(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の脱離温度以下の時に排気中の硫黄酸化物を吸収し、前記脱離温度を越えたときに吸収した硫黄酸化物を放出するサルフェート吸収剤を内燃機関の排気通路に配置し、サルフェート吸収剤温度が前記脱離温度以下のときに排気中の硫黄酸化物をサルフェート吸収剤に吸収させ、
次いで、サルフェート吸収剤温度が前記脱離温度まで上昇したときにサルフェート吸収剤温度を更に上昇させ、熱平衡により定まるサルフェート吸収剤からの放出硫黄酸化物中のＳＯ3の比率が、前記脱離温度における放出硫黄酸化物中のＳＯ3比率より小さくなる温度にサルフェート吸収剤の温度を維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項２】
所定の脱離温度以下の時に排気中の硫黄酸化物を吸収し、前記脱離温度を越えたときに吸収した硫黄酸化物を放出するサルフェート吸収剤を内燃機関の排気通路に配置し、排気中の硫黄酸化物をサルフェート吸収剤に吸収させるとともに、該サルフェート吸収剤内に吸収された硫黄酸化物量を検出し、
次いで、サルフェート吸収剤の硫黄酸化物吸収量が予め定めた所定量に到達したときに、サルフェート吸収剤温度を前記脱離温度以上に上昇させ、熱平衡により定まるサルフェート吸収剤からの放出硫黄酸化物中のＳＯ3の比率が、前記脱離温度における放出硫黄酸化物中のＳＯ3比率より小さくなる温度にサルフェート吸収剤の温度を維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項３】
請求項１に記載の排気浄化方法において、
サルフェート吸収剤温度が前記脱離温度まで上昇したときに、更にサルフェート吸収剤に流入する排気中の酸素濃度を低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項４】
請求項２に記載の排気浄化方法において、
更にサルフェート吸収剤の硫黄酸化物吸収量が前記予め定めた所定量に到達したときに、サルフェート吸収剤に流入する排気中の酸素濃度を低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の排気浄化方法において、
更に、流入する排気中の煤を捕集する煤捕集材を内燃機関の排気通路に配置し、
前記煤捕集材により排気中の煤を捕集し、
前記サルフェート吸収剤から吸収した硫黄酸化物を放出させるべきときに前記煤捕集材に捕集された煤を燃焼させ、煤燃焼後の排気を前記サルフェート吸収剤に供給する内燃機関の排気浄化方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の排気浄化方法において、
前記サルフェート吸収剤から吸収した硫黄酸化物が放出されるときに、二酸化硫黄よりも酸素との親和性の強い成分をサルフェート吸収剤に供給する内燃機関の排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には内燃機関から大気に放出される排気中のパティキュレート量を低減可能な排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気には、例えば煤、ＳＯＦ（可溶性有機物、主に炭化水素）等から成る排気微粒子（パティキュレート）が含まれている。これらパティキュレートの大気への放出を防止する方法としては、例えばＳＯＦに対しては、エンジン排気通路に酸化触媒を配置し排気中のＳＯＦを酸化する方法が、また、煤に対してはエンジン排気通路にＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）を配置し、排気中の煤を捕集する方法がある。また、酸化触媒下流側にパティキュレートフィルタを配置してＳＯＦの酸化と煤の捕集との両方を実施することも可能である。
【０００３】
ところが、酸化触媒を用いてＳＯＦを処理する場合には、酸化触媒によりＳＯ3 （サルフェート）が生成されてしまう問題がある。すなわち、エンジン燃料油、特にディーゼル燃料油には比較的多くの硫黄分が含まれており、この硫黄分はエンジンで燃焼して主にＳＯ2 の形で排気とともに排出されるが、上記のように酸化触媒を用いてＳＯＦを処理すると、排気中のＳＯ2 も同時に酸化されてＳＯ3 が生成されてしまう。ところが、ＳＯ3 はＤＰＦなどには捕集されずそのままＤＰＦ下流側に流出し、パティキュレートとして検出されてしまう。このため、酸化触媒を用いてＳＯＦを処理すると、逆に酸化触媒下流側で排気中のパティキュレート量が増加してしまう問題が生じる。
【０００４】
特開昭５３−３８８１５号公報は、排気中のＳＯX （ＳＯ2 、ＳＯ3 等の硫黄酸化物の総称）を吸収可能なサルフェートトラップを用いて上記問題を解決する方法を開示している。
同公報の装置は、酸化触媒下流側の排気通路にサルフェートトラップを配置し、排気中のＳＯ2 や酸化触媒で生成されたＳＯ3 等のＳＯX を硫酸塩の形でサルフェートトラップに吸収することにより排気からＳＯ3 を除去し、パティキュレート量の増加を抑制するものである。また、サルフェートトラップの温度が上昇して所定の脱離温度以上になると、サルフェートトラップ内に生成された硫酸塩が熱分解して、サルフェートトラップから吸収したＳＯX がＳＯ3 の形で放出されるようになるため、排気中のパティキュレート量が増加する問題がある。同公報の装置では、サルフェートトラップに冷却空気を供給することにより、サルフェートトラップ温度を常に上記脱離温度より低い温度に維持し、サルフェートトラップからのＳＯ3 放出が生じることを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開昭５３−３８８１５号公報の装置では長時間エンジンの運転を続けるとサルフェートトラップが吸収したＳＯX で飽和してしまい、排気中のＳＯ3 を吸収できなくなるため、パティキュレートの大気放出量が再び増加するようになる問題が生じる。すなわち、上記公報の装置では冷却空気を用いてサルフェートトラップ温度を脱離温度以下に維持することにより、吸収されたＳＯX がサルフェートトラップから放出されることを防止することを可能としているものの、一旦吸収されたＳＯX はサルフェートトラップから放出されることがないため、サルフェートトラップのＳＯX 吸収量は時間とともに増加する。このため、長時間エンジンの運転を続けるとサルフェートトラップがＳＯX で飽和してしまい、もはや排気中のＳＯ3 を吸収することができなくなる。このように、サルフェートトラップがＳＯX で飽和した状態では、酸化触媒で生成されたＳＯ3 はサルフェートトラップに吸収されず、そのままトラップ下流側に流出するようになるため、長時間運転を続けた後では大気に放出されるパティキュレートの量が再び増加するようになるのである。
【０００６】
上記公報の装置においてもサルフェートトラップがＳＯX で飽和する前に定期的にサルフェートトラップ温度を脱離温度まで上昇させ、サルフェートトラップから吸収したＳＯX を放出させるようにすれば、サルフェートトラップの飽和を防止することは可能である。ところが、脱離温度近傍ではサルフェートトラップに吸収されたＳＯX の殆どはＳＯ3 の形で放出されてしまうため、単に定期的にサルフェートトラップ温度を脱離温度まで上昇させるだけでは、いままでに吸収したＳＯX をＳＯ3 の形でサルフェートトラップから一度に放出させる結果となり、全体としてパティキュレートの放出量を低減することはできない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、長時間エンジンの運転を続けた場合でもパティキュレート排出量が増加することを防止可能な内燃機関の排気浄化方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、所定の脱離温度以下の時に排気中の硫黄酸化物を吸収し、前記脱離温度を越えたときに吸収した硫黄酸化物を放出するサルフェート吸収剤を内燃機関の排気通路に配置し、サルフェート吸収剤温度が前記脱離温度以下のときに排気中の硫黄酸化物をサルフェート吸収剤に吸収させ、次いで、サルフェート吸収剤温度が前記脱離温度まで上昇したときにサルフェート吸収剤温度を更に上昇させ、熱平衡により定まるサルフェート吸収剤からの放出硫黄酸化物中のＳＯ3 の比率が、前記脱離温度における放出硫黄酸化物中のＳＯ3 比率より小さくなる温度にサルフェート吸収剤の温度を維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【０００９】
サルフェート吸収剤温度が脱離温度以上になると、サルフェート吸収剤から吸収したＳＯX （硫黄酸化物）が放出される。このとき、放出されるＳＯX 中のＳＯ3 とＳＯ2 との比率は、脱離時の排気中の酸素濃度とサルフェート吸収剤温度とにより定まる。また、酸素濃度が一定であれば、放出されるＳＯX 中に占めるＳＯ3 の比率はサルフェート吸収剤温度が脱離温度から高くなるにつれて増大する。また、このＳＯ3 比率はある温度でピークに到達した後は、熱平衡によりＳＯ3 比率が決定されるようになり、サルフェート吸収剤温度上昇とともに放出ＳＯX 中のＳＯ3 比率は低下する。
【００１０】
請求項１に記載の方法では、運転中の排気温度変化によりサルフェート吸収剤温度が脱離温度に到達し、ＳＯX の放出が開始される場合には、更にサルフェート吸収剤温度を上昇させ、放出ＳＯX 中のＳＯ3 比率が脱離温度における比率より低くなる温度に到達させる。これにより、サルフェート吸収剤に吸収されたＳＯX のうちＳＯ3 の形で放出されるものの比率が低下するため、運転期間全体を通じて大気に排出されるＳＯ3 の量が低減される。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、所定の脱離温度以下の時に排気中の硫黄酸化物を吸収し、前記脱離温度を越えたときに吸収した硫黄酸化物を放出するサルフェート吸収剤を内燃機関の排気通路に配置し、排気中の硫黄酸化物をサルフェート吸収剤に吸収させるとともに、該サルフェート吸収剤内に吸収された硫黄酸化物量を検出し、次いで、サルフェート吸収剤の硫黄酸化物吸収量が予め定めた所定に到達したときに、サルフェート吸収剤温度を前記脱離温度以上に上昇させ、熱平衡により定まるサルフェート吸収剤からの放出硫黄酸化物中のＳＯ3 の比率が、前記脱離温度における放出硫黄酸化物中のＳＯ3 比率より小さくなる温度にサルフェート吸収剤の温度を維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００１２】
請求項２に記載の方法では、サルフェート吸収剤中のＳＯX 量が所定量に到達した場合には、サルフェート吸収剤温度を脱離温度以上に上昇させサルフェート吸収剤からＳＯX を放出させる。これにより、サルフェート吸収剤が吸収したＳＯX で飽和することが防止される。また、この時のサルフェート吸収剤温度は放出ＳＯX 中のＳＯ3 比率がピークに到達する温度より更に高い温度であり、放出ＳＯX 中のＳＯ3 比率が脱離温度におけるＳＯ3 比率より低くなる温度になるようにする。これにより、サルフェート吸収剤に吸収されたＳＯX のうちＳＯ3 の形で放出されるものの比率が低下するため、サルフェート吸収剤から吸収したＳＯX の全量がＳＯ3 の形で放出されることが防止され、運転期間全体を通じて大気に排出されるＳＯ3 の量が低減される。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の排気浄化方法において、
サルフェート吸収剤温度が前記脱離温度まで上昇したときに、更にサルフェート吸収剤に流入する排気中の酸素濃度を低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００１４】
サルフェート吸収剤のサルフェート吸収量は酸素濃度が高い程多く、同じ温度であっても酸素濃度が低くなるとサルフェート吸収剤からはＳＯXの放出が開始される。また、排気中の酸素濃度が低くなるほど放出されたＳＯX中のＳＯ3の比率は小さくなる。
請求項３に記載の方法では、請求項１の方法において更に、サルフェート吸収剤温度が脱離温度に到達したときに排気中の酸素濃度を低下させる操作を行う。これにより、吸収剤からＳＯXが放出されるときには、排気中の酸素濃度の低下により放出されたＳＯX中のＳＯ3の比率が更に低下する。このため、サルフェート吸収剤に吸収されたＳＯXのうちＳＯ3の形で放出されるものの比率が更に低下するため、運転期間全体を通じて大気に排出されるＳＯ3の量が低減される。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の排気浄化方法において、更にサルフェート吸収剤の硫黄酸化物吸収量が前記予め定めた所定量に到達したときに、サルフェート吸収剤に流入する排気中の酸素濃度を低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００１６】
請求項４に記載の方法では、請求項２の方法において更に、サルフェート吸収剤中のＳＯX量が前記所定量に到達したときに、サルフェート吸収剤に流入する排気中の酸素濃度を低下させる。これにより、サルフェート吸収剤から吸収したＳＯXが放出されるときには、排気中の酸素濃度の低下により、放出されるＳＯXのうちＳＯ3の形で放出されるものの比率が更に低下するため、ＳＯ3運転期間全体を通じて大気に排出されるＳＯ3の量が低減される。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１から４のいずれか１項に記載の排気浄化方法において、更に、流入する排気中の煤を捕集する煤捕集材を内燃機関の排気通路に配置し、前記煤捕集材により排気中の煤を捕集し、前記サルフェート吸収剤から吸収した硫黄酸化物を放出させるべきときに前記煤捕集材に捕集された煤を燃焼させ、煤燃焼後の排気を前記サルフェート吸収剤に供給する内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００１８】
請求項５の方法では、請求項１から４のいずれか１項の方法において、サルフェート吸収剤から吸収したＳＯXを放出させるべきとき、例えばサルフェート吸収剤温度が脱離温度まで上昇したときやサルフェート吸収剤のＳＯX吸収量が所定量に到達したときには、煤捕集材に捕集した煤を燃焼させ、燃焼後の排気をサルフェート吸収剤に供給する。煤燃焼後の排気は、煤の燃焼により温度が上昇し酸素も消費されるため、高温かつ低酸素濃度の状態になっている。従って、サルフェート吸収剤は高温かつ低酸素濃度雰囲気でＳＯXを放出することになる。これにより、サルフェート吸収剤から放出されるＳＯX中のＳＯ3の比率が低下する。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１から５のいずれか１項に記載の排気浄化方法において、前記サルフェート吸収剤から吸収した硫黄酸化物が放出されるときに、二酸化硫黄よりも酸素との親和性の強い成分をサルフェート吸収剤に供給する内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００２０】
請求項６の方法では、サルフェート吸収剤からＳＯX が放出されるときには、同時に、例えばＨＣ、ＣＯ成分等のようにＳＯ2 よりも酸素との親和性の強い成分がサルフェート吸収剤に供給されるため、請求項１から５の排気浄化方法の作用に加えてＳＯX の放出の際のＳＯ3 の生成がさらに抑制され、サルフェート吸収剤下流側に流出するＳＯX 中のＳＯ3 の比率が低下する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化方法をディーゼルエンジンに適用するための装置の概略構成を示す図である。図１において、１はディーゼルエンジン本体を示す。本実施形態では、エンジン１は多気筒機関とされているが、図１にはそのうちの１気筒のみを図示している。図１において、エンジン１の各気筒吸気ポートは吸気マニホルド（図示せず）を介して吸気通路２に接続され、各気筒の排気ポートは排気マニホルド３ａを介して共通の排気通路３に接続されている。また、４はエンジン１の各気筒燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁である。
【００２２】
本実施形態では、吸気通路２には、エンジン１のアイドル運転時等に機関に吸入される吸気量を低減し、アイドル運転を安定させる吸気絞り弁６が設けられている。吸気絞り弁６は、全開時に吸気抵抗の少ない、例えばバタフライ弁等が使用される。図１に６ａで示したのは吸気絞り弁６のアクチュエータである。アクチュエータ６ａは後述するエンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０からの信号に応じて吸気絞り弁６を開閉駆動し、エンジン１の吸入空気量を低減する。
【００２３】
また、図１に１３で示すのは、エンジン１の排気マニホルド３ａと吸気通路２とを接続し、エンジン１の排気の一部を吸気通路２に還流させるＥＧＲ通路、１０はＥＧＲ通路１３上に設けられたＥＧＲ制御弁である。ＥＧＲ制御弁１０はソレノイドアクチュエータ、ステップモータ、又は負圧アクチュエータなどの適宜な形式のアクチュエータ１０ａを備えている。ＥＧＲ制御弁１０は、ＥＣＵ２０からアクチュエータ１０ａに入力する制御信号に応じた開度をとり、ＥＧＲ通路１３を通って吸気通路２に還流する排気流量を制御している。
【００２４】
本実施形態では、更にエンジン１の排気通路３内に燃料油を噴射する二次燃料供給装置７が設けられている。二次燃料供給装置７は、エンジン１の燃料供給ポンプ（図示せず）からの加圧燃料を排気通路３内に噴射する噴射ノズル７ａと、ＥＣＵ２０からの制御信号に応じてノズル７ａへの燃料供給量を制御する流量制御弁７ｂとを備えている。本実施形態では、燃料供給装置７は後述するようにサルフェート吸収剤から吸収したＳＯX を放出させる際に、排気通路３内に燃料を噴射して、燃料の燃焼により排気温度の上昇と酸素濃度の低下とを生じさせるために用いられる。
【００２５】
図１に５で示すのは、排気通路３上の燃料噴射ノズル７ａ下流側に配置されたサルフェート吸収剤である。本実施形態のサルフェート吸収剤５は、排気中のＳＯX 成分を吸収し、吸収剤内に蓄積するとともに、放出のための条件が成立すると吸収したＳＯX 成分を放出するＳＯX の吸放出作用を行う。サルフェート吸収剤５については、後に詳述する。
【００２６】
図１に２０で示したのは、エンジン１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０である。ＥＣＵ２０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入力ポート、出力ポートを双方向性バスで相互に接続した公知の構成のデジタルコンピュータからなり、エンジン１の燃料噴射制御等の基本制御を行う他、本実施形態では後述するようにサルフェート吸収剤５からのＳＯX の放出を制御するＳＯX 放出制御を行う。これらの制御のため、ＥＣＵ２０の入力ポートには、エンジン１のクランク軸に設けられた回転数センサ（図示せず）からエンジン回転数信号が、エンジン１のアクセルペダル（図示せず）に配置されたアクセル開度センサから運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）を表す信号が、また、排気通路３のサルフェート吸収剤５下流側に配置された排気温度センサ８から吸収剤出口における排気温度を表す信号がそれぞれ入力されている。
【００２７】
また、ＥＣＵ２０の出力ポートは、図示しない駆動回路を介して、燃料噴射弁４、吸気絞り弁６のアクチュエータ６ａ、ＥＧＲ制御弁１０のアクチュエータ１０ａ及び二次燃料供給装置７の流量制御弁７ｂにそれぞれ接続され、これら各機器の作動を制御している。
サルフェート吸収剤５は、通常の排気浄化触媒コンバータの担体として使用されるコージェライト等のモノリス担体のセル表面にアルミナＡｌ2 Ｏ3 、シリカＳｉＯ2 、チタニアＴｉＯ2 等のコート層を形成し、このコート層に白金等の貴金属触媒成分を担持させたものが使用される。サルフェート吸収剤５は、排気中の炭化水素（ＳＯＦ）やＣＯを酸化してＨ2 Ｏ、ＣＯ2 に転換する酸化触媒としても機能する。
【００２８】
すなわち、軽負荷運転時等排気温度が低い運転状態では排気中の炭化水素（ＨＣ）ＣＯ等の成分が増加するがこれらＨＣ、ＣＯ成分は、排気がサルフェート吸収剤５を通過する際にコート層に担持された触媒成分により酸化され、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 の形で排気とともに大気に放出される。
また、前述したように、排気中のＨＣ、ＣＯ成分のみならずＳＯ2 成分も触媒成分により酸化され、サルフェート（ＳＯ3 ）に転換される。しかし、本実施例では、生成されたＳＯ3 は硫酸塩の形で担体上のコート層に吸収されるため、サルフェート吸収剤５下流側には流出せず、サルフェート吸収剤５内に蓄積される。例えば、アルミナＡｌ2 Ｏ3 のコート層に白金Ｐｔを担持させたサルフェート吸収剤を例にとって説明すると、排気中のＳＯ2 、ＳＯ3 は白金Ｐｔ表面に付着したＯ2 - またはＯ2-等により酸化され、硫酸イオンＳＯ4 2-を生成する。この硫酸イオンはアルミナＡｌ2 Ｏ3 と結合しつつアルミナ層内に拡散し、Ａｌ2 （ＳＯ4 ）3 の形でアルミナ層に吸収される。
【００２９】
このように、サルフェート吸収剤５は排気中のＳＯX 成分を吸収し、吸収剤内に蓄積する作用を行う。一方、吸収剤５内に吸収されたＳＯX 成分はサルフェート吸収剤５の温度が上昇した場合や、サルフェート吸収剤５に流入する排気中の酸素濃度が低下した場合には吸収剤５から放出されるようになる。
例えば、サルフェート吸収剤５の温度が上昇すると、吸収剤５内のＡｌ2 （ＳＯ4 ）3 が熱分解してアルミナＡｌ2 Ｏ3 となり、これにより生成した硫酸イオンＳＯ4 2-がＳＯX の形でサルフェート吸収剤５から放出されるようになる。また、流入する排気中の酸素濃度が低下すると、白金Ｐｔ上に付着したＯ2 - またはＯ2-の量が低下するため、白金Ｐｔ上ではＳＯ4 2-→ＳＯ3 、ＳＯ4 2-→ＳＯ2 の方向の反応が生じるようになり、ＳＯ2 、ＳＯ3 等のＳＯX が白金Ｐｔ上で生成され、吸収剤内のＳＯ4 2-のイオンが次々とＳＯX の形でサルフェート吸収剤５から放出されるようになる。また、サルフェート吸収剤のＳＯX 吸収量は酸素濃度が低いほうが少ないため、排気中の酸素濃度が低下した場合にはサルフェート吸収剤５からＳＯX が放出される。一方、排気中の酸素濃度が高い場合にはサルフェート吸収剤５のＳＯX の吸収量は多いが、同じ酸素濃度でも温度が高くなる程サルフェート吸収剤のＳＯX 吸収量は低下するため、排気中の酸素濃度が高い場合でも、温度が上昇するとＳＯX の放出が生じるようになる。
【００３０】
さらに、サルフェート吸収剤から放出されるＳＯX 中のＳＯ2 とＳＯ3 との比率は、サルフェート吸収剤５の温度と流入する排気中の酸素濃度とにより決定される。図２から図４は、平衡状態におけるＳＯX 中のＳＯ3 の比率の、温度と酸素濃度とによる変化を説明する図である。
図２において、縦軸はＳＯX 中に占めるＳＯ3 の比率を表し、横軸は温度を表している。また、図中の曲線ＡからＤは各酸素濃度におけるＳＯX 中のＳＯ3 の熱平衡により定まる比率を示しており、曲線Ａが最も酸素濃度が高い場合を、曲線Ｄが最も酸素濃度が低い場合を示し、ＡからＤになるにつれて酸素濃度が低くなる。図２において１００％からＳＯ3 の比率を引いた値がＳＯX 中のＳＯ2 の比率となる。
【００３１】
図２に示すように、酸素濃度が一定である場合には、平衡状態に到達したときのＳＯX 中のＳＯ3 の比率は温度が高いほど低下する。また、温度が一定であれば平衡状態に到達したときのＳＯX 中のＳＯ3 の比率は酸素濃度が低いほど低下する。ところが、実際の運転では機関から排出されるＳＯX のほとんどはＳＯ2 となっており、図２に示したようなＳＯ3 の比率が高い平衡状態に到達するまでには比較的長時間を要する。一方、サルフェート吸収剤５には前述した白金Ｐｔ等の触媒成分が担持されている。触媒が存在するとＳＯ2 の酸化が促進されて上記平衡状態への移行が早められるが、触媒の酸化力は温度の影響を受ける。このため、比較的温度が低い領域では触媒の酸化力がＳＯX 中のＳＯ3 比率を決定するようになり、温度が高いほど（触媒酸化力が強いほど）ＳＯ3 の比率が高まるようになる（図３参照）。
【００３２】
図３、点線は酸素濃度一定（例えば図２のＡ線に相当する酸素濃度）の条件下での触媒存在下におけるＳＯX 中の実際のＳＯ3 比率の温度変化を示している。図３に示すように、ＳＯ3 比率は、触媒の作用により温度が上昇するにつれて増大し、触媒の酸化力を表す図３、Ｅ線に沿って変化して次第に熱平衡により定まる比率（図３、Ａ線）に近づくようになる。しかし、熱平衡により定まる比率以上には増大することはできないため、ある温度（図３、ＴP ）で熱平衡に到達した後はそれ以上増大せずに、温度上昇とともに熱平衡カーブ（図３、Ａ線）に沿って減少することになる。このため、実際のＳＯ3 比率は、熱平衡により定まる所定の温度（図３、ＴP ）に到達するまでは温度上昇とともに増大し、この温度（ＴP ）に到達後は温度とともに減少することになる。すなわち、ＳＯ3 比率には最大となる温度（ＴP ）が存在する。図３は酸素濃度が一定の場合を示したが、熱平衡により定まるＳＯ3 比率のカーブは図２に示したように酸素濃度に応じて変化する。図４は各酸素濃度における触媒存在下でのＳＯ3 比率の温度変化を示すカーブであり、図４の曲線ＡからＤは図２の各酸素濃度における熱平衡により定まるＳＯ3 比率を表している。図４から判るように、ＳＯX 中のＳＯ3 比率が最大となる温度（ピーク温度ＴP ）は、酸素濃度が低下するにつれて低くなり、ＳＯ3 比率の最大値も酸素濃度が低下するにつれて低くなる。
【００３３】
本実施形態では、上述したようなＳＯ3比率の温度変化特性を利用してサルフェート吸収剤から吸収したＳＯXが放出される際に、放出されるＳＯX中のＳＯ3の比率をできるだけ小さくする操作を行う。先ず酸素濃度が一定の場合について考える。この場合、ＳＯ3の比率の温度特性は図３に示したようになる。例えば、図３の酸素濃度において、脱離温度が図にＴDで示す温度であったとする。この場合、運転状況の変化による負荷の増大などにより排気温度（サルフェート吸収剤温度は排気温度と略等しいため、以下の説明ではサルフェート吸収剤温度の代わりに排気温度を用いて説明する）が上昇してＴDに到達するとサルフェート吸収剤はＳＯXを放出し、このＳＯX中のＳＯ3の比率はＲD（図３参照）となる。このとき、放出されるＳＯX中のＳＯ3比率を低下させるためには、排気温度をＴDより低くするか、または排気温度をピーク温度ＴPより上昇させて、ＳＯ3の比率がＲDより低くなる温度（図３、ＴR）以上に維持するようにすれば良い。ところが、実際には排気温度を脱離温度ＴDより低下させるとサルフェート吸収剤からのＳＯX放出が生じなくなってしまう。そこで、本実施形態では排気温度が脱離温度ＴDに到達した場合には後述する方法により更に排気温度を上昇させ、脱離温度ＴDにおけるＳＯ3比率より放出されるＳＯX中のＳＯ3比率が低くなる温度ＴR以上の温度に排気温度を維持するようにする。これにより、サルフェート吸収剤から放出されるＳＯX中のＳＯ3比率が低下する。
【００３４】
また、上記は排気中の酸素濃度が一定の条件下で、排気温度を上昇させることによりＳＯ3 の放出比率を低減しているが、逆に排気温度が一定の条件下で排気酸素濃度を低下させることによってもＳＯ3 の放出比率を低下させることが可能である。例えば、図４において、図３に相当する空燃比（すなわち、図４の曲線Ａ）で運転されていたとする。この場合も排気温度が脱離温度ＴDAに到達するとサルフェート吸収剤からＳＯX が放出される。このとき、上述の例のように排気温度を上昇させる代わりに、排気中の酸素濃度を低下させたとする。この場合、例えば排気酸素濃度を図４の曲線Ｂに相当する濃度まで低下させたとすると、排気温度は一定であっても、熱平衡曲線がＡからＢに変化するためサルフェート吸収剤から放出されるＳＯX 中のＳＯ3 比率はＲDAより低いＲDBとなる（図４参照）。
【００３５】
上記のように、サルフェート吸収剤５にＳＯX を吸収後運転状態の変化により排気温度が上昇し脱離温度に到達した場合には、▲１▼排気温度を更に上昇させることにより、または▲２▼排気酸素濃度を低下させることにより、それぞれサルフェート吸収剤から放出されるＳＯ3 比率を低減することが可能である。しかし、上記▲１▼と▲２▼の方法を単独で実施する必要はなく、▲１▼と▲２▼の方法を同時に実施すればさらにサルフェート吸収剤から放出されるＳＯ3 量を低減することができるのは明らかである。そこで、以下に説明する実施形態では、エンジン１の運転中に運転条件の変化により排気温度が脱離温度まで上昇した場合には排気温度を更に上昇させると同時に排気中の酸素濃度を低下させ、サルフェート吸収剤から放出されるＳＯ3 の比率ができるだけ小さくなるようにしている。
【００３６】
通常、ディーゼルエンジンは大幅なリーン空燃比（例えば空燃比で３０程度）で運転されているため、排気中の酸素濃度は高くなっている。このため、サルフェート吸収剤の脱離温度ＴD も比較的高い温度（例えば、５００から６００℃程度）であり、また、ＴR も７００から８００℃程度の高温になる。一方、ディーゼルエンジンの排気温度は比較的低く、通常の触媒搭載位置における排気温度は、通常運転領域では２５０から４００℃程度、登坂時等の高負荷運転時でも６００℃程度までしか上昇しない。このため、ディーゼルエンジンの実用運転範囲では、通常サルフェート吸収剤の脱離温度ＴD までは排気温度が上昇することはあっても、更に温度が上昇してＴR に到達することはほとんどない。そこで、以下に説明する実施形態では、サルフェート吸収剤からＳＯX を放出させるときには、二次燃料供給装置７（図１）から排気通路３に燃料を噴射することによりサルフェート吸収剤温度をＴR まで上昇させるようにしている。サルフェート吸収剤５上流側の排気通路に噴射された燃料は、サルフェート吸収剤に担持した触媒により酸化（燃焼）するため、燃焼熱によりサルフェート吸収剤５温度が急速に上昇するとともに、燃焼により排気中の酸素が消費され排気中の酸素濃度が低下する効果が得られる。
図５は、本実施形態のサルフェート吸収剤５からのＳＯX 放出制御を示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ２０により一定時間毎に実行される。
【００３７】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０はエンジン１のアクセル開度ＡＣＣと回転数ＮＥとに基づいてエンジン排気空燃比（排気酸素濃度ＣR ）を算出する。さらに、ＥＣＵ２０は、計測した排気温度ＴEXが脱離温度ＴD に到達した場合には、現在の酸素濃度ＣR において、放出されるＳＯX 中のＳＯ3 比率が脱離温度ＴD における値より低下する温度ＴR を図４の関係に基づいて読み取り、その温度ＴR まで排気温度を上昇させるために必要な二次燃料供給装置７からの燃料供給量ＦＩ2 を現在の排気温度ＴEXと吸入空気量Ｑとから算出するとともに、一定時間二次燃料供給装置７からＦＩ2 の量の燃料を排気通路３に供給する。
【００３８】
これにより、供給された二次燃料がサルフェート吸収剤５で燃焼し、排気温度がＴR まで上昇し、サルフェート吸収剤５から吸収したＳＯX が放出されるとともに、放出ＳＯX 中のＳＯ3 の比率が低下する。また、本実施形態では二次燃料の燃焼に伴って排気中の酸素濃度ＣR が低下するため実際には平衡線は低温側に移行する（例えば、図４において平衡線Ａから平衡線Ｂになる）。従って、平衡線Ａにおいて決定したＴR に排気温度を維持することにより、実際の状態である平衡線Ｂ上では、例えば図４にＳで示した点が平衡点とになり、平衡線Ａにおけるより更にＳＯ3 比率が低下する。
【００３９】
以下、図５のフローチャートについて簡単に説明する。
図５、ステップ５０１ではＳＯX 放出操作実行フラグＲＸの値が１か否かが判定される。フラグＲＸはＳＯX 放出操作実行中か否かを表すフラグであり、ステップ５１１で現在の排気温度ＴEXが脱離温度ＴD に到達したと判定された場合に１にセットされる。ステップ５０１でＲＸ≠１であった場合には、次いでステップ５０３でアクセル開度ＡＣＣ、エンジン回転数ＮＥ、排気温度ＴEXがそれぞれ対応するセンサから読み込まれ、ステップ５０５では、読み込んだアクセル開度ＡＣＣとエンジン回転数ＮＥとから現在の吸入空気量Ｑと燃料噴射弁４からの燃料噴射量ＦＩとが算出される。ここで、Ｑ、ＦＩの値はそれぞれ予めＡＣＣとＮＥの関数としてＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されている。
【００４０】
また、ステップ５０７では、上記により算出したＱとＦＩの値から現在の排気空燃比が算出され、さらにこの空燃比に基づいて現在の排気中の酸素濃度ＣR が算出される。
ステップ５１１では、現在の排気温度ＴEXが脱離温度ＴD 以上になっているか否かが判定される。ＴEX＜ＴD の場合には、現在の排気温度（すなわちサルフェート吸収剤５温度）が脱離温度ＴD に到達しておらず、サルフェート吸収剤からのＳＯX 放出は生じていないので、本ルーチンはそのまま終了する。また、ステップ５１１でＴEX≧ＴD であった場合には、サルフェート吸収剤温度が脱離温度ＴD 以上になっており、サルフェート吸収剤からＳＯX 放出が開始されているため、放出ＳＯX 中のＳＯ3 比率を低下させる操作が必要となる。そこで、この場合にはステップ５１３でフラグＲＸを１にセットするとともに、ステップ５１５で現在の酸素濃度ＣR と脱離温度ＴD とから、放出ＳＯX 中のＳＯ3 比率を低下させるために必要な温度ＴR を図４の関係に基づいて決定し、今回のルーチン実行を終了する。
【００４１】
ステップ５１５でフラグＲＸの値が１にセットされると、次回からのルーチン実行ではステップ５０１の次にステップ５１７以下が実行される。すなわち、ステップ５１７では、計時カウンタｔの値がプラス１増大され、ステップ５１９では増大されたカウンタｔの値が所定値ｔ0 を越えたか否かが判定される。また、ｔ≦ｔ0 であった場合には、ステップ５２０でアクセル開度ＡＣＣ、エンジン回転数ＮＥ、排気温度ＴEXがそれぞれ対応するセンサから読み込まれ、ステップ５２１で二次燃料供給装置７からの二次燃料供給量ＦＩ2 が決定される。ＦＩ2 の値が決定されると、別途ＥＣＵ２０により実行される図示しないルーチンにより、二次燃料供給装置７の流量制御弁７ｂの開度が制御され、ＦＩ2 の流量の燃料が噴射ノズル７ａから排気通路３に噴射される。また、ステップ５１９でｔ＞ｔ0 であった場合には、ステップ５２３から５２７でフラグＲＸ、カウンタｔ及び二次燃料供給量ＦＩ2 の値がそれぞれ０にセットされ、ＳＯX 放出操作が終了する。すなわち、ステップ５１７から５２７では、所定値ｔ0 に相当する時間だけ二次燃料が排気通路３に供給され、ｔ0 に相当する時間だけサルフェート吸収剤５の温度が上昇する。ここで、所定値ｔ0 は、サルフェート吸収剤５に吸収されたＳＯX の放出が終了するのに必要な時間に相当する値とされ、サルフェート吸収剤の種類、容量等に応じて決定されるが、例えば数分から１０分程度の時間となる。
【００４２】
次に、ステップ５２１における二次燃料供給量ＦＩ2 の算出方法について説明する。ステップ５２１では、ステップ５２０で読み込んだエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＣＣからステップ５０５と同様に吸入空気量Ｑが算出され、更にこの吸入空気量Ｑとステップ５２０で読み込んだ排気温度ＴEXとを用いて必要な二次燃料供給量ＦＩ2 の値が算出される。すなわち、流量Ｑの空気（排気）をＴR とＴEXとの差（ＴR −ＴEX）だけ温度上昇させるのに必要な燃料量ＦＩ2 の値が、ＦＩ2 ＝Ｑ×（ＴR −ＴEX）×Ｋ、（Ｋは定数）として計算される。
【００４３】
また、ＦＩ2 を上記のように計算により求めるのではなく、サルフェート吸収剤５出口の排気通路に配置した排気温度センサ８で検出した排気温度ＴEXと設定温度ＴR との偏差に基づいて、二次燃料供給量ＦＩ2 をフィードバック制御するようにしても良い。
なお、上記実施形態では、二次燃料供給開始前の排気酸素濃度ＣR に応じて、ＳＯ3 低減に必要とされる排気温度ＴR を変えているが、前述のように所要排気温度ＴR の値は排気酸素濃度（排気空燃比）が高くなるほど高温になる。従って、ＴR の値を酸素濃度ＣR に応じて変更する代わりに通常の運転状態で最も空燃比がリーンになる状態でのＴR を予め求めておき、この最も空燃比がリーンになる状態でのＴR を使用して二次燃料供給量ＦＩ2 を算出するようにすれば、実際の運転時には、空燃比にかかわらず排気温度を必要とされる温度ＴR 以上に維持することができる。
【００４４】
次に、図６を用いて本発明の他の実施形態を説明する。図５の実施形態では、排気通路３に二次燃料を供給することにより排気温度をＴR 以上の温度まで上昇させていたが、サルフェート吸収剤５から放出されるＳＯX 中のＳＯ3 比率を低下させるためには、前述したように排気温度を上昇させる代わりに排気酸素濃度を低下させても良い。本実施形態のディーゼルエンジンには、吸気絞り弁６および、ＥＧＲ通路１３が備えられているため、これらの一方または両方を利用することにより、排気酸素濃度を低下させることができる。
【００４５】
例えば、燃料噴射弁４からの燃料噴射量を変えずに吸気絞り弁６を閉弁してエンジンの吸入空気量を低下させれば排気空燃比（すなわち排気中の酸素濃度）は低下する。また、ＥＧＲ制御弁１０を開弁して排気の一部を吸気通路２に還流させれば、エンジン１は酸素濃度の低い排気を吸入することになるため、同様に排気空燃比は低下する。図６は上記の吸気絞り弁６とＥＧＲ制御弁１０の一方、もしくは両方を用いて排気酸素濃度を低下させることにより、サルフェート吸収剤５からの放出ＳＯX 中のＳＯ3 濃度を低下させる場合の制御ルーチンを示している。
【００４６】
図６のフローチャートは、図５のステップ５１５に相当するステップが無いこと、及び、ステップ６２１で二次燃料供給量ＦＩ2 を設定する代わりに、酸素濃度低下フラグＸＣＲの値を１にセットし、ステップ６２７ではＦＩ2 の代わりにフラグＸＣＲの値を０にセットする点のみが図５のフローチャートと相違している。本実施形態では、フラグＸＣＲの値が１にセットされるとＥＣＵ２０により別途実行される図示しないルーチンにより、吸気絞り弁６が所定開度まで閉弁（または／及びＥＧＲ制御弁１０が所定開度まで開弁）され、排気中の酸素濃度が低減される。なお、本実施形態では吸気絞り弁６の閉弁時の開度、及びＥＧＲ制御弁１０の開弁時の開度は充分に排気酸素濃度が低下する一定開度に予め設定されている。
【００４７】
なお、吸気絞り弁６の閉弁、ＥＧＲ制御弁１０の開弁とともに、図５と同様に二次燃料供給装置７から二次燃料を供給するようにして、更に酸素濃度を低下させるとともに排気温度を上昇させれば、サルフェート吸収剤５からの放出ＳＯX 中のＳＯ3 比率をさらに低減することが可能となる。
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図５、図６の実施形態では、排気温度が上昇してサルフェート吸収剤５の温度が脱離温度ＴD に到達した場合にのみＳＯX 放出操作を行っている。しかし、運転状態によっては比較的排気温度が低い運転が長時間継続する場合がある。このような場合には、サルフェート吸収剤温度が脱離温度ＴD に到達したときにのみサルフェート吸収剤からＳＯX を放出させるようにしたのでは、サルフェート吸収剤からのＳＯX 放出が長時間行われずサルフェート吸収剤が吸収したＳＯX で飽和してしまう場合が生じる。サルフェート吸収剤５がＳＯX で飽和すると、もはやサルフェート吸収剤５に担持した触媒で生成されたＳＯ3 は吸収剤には吸収されず排気とともに下流側に放出されるようになる。そこで、以下の実施形態では、図５、図６のようにサルフェート吸収剤温度が脱離温度ＴD まで上昇した場合に加えて、サルフェート吸収剤に吸収したＳＯX 量が増大して飽和状態に近づいたときにも図５、図６と同様なＳＯX 放出操作を行って、吸収したＳＯX をＳＯ3 の比率が低い状態で放出させるようにしている。
【００４８】
図７は、上記ＳＯX 放出制御操作の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、図５の実施形態と同様、二次燃料を排気通路３に供給することによりサルフェート吸収剤から放出されるＳＯX 中のＳＯ3 比率を低下させている。
また、本実施形態では、燃料噴射弁４からエンジン１に供給された燃料量を積算することによりサルフェート吸収剤５に吸収されたＳＯX 量を算出する。エンジン１で生成されるＳＯX の量は、エンジン１で燃焼した燃料量に比例する。更に、サルフェート吸収剤５に吸収されるＳＯX の量はエンジン１で生成されたＳＯX 量とサルフェート吸収剤のＳＯX 吸収特性（図１５）とから算出することができる。図１５は、サルフェート吸収剤のＳＯX 吸収特性を示す図である。図１５縦軸はサルフェート吸収剤のＳＯX 吸収率α(ta)のＳＯX 吸収を開始してからの経過時間による変化を示している。ここで、ＳＯX 吸収率α(ta)はサルフェート吸収剤に吸収されるＳＯX 量とエンジン１で燃焼した燃料量との比を表している。図１５に示すように、ＳＯX 吸収を開始してからの時間ｔａが経過するにつれて、流入するＳＯX のうちサルフェート吸収剤に吸収されるＳＯX 量は低下するため、吸収率α(ta)の値は時間ｔａの経過とともに小さくなる。
【００４９】
一定期間内にサルフェート吸収剤５に吸収されたＳＯX 量は、単位時間当たりにエンジンに供給された燃料の量に上記吸収率α(ta)を乗じた値を積算することにより求められる。本実施形態では燃料噴射弁４からエンジン１に供給された燃料量に図１５から定まる吸収率α(ta)を乗じた値の積算値をサルフェート吸収剤５に吸収されたＳＯX 量を表すパラメータとして使用する。
【００５０】
以下、図７のフローチャートを簡単に説明すると、ステップ７０１、７０３では、図５ステップ５０１、５０３と同様にＳＯX 放出操作実行フラグＲＸの値の判定と、アクセル開度ＡＣＣ、エンジン回転数ＮＥ、排気温度ＴEXの読み込みが行われ、ステップ７０５では、吸入空気量Ｑ、燃料噴射量ＦＩ、排気酸素濃度ＣR 及び脱離温度ＴD と所要温度ＴR とが算出される。Ｑ、ＦＩ、ＣR およびＴD 、ＴR の算出方法は図５、図６で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５１】
次いで、ステップ７０６では、前回サルフェート吸収剤からのＳＯX 放出を行ってからの時間を示すカウンタｔａをカウントアップし、ステップ７０７では図１５の関係に基づいてサルフェート吸収剤のＳＯX 吸収率α(ta)が求められる。また、ステップ７０８ではステップ７０５で算出された燃料噴射量ＦＩにステップ７０７で求めた吸収率α(ta)を乗じた値が積算され、ＣＳとして記憶される。前述のように、積算値ＣＳはサルフェート吸収剤５に吸収されたＳＯX 量を表している。
【００５２】
ステップ７０９、７１１はＳＯX 放出操作実行が必要か否かの判断示す。本実施形態では、図５と同様サルフェート吸収剤５温度が脱離温度ＴD を越えた場合（ステップ７０９）に加えて、サルフェート吸収剤５に吸収されたＳＯX 量ＣＳが所定量ＣＳ0 に到達した場合にもフラグＲＸの値を１に設定して（ステップ７１３）ＳＯX 放出操作を実行する。
【００５３】
また、ステップ７１３でフラグＲＸの値が１に設定されると次回のルーチン実行から所定時間ｔ0 の間二次燃料供給量装置７から排気通路３に燃料が供給され、サルフェート吸収剤５の温度がＴR に維持される（ステップ７１５、７１７、７１８、７１９）。これにより、サルフェート吸収剤５に吸収されていたＳＯX の大部分がＳＯ2 の形で放出され、ＳＯX 中のＳＯ3 比率が低減される。更に、所定時間ｔ0 が経過すると、本実施形態ではＲＸ、ｔ、ＦＩ2 の値がそれぞれ０にセットされ（ステップ７２１、７２３、７２５）、更にサルフェート吸収剤５のＳＯX 吸収量パラメータＣＳの値がクリアされ（ステップ７２７）、ステップ７２９では、カウンタｔａの値がクリアされる。これにより、次回のルーチン実行時から新たにＳＯX 吸収量ＣＳの積算が開始されるとともに、ステップ７０７で算出されるカウンタｔａの値がサルフェート吸収剤からのＳＯX 放出が終了した時点からの経過時間を表すようになる。
【００５４】
なお、図７の実施形態ではサルフェート吸収剤５温度を上昇させることによりＳＯX 放出操作を行っていたが、本実施形態においても図６と同様に排気酸素濃度を低下させることによりＳＯX 放出操作を行うこともできる。図８は、吸気絞り弁６、ＥＧＲ制御弁１０の操作により排気酸素濃度を低下させてＳＯX 放出操作を行う場合のフローチャートを示す。図８のフローチャートの各ステップは図６、図７のフローチャートと略同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５５】
次に、図９を用いて本発明の別の実施形態について説明する。
図９は、本実施形態の概略構成を示す図１と同様な図である。図９において、図１と同一の参照符号は、図１のものと同一の要素を示している。
本実施例では、排気通路３には、後述する二次燃料燃焼用の酸化（燃焼）触媒９１と、触媒９１下流側に排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）９３、及びＤＰＦ９３の入口と出口における排気流の差圧を検出する差圧センサ９５が設けられている。
【００５６】
酸化触媒９１は、コージェライト製のモノリス担体に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ等の触媒成分を担持させたものであり、本実施形態では通常運転時の排気中のＳＯＦの酸化を行う他、後述するようにＤＰＦ９３に捕集された煤を燃焼させる際に二次燃料供給装置７から排気通路３に供給された二次燃料を酸化（燃焼）させて排気温度を上昇させ、ＤＰＦ９３上の煤の燃焼を開始させるために用いられる。
【００５７】
次に、本実施形態のＤＰＦ９３について説明する。本実施形態のＤＰＦ９３は排気中の煤を捕集して大気への放出を防止するフィルタとしての作用を有する他、前述の各実施形態のサルフェート吸収剤５としての作用を有するように構成されている。
ＤＰＦ９３としては、例えば、多数の排気通路が互いに平衡に形成された多孔質コージェライト製のハニカムフィルタが使用される。ＤＰＦ９３内の排気通路は、上流側端部側を閉塞したものと下流側端部側を閉塞したものとが交互に配列されており、排気は上流側端部が開放された排気通路内に流入し、排気通路間を隔てる多孔質の壁面から下流側端部が開放された排気通路に流入してＤＰＦ９３下流側に流出する。このため、多孔質壁面を通過する際に排気中の煤等の微粒子が壁面に捕集される。また、本実施形態ではＤＰＦ９３にサルフェート吸収剤としての機能を持たせるために、ＤＰＦ９３内の排気通路壁面にはアルミナＡｌ2 Ｏ3 、シリカＳｉＯ2 、チタニアＴｉＯ2 等のコート層を形成し、このコート層に白金Ｐｔ等の貴金属触媒成分を担持させている。
【００５８】
エンジン１の運転中、ＤＰＦ９３は通常のパティキュレートフィルタとして排気中の煤等の微粒子を壁面に捕集する他、サルフェート吸収剤として酸化触媒９１で生成されたＳＯ3 をアルミナＡｌ2 Ｏ3 等のコート層に吸収する。
また、排気温度がサルフェート吸収剤の脱離温度ＴD に到達した場合、或いはサルフェート吸収剤内のＳＯX 吸収量が増加して所定量に到達した場合等のようにサルフェート吸収剤からＳＯX を放出させるべきとき、若しくはＤＰＦ９３に捕集された煤の量が増大してＤＰＦ９３における排気流の圧力損失が上昇した場合には、二次燃料供給装置７から排気通路３に二次燃料を供給し、煤の燃焼とサルフェート吸収剤からのＳＯX の放出とを同時に行う。このとき、排気通路３に供給された二次燃料は、酸化触媒９１で燃焼し、燃焼により高温になった排気がＤＰＦ９３に流入するため、ＤＰＦ９３内に捕集された煤（カーボン）は上流側から燃焼を開始する。これにより、ＤＰＦ９３を通過する排気温度は更に上昇するとともに、二次燃料と煤との燃焼により排気中の酸素濃度は更に低下する。このため、ＤＰＦ９３内のサルフェート吸収剤からはＳＯX が放出される。また、煤の燃焼によりＤＰＦ９３は下流側になるほど高温になり、かつ酸素濃度も低下するため、ＤＰＦ９３から流出する排気中のＳＯX 中に占めるＳＯ3 の比率は、ＤＰＦ９３出口付近での高温と低酸素濃度とに基づく平衡で決定される非常に低い値となる。従って、本実施形態によれば、ＤＰＦ９３に捕集した煤の燃焼と排気中のＳＯ3 比率の低減とを同時に達成することが可能となる。
【００５９】
図１０は、本実施形態のＳＯX 放出制御を示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ２０により一定時間毎に実行される。本ルーチンでは、図７のルーチンと略同様な制御によりＤＰＦ９３上の煤の燃焼とサルフェート吸収剤からのＳＯX の放出とを行う。すなわち、図１０では、ステップ１００３でアクセル開度ＡＣＣ、エンジン回転数ＮＥ、排気温度ＴEXに加えて差圧センサ９５からＤＰＦ９５の差圧が読み込まれ、ステップ１００５ではサルフェート吸収剤の脱離温度ＴD 及びＳＯX 放出時の所要温度ＴR が、ステップ１００７ではサルフェート吸収剤のＳＯX 吸収量ＣＳがそれぞれ算出される。
【００６０】
また、ステップ１００９から１０１２では、排気温度ＴEXが脱離温度ＴD に到達した場合（ステップ１００９）、サルフェート吸収剤の吸収ＳＯX 量が所定値ＣＳ0 に到達した場合（ステップ１０１１）に加えて、ＤＰＦ９３差圧ΔＰが所定値ΔＰ0 に到達した場合にもＳＯX 放出実行フラグＲＸの値が１にセットされる（ステップ１０１３）。また、ステップ１０１３でフラグＲＸの値が１にセットされるとステップ１０１５から１０２７では、図７のステップ７１５から７２７と同様の操作が実行され、一定時間（ｔ0 ）の間二次燃料供給装置７から二次燃料が排気通路３に供給される。これにより、ＤＰＦ９３上の煤の燃焼が行われるとともに、サルフェート吸収剤から放出されるＳＯX 中のＳＯ3 比率が低減される。
【００６１】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。上述の各実施形態では、サルフェート吸収剤の温度または／及び流入排気中の酸素濃度を制御することにより、熱平衡によるＳＯ2 とＳＯ3 との比率ができるだけＳＯ3 が少なくなる状態でサルフェート吸収剤からＳＯX を放出させて、全体として放出されるＳＯ3 量を低減するようにしていた。
【００６２】
しかし、放出ＳＯX中のＳＯ3の割合を低減させるためには、サルフェート吸収剤の温度と流入排気中の酸素濃度を制御する以外にも、ＳＯX放出時にＨＣ、ＣＯ成分等のようにＳＯ2に較べて酸化されやすい成分を供給することも効果があることが判明している。すなわち、前述したようにサルフェート吸収剤からＳＯXが放出される際には、サルフェート吸収剤の白金等の触媒表面に付着したＯ2-、Ｏ2-と吸収剤から放出された硫酸イオン（ＳＯ42-）とが反応してＳＯ2、ＳＯ3等のサルフェートが生成される。しかし、このときに排気中にＳＯ2よりも酸素との親和力が強いＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると、触媒表面の酸素は硫酸イオンより先に排気中のＨＣ、ＣＯと反応してしまい触媒表面の酸素がＨＣ、ＣＯ成分により消費される。このため、触媒表面の酸素濃度が低下し、ＳＯ42-→ＳＯ3の反応が低下し、相対的にＳＯ42-→ＳＯ2の反応が生じやすくなるためサルフェート吸収剤から放出されるＳＯX中のＳＯ3の比率が低下するものと考えられる。
【００６３】
図１１は、図１に示した装置を用いて二次燃料供給装置７から供給する二次燃料（軽油）の量を変化させて放出ＳＯX 中のＳＯ3 濃度の変化を測定した結果を示す。図１１において、縦軸はサルフェート吸収剤５出口での排気中のＳＯX に占めるＳＯ3 の割合（％）を、横軸はサルフェート吸収剤５の担体に温度センサを設けて測定した担体温度を示している。
【００６４】
図１１の各カーブは機関回転数を一定とした場合の担体温度によるＳＯ3 の割合の変化を示しており、図中カーブＡは二次燃料を供給せずに、機関負荷を変えてサルフェート吸収剤温度を変化させた場合を、カーブＢからカーブＤは機関負荷は一定のままで二次燃料をサルフェート吸収剤５に供給することによりサルフェート吸収剤温度を変化させた場合を、それぞれ示している。
【００６５】
図１１、カーブＡに示すようにサルフェート吸収剤５に二次燃料を供給しない場合は、サルフェート吸収剤出口におけるＳＯX 中のＳＯ3 濃度はサルフェート吸収剤温度に応じて図３に点線で示したと同じ変化を示している。すなわち、カーブＡは熱平衡によるＳＯ2 とＳＯ3 との割合の変化に応じてＳＯ3 の割合が変化する。
【００６６】
また、カーブＢからＤは、Ｂ＞Ｃ＞Ｄの順に大きい一定負荷で二次燃料の量を変えた場合を表しており、それぞれのカーブではサルフェート吸収剤温度が高いほど二次燃料の供給量が増大している。
前述したように、サルフェート吸収剤温度（流入排気温度）は、サルフェート吸収剤上流側の排気通路及び機関燃焼室に供給された燃料と空気量との比で定まる。また、図１１では、機関回転数は一定に維持されているため、機関吸入空気量はほぼ一定であるため、ＡからＤの各カーブ上でサルフェート吸収剤温度が同じ点では、サルフェート吸収剤上流側の排気通路及び機関燃焼室に供給された燃料の合計量はほぼ同一となり、サルフェート吸収剤に流入する排気空燃比もほぼ同一となっている。すなわち、サルフェート吸収剤温度が同一の点で比較した場合、カーブＡはその温度を得るための燃料の全量を機関燃焼室に供給した場合を示し、カーブＢからＤはその温度を得るための燃料の一部を燃焼室に供給し、残りを二次燃料として供給した場合を示していると考えてよい。また、同一の温度を得るために二次燃料として供給する燃料の量は負荷が低いほど（カーブＤに近づくほど）多くなっている。
【００６７】
図１１に示すように、同一のサルフェート吸収剤温度で比較した場合、サルフェート吸収剤下流側に流出するＳＯ3 の比率はカーブＡ（二次燃料供給量がゼロの場合）が最も多くカーブＤ（二次燃料供給量が最大の場合）が最も少なくなっている。上述したように、図１１の各計測結果ではサルフェート吸収剤温度が同一であれば、サルフェート吸収剤に流入する排気の空燃比は同一となっているので、このことは、サルフェート吸収剤温度が同一であり、かつ流入排気の空燃比が同一の場合であっても、二次燃料として供給する燃料量が多いほど流出ＳＯX 中のＳＯ3 比率が低下することを示している。
【００６８】
このように、温度、空燃比が同一の条件下でも二次燃料として供給する燃料の量が多いほどＳＯ3 の比率が低下する理由は以下のように考えられる。すなわち、二次燃料として供給された燃料は、サルフェート吸収剤に担持された触媒により燃焼し触媒表面に付着したＯ2 - 、Ｏ2-成分を消費するが、同時にこの際に比較的多量の未燃ＨＣ、ＣＯ成分を発生する。このＨＣ、ＣＯ成分はＳＯ2 に較べて酸素との親和性が強いため、サルフェート吸収剤上流側部分で発生したこれらＨＣ、ＣＯ成分はサルフェート吸収剤内を通過する際に更に、触媒表面に付着したＯ2 - 、Ｏ2-等の酸素成分を奪って反応するようになる。このため、吸収剤から放出れた硫酸イオンＳＯ42- はＳＯ3 を生成するのに十分な酸素を得ることができなくなり、ＳＯ42- →ＳＯ3 の反応が低下し、結果としてサルフェート吸収剤下流側に流出するＳＯX 中のＳＯ3 比率が低下するのである。
【００６９】
一方、二次燃料として供給する代わりに燃焼室に燃料の全量を供給した場合でも、燃焼により未燃ＨＣ、ＣＯ成分は生成する。しかし、この場合は燃焼室内で酸素過剰雰囲気かでの燃焼が行われるため、二次燃料としてサルフェート吸収剤に燃料を供給した場合に較べて、サルフェート吸収剤内の触媒に直接到達するＨＣ、ＣＯ成分は大幅に少なくなる。このため、図１１に示すように、燃料の合計量が同一であっても二次燃料の量を増大させるほど流出ＳＯX 中のＳＯ3 の量が低下するものと考えられる。
【００７０】
また、図１１は二次燃料によりＨＣ、ＣＯ成分をサルフェート吸収剤に供給しているが、他の方法でＣＯのような還元成分をサルフェート吸収剤に供給した場合でもＳＯ3 低減効果を得ることができる。図１２は、図９の実施形態において、ＤＰＦ９３に担持されたサルフェート吸収剤に二次燃料を供給することなく、ＤＰＦ９３に担持された煤を排気温度上昇のみにより燃焼させた場合に下流側に放出されるＳＯX 中のＳＯ3 割合の温度による変化を示している。図１２において、横軸はＤＰＦ９３（サルフェート吸収剤）に流入する排気温度を示し、図中カーブＡ１、Ａ２は下流側に放出されるＳＯX 中のＳＯ3 割合を、カーブＢ１、Ｂ２はＤＰＦ９３下流側排気中のＣＯ成分の量を示している。
【００７１】
また、カーブＡ１、Ｂ１は、ＤＰＦ９３に捕集された煤の量が多い場合を、カーブＡ２、Ｂ２は少ない場合をそれぞれ示している。
図１２において排気温度が上昇し、５５０℃程度になるとＤＰＦ９３に捕集された煤が燃焼を開始し、ＤＰＦ下流側の排気中のＣＯ成分の量が上昇を開始し、排気温度が更に上昇するにつれてＣＯ成分量は増大する。また、煤燃焼によるＣＯの生成量は煤捕集量が多い場合（カーブＢ１）では、少ない場合（カーブＢ２）に較べて多くなっている。
【００７２】
一方この場合、ＤＰＦ９３に担持されたサルフェート吸収剤からは排気温度が上昇するにつれてＳＯX が放出されるようになり、ＳＯX 中のＳＯ3 の割合も増加する。但し、この場合のＳＯ3 割合は煤燃焼によるＣＯ成分量に応じて異なってくる。すなわち、煤捕集量が少ない場合（カーブＡ２）では、図３に点線で示したのと略同様に熱平衡により定まるＳＯ2 とＳＯ3 との比率の変化に応じて温度ともにＳＯ3 割合が変化するのに対して、煤捕集量が多い場合（カーブＡ１）では、煤燃焼によるＣＯ成分の発生量が増大するにつれて急激にＳＯ3 割合が減少する特性を示す。
【００７３】
図１３は、図１２の計測結果を、横軸に排気中のＣＯ濃度（ＰＰＭ）、縦軸に流出ＳＯX 中のＳＯ3 割合をとって書き直したものである。図１３に示すように、ＳＯ3 割合は排気中のＣＯ濃度が高くなるにつれて減少している。このことから、二次燃料を供給した場合と同様、サルフェート吸収剤に供給されるＣＯ成分が増大するほど、ＳＯX 放出時のＳＯ3 割合が減少することが判る。
【００７４】
すなわち、サルフェート吸収剤からのＳＯX 放出時にＳＯ2 より酸素と親和性の強い成分を同時にサルフェート吸収剤に供給することにより、流出ＳＯX 中のＳＯ3 の割合を大幅に低減することが可能となる。また、上記成分の供給法としては、例えば二次燃料によるＨＣ、ＣＯ成分の生成、煤の燃焼によるＣＯ成分の生成などの方法を単独で使用する他、これらを組み合わせて使用することも当然に可能である。
【００７５】
図１４は、図９に示したのと同一の装置を用いて二次燃料の供給と煤の燃焼とを同時に行い、ＨＣ、ＣＯ成分をサルフェート吸収剤に供給することにより、流出ＳＯX 中のＳＯ3 割合を低下させる場合のＳＯX 放出制御を示すフローチャートである。本ルーチンは、図９のＥＣＵ２０により一定時間毎に実行される。
図１４のフローチャートは、図１０のフローチャートと略同一となっている。ただし、図１０の実施形態ではＳＯX 放出時毎に目標温度ＴR を酸素濃度ＣR と脱離温度ＴD とから算出し（図１０ステップ１００５）、目標温度ＴR を得るための二次燃料供給量ＦＩ2 を決定（同ステップ１０１９）しているのに対し、本実施形態では目標温度ＴＫは酸素濃度にかかわらず一定値に固定しており、放出操作時にはこの一定目標温度ＴＫに排気温度を上昇させる点が相異している。すなわち、図１４ステップ１４１９に示すように、本実施形態では二次燃料供給量ＦＩＫは吸入空気量Ｑと現在の排気温度ＴEXと、上記目標温度ＴＫとに基づいて算出される。
【００７６】
この目標温度ＴＫは、図１２において煤の燃焼によりＣＯ濃度が増大する温度、及び図１１において二次燃料の供給によるＨＣ、ＣＯ成分の増大によりＳＯ3の割合が低下する温度範囲（例えば、図１１、図１２の場合では６００℃から７００℃程度）に設定される。
図１４の実施形態によれば、ＳＯX放出時にサルフェート吸収剤にＳＯ2より酸素との親和性の強い成分を同時に供給することにより、流出ＳＯX中のＳＯ3成分の割合を減少させ、全体として大気に放出されるＳＯ3量を大幅に低下させることが可能となる。
【００７７】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、エンジン排気中のＳＯX をサルフェート吸収剤に吸収し、ＳＯ3 の比率が低いＳＯX として放出するようにしたことによりエンジンから大気に排出されるパティキュレートの量を大幅に低減することが可能となる共通の効果が得られる。
【００７８】
さらに、、請求項５の発明では、排気中の煤を捕集し、サルフェート吸収剤からＳＯX を放出させるべきときに捕集した煤を燃焼させ、燃焼後の排気をサルフェート吸収剤に供給することにより、上記共通の効果に加えてサルフェート吸収剤からのＳＯX の放出と捕集した煤の燃焼とが同時に行われるため、煤とＳＯ3 との両方を同時に処理することが可能となり、大気に排出されるパティキュレートの量をさらに大幅に低減できるという効果を奏する。
【００７９】
また、請求項６の発明では、サルフェート吸収剤からのＳＯX 放出時に、ＳＯ2 より酸素との親和性の強い成分をサルフェート吸収剤に供給することによりＳＯ3 の生成を抑制し、大気に排出ささるパティキュレートの量を大幅に低減することが可能となる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気方法を実施するための装置の構成の一例を示す図である。
【図２】ＳＯX の存在するガス中の全ＳＯX 中のＳＯ3 の比率の、温度と酸素濃度とによる変化を説明する図である。
【図３】触媒存在下におけるＳＯX 中のＳＯ3 の比率の、温度による変化を説明する図である。
【図４】触媒存在下におけるＳＯX 中のＳＯ3 の比率の、温度と酸素濃度とによる変化を説明する図である。
【図５】本発明の排気浄化方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明の排気浄化方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図７】本発明の排気浄化方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図８】本発明の排気浄化方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図９】本発明の排気浄化方法を実施するための装置、図１とは異なる構成を示す図である。
【図１０】図９の装置を用いた排気浄化方法を示すフローチャートである。
【図１１】サルフェート吸収剤への二次燃料供給量による流出ＳＯX 中のＳＯ3 割合の変化を説明する図である。
【図１２】ＤＰＦ上の煤の燃焼による流出ＳＯX 中のＳＯ3 割合の変化を説明する図である。
【図１３】排気中のＣＯ成分濃度による流出ＳＯX 中のＳＯ3 割合の変化を説明する図である。
【図１４】本発明の排気浄化方法の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図１５】サルフェート吸収剤のＳＯX 吸収率の時間的変化を示す図である。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン
３…排気通路
５…サルフェート吸収剤
２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
９３…パティキュレートフィルタ
【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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