなわち、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭまで上昇される。その結果、ＳＯｘ放出速度ｑＳＲが再び上昇する。次いで、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭに維持されると、ＳＯｘ放出速度ｑＳＲは時間の経過と共に減少する。次いで、時間ｔｄ３においてＰＭ除去処理が終了される。
【０１８６】
ＳＯｘ放出速度ｑＳＲの挙動はＳＯｘ放出温度ＴＳＲ及びＳＯｘ放出時間ｔＳＲによって定まる。本発明による第９実施例では、ＳＯｘ増量温度処理が開始されてからＰＭ除去処理が終了されるまでにおけるＳＯｘ貯蔵剤２９のＳＯｘ放出速度ｑＳＲが、許容下限値ＬＳＲ及び許容上限値ＵＳＲにより画定される許容範囲内にほぼ維持されるように、ＳＯｘ放出温度ＴＳＲ及びＳＯｘ放出時間ｔＳＲの一方又は両方が設定される。
【０１８７】
ＳＯｘ放出速度ｑＳＲが許容上限値ＵＳＲよりも高いと、パティキュレートフィルタ２４上の微粒化されたアッシュに対してＳＯｘが過剰となる。ＳＯｘ放出速度ｑＳＲが許容下限値ＬＳＲよりも低いと、微粒化されたアッシュをパティキュレートフィルタ２４から速やかに放出させることができない。その結果、図３７に示されるように、パティキュレートフィルタ２４から放出される微粒化されたアッシュの量ＱＡＲを高いレベルでほぼ一定に維持しつつ、パティキュレートフィルタ２４から流出するＳＯｘの量ＱＳＲをほぼゼロに維持することができる。また、ＳＯｘ増量温度処理に引き続いてＰＭ除去処理が行われるので、ＰＭ除去処理に必要なエネルギを低減することもできる。
【０１８８】
図３８は本発明による第９実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図３８を参照すると、ステップ１０１ではＰＭ除去処理を行うべきか否かが判別される。ＰＭ除去処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１０１ａに進み、ＳＯｘ増量処理、例えばＳＯｘ増量温度処理が行われる。次いでステップ１０２に進み、ＰＭ除去処理が行われる。次いでステップ１０３に進む。ステップ１０１においてＰＭ除去処理を行うべきと判別されないときにはステップ１０３にジャンプする。ステップ１０３ではアッシュ微粒化処理を行うべきか否かが判別される。アッシュ微粒化処理を行うべきと判別されたときには次いでステップ１０４に進み、アッシュ微粒化処理が行われる。次いで処理サイクルを終了する。ステップ１０３においてアッシュ微粒化処理を行うべきと判別されないときにも処理サイクルを終了する。なお、電子制御ユニット３０はＳＯｘ増量処理ないしＳＯｘ増量温度処理を行うようにプログラムされている。
【０１８９】
次に、本発明による第１０実施例を説明する。以下では、主として、第１０実施例と第９実施例との相違点を説明する。
【０１９０】
微粒化されたアッシュがアッシュ微粒化剤７８から放出されたとしても、パティキュレートフィルタ２４上に留まっている場合がある。このようにパティキュレートフィルタ２４上に残留している微粒化されたアッシュが再凝集すると、パティキュレートフィルタ２４から除去できなくなるおそれがある。
【０１９１】
一方、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス量が多いときには、微粒化されたアッシュが排気ガス流れによってパティキュレートフィルタ２４の細孔内を容易に進行し、すなわちパティキュレートフィルタ２４から容易に除去される。
【０１９２】
そこで、本発明による第１０実施例では、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス量ＱＥＸがあらかじめ定められた設定量ＱＥＸＳよりも多いか否かを判別し、流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いと判別されたときに、ＳＯｘ増量処理を行うようにしている。特に、本発明による第１０実施例では、流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いと判別されたときに、ＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘを放出させるためにパティキュレートフィルタ２４を酸化雰囲気に維持しつつＳＯｘ貯蔵剤２９への流入排気ガス中の酸素濃度を低下させるＳＯｘ増量酸素濃度処理が行われる。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９からアッシュ微粒化剤７８へのＳＯｘ供給量が増大されるので、微粒化されたアッシュがアッシュ微粒化剤７８から容易に放出される。このときパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス量ＱＥＸが多いので、アッシュ微粒化剤７８から放出された微粒化されたアッシュが速やかにパティキュレートフィルタ２４から除去される。
【０１９３】
すなわち、図３９における時間ｔｋ１において、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳを越えると、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりのリーン空燃比ＡＦＬＳまで減少され、保持される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９のＳＯｘ放出速度ｑＳＲが増大し、すなわちＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘが放出される。次いで、時間ｔｋ２において、流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも少なくなると、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥが元に戻される。
【０１９４】
なお、アッシュ微粒化処理では、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥを理論空燃比ＡＦＳ又はリッチに維持する必要がある。したがって、アッシュ微粒化処理中は上述のＳＯｘ増量処理が禁止される。
【０１９５】
流入排気ガス量ＱＥＸは機関加速度合いによって表される。本発明による第１０実施例では、機関加速運転が行われたときに流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いと判別される。この場合、アクセルペダル３９の踏み込み量が対応するしきい値を越えたときに機関加速運転が行われたと判別される。別の実施例では、燃料噴射量が対応するしきい値を越えたときに機関加速運転が行われたと判別される。更に別の実施例では、吸入空気量が対応するしきい値を越えたときに機関加速運転が行われたと判別される。
【０１９６】
図４０は本発明による第１０実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図４０を参照すると、ステップ１８１ではアッシュ微粒化処理が行われていないか否かが判別される。アッシュ微粒化処理が行われていないときには次いでステップ１８２に進み、流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いか否かが判別される。ＱＥＸ＞ＱＥＸＳのときには次いでステップ１８３に進み、ＳＯｘ増量処理、例えばＳＯｘ増量酸素濃度処理が行われる。すなわち、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりのリーン空燃比ＡＦＬＳに切り換えられる。ＱＥＸ≦ＱＥＸＳのときには処理サイクルを終了する。ステップ１２１においてアッシュ微粒化処理が行われているときには処理サイクルを終了する。すなわち、アッシュ微粒化処理中はＳＯｘ増量処理が行われない。なお、電子制御ユニット３０はＳＯｘ増量処理ないしＳＯｘ増量酸素濃度処理を行うようにプログラムされている。
【０１９７】
なお、別の実施例では、本発明による第９実施例のＳＯｘ増量温度処理に換えて、ＳＯｘ増量酸素濃度処理が行われる。
【０１９８】
更に別の実施例では、本発明による第１０実施例のＳＯｘ増量酸素濃度処理に換えて、ＳＯｘ増量温度処理が行われる。しかしながら、ＳＯｘが放出される温度までＳＯｘ貯蔵剤２９の温度を上昇させるには一定の時間を要する。これに対し、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥは速やかに切り換えることができる。したがって、ＳＯｘ増量酸素濃度処理を行うと、速やかにＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘを放出させることができる。その結果、微粒化されたアッシュをパティキュレートフィルタ２４から速やかにかつ確実に除去することができる。
【０１９９】
次に、本発明による第１１実施例を説明する。以下では、主として、第１１実施例と第１０実施例との相違点を説明する。
【０２００】
本発明による第１１実施例では、ＰＭ除去処理が行われているときに流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いか否かが判別され、ＰＭ除去処理が行われているときに流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いと判別されたときにＳＯｘ増量処理、例えばＳＯｘ増量酸素濃度処理が行われる。
【０２０１】
すなわち、図４１に示されるように、時間ｔｍ１において、ＰＭ除去処理が開始されると、パティキュレートフィルタ２４ないしＳＯｘ貯蔵剤２９の温度ＴＦが上昇される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９のＳＯｘ放出速度ｑＳＲが増大する。すなわち、ＳＯｘ貯蔵剤２９からＳＯｘが放出される。このＳＯｘは次いでアッシュ微粒化剤７８に供給され、したがってアッシュ微粒化剤７８から微粒化されたアッシュが放出される。
【０２０２】
次いで、時間ｔｍ２において、流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳを越えると、ＳＯｘ増量酸素濃度処理が行われる。すなわち、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりのリーン空燃比ＡＦＬＳまで減少される。その結果、ＳＯｘ貯蔵剤２９のＳＯｘ放出速度ｑＳＲが再び増大する。すなわち、ＰＭ除去処理が開始されてからの経過時間が長くなるにつれて減少したＳＯｘ放出速度ｑＳＲが再び増大する。その結果、アッシュ微粒化剤７８から微粒化されたアッシュが更に放出され、パティキュレートフィルタ２４から更に除去される。
【０２０３】
次いで、時間ｔｍ３において、流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも少なくなると、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥが元に戻される。次いで、時間ｔｍ４において、ＰＭ除去処理が終了される。
【０２０４】
図４２は本発明による第１１実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図４２を参照すると、ステップ１９１ではＰＭ除去処理が行われているか否かが判別される。ＰＭ除去処理が行われているときには次いでステップ１９２に進み、流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いか否かが判別される。ＱＥＸ＞ＱＥＸＳのときには次いでステップ１９３に進み、ＳＯｘ増量処理、例えばＳＯｘ増量酸素濃度処理が行われる。ＱＥＸ≦ＱＥＸＳのときには処理サイクルを終了する。ステップ１９１においてＰＭ除去処理が行われていないときには処理サイクルを終了する。
【０２０５】
別の実施例では、ＰＭ除去処理が行われているときに流入排気ガス量ＱＥＸが設定量ＱＥＸＳよりも多いと判別されたときにＳＯｘ増量温度処理が行われる。この場合、ＳＯｘ貯蔵剤２９ないしパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦはＰＭ除去温度ＴＰＭよりも上昇される。
【０２０６】
次に、本発明による第１２実施例を説明する。以下では、主として、第１２実施例と第１実施例との相違点を説明する。
【０２０７】
図４３を参照すると、触媒コンバータ２２内にはパティキュレートフィルタ２４の上流においてアンモニア生成触媒５０が収容される。なお、アンモニア生成触媒５０の温度はパティキュレートフィルタ２４の温度とほぼ等しく、アンモニア生成触媒５０への流入排気ガスの空燃比はパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥに等しいと考えることができる。更に、パティキュレートフィルタ２４下流の排気管２３には、パティキュレートフィルタ２４からの流出排気ガス中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサ５１が取り付けられる。
【０２０８】
アンモニア生成触媒５０はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気流通路を具備する。これら排気流通路は上流端及び下流端が互いに開放されている。また、アンモニア生成触媒５０は各隔壁の両側表面上に担持された、例えばアルミナＡｌ２Ｏ３のような卑金属酸化物から形成された担体と、この担体に担持された白金Ｐｔ、パラジウムＰｄのような貴金属とを備える。
【０２０９】
アンモニア生成触媒５０は、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリッチのときに流入する排気ガス中のＮＯｘからアンモニアＮＨ３を生成する。すなわち、流入排気ガス中の空燃比ＡＦＥがリッチのときにはこのとき流入排気ガス中に含まれる一酸化炭素ＣＯから水素Ｈ２が生成される（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）。次いで、水素Ｈ２が流入排気ガス中のＮＯｘと反応してアンモニアＮＨ３が生成される（２ＮＯ＋５Ｈ２→２ＮＨ３＋２Ｈ２Ｏ）。一方、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーン又は理論空燃比であると、アンモニア生成触媒５０はＮＯｘからアンモニアＮＨ３を生成しない。
【０２１０】
上述したように、アッシュ微粒化処理が行われると、アッシュ微粒化剤７８の酸点に微粒化されたアッシュが保持される。次いで、アッシュ微粒化処理が終了され通常運転に戻されると、微粒化されたアッシュがアッシュ微粒化剤７８の酸点から徐々に放出される。したがって、酸点７８が徐々に再生される。この点、微粒化されたアッシュを保持していない酸点である活性酸点の数、すなわちアッシュ微粒化剤７８の酸量ＱＡＣＤに着目すると、アッシュ微粒化処理が行われることにより酸量ＱＡＣＤが減少する。次いで、通常運転に戻されると、酸量ＱＡＣＤが徐々に増大する。
【０２１１】
一方、アッシュの微粒化作用は、未処理アッシュがアッシュ微粒化剤７８の活性酸点に到達することによって行われる。したがって、アッシュ微粒化処理が行われた後、アッシュ微粒化剤７８の活性酸点の数、すなわち酸量ＱＡＣＤが少ないときに次のアッシュ微粒化処理を行なっても、未処理アッシュを十分に微粒化できないおそれがある。
【０２１２】
そこで、本発明による第１２実施例では、アッシュ微粒化処理が行われた後にアッシュ微粒化剤７８の酸量ＱＡＣＤを求め、酸量ＱＡＣＤがあらかじめ定められた設定量ＱＡＣＤＳよりも多いときに次のアッシュ微粒化処理を行うようにしている。
【０２１３】
すなわち、図４４に示されるように、時間ｔｎ１において、アッシュ微粒化処理が開始されると、アッシュ微粒化剤７８の酸量ＱＡＣＤが減少する。次いで、時間ｔｎ２においてアッシュ微粒化処理が終了され通常運転に戻されると、酸量ＱＡＣＤが徐々に増大する。次いで、時間ｔｎ３において、酸量ＱＡＣＤが設定量ＱＡＣＤＳを越えると、アッシュ微粒化処理が再び実行される。
【０２１４】
その結果、次のアッシュ微粒化処理を最適な時期に行うことができる。したがって、アッシュ微粒化処理により未処理アッシュを十分にかつ効率的に処理することができる。
【０２１５】
アッシュ微粒化剤７８の酸量ＱＡＣＤはアッシュ微粒化剤７８のアッシュ微粒化能力を表している。したがって、アッシュ微粒化処理が行われた後にアッシュ微粒化剤７８のアッシュ微粒化能力が求められ、求められたアッシュ微粒化能力に基づいて次のアッシュ微粒化処理を行うか否かが判別されるということになる。具体的には、アッシュ微粒化剤７８のアッシュ微粒化能力があらかじめ定められた設定能力よりも高いときに次のアッシュ微粒化処理が行われる。
【０２１６】
アッシュ微粒化剤７８のアッシュ微粒化能力すなわち酸量ＱＡＣＤの求め方を図４５を参照して説明する。図４５を参照すると、時間ｔｐ１において、アンモニア生成触媒５０ないしパティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリッチに切り換えられる。その結果、アンモニア生成触媒５０において、流入排気ガス中のＮＯｘからアンモニアＮＨ３ガスが生成され、アッシュ微粒化剤７８に供給される。このため、パティキュレートフィルタ２４からの流出排気ガス中のＮＯｘ量ＱＮは、アンモニアＮＨ３の供給前ＮＯｘ流出量すなわち初期量ＱＮ０よりも大幅に減少する。
【０２１７】
このときアッシュ微粒化剤７８は還元雰囲気にある。その結果、図４６Ａに示されるように、アッシュ微粒化剤７８の活性酸点７９にアンモニアＮＨ３が例えば吸着により保持される。カルシウムイオンＣａ２＋を保持している酸点７９にはアンモニアＮＨ３は保持されない。
【０２１８】
次いで、時間ｔｐ２になると、すなわちアンモニアＮＨ３の生成及び供給があらかじめ定められた設定時間ｔＡＭだけ行われると、アンモニアＮＨ３の生成及び供給が終了される。すなわち、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンに戻される。設定時間ｔＡＭはアッシュ微粒化剤７８のほぼすべての酸点７９にアンモニアＮＨ３を保持させるのに必要な時間であり、例えば実験によりあらかじめ求められている。
【０２１９】
流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンに戻されると、アッシュ微粒化剤７８は酸化雰囲気にあり、流入排気ガス中にはＮＯｘが含まれている。その結果、図４６Ｂに示されるように、アッシュ微粒化剤７８に保持されているアンモニアＮＨ３がＮＯｘと反応する（４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ）。言い換えると、アッシュ微粒化剤７８に保持されたアンモニアＮＨ３が流入排気ガス中のＮＯｘにより除去される。このため、図４５に示されるように、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンに戻された直後は、流出ＮＯｘ量ＱＮが少なくなる。しかしながら、時間の経過と共に、アッシュ微粒化剤７８に保持されているアンモニア量が次第に減少し、したがって流出ＮＯｘ量ＱＮが次第に増大する。
【０２２０】
次いで、時間ｔｐ３になると、流出ＮＯｘ量ＱＮが初期量ＱＮ０にほぼ等しくなる。このことは、アッシュ微粒化剤７８に保持されたほぼすべてのアンモニアＮＨ３がＮＯｘにより除去されたことを意味している。
【０２２１】
流出ＮＯｘ量ＱＮと初期量ＱＮ０との差ｄＱＮ（＝ＱＮ０−ＱＮ）はアンモニアＮＨ３と反応したＮＯｘの量を表しており、したがってアッシュ微粒化剤７８の活性酸点に保持されたアンモニア量を表している。したがって、時間ｔｐ２から時間ｔｐ３までの差ｄＱＮの積算値はアッシュ微粒化剤７８の活性酸点の数、すなわち酸量を正確に表している。なお、差ｄＱＮの積算値は図４５においてハッチングが付された領域Ｗに相当する。
【０２２２】
したがって、還元雰囲気のもとでアッシュ微粒化剤７８にアンモニアが一時的に供給され、アッシュ微粒化剤７８に保持されたアンモニア量が求められ、求められたアンモニア量に基づいてアッシュ微粒化能力が求められるということになる。更に、アッシュ微粒化剤にアンモニアが供給された後に、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４から流出するＮＯｘ量に基づいて、アッシュ微粒化剤７８に保持されたアンモニア量が求められるということになる。
【０２２３】
図４７は本発明による第１２実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図４７のルーチンはアッシュ微粒化処理が行われた後に実行される。図４７を参照すると、ステップ２０１では、アッシュ微粒化剤７８の酸量ＱＡＣＤがゼロにリセットされる。続くステップ２０２では、アンモニアＮＨ３の供給前の流出排気ガス中のＮＯｘ量ＱＮ０が読み込まれる。続くステップ２０３では、アッシュ微粒化剤７８にアンモニアＮＨ３が一時的に供給される。続くステップ２０４では、アンモニアＮＨ３の供給後の流出排気ガス中のＮＯｘ量ＱＮが読み込まれる。
【０２２４】
続くステップ２０５では、酸量ＱＡＣＤが更新される（ＱＡＣＤ＝ＱＡＣＤ＋（ＱＮ０−ＱＮ））。続くステップ２０６では、流出排気ガス中のＮＯｘ量ＱＮがアンモニアＮＨ３供給前のＮＯｘ量ＱＮ０にほぼ等しいか否かが判別される。ＱＮ≒ＱＮ０になるまではステップ２０４及び２０５が繰り返される。ＱＮ≒ＱＮ０になると次いでステップ２０７に進む。このとき酸量ＱＡＣＤはアッシュ微粒化剤７８の酸量を正確に表している。ステップ２０７では、酸量ＱＡＣＤが設定量ＱＡＣＤＳよりも多いか否かが判別される。ＱＡＣＤ＞ＱＡＣＤＳのときには次いでステップ２０８に進み、アッシュ微粒化処理が行われる。これに対し、ＱＡＣＤ≦ＱＡＣＤＳのときには処理サイクルを終了する。すなわち、この場合にはアッシュ微粒化処理が行われない。
【０２２５】
本発明による第１２実施例では、アンモニア生成触媒５０においてアンモニアＮＨ３が生成され、アッシュ微粒化剤７８に供給される。別の実施例では、尿素又は固体アンモニアからアンモニアガスが生成され、アッシュ微粒化剤７８に供給される。
【０２２６】
図４８は、本発明による各実施例における、パティキュレートフィルタ単位体積当たりのアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡの一例を示している。すなわち、図４８に示される例では、パティキュレートフィルタ２４の流入端２４ｉから流出端２４ｏまでの長手方向位置ＬＰＦ全体にわたり、アッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡがほぼ一定に設定される。
【０２２７】
ところが、パティキュレートフィルタ２４上における未処理アッシュの分布はパティキュレートフィルタ２４の長手方向にわたり一様ではない。すなわち、パティキュレートフィルタ単位体積あたりの未処理アッシュ量ｑＡＵを示す図４９からわかるように、パティキュレートフィルタ２４の上流側部分における未処理アッシュ量ｑＵＡに比べてパティキュレートフィルタ２４の下流側部分における未処理アッシュ量ｑＵＡが多い。言い換えると、未処理アッシュ量ｑＵＡはパティキュレートフィルタ２４の流入端２４ｉ周りでは少なく、排気ガス流れ下流に向かうにつれて多くなり、パティキュレートフィルタ２４の流出端２４ｏ周りで最も多くなる。
【０２２８】
このため、パティキュレートフィルタ２４の下流端２４ｏ周りでは、未処理アッシュが十分にアッシュ微粒化処理されず、パティキュレートフィルタ２４に残留するおそれがある。したがって、アッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡを未処理アッシュ量ｑＵＡに応じて設定する必要がある。
【０２２９】
そこで、図５０Ａ，図５０Ｂ，図５０Ｃに示される例では、パティキュレートフィルタ２４の上流側部分におけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡに比べてパティキュレートフィルタ２４の下流側部分におけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡが多くなるように、アッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡを設定している。その結果、未処理アッシュをパティキュレートフィルタ２４から確実にかつ効率的に除去することができる。
【０２３０】
更に説明すると、図５０Ａに示される例では、パティキュレートフィルタ２４の上流端２４ｉからパティキュレートフィルタ２４の下流端２４ｏに向かうにつれてアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡが連続的に増大される。
【０２３１】
図５０Ｂに示される例では、流入端２４ｉから中間位置２４ｘまでにおけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡに比べて、中間位置２４ｘから流出端２４ｏまでにおけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡが多く設定される。
【０２３２】
図５０Ｃに示される例では、流入端２４ｉから中間位置２４ｘまでにおけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡに比べて、中間位置２４ｘから流出端２４ｏまでにおけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡが多く設定される。更に、流入端２４ｉから中間位置２４ｘまでにおけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡがほぼゼロに設定される。
【０２３３】
図５０Ａ，図５０Ｂ，図５０Ｃに示される例に関し、パティキュレートフィルタ２４の上流側部分においてアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡが少なくされていると考えることもできる。この見方によれば、パティキュレートフィルタ２４の上流側部分においてパティキュレートフィルタ２４の圧力損失が小さくされる。
【０２３４】
また、図４８，図５０Ａ，図５０Ｂ，図５０Ｃに示される例に関し、パティキュレートフィルタ２４の下流側部分におけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡがパティキュレートフィルタ２４の上流側部分におけるアッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡとほぼ同じかそれ以上になるように、アッシュ微粒化剤７８の担持量ｑＡＡＡが設定されると考えることもできる。
【０２３５】
別の実施例では、これまで述べてきた本発明による実施例同士が適宜互いに組み合わされる。例えば、パティキュレートフィルタ２４上流にＳＯｘ貯蔵剤が配置され、ＳＯｘ増量処理に引き続いてＰＭ除去処理が行われ、ＰＭ除去処理に引き続いてアッシュ微粒化処理が行われる。
【０２３６】
本願は国際出願第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６３２号、第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６３３号、第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６３５号、第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６３６号、第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６３７号、第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６３８号、第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６３９号、第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６４２号、及び第ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６５６４８号の利益を主張し、その開示全体はここに援用される。
【符号の説明】
【０２３７】
１    機関本体
２１    排気管
２２    触媒コンバータ
２４    パティキュレートフィルタ
７４    隔壁
７８    アッシュ微粒化剤
７９    酸点
８０    アッシュ
【図１】
0005626487.tif 000002
【図２Ａ】
0005626487.tif 000003
【図２Ｂ】
0005626487.tif 000004
【図３Ａ】
0005626487.tif 000005
【図３Ｂ】
0005626487.tif 000006
【図４Ａ】
0005626487.tif 000007
【図４Ｂ】
0005626487.tif 000008
【図４Ｃ】
0005626487.tif 000009
【図５Ａ】
0005626487.tif 000010
【図５Ｂ】
0005626487.tif 000011
【図６Ａ】
0005626487.tif 000012
【図６Ｂ】
0005626487.tif 000013
【図６Ｃ】
0005626487.tif 000014
【図６Ｄ】
0005626487.tif 000015
【図７Ａ】
0005626487.tif 000016
【図７Ｂ】
0005626487.tif 000017
【図７Ｃ】
0005626487.tif 000018
【図８】
0005626487.tif 000019
【図９】
0005626487.tif 000020
【図１０】
0005626487.tif 000021
【図１１】
0005626487.tif 000022
【図１２Ａ】
0005626487.tif 000023
【図１２Ｂ】
0005626487.tif 000024
【図１３】
0005626487.tif 000025
【図１４】
0005626487.tif 000026
【図１５】
0005626487.tif 000027
【図１６】
0005626487.tif 000028
【図１７】
0005626487.tif 000029
【図１８】
0005626487.tif 000030
【図１９】
0005626487.tif 000031
【図２０】
0005626487.tif 000032
【図２１】
0005626487.tif 000033
【図２２Ａ】
0005626487.tif 000034
【図２２Ｂ】
0005626487.tif 000035
【図２３】
0005626487.tif 000036
【図２４】
0005626487.tif 000037
【図２５】
0005626487.tif 000038
【図２６】
0005626487.tif 000039
【図２７】
0005626487.tif 000040
【図２８】
0005626487.tif 000041
【図２９】
0005626487.tif 000042
【図３０】
0005626487.tif 000043
【図３１】
0005626487.tif 000044
【図３２】
0005626487.tif 000045
【図３３】
0005626487.tif 000046
【図３４】
0005626487.tif 000047
【図３５】
0005626487.tif 000048
【図３６】
0005626487.tif 000049
【図３７】
0005626487.tif 000050
【図３８】
0005626487.tif 000051
【図３９】
0005626487.tif 000052
【図４０】
0005626487.tif 000053
【図４１】
0005626487.tif 000054
【図４２】
0005626487.tif 000055
【図４３】
0005626487.tif 000056
【図４４】
0005626487.tif 000057
【図４５】
0005626487.tif 000058
【図４６Ａ】
0005626487.tif 000059
【図４６Ｂ】
0005626487.tif 000060
【図４７】
0005626487.tif 000061
【図４８】
0005626487.tif 000062
【図４９】
0005626487.tif 000063
【図５０Ａ】
0005626487.tif 000064
【図５０Ｂ】
0005626487.tif 000065
【図５０Ｃ】
0005626487.tif 000066