(57)【要約】【課題】ディーゼルパティキュレートフィルタを高温状態にさらすことなく、効率よくディーゼルパティキュレートフィルタを再生する【解決手段】ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）は、固体電解質膜を挟持するアノード２１及びカソード２２により構成され、アノード２１及びカソード２２にそれぞれ排気ガス及び空気を供給することにより、ＤＰＦ内部に蓄積されているパーティクルマターを電気化学的に除去する。これにより、パーティクルマターが燃焼伝播により急激に燃焼する温度以下でＤＰＦの再生処理を行うことができるので、ＤＰＦが劣化することを防止できる。また、パーティクルマターが有するエネルギーの一部を電気化学的に取り出すことができるので、燃費を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる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を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記パティキュレートフィルタは、イオン伝導体により形成された隔膜を挟持する電極により構成され、一方及び他方の電極にそれぞれ排気ガス及び酸素含有ガスを供給することにより、内部に蓄積されているパティキュレートが電気化学的に除去されること
を特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記隔膜中を移動するイオンは酸化物イオンであることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記イオン伝導体は絶縁体であることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記イオン伝導体は導電体であることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記排気ガスが供給される側の電極は白金触媒を担持していることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記電極間に接続された可変抵抗素子と、
前記可変抵抗素子の抵抗値を制御することにより、前記パティキュレートフィルタの温度を調整する制御部と
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
内部に蓄積されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタの再生時期を判断する制御部を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記制御部は、前記パティキュレートフィルタの上流側圧力と下流側圧力の圧力差に基づいてパティキュレートフィルタの再生時期を判断することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記制御部は、前記電極間の電位差に基づいてパティキュレートフィルタの再生時期を判断することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記パティキュレートフィルタに堆積するパティキュレートの量に応じて、電気化学反応を利用する方法とパティキュレートフィルタの熱酸化現象を利用する方法との間でパティキュレートフィルタの再生方法を切り替えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記パティキュレートフィルタの再生方法として電気化学反応を利用する方法を用いる場合のパティキュレートの堆積量は、当該堆積量のパティキュレートが全て熱酸化した際にパティキュレートフィルタの温度が所定温度以下となる量であることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化システムであって、
前記所定温度は、パティキュレートフィルタの破損温度であることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、より詳しくは、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる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の再生方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関、特にディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる炭素等のパーティクルマター（パティキュレート，以下ＰＭと表記）が外部に放出されることを防止するために、ＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと表記）が備えられている。ところで、ＰＭを捕集することによってＤＰＦ内におけるＰＭの堆積量が多くなると、ＤＰＦの性能悪化を招くために、ＤＰＦ内に堆積したＰＭを定期的に除去することによってＤＰＦを再生する必要がある。
【０００３】
このような背景から、従来までは、電気ヒータを用いたり、ディーゼルエンジンの主燃焼終了後に燃料の副噴射を行うことにより、ＤＰＦの雰囲気温度を上げ、ＤＰＦを再生している（例えば、特許文献１，２を参照）。なお、ＤＰＦ内に堆積したＰＭは、ＤＰＦの雰囲気温度が６００［℃］以上、且つ、ＤＰＦ中の酸素濃度がＰＭ堆積量に対して十分である時に着火し、燃焼伝播により燃焼，消失する。
【特許文献１】特開平５−１８２３０号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＤＰＦの雰囲気温度を上げることによりＤＰＦを再生する場合、ＤＰＦに堆積しているＰＭの量によってはＰＭが燃焼伝播によって急激に燃焼し、ＤＰＦ内部が２０００［℃」程度の高温状態になり、ＤＰＦが劣化する可能性がある。また、ＰＭがＤＰＦ内に堆積していない時にＤＰＦの雰囲気温度を上げると、電気ヒータの使用や燃料の副噴射を行う頻度が多くなることによって、システム全体の効率（燃費）が低下する。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ディーゼルパティキュレートフィルタを高温状態にさらすことなく、効率よくディーゼルパティキュレートフィルタを再生することが可能な内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、パティキュレートフィルタは、イオン伝導体により形成された隔膜を挟持する電極により構成され、一方及び他方の電極にそれぞれ排気ガス及び酸素含有ガスを供給することにより、パティキュレートフィルタ内部に蓄積されているパティキュレートが電気化学的に除去される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、パティキュレートフィルタに蓄積したパティキュレートを電気化学的に除去するので、ディーゼルパティキュレートフィルタを高温状態にさらすことなく、効率よくディーゼルパティキュレートフィルタを再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態となる内燃機関の排気浄化システムの構成について説明する。
【実施例１】
【０００９】
〔排気浄化システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる内燃機関の排気浄化システムは、図１に示すように、ディーゼルエンジン本体１と、ディーゼルエンジン本体１に取り付けられたコモンレール式の燃料噴射系２と、ディーゼルエンジン本体１の排気系流路に設けられ、吸気系流路に通ずるＥＧＲ流路３と、ＥＧＲ流路３を開閉するＥＧＲバルブ４と、排気系流路中に設けられた内部にヒータ５ａを有するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５と、吸気系流路に設けられ、ディーゼルエンジン本体１に直接連通する吸気流路６と、吸気系流路に設けられ、ＤＰＦ５の空気極側を介してディーゼルエンジン本体１に連通する吸気流路７と、吸気流路６，７の間で吸気流路を切り換える三方弁８と、排気系流路から排出される排気ガスを浄化する浄化触媒９と、ＤＰＦ５のアノードの上流側及び下流側の排気ガス圧力Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔを計測する圧力センサ１０，１１と、ＤＰＦ５の内部温度を検出する温度センサ１２と、入力信号に従ってシステム全体の動作を制御するＥＣＵ１３とを主な構成要素として備える。
【００１０】
なお、上記燃料噴射系２は、コモンレール及び燃料ポンプを主な構成要素として備え、高圧の燃料噴霧をディーゼルエンジン本体１に供給する。また、上記ＥＧＲバルブ４が閉状態である場合、ディーゼルエンジン本体１からの排気は全てＤＰＦ５によって浄化されて外部に排出される。一方、ＥＧＲバルブ４が開状態である場合には、排気ガスの一部はＥＧＲ流路３を通じて吸気系流路に還流される。また、上記ＥＣＵ１３に入力される信号としては、ディーゼルエンジン本体１に組み込まれたエンジン回転速度センサからのエンジン回転速度信号Ｎｅ，アクセル開度センサからのアクセル開度信号Ａｃｃ，圧力センサ１０，１１からの排気ガス圧力信号Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔ，及び温度センサ１２からの温度信号Ｔｅがある。
【００１１】
〔ディーゼルパティキュレートフィルタの構成〕
上記ＤＰＦ５は、平面構造を有し、図２に示すように、排気ガスが供給されるアノード２１と空気が供給されるカソード２２が対になった単セル２３が複数直列に配列された構成を有し、アノード２１とカソード間２２間は、スイッチＳ１によって接続／非接続状態を切り換えることができるように構成されている。また、単セル２３は、図３に示すように、５００〜６００［℃］付近で十分な酸化物イオン（Ｏ２−）伝導度（０．１［Ｓ／ｃｍ」程度）を有し、酸化物イオンを伝導する媒体となる固体電解質膜２４をアノード２１とカソード２２により挟持した構成を有し、また、アノード２１側及びカソード側２２にはそれぞれ、排気ガスが通る流路を形成すると共に、単セル２３同士を直列に接続する導電体の役割を果たすインターコネクタ２５、及び空気が通る流路を形成すると共に、単セル２３同士を直列に接続する導電体の役割を果たすインターコネクタ２６が設けられている。
【００１２】
なお、上記アノード２１は、アノード反応を速やかに起こすためのＮｉ等の電気化学触媒と、パーティクルマター（ＰＭ）の燃焼反応を促進する白金触媒を担持しており、ＤＰＦ５の再生処理時には、以下の反応式（１），（２）に示すアノード反応によってＰＭとしての炭素（Ｃ）を二酸化炭素（ＣＯ２）又は一酸化炭素（ＣＯ）に変化させる反応場となる。一方、上記カソード２２は、ＤＰＦ５の再生処理時には、以下の反応式（３）に示すカソード反応によって空気中に含まれる酸素を酸化物イオンに変化させる。
【００１３】
Ｃ＋２Ｏ２−→ＣＯ２＋４ｅ−        …（１）
Ｃ＋Ｏ２−→ＣＯ＋２ｅ−           …（２）
Ｏ２＋２ｅ−→２Ｏ２−              …（３）
〔ＤＰＦ再生処理〕
このような構成を有する排気浄化システムは、以下に示すＤＰＦ再生処理を実行することにより、ＤＰＦ５を高温状態にさらすことなく、効率よくＤＰＦ５を再生する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、ＤＰＦ再生処理を実行する際の排気浄化システムの動作について説明する。
【００１４】
図４に示すフローチャートは、ディーゼルエンジン本体１が始動するのに応じて開始となり、ＤＰＦ再生処理はステップＳ１の処理に進む。なお、このＤＰＦ再生処理は所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００１５】
ステップＳ１の処理では、ＥＣＵ１３が、エンジン回転速度信号Ｎｅ，アクセル開度信号Ａｃｃ，及び排気ガス圧力信号Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔを検出し、排気ガス圧力信号Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔの圧力差ΔＰを算出する。そして、ＥＣＵ１３は、算出された圧力差ΔＰに基づいて、ＤＰＦ５に堆積しているＰＭ量ＰＣを算出する。なお、圧力差ΔＰとＰＭ量ＰＣの関係は、実験等によって予め求められ、マップ化されているものとする。また、上記排気ガス圧力信号Ｐｏｕｔを大気圧値に設定するようにしてもよい。このような構成によれば、排気ガス圧力信号Ｐｏｕｔを出力する圧力センサ１１を設ける必要がなくなり、システムコストを低減することができる。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、ＤＰＦ再生処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１６】
ステップＳ２の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ１の処理により算出されたＰＭ量ＰＣの値が予め定められた閾値Ｐ０以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＰＭ量ＰＣの値が閾値Ｐ０以上でない場合、ＥＣＵ１３は、ＤＰＦ５の再生処理は直ちに必要ないと判断し、ＤＰＦ再生処理をステップＳ４の処理に進める。一方、ＰＭ量ＰＣの値が閾値Ｐ０以上である場合には、ＥＣＵ１３は、ＤＰＦ５の再生処理が直ちに必要であると判断し、ＤＰＦ再生処理をステップＳ３の処理に進める。なお、上記閾値Ｐ０は、後述する通常のＤＰＦ再生処理の際にＰＭが全て酸化燃焼しても、酸化燃焼に伴う熱によってＤＰＦ５が劣化しないＰＭの最大量であり、実験等によって予め求められているものとする。
【００１７】
ステップＳ３の処理では、ＥＣＵ１３が、ＤＰＦ５を電気化学的に再生する（電気化学的ＤＰＦ再処理）。なお、この電気化学的ＤＰＦ再処理の詳細については、図５に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連のＤＰＦ再生処理は終了する。
【００１８】
ステップＳ４の処理では、ＥＣＵ１３が、温度センサ１２によってＤＰＦ５の内部温度Ｔｅを検出し、ディーゼルエンジン本体１が高出力運転をすることによって内部温度ＴｅがＰＭの着火温度Ｔ１以上になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ１以上になっていない場合、ＥＣＵ１３は一連のＤＰＦ再生処理を終了する。一方、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ１以上になっている場合には、ＥＣＵ１３はＤＰＦ再生処理をステップＳ５の処理に進める。
【００１９】
ステップＳ５の処理では、ＥＣＵ１３が、燃焼伝播によりＰＭを燃焼させる通常のＤＰＦ再生処理を行う。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、ＤＰＦ再生処理はステップＳ６の処理に進む。
【００２０】
ステップＳ６の処理では、ＥＣＵ１３が、排気ガス圧力信号Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔの圧力差ΔＰに基づいて、ＤＰＦ５内におけるＰＭ量ＰＣを算出する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、ＤＰＦ再生処理はステップＳ７の処理に進む。
【００２１】
ステップＳ７の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ６の処理により算出されたＰＭ量ＰＣが０であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＰＭ量が０である場合、ＥＣＵ１３は一連のＤＰＦ再生処理を終了する。一方、ＰＭ量が０でない場合には、ＥＣＵ１３はＤＰＦ再生処理をステップＳ８の処理に進める。
【００２２】
ステップＳ８の処理では、ＥＣＵ１３が、温度センサ１２によってＤＰＦ５の内部温度Ｔｅを検出し、内部温度ＴｅがＰＭの着火温度Ｔ１以上になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ１以上になっていない場合、ＥＣＵ１３は一連のＤＰＦ再生処理を終了する。一方、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ１以上になっている場合には、ＥＣＵ１３はＤＰＦ再生処理をステップＳ５の処理に戻す。
【００２３】
〔電気化学的ＤＰＦ再生処理〕
図５に示すフローチャートは、上記ステップＳ２の処理においてＰＭ量ＰＣの値が閾値Ｐ０以上であると判別されるのに応じて開始となり、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ１１の処理に進む。
【００２４】
ステップＳ１１の処理では、ＥＣＵ１３が、ＤＰＦ５内に設けられたヒータ５ａを用いてＤＰＦ５全体を所定温度Ｔ２まで暖機する。なお、所定温度Ｔ２は、固体電解質膜２４が十分なイオン伝導度を有し、且つ、ＰＭが酸素と反応することによって温度が急激に上昇する温度以下であればよい。具体的には、固体電解質膜２４が、低温酸化物イオン伝導体として知られているＬａＧａＯ３にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等を添加した材料である場合には、十分なイオン伝導度を有する温度範囲は５００〜６００［℃］程度になる。また、ＰＭが燃焼伝播によって急激に燃焼する温度は、白金等の触媒を用いた場合、６００［℃］程度になる。従って、このような材料においては、所定温度Ｔ２は５００〜６００［℃］程度に設定することが適当であるが、所定温度Ｔ２は材料選定に応じて変化することは勿論である。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００２５】
ステップＳ１２の処理では、ＥＣＵ１３が、三方弁８を吸気流路７（Ａ）側に切り換えることにより、ＤＰＦ５のカソード２２に空気を供給する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ１３の処理に進む。
【００２６】
ステップＳ１３の処理では、ＥＣＵ１３が、スイッチＳ１をオン状態に制御することによりＤＰＦ５のアノード２１及びカソード２２間を接続状態にし、各セル２３において上述のアノード反応及びカソード反応を生じさせる。なお、この際に発電された電力はバッテリ等に蓄えるものとする。また、この再処理の際に、上記化学反応式（２）の反応が生じると、有害なＣＯが外部に排出されてしまうため、ＤＰＦ５の下流側に設けられた浄化触媒９によってＤＰＦ５から排出された排気ガスをさらに酸化することが望ましい。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００２７】
ステップＳ１４の処理では、ＥＣＵ１３が、排気ガス圧力信号Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔの圧力差ΔＰに基づいてＤＰＦ５内におけるＰＭ量ＰＣを算出する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再処理はステップＳ１５の処理に進む。
【００２８】
ステップＳ１５の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ１４の処理により算出されたＰＭ量ＰＣが０であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＰＭ量が０でない場合、ＥＣＵ１３は電気化学的ＤＰＦ再生処理をステップＳ１３の処理に戻す。一方、ＰＭ量が０である場合には、ＥＣＵ１３は電気化学的ＤＰＦ再生処理をステップＳ１６の処理に進める。
【００２９】
ステップＳ１６の処理では、ＥＣＵ１３が、スイッチＳ１をオフ状態に制御することによりＤＰＦ５のアノード２１及びカソード２２間を非接続状態にし、上述のアノード反応及びカソード反応を停止させる。これにより、ステップＳ１６の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ１７の処理に進む。
【００３０】
ステップＳ１７の処理では、ＥＣＵ１３が、三方弁８を吸気流路６（Ｂ）側に切り換え、ＤＰＦ５の電気化学的な再生処理を終了する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、一連の電気化学的ＤＰＦ再生処理は終了する。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる排気浄化システムによれば、ＤＰＦ５は、固体電解質膜２４を挟持するアノード２１及びカソード２２により構成され、アノード２１及びカソード２２にそれぞれ排気ガス及び空気を供給することにより、ＤＰＦ５内部に蓄積したＰＭを電気化学的に除去する。そして、このような構成によれば、ＰＭが燃焼伝播により急激に燃焼する温度以下でＤＰＦ５の再生処理を行うことができるので、ＤＰＦ５が劣化することを防止できる。また、ＰＭが燃焼伝播を起こしていても、ＤＰＦ５が劣化しないレベルであれば、通常のＤＰＦ再生処理を行うので、電気化学的ＤＰＦ再生処理を行う頻度を減らし、システム全体の効率を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明の第１の実施形態となる排気浄化システムによれば、固体電解質膜２４中を移動するイオンは酸化物イオンであるので、空気中の酸素を反応物質として用い、装置構成を簡素にすることができる。また、本発明の第１の実施形態となる排気浄化システムによれば、固体電解質膜２４は絶縁体であるので、炭素と酸素の反応エネルギーを外部から電気的に取り出し、燃費性能を向上させることができる。また、ＤＰＦ５が過昇温しないため、ＤＰＦの破損を防ぐことができる。
【００３３】
また、本発明の第１の実施形態となる排気浄化システムによれば、アノード２１は白金触媒を担持しているので、周囲温度が６００［℃］以上でＰＭが燃焼して燃焼熱が発生し、外部の昇温手段を用いることなく、この燃焼熱によってＤＰＦ５の温度を上げることができ、燃費性能を向上させることができる。また、本発明の第１の実施形態となる排気浄化システムによれば、排気ガス圧力信号Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔの圧力差Δに基づいてＤＰＦ５の再生時期を判断するので、ＤＰＦ５の再生時期を直接的に判断することができる。
【実施例２】
【００３４】
〔排気浄化システムの構成〕
本発明の第２の実施形態となる内燃機関の排気浄化システムは、図６に示すように、圧力センサ１０，１１を有さない点が上記第１の実施形態となる排気浄化システムの構成と異なる。また、この排気浄化システムでは、ＤＰＦ５の温度を任意に制御することができるように、図７に示すように、ＤＰＦ５に可変抵抗Ｒが設けられており、また、アノード２１は白金触媒を担持していない。そして、このような構成を有する排気浄化システムは、以下に示すＤＰＦ再生処理を実行することにより、ＤＰＦ５を高温状態にさらすことなく、効率よくＤＰＦ５を再生する。以下、図８に示すフローチャートを参照して、ＤＰＦ再生処理を実行する際の排気浄化システムの動作について説明する。
【００３５】
〔ＤＰＦ再生処理〕
図８に示すフローチャートは、ディーゼルエンジン本体１が始動するのに応じて開始となり、ＤＰＦ再生処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、このＤＰＦ再生処理は所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００３６】
ステップＳ２１の処理では、ＥＣＵ１３が、ＤＰＦ５に堆積しているＰＭ量ＰＣを算出する。具体的には、電池の理論開回路電圧ＥＯＰ［Ｖ］は以下の数式（４）により表される。なお、数式（４）中のパラメータＥＯＰ０，ａｃｏ２，ａｃ，ａｏ２は、理論標準起電力（７００［℃］においては０．９４［Ｖ］），アノード２１側のＣＯ２，固体炭素，Ｏ２の活量，気体定数，絶対温度，クーロン数を表す。
【００３７】
ＥＯＰ＝ＥＯＰ０＋ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（ａｃｏ２／ａｃ・ａｏ２）      …（４）
また、上記数式（４）において、Ｏ２，ＣＯ２の活量をそれぞれの気体濃度（Ｏ２：２０［％］，ＣＯ２：１０［％］）で近似し、固体炭素の活量を１とすると、電池の理論開回路電圧ＥＯＰ［Ｖ］は、７００［℃］において以下の数式（５）のように計算される。一方、アノード２１側に炭素が存在しないとすると、固体電解質膜２４の両極には酸素（アノードＯ２：１０［％］，カソードＯ２：１０［％］）しか存在しないため、７００［℃］のける開回路電位は以下の数式（６）のように計算される。
【００３８】
ＥＯＰ＝0.94＋8.314・973/4/96500・ln（0.1／1・0.22）＝０．９２  …（５）
ＥＯＰ＝8.314・973/2/96500・ln（0.2／0.1）＝０．０２９  …（６）
つまり、計算上、ＣＯ２発生反応においてＤＰＦ５内でＣの接触している部分には０．９２［Ｖ］，Ｃが接触しておらずＯ２が触れている面に関しては０．０２９［Ｖ］の電位が生じることになる。但し、実際に観測される電圧は上記２電位の混合電位であり、且つ、ＣＯの発生反応も起きるため、以上の計算は目安に過ぎないが、傾向としては、開回路電位はＣの接触している面積、つまりＰＭ堆積量が大きくなる程、高い値となる。そこで、本実施形態では、予めＰＭ堆積量と開回路電位の関係を実験によりマッピングしておき、ＥＣＵ１３は、開回路電位を検出し、マップを参照して開回路電位に対応するＰＭ堆積量を検出する。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、ＤＰＦ再生処理はステップＳ２２の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ２２の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ２１の処理により算出されたＰＭ量ＰＣの値が予め定められた閾値Ｐ０以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＰＭ量ＰＣの値が閾値Ｐ０以上でない場合、ＥＣＵ１３は、ＤＰＦ５の再生処理は直ちに必要ないと判断し、ＤＰＦ再生処理をステップＳ２４の処理に進める。一方、ＰＭ量ＰＣの値が閾値Ｐ０以上である場合には、ＥＣＵ１３は、ＤＰＦ５の再生処理が直ちに必要であると判断し、ＤＰＦ再生処理をステップＳ２３の処理に進める。
【００４０】
ステップＳ２３の処理では、ＥＣＵ１３が、ＤＰＦ５を電気化学的に再生する（電気化学的ＤＰＦ再処理）。なお、この電気化学的ＤＰＦ再処理の詳細については、図９に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップＳ２３の処理は完了し、一連のＤＰＦ再生処理は終了する。
【００４１】
ステップＳ２４の処理では、ＥＣＵ１３が、温度センサ１２によってＤＰＦ５の内部温度Ｔｅを検出し、ディーゼルエンジン本体１が高出力運転をすることによって内部温度ＴｅがＰＭの着火温度Ｔ４以上になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ４以上になっていない場合、ＥＣＵ１３は一連のＤＰＦ再生処理を終了する。一方、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ４以上になっている場合には、ＥＣＵ１３はＤＰＦ再生処理をステップＳ２５の処理に進める。
【００４２】
ステップＳ２５の処理では、ＥＣＵ１３が、燃焼伝播によりＰＭを燃焼させる通常のＤＰＦ再生処理を行う。これにより、ステップＳ２５の処理は完了し、ＤＰＦ再生処理はステップＳ２６の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ２６の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ２１の同様の方法により、ＤＰＦ５内におけるＰＭ量ＰＣを算出する。これにより、ステップＳ２６の処理は完了し、ＤＰＦ再生処理はステップＳ２７の処理に進む。
【００４４】
ステップＳ２７の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ２６の処理により算出されたＰＭ量ＰＣが０であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＰＭ量が０である場合、ＥＣＵ１３は一連のＤＰＦ再生処理を終了する。一方、ＰＭ量が０でない場合には、ＥＣＵ１３はＤＰＦ再生処理をステップＳ２８の処理に進める。
【００４５】
ステップＳ２８の処理では、ＥＣＵ１３が、温度センサ１２によってＤＰＦ５の内部温度Ｔｅを検出し、内部温度ＴｅがＰＭの着火温度Ｔ４以上になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ４以上になっていない場合、ＥＣＵ１３は一連のＤＰＦ再生処理を終了する。一方、内部温度Ｔｅが着火温度Ｔ４以上になっている場合には、ＥＣＵ１３はＤＰＦ再生処理をステップＳ２５の処理に戻す。
【００４６】
〔電気化学的ＤＰＦ再生処理〕
図１０に示すフローチャートは、上記ステップＳ２２の処理においてＰＭ量ＰＣの値が閾値Ｐ０以上であると判別されるのに応じて開始となり、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ３１の処理に進む。
【００４７】
ステップＳ３１の処理では、ＥＣＵ１３が、三方弁８を吸気流路７（Ａ）側に切り換えることにより、ＤＰＦ５のカソード２２に空気を供給する。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ３２の処理に進む。
【００４８】
ステップＳ３２の処理では、ＥＣＵ１３が、エンジンにおける通常の燃料噴射に加えて各気筒の膨張行程時に追加の燃料噴射を行うと共に、ＥＧＲバルブ４を開弁してＥＧＲガスを各気筒に導入することにより（昇温操作）、ＤＰＦ５の内部温度Ｔｅをパーティクルマターの着火温度Ｔ４まで暖機する。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００４９】
ステップＳ３３の処理では、ＤＰＦ５内部でＰＭが燃焼することにより、ＤＰＦ５の内部温度Ｔｅが上昇する。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ３４の処理に進む。
【００５０】
ステップＳ３４の処理では、ＥＣＵ１３が、ＤＰＦ５の内部温度Ｔｅが電気化学的ＤＰＦ再生処理に適した所定温度Ｔ５に達したか否かを判別する。そして、内部温度Ｔｅが所定温度Ｔ５に達するのに応じて、ＥＣＵ１３は電気化学的ＤＰＦ再生処理をステップＳ３５の処理に進める。
【００５１】
ステップＳ３５の処理では、ＥＣＵ１３が、ＤＰＦ５の昇温操作を停止する。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、電気化学的にＤＰＦ再生処理はステップＳ３６の処理に進む。
【００５２】
ステップＳ３６の処理では、ＥＣＵ１３が、スイッチＳ１をオン状態に制御することによりＤＰＦ５のアノード２１及びカソード２２間を接続状態にし、各セル２３において上述のアノード反応及びカソード反応を生じさせる。これにより、ステップＳ３６の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ３７の処理に進む。
【００５３】
ステップＳ３７の処理では、電気化学的に消費されるＰＭの量は流れる電流量に比例するので、ＥＣＵ１３が、可変抵抗Ｒの値を制御することによりＤＰＦ５の内部温度Ｔｅが所定温度Ｔ５になるように制御する。これにより、ステップＳ３７の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ３８の処理に進む。
【００５４】
ステップＳ３８の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ２１の同様の方法により、ＤＰＦ５内におけるＰＭ量ＰＣを算出する。これにより、ステップＳ３８の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再処理はステップＳ３９の処理に進む。
【００５５】
ステップＳ３９の処理では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ３８の処理により算出されたＰＭ量ＰＣが０であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＰＭ量が０でない場合、ＥＣＵ１３は電気化学的ＤＰＦ再生処理をステップＳ３７の処理に戻す。一方、ＰＭ量が０である場合には、ＥＣＵ１３は電気化学的ＤＰＦ再生処理をステップＳ４０の処理に進める。
【００５６】
ステップＳ４０の処理では、ＥＣＵ１３が、スイッチＳ１をオフ状態に制御することによりＤＰＦ５のアノード２１及びカソード２２間を非接続状態にし、上述のアノード反応及びカソード反応を停止させる。これにより、ステップＳ４０の処理は完了し、電気化学的ＤＰＦ再生処理はステップＳ４１の処理に進む。
【００５７】
ステップＳ４１の処理では、ＥＣＵ１３が、三方弁８を吸気流路６（Ｂ）側に切り換え、ＤＰＦ５の電気化学的再生処理を終了する。これにより、ステップＳ４１の処理は完了し、一連の電気化学的ＤＰＦ再生処理は終了する。
【００５８】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる排気浄化システムによれば、ＥＣＵ１３が、可変抵抗Ｒの抵抗値を制御することにより、ＤＰＦ５の温度を調整するので、ＤＰＦ５の温度上昇のためにＰＭの燃焼熱を用い、ある閾値温度Ｔ５になったら可変抵抗Ｒの抵抗値を調整することによりＤＰＦ５の温度を調整することができる。また、ＤＰＦ５が過昇温することがないので、ＤＰＦ５の劣化を防ぐことができると共に、外部からの昇温手段を用いることなく温度を上げることができるので、燃費を向上させることができる。
【００５９】
また、本発明の第２の実施形態となる排気浄化システムによれば、ＤＰＦ５を電気化学的ＤＰＦ再生処理に適した温度に保つために必要なエネルギーをＰＭの燃焼エネルギーから得るので、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、本発明の第２の実施形態となる排気浄化システムによれば、圧力センサ１０，１１を用いることなく、開回路電位に基づいてＤＰＦ５の再生時期を判断するので、部品点数とシステムコストを削減することができる。
【００６０】
また、上記第１の実施形態となる排気浄化システムでは、電気化学的ＤＰＦ再生処理に適した温度はＰＭの着火温度よりも低い必要があったために、運転温度域が７００〜１０００［℃］とパーティクルマターの着火温度よりも高い８％−ＹＴＳ（酸化ジルコニアに８［％］イットリウムを混合した物質）を固体電解質膜２４として用いることができず、固体電解質膜２４の種類の制限があったが、本発明の第２の実施形態となる排気浄化システムによれば、このような固体電解質膜２４の種類に対する制限をなくすことができる。
【００６１】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、上記実施形態では、アノード２１側の燃焼触媒として白金触媒を用いたが、白金触媒を用いない場合であってもＰＭの着火温度は１００［℃］程度しか上昇しないので、白金触媒を用いなくとも上記電気化学的ＤＰＦ再処理を行うことができる。また、本実施形態における電極触媒，及び固体電解質膜の種類については、同様の機能を果たすものであれば特に限定されるものではない。また、上記実施形態では、ＤＰＦ５は、平板形状の単セルを複数積層した平板式であったが、例えばウェスティングハウス式のような縦縞円筒型の構造にしてもよい。また、ＤＰＦ５はヒータ５ａによって昇温したが、排気温度を上昇させることにより昇温させてもよいし、エンジンの運転状態やＤＰＦの温度に応じてこらの昇温方法を使い分けるようにしてもよい。また、アノード２１とカソード２２側の隔膜として絶縁性のイオン伝導体を用いたが、導電性のイオン伝導体を用いてカーボンの酸化に伴う発熱が電解質膜内でも起きるようにしてもよい。このような構成によれば、アノード２１側のみで起きていた発熱を熱容量が大きい酸化物イオン伝導体内部で通電に伴う抵抗発熱という形で起こすことができるので、局所的な温度上昇を防ぐことができる。また、ＰＭの堆積量の検知方法として、電解質膜両端の電極間開回路電位を用いたが、一定の電流値を流した場合の電位差を用いるようにしてもよい。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態となる排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すＤＰＦの内部構成を示す模式図である。
【図３】図２に示す単セルの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態となるＤＰＦ再生処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】図４に示す電気化学的ＤＰＦ再生処理の流れを示すフローチャート図である。
【図６】本発明の第２の実施形態となる排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図７】図６に示すＤＰＦの内部構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態となるＤＰＦ再生処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】図８に示す電気化学的ＤＰＦ再生処理の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：ディーゼルエンジン本体
２：燃料噴射系
３：ＥＧＲ流路
４：ＥＧＲバルブ
５：ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５ａ：ヒータ
６，７：吸気流路
８：三方弁
９：浄化触媒
１０，１１：圧力センサ
１２：温度センサ
１３：ＥＣＵ
２１：アノード
２２：カソード
２３：単セル
２４：固体電解質膜
【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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