(57)【要約】【課題】内燃機関から排出されるＰＭを捕集するフィルタを備えた排気浄化装置において、アッシュの生成を抑制することができる技術を提供することにより、フィルタの目詰まりによる排気の圧損上昇を抑制することを目的とする。【解決手段】アッシュの成分（主にＣａ）を含む潤滑油の消費量が所定消費量以上である状態が所定時間継続したときに、フィルタに流入する排気ガスの空燃比をリッチとすることでフィルタ上に堆積したＰＭを酸化し易い状態とし、比較的低温から酸化除去させる。これにより、硫黄（Ｓ）分を吸着したＰＭを多量のアッシュ成分がフィルタに流入する前に除去させることができるため、フィルタ上でアッシュが生成されにくくなる。【選択図】        図１
2004324505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタを排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であることを検出する潤滑油消費量検出手段と、前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチとするリッチ化手段と、を具備し、前記潤滑油消費量検出手段により検出された前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であるときに前記リッチ化手段により前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチとすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記フィルタに堆積したパティキュレート量を推定するパティキュレート堆積量推定手段を更に具備し、前記潤滑油消費量検出手段により検出された前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であり、且つ、前記パティキュレート堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量が所定堆積量以上であるとき、前記リッチ化手段により前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチとすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記潤滑油消費量検出手段は、前記内燃機関の吸気通路負圧が所定圧力以下であるときに、前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であると検出することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記潤滑油消費量検出手段は、前記内燃機関の回転数と負荷がそれぞれ所定回転数、所定負荷以上であるときに、前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であると検出することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、排気ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路により還流される排気ガスの量を調整するＥＧＲ制御弁と、を更に具備し、噴射時期を一定として前記ＥＧＲ制御弁により吸気側に還流させるＥＧＲ量を増大していくと前記内燃機関の燃焼室内におけるパティキュレートの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ量を増大していくと前記内燃機関の燃焼室内においてパティキュレートが殆ど発生しなくなる燃焼状態のときに、前記潤滑油消費量検出手段は前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であることを検出することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がストイキ又はリッチのときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯｘを還元して蓄えているＮＯｘの量を減少させるＮＯｘ触媒が前記フィルタの上流または下流の少なくとも一方に具備され、前記リッチ化手段は、前記ＮＯｘ触媒に蓄えられたＮＯｘの量を減少させるために前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的になされるリッチ化とは異なる時期に前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比をリッチとすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ触媒は前記フィルタに担持されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記内燃機関における潤滑油の劣化度合いが大きくなる程、前記所定消費量を減少させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記内燃機関における潤滑油の劣化度合いが大きくなる程、前記所定堆積量を減少させることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものであって、特にパティキュレートフィルタの目詰まりの原因となるアッシュの生成を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるパティキュレート・マター（以下、ＰＭ）が大気に排出されるのを抑制するために、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタ）を排気通路に配置してＰＭを捕集する技術が公知である。フィルタに捕集されたＰＭはフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーン且つフィルタの温度が高温（例えば５００〜７００℃）の時に燃焼される。また、フィルタの隔壁に担持された酸化触媒の作用により捕集されたＰＭの燃焼温度を低下させることが可能である。
【０００３】
一方、主にフィルタ上で生成されるアッシュと呼ばれる化合物がフィルタ内の排気通路を閉塞することにより排気の圧損を上昇させ、その結果、機関の出力を低下させてしまう問題がある。アッシュの生成メカニズムについては明らかにされていないが、およそ以下のようなメカニズムによって生成されると考えられる。すなわち、内燃機関の燃料や潤滑油には、種々の添加剤や不純物が含まれており、これらの成分が内燃機関の燃焼室あるいはフィルタ上で結合して種々の化合物を形成し、それらの化合物がフィルタ上で凝集して生成されると考えられる。例えば、内燃機関の潤滑油には硫黄（Ｓ）成分、リン（Ｐ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の成分が含有されており、燃焼室内において潤滑油中に含まれる成分、特にカルシウム（Ｃａ）とフィルタ上にＰＭとともに吸収（吸着）された硫黄（Ｓ）が結合して、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、すなわちアッシュとして凝集される。ここで、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼及び除去するために、フィルタに流入する排気ガスの空燃比をリーン、且つ、高温とする、いわゆるＰＭ再生処理が行われるが、上記のようにフィルタに堆積したアッシュは熱分解されにくい特徴を有しておりその殆どが燃焼されずにフィルタ上に残留する。
【０００４】
【特許文献】
特開２００１−１２２２９号公報（第２−４頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにフィルタに残留したアッシュは、フィルタを閉塞して目詰まりを生じさせると共に、排気抵抗を上昇させて機関の出力低下を引き起こす虞がある。そのため、本件ではフィルタ上でアッシュが生成されることを抑制することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関から排出されるＰＭを捕集するフィルタを備えた排気浄化装置において、アッシュの生成を抑制することができる技術を提供することにより、フィルタの目詰まりによる排気の圧損上昇を抑制することを目的とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタを排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であることを検出する潤滑油消費量検出手段と、前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチとするリッチ化手段と、を具備し、前記潤滑油消費量検出手段により検出された前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であるときに前記リッチ化手段により前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチとすることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された排気浄化装置では、アッシュの成分（主にＣａ）を含む潤滑油の消費量に基づいてフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリッチとすることでフィルタ上に堆積したＰＭを酸化し易い状態とし、比較的低温から酸化除去させる。こうすることで、多量のアッシュの成分がフィルタに流入する前に硫黄（Ｓ）分を吸収（吸着）したＰＭを除去させることができるため、フィルタ上でアッシュが生成されにくくなる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フィルタに堆積したパティキュレート量を推定するパティキュレート堆積量推定手段を更に具備し、前記潤滑油消費量検出手段により検出された前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上でり、且つ、前記パティキュレート堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量が所定堆積量以上であるとき、前記リッチ化手段により前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチとすることを特徴とする。
【００１０】
このように構成された排気浄化装置では、アッシュの成分（主にＣａ）を含む潤滑油の消費量と、フィルタに堆積したＰＭの量に基づいてフィルタに流入する排気ガスがリッチ化される。こうすることにより、フィルタ上でアッシュが生成される虞がある量のＰＭがフィルタに堆積しているときにフィルタに流入する排気ガスがリッチ化されるため、潤滑油の消費量のみに基づいてリッチ化されるよりも燃費が悪化することがない。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１から２のいずれかに記載の発明において、前記潤滑油消費量検出手段は、前記内燃機関の吸気通路負圧が所定圧力以下であるときに、前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であると検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１から２のいずれかに記載の発明において、前記潤滑油消費量検出手段は、前記内燃機関の回転数と負荷がそれぞれ所定回転数、所定負荷以上であるときに、前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であると検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１から２のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関は、排気ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路により還流されるＥＧＲの量を調整するＥＧＲ制御弁と、を更に具備し、噴射時期を一定として前記ＥＧＲ制御弁により吸気側に還流させるＥＧＲ量を増大していくと前記内燃機関の燃焼室内におけるパティキュレートの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ量を増大していくと前記内燃機関の燃焼室内においてパティキュレートが殆ど発生しなくなる燃焼状態のときに、前記潤滑油消費量検出手段は前記内燃機関における潤滑油の消費量が所定消費量以上であることを検出することを特徴とする。
【００１４】
これらのように構成された排気浄化装置では、潤滑油の消費量を検出するために新たな構成が必要とならないため、より構成が簡易となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチのときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯｘを還元して蓄えているＮＯｘの量を減少させるＮＯｘ触媒が前記フィルタの上流または下流の少なくとも一方に具備され、前記リッチ化手段は、前記ＮＯｘ触媒に蓄えられたＮＯｘの量を減少させるために前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的になされるリッチ化とは異なる時期に前記フィルタに流入する排気ガスの空燃比をリッチとすることを特徴とする。
【００１６】
このように構成された排気浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵触媒に対してなされるリッチ化、いわゆるリッチスパイクとは異なるタイミングにおいてフィルタに対してリッチ化がなされる。このため、リッチスパイクが実施されない条件においてもフィルタに対してリッチ化がなされるため、フィルタにＰＭが堆積してアッシュが形成されることが抑制される。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の発明において、前記ＮＯｘ触媒は前記フィルタに担持されていることを特徴とする。
【００１８】
このように構成された排気浄化装置では、フィルタに担持される酸化能を有した触媒がＮＯｘを浄化可能な触媒で構成されているため、単一の排気浄化装置で排気ガスに含まれるＰＭだけでなく、ＮＯｘまでも浄化可能となり、搭載性及びコストの面で有利となる。
【００１９】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１から７のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関における潤滑油の劣化度合いが大きくなる程、前記所定消費量を減少させることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明によれば、請求項２から８のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関における潤滑油の劣化度合いが大きくなる程、前記所定堆積量を減少させることを特徴とする。
【００２１】
これらのように構成された排気浄化装置によれば、潤滑油の劣化が進むに連れて潤滑油に含まれる不純物が多くなり、アッシュが生成される元となる成分が多くフィルタに流入することから、このような場合にはリッチ化する条件が低く補正される。このようにすることで、フィルタ上でアッシュが生成されるのがより抑制される。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１において、本発明の第１の実施形態を示す。図１において、１はディーゼルエンジン、２は吸気通路、３は排気通路をそれぞれ表す。吸気通路２には吸気絞り弁４が設けられ、この吸気絞り弁４は通常全開とされており、後述のようにフィルタの再生を行うときには閉弁され、ディーゼルエンジン１の吸入空気量を絞り、フィルタに流入する排気ガスの流量が低減される。５で示すのは吸気絞り弁４を駆動するアクチュエータであり、ソレノイド、ステップモータ、負圧等の適宜な形式のアクチュエータが選択可能である。
【００２３】
排気通路３の途中には、パティキュレートを捕集するためのフィルタ１１が配置される。７はフィルタ１１上流側の排気通路３に燃料を添加するための燃料添加装置である。本実施形態では燃料としてディーゼルエンジン１の燃料が使用されており、燃料添加装置７はエンジン燃料系統から供給された燃料を排気通路３内に霧状に噴射するノズルを備えている。
【００２４】
６は吸気管２内の負圧を検出するための吸気通路負圧センサである。８は差圧センサであり、フィルタ１１の上流と下流の圧力差からフィルタ１１の圧損を検出する。フィルタ１１の下流には温度センサ９と空燃比センサ１０がそれぞれ配置される。排気通路３と吸気通路２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。冷却装置１４には機関冷却水が導かれ、ＥＧＲガスが冷却される。吸気通路負圧センサ６、差圧センサ８、温度センサ９、空燃比センサ１０の検出信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０に入力される。ここで、本願では空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称する。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、本実施形態ではフィルタ１１の再生の制御をも行っている。これらの制御のため、ＥＣＵ３０は、吸気絞り弁４を駆動するアクチュエータ５、及び燃料添加装置７を制御して、吸気絞り弁４の開閉と燃料添加装置７からの燃料の添加制御を行う。
【００２５】
図２にはフィルタ１１の拡大断面図を示す。図２を参照すると、フィルタ１１は例えば多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ１１内には、上流側に栓１８が施された第１通路２２と下流側に栓２０が施された第２通路２４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路２４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路２２に流入し下流側に流れる。このとき排気ガス中のＰＭは多孔質セラミックの隔壁表面、及び隔壁内部に捕集され、ＰＭの大気への放出が抑制される。
【００２６】
第１通路２２、第２通路２４の壁面および隔壁内部には活性アルミナ等のウォッシュコート層と、ここに担持された白金（Ｐｔ）によって酸化触媒層２６が形成される。上記のように酸化触媒層２６はフィルタ１１に堆積したＰＭの酸化除去を促進するのと同時に、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯを酸化して大気に放出されないようにする効果も有する。
【００２７】
排気ガス中に含まれるＰＭはフィルタ１１上に捕集され堆積する。フィルタ１１上に堆積したＰＭは３０秒から１時間程度の間に順次酸化され、したがってフィルタ１１上には常時微粒子が堆積している。フィルタ１１の温度がＰＭを酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されている場合にはフィルタに単位時間当たりに流入するＰＭ量がそれほど多くないときには、ＰＭはいつかは酸化され、したがってこの場合全てのＰＭが連続酸化される。
【００２８】
一方、フィルタ１１に単位時間当たりに流入するＰＭ量が多くなると、或いはフィルタ１１の温度が低くなると十分に酸化されないＰＭの量が増大するためにフィルタ１１上に堆積するＰＭ量が多くなる。実際の運転状態ではフィルタ１１に単位時間当たりに流入するＰＭが多くなることもあるし、フィルタ１１の温度が低くなることもあるのでフィルタ１１上に堆積するＰＭ量は次第に増大する。
【００２９】
このようにＰＭがフィルタ１１に捕集されてから、フィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比がリーンである状態が長く続くとＰＭ同士が徐々に凝集してＰＭの体積が大きくなると共に、フィルタ１１に担持された酸化触媒層２６との接触面積が減少して、ＰＭの酸化し易さ、すなわちＰＭの酸化性は次第に低下する。このようなＰＭ酸化性の低下を放置しておくとＰＭは極めて酸化しづらくなり、堆積したＰＭを燃焼させるのに高温且つ長い時間を要することになる。
【００３０】
ところがこのようにＰＭの酸化性が低下したときに、フィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチとするとＰＭの酸化性が回復することが判明したのである。その理由については明確になっていないが、空燃比をリッチにすることはコークス生成時の賦活作用に類似していると考えらられる。すなわち、フィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされると酸素が極めて少ない状態となるために排気ガス中のＣＯ２やＨ２ＯがＰＭの成分である炭素の結合を分断するようになり、その結果ＰＭ内部に細孔又は空隙が形成されるものと考えられる。形成された細孔又は空隙により、ＰＭの表面積が増加しフィルタ１１に形成された酸化触媒層２６との接触面積が増加するため酸化性が上昇するため、比較的低温から酸化が開始される。
【００３１】
上記のようにフィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比がリーンである状態が長く続き、フィルタ１１におけるＰＭの酸化性が低下してＰＭが堆積した状態で、潤滑油に含まれるアッシュの元となる成分（以下、アッシュ成分）が比較的多量に流入すると、上述したようにフィルタ上でアッシュが形成されフィルタ１１を閉塞して目詰まりを生じさせると共に、排気抵抗を上昇させて機関の出力低下を引き起こす。潤滑油に含まれるアッシュ成分は、例えフィルタ１１上にＰＭが堆積していたとしても、フィルタ１１に流入する成分が少量または短時間であればアッシュを形成しにくい。
【００３２】
ディーゼルエンジン１における潤滑油の消費には、その経路から油下がりと油上がりに分けられる。油下がりは図示しない吸気弁と排気弁のバルブガイド間のすきまを通り、燃焼室や排気通路３へ潤滑油が流れ込み消費されるもので、油上がりは、図示しないクランク室からピストンとシリンダの間を通って燃焼室内へ入り込むものである。油下がりは吸気弁と排気弁の両方で起こるが、吸気弁からの方が多い。これは吸気通路２の負圧が高くなることが多いことが影響していると考えられる。吸気弁からの油下がりは主として吸気行程中に起こる。一方、油上がりは、シリンダ内表面に付着した油膜からの蒸発と、ピストンリングによって押し上げられた油の飛散によって起こる。ディーゼルエンジン１の燃焼圧力の増大によってピストンリングが振動し、ピストンリングがシリンダ壁から離れたり、当接したりを繰り返すことにより燃焼室の気密性が低下し、潤滑油が蒸発する機会が多くなる。
【００３３】
そこで、本発明においてディーゼルエンジン１における潤滑油の消費量は、吸気通路２に設けた吸気通路負圧センサ６により検出された吸気管の負圧に基づいて決定される。また、直接吸気通路負圧センサ６で吸気管の負圧を検出するのではなく、吸気絞り弁４が閉じ側に制御される車両減速時などを検出して、このとき潤滑油の消費量が所定量以上であると判断してもよい。上記のように吸気通路２の負圧が大きいと吸気弁からの油上がりが大きいからである。油上がりと共に燃焼室に流入した潤滑油は燃料とともに燃焼され、この結果フィルタ１１に流入するアッシュ成分が増加する。
【００３４】
潤滑油の消費量を検出するための別の方法として、ディーゼルエンジン１の回転数及び負荷を検出することが挙げられる。車両の実走行のように加減速を伴う運転条件では、潤滑油の消費量は定常条件の場合とは異なった挙動を示す。特に車両の加減速時、特に加速時にその消費量は増加する。そこで、ディーゼルエンジン１の回転数及び負荷がそれぞれ所定回転数及び所定負荷以上のときに、潤滑油の消費量が所定消費量以上であると検出する。前記所定回転数及び所定負荷はマップとしてＥＣＵ３０内に記録される。また、このようなマップを用いた制御のほか、アクセル開度を検出することにより車両の加速を検出してもよい。
【００３５】
次に潤滑油の消費量がディーゼルエンジンの通常燃焼と比較して高くなる燃焼方法である低温燃焼について説明する。図４は機関回転数及び燃料噴射量を一定に維持したときの、燃料噴射時期及びＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））即ち燃焼室内で燃焼される混合気の空燃比と、ＰＭ及びＮＯｘの排出量との関係を示すシミュレーション結果の一例を表している。図４において、実線は等ＰＭ排出量（ＦＳＮ）を示しており、破線は等ＮＯｘ排出量（ｇ／ｋｗｈ）を示している。図４からわかるように、噴射時期を一定に維持しながらＥＧＲ率を例えば３０％から増大していくとＰＭの排出量が増大を開始する。次いで、噴射時期を一定にしながら更にＥＧＲ率を高め混合気の空燃比を小さくするとＰＭの排出量が急激に増大してピークに達する。次いで噴射時期を一定にしながら更にＥＧＲ率を高め混合気の空燃比を小さくすると今度はＰＭが急激に低下し、噴射時期を一定にしながらＥＧＲ率を６５％以上とし混合気の空燃比が１５．０付近になるとＰＭの排出量がほぼ零となる。このときＮＯｘの発生量がほぼ零になっている。
【００３６】
図５は上述した低温燃焼が行われる領域Ｒ１と通常燃焼が行われる領域Ｒ２とをそれぞれ示している。図５において、破線ＰはＰＭの発生量がピークとなるところを示しており、実線Ｑは更にＥＧＲ率を高くしたときにＰＭの発生量がほぼ零となるところを示している。図５からわかるように低温燃焼が行われる領域Ｒ１は破線Ｐの一側にあり、通常燃焼が行われる領域Ｒ２は破線Ｐの他側にある。
【００３７】
低温燃焼では、燃焼室内に多量のＥＧＲと少量の新気とが供給される。燃料はこの少量の酸素と反応し、このときの反応熱は周囲のＥＧＲガスに吸収され、このため燃焼温度がさほど上昇しない。その結果、燃料すなわち炭化水素がＰＭまで成長せず、ＰＭの前駆体又はその前の状態である炭化水素の形で燃焼室から排出されることになる。
【００３８】
上記のように低温燃焼時には吸気絞り弁４を閉じ側に制御して燃焼室に供給される空気の量を低減する必要がある。吸気絞り弁４を閉じ側に制御すると吸気通路２内の負圧が高まるため、減速時と同じく潤滑油の消費量が高くなる。本実施例では、低温燃焼状態が所定時間継続したことを検知して燃料添加装置７からフィルタ１１に燃料が添加される。
【００３９】
上記のような方法で、潤滑油の消費量が所定量以上であることを検出するが、潤滑油の消費量は潤滑油の劣化が進むほど高くなる傾向がある。これは、潤滑油の劣化に伴ってその粘度が変化し、燃焼室へ汲み上げられる潤滑油の量が増大する原因と考えられる。そのため、潤滑油の劣化に伴い、潤滑油の消費量が高くなるようにマップ等の値を補正してもよいし、リッチ化制御の条件である潤滑油の消費量が所定量以上である状態が継続する時間を短くしてもよい。このことにより実際の潤滑油の消費量をより反映することができる。潤滑油の劣化度合いは、潤滑油の消費量の累計や車両走行距離に基づいて推定してもよい。また、潤滑油の粘度を直接検出して劣化度を推定してもよい。
【００４０】
図３に本実施形態の制御フローを示す。図３を参照すると最初にステップＳ１０１においてカウンタＣが０で初期化される。このカウンタＣは潤滑油の消費量が所定量以上である状態がどのくらいの時間継続したかを示すものである。潤滑油の消費量が所定量以上である状態が比較的短時間であるなら、燃焼室から排出されたアッシュ成分がフィルタ１１に堆積したパティキュレートと結合する機会が比較的少ない。このため、潤滑油の消費量が所定量以上である状態が所定時間継続したときにリッチ化制御が実施されることにより、潤滑油の消費量が所定量以上である状態が短時間であるにも関わらずリッチ化制御を行うことによる燃費の悪化を抑制することができる。ステップＳ１０２では潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、潤滑油の消費量は上述したいずれの方法によって検出されてもよい。潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以上であるときにはステップＳ１０３に進み、カウンタＣの値が１加算される。ステップＳ１０４ではカウンタＣが閾値Ｃｔｈより大きいか、すなわち潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以上である状態が時間Ｃｔｈ以上継続したか否かが判別される。カウンタＣが閾値Ｃｔｈ以上であると判別されればステップＳ１０５に進んでフィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされ、フィルタ１１に堆積したＰＭが酸化し易い状態にされ、本制御フローを終了する。カウンタＣが閾値Ｃｔｈより小さいと判別された時にはステップＳ１０２に戻り、再度ディーゼルエンジン１における潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈより大きい状態が時間Ｃｔｈ以上継続したか否かが判別される。ステップＳ１０２によりディーゼルエンジン１における潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以下であると判別されたときは本制御フローを終了する。
【００４１】
ここで閾値Ｃｔｈは予め実験等で求められた固定値であってもよいし、潤滑油の劣化度合いが大きくなるにつれて閾値Ｃｔｈが小さく補正されるようにしてもよい。
【００４２】
また、リッチ化制御時、燃料添加装置７から添加される燃料量はフィルタ１１の排気下流に配置された空燃比センサ１０の出力がリッチを示すように実施される。そのため、フィルタ１１に流入する排気ガス量が多い程、排気ガスに含まれる酸素の量が多いため、この排気ガスの空燃比をリッチにするために燃料添加装置７から多くの燃料が添加される。さらに、燃料添加装置７から添加される燃料は、フィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比を変化させると共に、フィルタ１１上で反応してフィルタ１１自体の温度を上昇させるため、フィルタ１１に燃料を多量に供給し過ぎるとフィルタ１１が溶損する虞がある。そこで、フィルタ１１の排気下流に配置された温度センサ９の出力が、フィルタ１１が溶損する虞がある温度（例えば７００℃以上）とならないように燃料添加装置７から添加される燃料量が制御される。
【００４３】
このようにディーゼルエンジン１における潤滑油の消費量を検知し、潤滑油の消費量が所定消費量以上である状態が所定時間継続したときにフィルタ１１に流入する排気ガスをリッチとすることで、フィルタ１１に堆積したＰＭはリッチ化により酸化し易い状態となると共に、フィルタ１１上に堆積したＰＭ量が低減されるため、アッシュ成分はＰＭと結合して凝集することが抑制される。
【００４４】
次に本発明における第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、ディーゼルエンジン１における潤滑油の消費量のみに基づいてフィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチとしてフィルタ１１に堆積したＰＭ量を低減させアッシュの生成を抑制した。本実施形態では、フィルタ１１に堆積したＰＭ量を推定する手段を更に有し、該ＰＭ量に応じてリッチ化を制限する点が第１の実施形態と異なる。
【００４５】
図６に本実施形態の制御フローを示す。図６を参照すると最初にステップＳ２０１においてカウンタＣが０で初期化される。ステップＳ２０２ではフィルタ１１に堆積したＰＭ量を表す差圧センサ８の出力が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かが判別される。フィルタ１１に堆積したＰＭ量はフィルタ１１の差圧に基づいて推定するほか、ディーゼルエンジン１から排出されるＰＭ量と、フィルタ１１の再生履歴に基づいて推定してもよい。差圧センサ８の出力が閾値Ｐｔｈ以上であるときにはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、潤滑油の消費量は上述したいずれの方法によって検出されてもよい。潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以上であるときにはステップＳ２０４に進み、カウンタＣの値が１加算される。ステップＳ２０５ではカウンタＣが閾値Ｃｔｈより大きいか、すなわち潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以上である状態が時間Ｃｔｈ以上継続したか否かが判別される。カウンタＣが閾値Ｃｔｈ以上であると判別されればステップＳ２０６に進んでフィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされ、フィルタ１１に堆積したＰＭが酸化し易い状態にされ、本制御フローを終了する。カウンタＣが閾値Ｃｔｈより小さいと判別された時にはステップＳ２０３に戻り、再度ディーゼルエンジン１における潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈより大きい状態が時間Ｃｔｈ以上継続したか否かが判別される。ステップＳ２０２において差圧センサ８の出力が閾値Ｐｔｈ以下であると判別されたとき、及びステップＳ２０３によりディーゼルエンジン１における潤滑油の消費量が閾値Ｑｔｈ以下であると判別されたときは本制御フローを終了する。
【００４６】
本実施例では、フィルタ１１に堆積したＰＭ量が所定量以上であることがリッチ化の条件であるため、フィルタ１１に堆積したＰＭ量が少ないとき、すなわち潤滑油の消費量が多く、フィルタ１１に流入するアッシュ成分が多いときでもアッシュが形成されにくい時にはリッチ化が行われない。そのため第１の実施形態と比較してリッチ化の頻度が抑えられ、結果として燃費の悪化が抑制される。また、本実施例ではフィルタ１１に堆積したＰＭ量が所定量以上であることをリッチ化の条件としたが、フィルタ１１に堆積したＰＭ量が該所定量以上である第２の所定量以下であることをリッチ化の条件に加えてもよい。このように構成すると、フィルタ１１に多くＰＭが堆積した場合のリッチ化が抑えられ、結果として過昇温に起因するフィルタ１１の溶損を防止することができる。
【００４７】
本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態では排気通路３にＮＯｘを浄化する触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒を配置した例を示す。ＮＯｘ吸蔵触媒は排気通路にフィルタ１１と別体で配置してもよいが、本実施形態ではフィルタ１１にＮＯｘ触媒を担持する例を示す。図２において、第１及び第２の実施形態ではフィルタ１１に酸化触媒層２６を形成したが、本実施形態では酸化触媒層２６に代えて、ＮＯｘ触媒層を形成する。
【００４８】
ＮＯｘ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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金属、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と、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。ＮＯｘ触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯｘを還元して蓄えているＮＯｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００４９】
ＮＯｘ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全に明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明する。すなわち、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ほぼ１４．６）よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、酸素Ｏ２がＯ２―又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２―又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（ＮＯ＋Ｏ２→ＮＯ２＋Ｏ＊、ここでＯ＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯｘ触媒内に吸収された酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒内に蓄えられる。
【００５０】
これに対し、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの平均空燃比がストイキまたはリッチになると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ３の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ＋２Ｏ＊）に進み、かくしてＮＯｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯの形でＮＯｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯｘは排気ガス中に還元剤すなわちＨＣ、ＣＯが含まれているとこれらＨＣ、ＣＯと反応して還元される。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯｘが存在しなくなるとＮＯｘ触媒から次々とＮＯｘが放出されて還元され、ＮＯｘ触媒内に蓄えられているＮＯｘの量が次第に減少する。なお、硝酸塩を形成することなくＮＯｘを蓄え、ＮＯｘを放出することなくＮＯｘを還元することも可能である。
【００５１】
本実施形態では、フィルタ１１に担持されたＮＯｘ触媒内の蓄積ＮＯｘ量が許容値を越えた時には、ＮＯｘ触媒内に蓄えられているＮＯｘを還元しＮＯｘ触媒内の蓄積ＮＯｘ量を減少させるために、ＮＯｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。ここで、ＮＯｘ触媒内に蓄えられているＮＯｘを還元するにはＮＯｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる、いわゆるリッチスパイクが実施されると共にＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ還元可能温度内であることが必要である。ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ還元可能温度以上であるときにＮＯｘ触媒内に対してリッチスパイクが実施されてもＮＯｘは還元されない。このことから、排気通路にＮＯｘ触媒を配置した構成において、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ還元可能温度外であるときにはリッチスパイクを禁止している。しかし、リッチスパイクが禁止されフィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比がリッチとならない時間が継続すると、フィルタ１１に堆積したＰＭが酸化しにくい状態となり、徐々にフィルタ１１にＰＭが堆積していく。このときに潤滑油の消費量が高い状態が継続すると、フィルタ１１上でアッシュが形成される。そこで、本実施形態では、上記のようにリッチスパイクが禁止される状態であってもリッチ化することで、ＰＭを酸化し易い状態に変化させる。
【００５２】
また、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ還元可能温度内であるときには、所定時間毎（例えば３分）にリッチスパイクが実施されるが、潤滑油の消費量が所定消費量以上であるときは、上記リッチスパイクと異なるタイミングでフィルタ１１に流入する排気ガスをリッチとすることで継続的にフィルタ１１に堆積したＰＭを酸化し易い状態にすることができるため、フィルタ１１上でアッシュが形成されることを抑制することができる。
【００５３】
また、本発明において排気通路３に配置された燃料添加装置７から燃料（ＨＣ）を添加することによりフィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチとしたが、本発明ではこれに限らずディーゼルエンジン１の膨張行程、または排気行程にシリンダ内に燃料を供給することにより、未燃ＨＣを排出させることによりフィルタ１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチとしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、アッシュの成分（主にＣａ）を含む潤滑油の消費量に基づいてフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリッチとすることでフィルタ上に堆積したＰＭを酸化し易い状態とし、比較的低温から酸化除去させる。こうすることで、硫黄（Ｓ）分を吸収（吸着）したＰＭを、多量のアッシュの成分がフィルタに流入する前に除去させることができるため、フィルタ上でアッシュが生成されにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明におけるパティキュレートフィルタの断面図である。
【図３】噴射時期及びＥＧＲ率とＰＭ及びＮＯｘの発生量との関係を示す図である。
【図４】低温燃焼と通常燃焼の燃焼領域を示す図である。
【図５】第１の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  吸気通路
３  排気通路
４  吸気絞り弁
５  アクチュエータ
６  吸気通路負圧センサ
７  燃料添加装置
８  差圧センサ
９  温度センサ
１０  空燃比センサ
１１  パティキュレートフィルタ
１２  ＥＧＲ通路
１３  電気制御式ＥＧＲ制御弁
１４  冷却装置
１８、２０  栓
２２  第１通路
２４  第２通路
２６  酸化触媒層
３０  ＥＣＵ
【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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