(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置し、該パティキュレートフィルタ上には貴金属触媒が担持されており、リーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われている際にパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子を輝炎の発生を伴なうことなく連続的に酸化除去可能である内燃機関において、パティキュレートフィルタとして、機関の運転状態によりパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が増大してもパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大しない場合とパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子が増大するとパティキュレートフィルタにおける圧損が増大する場合とがあるパティキュレートフィルタを用い、単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係が求められており、パティキュレートフィルタの温度から求まる該酸化除去可能な微粒子量と機関から排出される微粒子量とに基づいてパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量を算出する算出手段と、パティキュレートフィルタにおける圧損を検出する検出手段と、該検出手段により検出された圧損が設定値を越えたときにはパティキュレートフィルタを再生するためにパティキュレートフィルタの温度を上昇させる主再生手段と、該算出手段により算出されたパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が増大して堆積微粒子の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタの損傷をひき起こす可能性があるときにはパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大せず上記設定値を越えない場合であってもパティキュレートフィルタを再生するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる中間再生手段とを具備した排気ガス浄化装置。
【請求項２】
パティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が堆積微粒子の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタの損傷をひき起こす可能性のある限界値を越えたか否かを推定する推定手段を具備し、上記中間再生手段は、該算出手段により算出されたパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が該限界値を越えたと推定されたときにはパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大せず上記設定値を越えない場合であってもパティキュレートフィルタを再生するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記推定手段は、機関の始動が行われたとき、或いは、機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行距離が予め定められた値を越えたときにパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が上記限界値を越えたと推定する請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記中間再生手段は、パティキュレートフィルタの再生制御が開始されたときに再生に必要な目標再生時間を設定し、再生制御が中断した後再開されたときは中断時における目標再生時間の残り時間にパティキュレートフィルタの温度を再生開始温度まで上昇させるのに必要な時間を加算してこの加算した時間を新たな目標再生時間とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤をパティキュレートフィルタ上に担持し、放出された活性酸素によってパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにした請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
上記活性酸素放出剤がアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類又は遷移金属からなる請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
パティキュレートフィルタ上に上記貴金属触媒に加え、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯxを吸収しパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を担持した請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
上記ＮＯx吸収剤がアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類又は遷移金属からなる請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
ＮＯx吸収剤に吸収されているＮＯxをＮＯx吸収剤から放出すべきときにはパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに一時的に切換えるＮＯx放出制御手段を具備した請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
ＮＯx吸収剤に吸収されているＳＯxをＮＯx吸収剤から放出すべきときにはパティキュレートフィルタの温度をＳＯx放出温度まで上昇させると共にパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えるＳＯx放出制御手段を具備した請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
上記ＳＯx放出制御手段は、ＳＯxの放出制御が開始されたときにＳＯxの放出に必要な目標ＳＯx放出時間を設定し、ＳＯx放出制御が中断した後再開されたときは中断時における目標ＳＯx放出時間の残り時間にパティキュレートフィルタの温度をＳＯx放出温度まで上昇させるのに必要な時間を加算してこの加算した時間を新たな目標ＳＯx放出時間とする請求項１０に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティキュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィルタを再生するようにしている。ところがパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子は６００℃程度以上の高温にならないと着火せず、これに対してディーゼル機関の排気ガス温は通常、６００℃よりもかなり低い。従って排気ガス熱でもってパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火させるのは困難であり、排気ガス熱でもってパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火させるためには微粒子の着火温度を低くしなければならない。
【０００３】
ところで従来よりパティキュレートフィルタ上に触媒を担持すれば微粒子の着火温度を低下できることが知られており、従って従来より微粒子の着火温度を低下させるために触媒を担持した種々のパティキュレートフィルタが公知である。
例えば特公平７−１０６２９０号公報にはパティキュレートフィルタ上に白金族金属およびアルカリ土類金属酸化物の混合物を担持させたパティキュレートフィルタが開示されている。このパティキュレートフィルタではほぼ３５０℃から４００℃の比較的低温でもって微粒子が着火され、次いで連続的に燃焼せしめられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにパティキュレートフィルタ上に触媒を担持すると３５０℃から４００℃の比較的低温でもって微粒子を連続的に燃焼させることができる。しかしながら実際のディーゼル機関ではパティキュレートフィルタの温度が継続的に３５０℃以下となることがあり、この場合にはパティキュレートフィルタ上に微粒子が堆積し続けるために終いにはパティキュレートフィルタが目詰まりを生じてしまう。また、パティキュレートフィルタの温度が３５０℃から４００℃に維持されていたとしても多量の微粒子が機関から排出され続けるとこの場合にもパティキュレートフィルタが目詰まりしてしまう。しかしながら上述の公報に記載されたディーゼル機関ではこのようにパティキュレートフィルタが目詰まりを生ずることを想定しておらず、従ってパティキュレートフィルタが目詰まりを生じたときの対処について何ら考慮が払われていない。
【０００５】
一方、従来の大部分のパティキュレートフィルタではパティキュレートフィルタの表面上に堆積した微粒子をパティキュレートフィルタ表面上において燃焼せしめるようにしている。これに対して本発明者はパティキュレートフィルタ内部に堆積した微粒子をパティキュレートフィルタ内部において酸化除去しうるパティキュレートフィルタの開発にとりかかっており、現在開発されているパティキュレートフィルタは微粒子がパティキュレートフィルタ内部に侵入しやすくするためにパティキュレートフィルタ内の排気ガス流通細孔の寸法が大きく形成されている。
【０００６】
このようにパティキュレートフィルタ内の排気ガス流通細孔の寸法を大きくすると微粒子の堆積のしかたによってはパティキュレートフィルタが目詰まりすることもあるが通常は目詰まりしなくなり、しかも微粒子が堆積してもパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大しなくなる。即ち、パティキュレートフィルタ内の排気ガス流通細孔の寸法を大きくすると後に詳細に説明するように機関の運転状態によってパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が増大してもパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大しない場合とパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が増大するとパティキュレートフィルタにおける圧損が増大する場が生じる。
【０００７】
ところでパティキュレートフィルタにおける圧損が増大した場合、即ちパティキュレートフィルタが目詰まりを生じた場合には堆積した微粒子をできるだけ早く燃焼させ除去する、云い換えるとパティキュレートフィルタを再生する必要がある。この場合、パティキュレートフィルタにおける圧損が増大したか否かは圧力センサ等を用いて簡単に検出することができ、従って本発明においてもパティキュレートフィルタにおける圧損を検出して検出した圧損が設定値を越えたときにパティキュレートフィルタを再生するようにしている。
【０００８】
ところが上述したように排気ガス流通細孔の寸法を大きくするとパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子が増大してもパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大しない場合が生ずる。この場合、パティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大しないからと言ってそのまま放置しておくと大きな問題を生ずる。即ち、例えば加速運転が行われると燃焼室内における発熱量が増大すると共に排気ガス量が増大し、その結果パティキュレートフィルタの温度が急速に上昇する。次いで、低負荷運転に移行するとパティキュレートフィルタの温度が高い状態でパティキュレートフィルタ内における排気ガスの空間速度が小さくなり、排気ガス中の酸素濃度が高くなるためにパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子が急速に燃焼せしめられる。このときパティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積していると微粒子の燃焼によってパティキュレートフィルタの温度がかなり上昇し、その結果パティキュレートフィルタが溶損したり、或いはパティキュレートフィルタ上における温度差が激しくなって亀裂が発生するという問題、即ち、パティキュレートフィルタが損傷するという問題を生ずる。
【０００９】
本発明の目的は、パティキュレートフィルタにおける圧損が設定値を越えたときにはパティキュレートフィルタの再生利用を行うことはもとより、パティキュレートフィルタにおける圧損が設定値に対してかなり低い値に維持されていたとしてもパティキュレートフィルタの損傷の発生を阻止するために必要に応じてパティキュレートフィルタを再生するようにした排気ガス浄化装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記目的を達成するために、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタ上には貴金属触媒が担持されており、リーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われている際にパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子を輝炎の発生を伴なうことなく連続的に酸化除去可能である内燃機関において、パティキュレートフィルタとして、機関の運転状態によりパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が増大してもパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大しない場合とパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子が増大するとパティキュレートフィルタにおける圧損が増大する場合とがあるパティキュレートフィルタを用い、単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係が求められており、パティキュレートフィルタの温度から求まる酸化除去可能な微粒子量と機関から排出される微粒子量とに基づいてパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量を算出する算出手段と、パティキュレートフィルタにおける圧損を検出する検出手段と、検出手段により検出された圧損が設定値を越えたときにはパティキュレートフィルタを再生するためにパティキュレートフィルタの温度を上昇させる主再生手段と、算出手段により算出されたパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が増大して堆積微粒子の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタの損傷をひき起こす可能性があるときにはパティキュレートフィルタにおける圧損がほとんど増大せず設定値を越えない場合であってもパティキュレートフィルタを再生するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる中間再生手段とを具備している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口はパティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。
【００２０】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２１】
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および出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取付けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の上流側排気ガス圧と下流側排気ガス圧との圧力差、即ちパティキュレートフィルタ２２における圧損を検出するための圧力センサ４３が取付けられ、この圧力センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２２】
一方、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２３】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ，ＴＱ＝ｂ，ＴＱ＝ｃ，ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施例では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
【００２４】
図３（Ａ）および（Ｂ）は図１に示されるパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図３（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図を示しており、図３（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図３（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２５】
パティキュレートフィルタ２２は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図３（Ｂ）において矢印で示されるように周囲に隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
本発明による実施例では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の排気ガス流通細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒、および周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されている。
【００２６】
この場合、本発明による実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類、および錫Ｓｎ、鉄Ｆｅのような遷移金属から選ばれた少くとも一つが用いられている。
【００２７】
なお、この場合活性酸素放出剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いるか、或いはセリウムＣｅを用いることが好ましい。
次にパティキュレートフィルタ２２による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００２８】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、吸気通路、燃焼室５および排気通路内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室５内ではＮＯが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。また、燃料中にはイオウＳが含まれており、このイオウＳは燃焼室５内で酸素と反応してＳＯ2 となる。従って排気ガス中にはＳＯ2 が含まれている。従って過剰酸素、ＮＯおよびＳＯ2 を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００２９】
図４（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の内周面および隔壁５４内の細孔内壁面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図４（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2)。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ3-は硝酸カリウムＫＮＯ3 を生成する。
【００３０】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ2 も含まれており、このＳＯ2 もＮＯと同様なメカニズムによって活性酸素放出剤６１内に吸収される。即ち、上述したように酸素Ｏ2 がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2 は白金Ｐｔの表面でＯ2-又はＯ2-と反応してＳＯ3 となる。次いで生成されたＳＯ3 の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ42- の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 を生成する。このようにして活性酸素放出触媒６１内には硝酸カリウムＫＮＯ3 および硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 が生成される。
【００３１】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子が生成され、従って排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内を流れているときに、或いは排気ガス流入通路５０から排気ガス流出通路５１に向かうときに図４（Ｂ）において６２で示されるように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接触し、付着する。
【００３２】
このように微粒子６２が活性酸素放出剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤６１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ3 がカリウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００３３】
一方、このときパティキュレートフィルタ２２の温度が高ければ活性酸素放出剤６１内に形成されている硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ2 とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＳＯ2 が活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ2 は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００３４】
一方、微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ3 や硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従って微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２の酸化作用が促進され、微粒子６２は数分から数１０分程度でもって輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。一方、このように微粒子６２が酸化せしめられている間に他の微粒子が次から次へとパティキュレートフィルタ２２に付着する。従って実際にはパティキュレートフィルタ２２上には或る程度の量の微粒子が常時堆積しており、この堆積している微粒子のうちの一部の微粒子が酸化除去せしめれることになる。このようにしてパティキュレートフィルタ２２上に付着した微粒子６２が輝炎を発することなく連続燃焼せしめられる。
【００３５】
なお、ＮＯ2 は酸素原子の結合および分離を繰返しつつ活性酸素放出剤６１内において硝酸イオンＮＯ3-の形で拡散するものと考えられ、この間にも活性酸素が発生する。微粒子６２はこの活性酸素によっても酸化せしめられる。また、このようにパティキュレートフィルタ２２上に付着した微粒子６２は活性酸素Ｏによって酸化せしめられるがこれら微粒子６２は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。
【００３６】
パティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、従ってこのような火炎を伴なう燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温に維持しなければならない。
【００３７】
これに対して本発明では微粒子６２は通常上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２２の表面が赤熱することもない。即ち、云い換えると本発明では通常かなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。従って本発明におけるこの輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００３８】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６１はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤６１が放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。また当然のことながら微粒子は微粒子自身の温度が高いほど酸化除去されやすくなる。従ってパティキュレートフィルタ２２上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。
【００３９】
図５における実線はパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化速度、即ち例えば１分間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な微粒子量Ｇ（ｇ／min)とパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦとの関係を示している。即ち、図５に示す曲線パティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇに一致しているバランス点を示している。この曲線上では流入微粒子量と酸化除去される微粒子量が等しいのでパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量は一定に維持される。一方、図５の領域Ｉでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも少なく、従ってこの領域Ｉの状態が継続すると堆積微粒子量は次第に少なくなる。これに対し図５の領域IIでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも多く、従って全ての流入微粒子を酸化しえなくなるのでこの領域IIの状態が継続すると堆積微粒子量は次第に増大する。この場合、堆積した微粒子は堆積してからの時間が経過するにつれて次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、従って領域IIの状態が継続すると堆積した微粒子は次第に酸化しずらくなる。
【００４０】
このように、本発明によるパティキュレートフィルタ２２を用いると流入微粒子量と酸化除去可能な微粒子量が等しいとき（図５の曲線上）および流入微粒子が酸化除去可能な微粒子量よりも少ないとき（図５の領域Ｉ）にはパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子は順次酸化除去せしめられる。即ち、堆積微粒子は連続酸化せしめられる。これに対して流入微粒子量が酸化可能な微粒子量よりも多いとき（図５の領域II）でも一部の堆積微粒子は連続酸化せしめられるが一部の堆積微粒子は酸化されることなく堆積し、従って流入微粒子量が酸化微粒子量よりも多い状態が継続すると堆積微粒子量は次第に増大する。
【００４１】
さて、前述したように本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ２２の各隔壁５４の両側面上および隔壁５４内の排気ガス流通細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒および活性酸素放出剤が担持されている。更に本発明による実施例ではこの担体上に貴金属触媒、およびパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯx を吸収しパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤が担持されている。
【００４２】
本発明による実施例ではこの貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx 吸収剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類から選ばれた少くとも一つが用いられている。なお、前述した活性酸素放出剤を構成する金属と比較すればわかるようにＮＯx 吸収剤を構成する金属と、活性酸素放出剤を構成する金属とは大部分が一致している。
【００４３】
この場合、ＮＯx 吸収剤および活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることもできるし、同一の金属を用いることもできる。ＮＯx 吸収剤および活性酸素放出剤として同一の金属を用いた場合にはＮＯx 吸収剤としての機能と活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになる。
次に貴金属触媒として白金Ｐｔを用い、ＮＯx 吸収剤としてカリウムＫを用いた場合を例にとってＮＯx の吸放出作用について説明する。
【００４４】
まず初めにＮＯx の吸収作用について検討するとＮＯx は図４（Ａ）に示すメカニズムと同じメカニズムでもってＮＯx 吸収剤に吸収される。ただし、この場合図４（Ａ）において符号６１はＮＯx 吸収剤を示す。
即ち、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2)。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx 吸収剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯx 吸収剤６１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ3-は硝酸カリウムＫＮＯ3 を生成する。このようにしてＮＯがＮＯx 吸収剤６１内に吸収される。
【００４５】
一方、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスがリッチになると硝酸イオンＮＯ3-は酸素とＯとＮＯに分解され、次から次へとＮＯx 吸収剤６１からＮＯが放出される。従ってパティキュレートフィルタティ２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると短時間のうちにＮＯx 吸収剤６１からＮＯが放出され、しかもこの放出されたＮＯが還元されるために大気中にＮＯが排出されることはない。
【００４６】
なお、この場合、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯx 吸収剤６１からＮＯが放出される。しかしながらこの場合にはＮＯx 吸収剤６１からＮＯが徐々にしか放出されないためにＮＯx 吸収剤６１に吸収されている全ＮＯx を放出させるには若干長い時間を要する。
ところで前述したようにＮＯx 吸収剤および活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることができる。しかしながら本発明による実施例ではＮＯx 吸収剤および活性酸素放出剤として同一の金属を用いている。この場合には前述したようにＮＯx 吸収剤としての機能と活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになり、このように双方の機能を同時に果すものを以下、活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤と称する。従って本発明による実施例では図４（Ａ）における符号６１は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤を示している。
【００４７】
このような活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１を用いた場合、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯは活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に吸収され、排気ガス中に含まれる微粒子が活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に付着するとこの微粒子は排気ガス中に含まれる活性酸素および活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１から放出される活性酸素等によって酸化除去せしめられる。従ってこのとき排気ガス中の微粒子およびＮＯx の双方が大気中に排出されるのを阻止することができることになる。
【００４８】
一方、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯが放出される。このＮＯは未燃ＨＣ，ＣＯにより還元され、斯くしてこのときにもＮＯが大気中に排出されることがない。また、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられると、即ち排気ガス中の酸素濃度が急激に低下すると活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１から活性酸素が一気に放出される。従ってこのときパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１から放出される活性酸素によって酸化作用が急速に促進される。
【００４９】
さて、前述したように流入微粒子が酸化微粒子量よりも多い状態が継続すると堆積微粒子量は次第に増大する。この場合、本発明において用いられるパティキュレートフィルタ２２では、機関の運転状態によってパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が増大してもパティキュレートフィルタ２２における圧損がほとんど増大しない場合とパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子が増大するとパティキュレートフィルタ２２における圧損が増大する場合とが生ずる。次にこのことについて図６（Ａ）および（Ｂ）を参照しつつ説明する。
【００５０】
図６（Ａ）および（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の拡大断面図を示しており、この隔壁５４内を矢印で示すように排気ガスが流通する。なお、図６（Ａ）および（Ｂ）において斜線で示す部分７０はパティキュレートフィルタ２２の基材を示しており、基材７０の間に形成されている空間は７１排気ガスが流通する細孔を示している。また、黒丸７２は堆積した微粒子を示している。
【００５１】
本発明において用いられているパティキュレートフィルタ２２では排気ガス流通細孔７１の寸法が従来に比べて大きくされている。更に、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部においても微粒子の酸化除去作用を行わせるために排気ガス流通細孔７１に面する基材７０の全表面が例えばアルミナからなる担体の層により覆われており、この担体上に活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１が担持されている。なお、この活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１を用いると図５からわかるように２００℃以下の低い温度ＴＦでも微粒子を酸化除去可能となる。
【００５２】
本発明におけるパティキュレートフィルタ２２ではパティキュレートフィルタ２２への流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも多いか少ないかにかかわらず通常微粒子は図６（Ａ）に示されるように隔壁５４の表面および隔壁５４内の基体７０の表面上に分散して堆積する。この場合、流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量と等しいか或いは酸化除去可能な微粒子量よりも少ないときには堆積した全微粒子７２は順次酸化除去せしめられる。これに対して流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも多くなると一部の微粒子７２は酸化除去せしめられるが一部の微粒子７２は酸化除去されることなく堆積し続け、その結果堆積微粒子量が徐々に増大することになる。しかしながらこのように堆積微粒子量が徐々に増大してもパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流通細孔７１の寸法が大きく、微粒子が分散して堆積しているのでパティキュレートフィルタ２２における圧損はほとんど増大しない。
【００５３】
一方、図５（Ｂ）に示されるように何らかの理由によって微粒子が排気ガス流通細孔７１の入口部に集中的に堆積するとパティキュレートフィルタ２２は目詰まりを生じ、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の圧損が増大する。このようにパティキュレートフィルタ２２の圧損の増大は堆積微粒子量が図６（Ａ）に示されるように分散して堆積している場合の堆積微粒子量に比べて少ないときでも生ずる。即ち、パティキュレートフィルタ２２の圧損が増大するか否かは堆積微粒子量とは直接関係がなく、微粒子の堆積のしかたに依存している。
【００５４】
どのような運転状態のときに図６（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２が目詰まりを生ずるかは経験によりおおよそ予測できる。しかしながら実際の機関の運転状態は複雑に変化するのでパティキュレートフィルタ２２が目詰まりを生じた否かを機関の運転状態から判断することは難かしく、従ってパティキュレートフィルタ２２が目詰りを生じたか否かはパティキュレートフィルタ２２における圧損が増大したか否かから検出する必要がある。
【００５５】
これに対し図６（Ａ）に示されるように微粒子が分散して堆積した場合には上述した如くパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子が増大してもパティキュレートフィルタ２２における圧損がほとんど増大しない。この場合、パティキュレートフィルタ２２における圧損がほとんど増大しないからと言ってそのまま放置しておくと冒頭で述べたように大きな問題を生ずる。即ち、例えば加速運転が行われると燃焼室５内における発熱量が増大すると共に排気ガス量が増大し、その結果パティキュレートフィルタ２２の温度が急速に上昇する。次いで、低負荷運転に移行するとパティキュレートフィルタ２２の温度が高い状態でパティキュレートフィルタ２２内における排気ガスの空間速度が小さくなり、排気ガス中の酸素濃度が高くなるためにパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子が急速に燃焼せしめられる。このときパティキュレートフィルタ２２上に多量の微粒子７２が堆積していると微粒子７２の燃焼によってパティキュレートフィルタ２２の温度がかなり上昇し、その結果パティキュレートフィルタ２２が溶損したり、或いはパティキュレートフィルタ２２上における温度差が激しくなって亀裂が発生するという問題、即ち、パティキュレートフィルタ２２が損傷するという問題を生ずる。
【００５６】
そこで本発明では、パティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が増大して堆積微粒子の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起こす可能性が生じたときにはパティキュレートフィルタ２２における圧損がほとんど増大しない場合であってもパティキュレートフィルタ２２を再生するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させるようにしている。
【００５７】
即ち、本発明による実施例では図７に示されるようにパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが機関の運転状態に応じて予め定められている該設定値ＭＡＸを越えると空燃比Ａ／Ｆがリーンの状態で再生処理が行われ、パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが設定値ＭＡＸよりも低いときであってもパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が堆積微粒子の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起こす可能性のある限界値を越えたと推定されたときには空燃比Ａ／Ｆがリーンの状態で再生処理が行われる。
【００５８】
なお、実際にはパティキュレートフィルタ２２が目詰まりする頻度よりもパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量がパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起こす可能性のある限界値を越える頻度の方がはるかに高く、従って図７に示されるようにパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが設定値ＭＡＸを越えたときに行われる再生処理の頻度に比べて、パティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量がパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起こす可能性のある限界値を越えたと推定されたときに行われる再生処理の頻度の方がはるかに高くなる。
【００５９】
図７に示される再生処理は、パティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子が着火し燃焼を開始する５００℃から６００℃にパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させ、次いで堆積微粒子の大部分が燃焼し終わるまでパティキュレートフィルタ２２の温度を５００℃から６００℃以上に維持する処理である。この場合、パティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる方法は種々の方法がある。例えばパティキュレートフィルタ２２の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりパティキュレートフィルタ２２又はパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスを加熱する方法や、パティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に燃料を噴射してこの燃料を燃焼させることによりパティキュレートフィルタ２２を加熱する方法や、排気ガス温を上昇させてパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる方法がある。
【００６０】
ここで最後の方法、即ち排気ガス温を上昇させる方法について図８を参照しつつ簡単に説明しておく。
排気ガス温を上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑm は図８において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図８の（II）に示されるように主燃料Ｑm の噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００６１】
また、排気ガス温を上昇させるために図８の（III)に示されるように主燃料Ｑm に加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑv を噴射することもできる。このように補助燃料Ｑv を追加的に噴射すると補助燃料ＱV 分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００６２】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑv を噴射すると圧縮工程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑv からアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑm の反応が加速される。従ってこの場合には図８（III)に示されるように主燃料Ｑm の噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑm の噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをすみやかに上昇させることができる。
【００６３】
また、図８の（IV）に示されるように主燃料Ｑm に加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑp を噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑp は燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはパティキュレートフィルタ２２上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する参加反応熱によってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。
【００６４】
ところで前述したように排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯx が活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に吸収される。しかしながらＮＯx 吸収剤６１のＮＯx 吸収能力には限度があり、活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１のＮＯx 吸収能力が飽和する前に活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯx を放出させる必要がある。そのためには活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に吸収されているＮＯx 量を推定する必要がある。そこで本発明による実施例では単位時間当りのＮＯx 吸収量Ａを要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図９に示すようなマップの形で予め求めておき、この単位時間当りのＮＯx 吸収量Ａを積算することによって活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に吸収されているＮＯx 量ΣＮＯＸを推定するようにしている。
【００６５】
また、本発明による実施例では図７に示されるようにこのＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値ＭＡＸＮを越えたときに活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにし、それによって活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤２５からＮＯx を放出させるようにしている。
この場合、空燃比Ａ／Ｆを一時的にリーンからリッチに切換える方法は種々の方法が存在する。例えば燃焼室５内における平均空燃比をリッチにする方法や、膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室５内に追加の燃料を噴射する方法や、パティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に追加の燃料を噴射する方法がある。
【００６６】
一方、排気ガス中にはＳＯx が含まれており、活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１にはＮＯx ばかりでなくＳＯx も吸収される。この活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１へのＳＯx 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。
即ち、ＮＯx の吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素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 が白金Ｐｔの表面でＯ2-又はＯ2-と反応してＳＯ3 となる。次いで生成されたＳＯ3 の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤内に吸収され、カリウムＫと結合しながら、硫酸イオンＳＯ42- の形で活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 を生成する。
【００６７】
しかしながらこの硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 は安定していて分解しづらく、前述したように活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯx を放出すべく排気ガスの空燃比をリッチにしても硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 は分解されずにそのまま残る。従って活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１内には時間が経過するにつれて硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれて活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１が吸収しうるＮＯx 量が低下することになる。
【００６８】
ところがこの硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１の温度が活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１により定まる一定温度、例えばほぼ６００℃を越えると分解し、このとき活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＳＯx は放出される。ただし、活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＳＯx を放出させるには活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯx は放出させる場合に比べてかなり長い時間を要する。
【００６９】
そこで本発明による実施例では活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＳＯx を放出すべきときには空燃比がリーンの状態で活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１の温度ＴＦをほぼ６００℃まで上昇させ、次いで活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＳＯx を放出させるようにしている。この場合、活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１の温度ＴＦをほぼ６００℃まで上昇させる方法としては前述した種々の方法を用いることができる。
【００７０】
ところで、空燃比がリーンに維持されていると白金Ｐｔの表面が酸素で覆われ、いわゆる白金Ｐｔの酸素被毒が生ずる。このような酸素被毒が生ずるとＮＯx に対する酸化作用が低下するためにＮＯx の吸収効果が低下し、斯くして活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からの活性酸素放出量が低下する。しかしながら空燃比がリッチにされると白金Ｐｔ表面上の酸素が消費されるために酸素被毒が解消され、従って空燃比がリッチからリーンに切換えられたときにＮＯx に対する酸化作用が強まる。従ってＮＯx の吸収効率が高くなり、斯くして活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からの活性酸素放出量が増大する。
【００７１】
従って図７に示されるように空燃比Ａ／Ｆがリーンに維持されているときに空燃比Ａ／Ｆを時折リーンからリッチに切換えるとその都度白金Ｐｔの酸素被毒が解消されるために空燃比Ａ／Ｆがリーンであるときの活性酸素放出量が増大し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化作用を促進することができる。
【００７２】
また、セリウムＣｅは空燃比がリーンのときには酸素を取込み（Ｃｅ2 Ｏ3 →２ＣｅＯ2)、空燃比がリッチになると活性酸素を放出する（２ＣｅＯ2 →Ｃｅ2 Ｏ3)機能を有する。従って活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１としてセリウムＣｅを用いると空燃比がリーンのときにはパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が付着すると活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１から放出された活性酸素等によって微粒子が酸化され、空燃比がリッチになると活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１から多量の活性酸素が放出されるために微粒子が酸化される。従って活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１としてセリウムＣｅを用いた場合にも空燃比を時折リーンからリッチに切換えるとパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化反応を促進することができる。
【００７３】
次に図１０を参照しつつ活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯx を放出すべきときにセットされるＮＯx 放出フラグおよび活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＳＯx を放出すべきときにセットされるＳＯx 放出フラグの処理ルーチンについて説明する。なお、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
【００７４】
図１０を参照するとまず初めにステップ１００において図９に示すマップから単位時間当りのＮＯx 吸収量Ａが算出される。次いでステップ１０１ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸにＡが加算される。次いでステップ１０２ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸＮを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸＮになるとステップ１０３に進み、ＮＯx を放出すべきことを示すＮＯx 放出フラグがセットされる。次いでステップ１０４に進む。
【００７５】
ステップ１０４では噴射量Ｑに定数ｋを乗算した積ｋ・ＱがΣＳＯＸに加算される。燃料中にはほぼ一定量の硫黄Ｓが含まれており、従って活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に吸収されるＳＯx 量はｋ・Ｑで表わすことができる。従ってこのｋ・Ｑを順次積算することによって得られるΣＳＯＸは活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１に吸収されていると推定されるＳＯx 量を表わしている。ステップ１０５ではこのＳＯx 量ΣＳＯＸが許容最大値ＭＡＸＳを越えたか否かが判別され、ΣＳＯＸ＞ＭＡＸＳになるとステップ１０６に進んでＳＯx 放出フラグがセットされる。
【００７６】
次に図１１を参照しつつ本発明による運転制御について説明する。
図１１を参照すると、まず初めにステップ２００においてパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量がパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起こす可能性のある限界値を越えたか否かの推定に基づいてパティキュレートフィルタ２２の再生を行う中間再生制御が実行される。次いでステップ３００では活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯx を放出するためのＮＯx 放出制御が実行される。次いでステップ４００ではパティキュレートフィルタ２２における圧損が設定値を越えたときにパティキュレートフィルタ２２の再生を行う本再生制御が実行される。次いでステップ５００では活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＳＯx を放出するためのＳＯx 放出制御が実行される。
【００７７】
次にこれら中間再生制御、ＮＯx 放出制御、本再生制御、ＳＯx 放出制御について順次説明する。
まず初めに図１２を参照しつつ図１１のステップ２００において実行される中間再生制御の第１実施例について説明する。この第１実施例ではパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子Ｗn+1 を計算により求め、この堆積微粒子量Ｗn+1 が予め定められた限界値ＷＸを越えたときにパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量がパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起こす可能性のある限界値を越えたと判断してパティキュレートフィルタ２２を再生するようにしている。
【００７８】
即ち、図１２を参照するとまず初めにステップ２０１においてパティキュレートフィルタ２２に単位時間当り流入する流入微粒子量Ｍ、即ち単位時間当り機関から排出される排出微粒子量Ｍが算出される。この排出微粒子量Ｍは機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数となる。図１３（Ａ）は図１に示される内燃機関の排出微粒子量Ｍを示しており、各曲線Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 ，Ｍ5 は等排出微粒子量(Ｍ1＜Ｍ2 ＜Ｍ3 ＜Ｍ4 ＜Ｍ5)を示している。図１３（Ａ）に示される例では要求トルクＴＱが高くなるほど排出微粒子量Ｍが増大する。なお、図１３（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１３（Ｂ）に示すマップの形で求めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００７９】
次いでステップ２０２では次式に基づいてパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量Ｗn+1 が算出される。
Ｗn+1 ＝Ｍ＋Ｗn −Ｇ
ここでＭは上述したように単位時間当りの排出微粒子量を示し、Ｗn は前回の処理サイクルのときに算出されたパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量を示し、Ｇは図５に示される単位時間当りの酸化除去可能微粒子量を示している。即ち、単位時間当りに新たに堆積する微粒子量はＭであり、単位時間当りに酸化除去される微粒子量はＧであるので最終的な堆積微粒子量Ｗn+1 は上式で表わされることになる。
【００８０】
次いでステップ２０３では堆積微粒子量Ｗn+1 が限界値ＷＸを越えたか否かが判別される。Ｗn+1 ＞ＷＸになるとステップ２０４に進んでパティキュレートフィルタ２２の再生処理が行われる。この再生処理ではパティキュレートフィルタ２２を再生すべき目標再生時間が予め設定されており、この予め定められた目標再生時間だけパティキュレートフィルタ２２の再生制御が行われる。パティキュレートフィルタ２２の再生処理が完了するとステップ２０５に進んでＷn が零とされ、次いで図１１のステップ３００において実行されるＮＯx 放出制御へ進む。
【００８１】
なお、機関始動時には通常、パティキュレートフィルタ２２の温度が低く、従って上式における酸化除去可能微粒子量Ｇは機関始動後暫くの間零又は零に近い状態が継続する。従って機関の始動が行われると通常堆積微粒子量Ｗn+1 が増大し続けて限界値を越え、従って機関の始動が行われると通常パティキュレートフィルタ２２の再生処理が実行される。
【００８２】
次に図１１のステップ２００において実行される中間再生処理の第２の実施例について説明する。パティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒量がパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起こす可能性のある限界値を越えたか否かはある程度推定することができる。例えば機関の始動が行われたときには上述したように通常堆積微粒子が限界値を越える。従って機関の始動が行われたときにはパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が限界値を越えたと推定することができる。
【００８３】
また、機関の運転状態がある期間以上継続するとパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が限界値を越えると考えられる。従って機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行距離が予め定められた値を越えたときにもパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が限界値を越えたと推定することができる。
【００８４】
従ってこの第２実施例ではパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が限界値を越えたと推定されるときにはパティキュレートフィルタ２２を再生するようにしている。
即ち、この第２実施例を実行するための図１４を参照するとまず初めにステップ２１１においてパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が限界値を越えたと推定されるか否かが判別される。パティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が限界値を越えたと推定されるときにはステップ２１２に進んでパティキュレートフィルタ２２の再生処理が行われ、次いでＮＯx 放出制御へ進む。この再生処理でもパティキュレートフィルタ２２を再生すべき目標再生時間が予め設定されており、この予め定められた目標再生時間だけパティキュレートフィルタ２２の再生制御が行われる。
【００８５】
次に図１１のステップ２００において実行される中間再生制御の第３の実施例について説明する。前述したように図１２に示す中間再生制御の第１実施例および図１４に示す中間再生制御の第２実施例では目標再生時間が予め設定されており、予め設定された目標再生時間だけパティキュレートフィルタ２２の再生制御が行われる。しかしながらパティキュレートフィルタ２２の実際の再生作用はパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子を着火し燃焼しうる温度に達しないと開始されない。従ってこの第３実施例ではパティキュレートフィルタ２２の実際の再生作用が開始されたときから目標再生時間だけパティキュレートフィルタ２２の再生制御を行うようにしている。次にこのことについて図１５を参照しつつ説明する。
【００８６】
図１５（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の再生制御、即ち昇温制御が開始されてからのパティキュレートフィルタ２２の上流端の温度ＴＦの変化を示している。また、図１５（Ａ）においてＴＦＸは微粒子の燃焼が開始される温度を示している。図１５（Ａ）に示されるように再生制御が開始されるとパティキュレートフィルタ２２の上流端の温度ＴＦが上昇を開始し、パティキュレートフィルタ２２の上流端の温度ＴＦが５００℃から６００℃程度の燃焼開始温度ＴＦＸに達するとパティキュレートフィルタ２２の上流端において堆積微粒子の燃焼が開始される。しかしながらこのときパティキュレートフィルタ２２の上流端以外の温度は燃焼開始温度ＴＦＸよりも短く、パティキュレートフィルタ２２の全体の温度ＴＦが燃焼開始温度ＴＦＸ以上になるには若干時間がかかる。この時間、即ちＴＦがＴＦＸとなってからパティキュレートフィルタ２２の全体で燃焼が開始されるまでの遅れ時間が図１５（Ａ）においてΔｔで示されている。
【００８７】
この遅れ時間Δｔは排気ガス温が高いほど短かくなり、排気ガス量が多いほど短かくなる。即ち、この遅れ時間Δｔは図１５（Ｂ）に示されるような関係(Δｔ1＞Δｔ2＞Δｔ3＞Δｔ4＞Δｔ5)を有する。この第３実施例では図１５（Ｂ）に示す関係から遅れ時間Δｔを算出し、ＴＦがＴＦＸとなった後遅れ時間Δｔが経過したときから目標再生時間だけパティキュレートフィルタ２２の再生制御を行うようにしている。
【００８８】
なお、図１に示されるように本発明による実施例では温度センサ３９によりパティキュレートフィルタ２２の上流端の温度を検出しているので上述の如き遅れ時間Δｔを考慮する必要が生じてくる。従って、温度センサによってパティキュレートフィルタ２２の全体において微粒子の燃焼が開始するときの温度を検出できる場合にはこのような遅れ時間を考慮する必要がなくなる。
【００８９】
また、この第３実施例ではパティキュレートフィルタ２２の再生制御中に例えば機関が停止するとによって再生が中断した場合についても考慮されている。即ち、この第３実施例では、再生制御が中断した後再開されたときは中断時における目標再生時間の残り時間にパティキュレートフィルタ２２全体の温度を再生開始温度まで上昇させるのに必要な時間を加算してこの加算した時間を新たな目標再生時間とするようにしている。
【００９０】
図１６および図１７はこの第３実施例を実行するための中間再生制御ルーチンを示している。
図１６および図１７を参照するとまず初めにステップ２２１において再生制御が行われていることを示す再生フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされていないときにはステップ２２２に進んで図１３（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ２２３では次式に基づいてパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量Ｗn+1 が算出される。
【００９１】
Ｗn+1 ＝Ｍ＋Ｗn −Ｇ
ここでＭは上述したように単位時間当りの排出微粒子量を示し、Ｗn は前回の処理サイクルのときに算出されたパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量を示し、Ｇは図５に示される単位時間当りの酸化除去可能微粒子量を示している。
【００９２】
次いでステップ２２４では堆積微粒子量Ｗn+1 がパティキュレートフィルタ２２の損傷をひき起す可能性のある限界値ＷＸを越えたか否かが判別される。Ｗn+1 ≦ＷＸのときには図１１のステップ３００において実行されるＮＯx 放出制御に進む。これに対してＷn+1 ＞ＷＸになるとステップ２２５に進んで再生フラグがセットされ、次いでステップ２２６に進んで目標再生時間ｔn が設定される。次いでステップ２２７に進んで再生制御が開始される。再生フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ２２１からステップ２２７にジャンプする。
【００９３】
次いでステップ２２８では実際に再生が開始されたことを示す再生開始フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされた後、初めてステップ２２８に進んだときには再生開始フラグはリセットされており、従ってこのときにはステップ２２９に進む。ステップ２２９では温度センサ３９により検出されたパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが燃焼開始温度ＴＦＸよりも高くなったか否かが判別される。ＴＦ≦ＴＦＸのときにはＮＯx 放出制御に進む。これに対してＴＦ＞ＴＦＸになるとステップ２３０に進む。
【００９４】
ステップ２３０では図１５（Ｂ）に示す関係から遅れ時間Δｔが算出される。次いでステップ２３１では遅れ時間Δｔが経過したか否かが判別される。遅れ時間Δｔが経過していないときにはＮＯx 放出制御に進む。これに対して遅れ時間Δｔが経過したときにはパティキュレートフィルタ２２の全体において再生作用が開始されたと判断し、ステップ２３２に進んで再生開始フラグがセットされる。次いでステップ２３３に進む。再生開始フラグがセットされると次に処理サイクルではステップ２２８からステップ２３３にジャンプする。
【００９５】
ステップ２３３ではパティキュレートフィルタ２２の全体において再生作用が開始されてからの経過時間ｔに一定時間αが加算される。次いでステップ２３４では再生制御が中断された否かが判別される。再生制御が中断されていないときにはステップ２３５に進んで経過時間ｔが目標再生時間ｔn を越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔn のときにはＮＯx 放出制御に進む。これに対してｔ＞ｔn になるとステップ２３６に進んで再生制御が停止され、次いでステップ２３７において再生フラグおよび再生開始フラグがリセットされる。次いでステップ２３８に進んで堆積微粒子量Ｗn および経過時間ｔが零とされる。
【００９６】
即ち、再生制御中に再生制御が中断しない場合にはパティキュレートフィルタ２２の全体において再生作用が開始されてから目標再生時間ｔn が経過するまでパティキュレートフィルタ２２の再生作用が行われる。
一方、ステップ２３４において再生制御が中断されたと判別されたときにはステップ２３９に進んで再生制御を中断すべき状態が解除されるまで、例えば機関の運転が停止されることによって再生制御が中断したときには機関の運転が再開されるまで中間再生制御が停止される。次いでステップ２４０では再生開始フラグがリセットされる。このとき経過時間ｔは目標再生時間ｔn の残りの時間を表わしており、この残りの時間ｔはそのまま記憶される。
【００９７】
さて、再生制御が中断されても再生フラグはセットされ続ける。従って再生制御を中断すべき状態が解除されたときにはステップ２２１からステップ２２７にジャンプして再生制御が開始され、このとき再生開始フラグはリセットされているのでステップ２２９，２３０，２３１においてＴＦ＞ＴＦＸになってから遅れ時間Δｔが経過したか否かが判別される。ＴＦ＞ＴＦＸになってから遅れ時間Δｔが経過するとステップ２３２を経てステップ２３３に進み、経過時間ｔへの一定時間αの加算作用が開始される。即ち、再生制御が中断されたときの目標再生時間ｔn の残りの時間ｔが新たな目標再生時間とされ、再生制御が再び中断されない限りこの新たな目標再生時間だけ再生作用が行われる。この再生作用中にもし、再生制御が再び中断した場合には再生制御を中断すべき状態が解除されたときに上述の新たな目標再生時間の残り時間について再び再生作用が行われる。
【００９８】
次に図１１のステップ３００において実行されるＮＯx 放出制御を示す図１８について説明する。
図１８を参照するとまず初めにステップ３０１においてＮＯx 放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯx 放出フラグがセットされていないときには図１１のステップ４００において実行される本再生制御に進む。これに対してＮＯx 放出フラグがセットされるとステップ３０２に進んで空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に一時的に切換えるリッチ処理が行われる。このリッチ処理が行われると活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯx が放出される。また、このとき活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１から放出される活性酸素によって堆積微粒子の酸化作用が促進される。リッチ処理が完了するとステップ３０３に進んでΣＮＯＸがクリアされ、次いでステップ３０４においてＮＯx 放出フラグがリセットされる。次いで本再生制御へ進む。
【００９９】
次に図１１のステップ４００において実行される本再生制御を示す図１９について説明する。
図１９を参照するとまず初めにステップ４０１において目詰まりしたパティキュレートフィルタ２２を再生すべきであることを示す本再生フラグがセットされているか否かが判別される。通常、本再生フラグはセットされていないのでステップ４０２に進み、圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが設定値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ≦ＭＡＸのときには図１１のステップ５００において実行されるＳＯx 放出制御に進む。これに対してＰＤ＞ＭＡＸになるとステップ４０３に進んで本再生フラグがセットされ、次いでステップ４０４に進んでパティキュレートフィルタ２２の再生制御が開始される。本再生フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ４０１からステップ４０４にジャンプする。
【０１００】
次いでステップ４０５では圧損ＰＤが下限値ＭＩＮよりも低くなったか否か、即ちパティキュレートフィルタ２２の目詰まりが解消されたか否かが判別される。ＰＤ≧ＭＩＮのときには図１１のステップ５００において実行されるＳＯx 放出制御をジャンプしてＥＮＤへ進み、パティキュレートフィルタ２２の目詰まりを解消するための再生作用が続行される。ＰＤ＜ＭＩＮになるとステップ４０６に進んで再生制御が停止され、次いでステップ４０７において本再生フラグがリセットされる。
【０１０１】
図１に示す実施例ではパティキュレートフィルタ２２の上流側と下流側の圧力差から圧損ＰＤを検出している。しかしながらパティキュレートフィルタ２２の上流側のみの圧力を検出し、この圧力から圧損ＰＤを検出することもできる。また、圧損ＰＤが増大するとＥＧＲ制御弁２５の開度が同一であればＥＧＲガス量が増大し、このとき吸入空気量が変化しないようにＥＧＲ制御弁２５を制御するとＥＧＲ制御弁２５の開度が減少せしめられる。即ち、ＥＧＲガス量の変化或いはＥＧＲ制御弁２５の開度の変化から圧損ＰＤを検出することができることになる。本発明において圧損ＰＤを検出するとはこれら種々の方法によって圧損ＰＤを検出する場合を含んでいる。
【０１０２】
次に図１１のステップ５００において実行されるＳＯx放出制御について説明する。
前述したように活性酸素放出・ＮＯx吸収剤６１からＳＯxを放出すべきときには空燃比がリーンの状態で活性酸素放出・ＮＯx吸収剤６１の温度ＴＦをほぼ６００℃まで上昇させ、次いで活性酸素放出・ＮＯx吸収剤６１に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。この場合もパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図１５（Ａ）に示されるようにＳＯx放出温度ＴＦＸＸに達した後パティキュレートフィルタ２２全体の温度ＴＦがＳＯx放出温度ＴＦＸＸに達するまでの遅れ時間Δｔが算出され、遅れ時間Δｔが経過したときから予め定められた目標ＳＯx放出時間だけ昇温制御を継続しつつ空燃比をリッチにして活性酸素放出・ＮＯx吸収剤６１からＳＯx放出せしめられる。
【０１０３】
また、このＳＯx放出制御でもＳＯx放出制御中に例えば機関が停止させることによってＳＯxの放出制御が中断された場合について考慮されている。即ち、このＳＯx放出制御ではＳＯx放出制御が中断した後再開されたときは中断時における目標ＳＯx放出時間の残り時間にパティキュレートフィルタ全体の温度をＳＯx放出温度まで上昇させるのに必要な時間を加算してこの加算した時間を新たな目標ＳＯx放出時間とするようにしている。
【０１０４】
図２０および図２１はこのＳＯx放出制御を実行するためのルーチンを示している。
図２０および図２１を参照するとまず初めにステップ５０１においてＳＯx放出制御が実行されていることを示す実行中フラグがセットされているか否かが判別される。実行中フラグがセットされていないときにはステップ５０２に進んでＳＯx放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯx放出フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。これに対してＳＯx放出フラグがセットされたときにはステップ５０３に進んで実行中フラグがセットされ、次いでステップ５０４に進んで目標ＳＯx放出時間ｔmが設定される。次いでステップ５０５に進んで昇温制御が開始される。実行中フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ５０１からステップ５０５にジャンプする。
【０１０５】
次いでステップ５０６ではＳＯx の放出が開始されたことを示す放出開始フラグがセットされているか否かが判別される。実行中フラグがセットされた後、初めてステップ５０６に進んだときには放出開始フラグはリセットされており、従ってこのときにはステップ５０７に進む。ステップ５０７では温度センサ３９により検出されたパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがＳＯx 放出温度ＴＦＸＸよりも高くなったか否かが判別される。ＴＦ≦ＴＦＸＸのときには処理サイクルを完了する。これに対してＴＦ＞ＴＦＸＸになるとステップ５０８に進む。
【０１０６】
ステップ５０８では図１５（Ｂ）に示す関係から遅れ時間Δｔが算出される。次いでステップ５０９では遅れ時間Δｔが経過したか否かが判別される。遅れ時間Δｔが経過していないときには処理サイクルを完了する。これに対して遅れ時間Δｔが経過したときにはパティキュレートフィルタ２２の全体においてＳＯx の放出が開始されたと判断し、ステップ５１０に進んで放出開始フラグがセットされる。次いでステップ５１１に進む。放出開始フラグがセットされると次に処理サイクルではステップ５０６からステップ５１１にジャンプする。
【０１０７】
ステップ５１１では空燃比を理論空燃比よりもわずかばかりリッチにするリッチ処理が開始される。次いでステップ５１２ではパティキュレートフィルタ２２の全体においてＳＯxの放出作用が開始されてからの経過時間ｔに一定時間αが加算される。次いでステップ５１３ではＳＯx放出制御が中断された否かが判別される。ＳＯx放出制御が中断されていないときにはステップ５１４に進んで経過時間ｔが目標ＳＯx放出時間ｔmを越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔmのときには処理サイクルを完了する。これに対してｔ＞ｔmになるとステップ５１５に進んで昇温制御が停止され、次いでステップ５１６ではリッチ処理が停止される。次いでステップ５１７ではＳＯx放出フラグ、実行中フラグおよび放出開始フラグがリセットされる。次いでステップ５１８に進んでＳＯx吸収量ΣＳＯＸおよび経過時間ｔが零とされる。
【０１０８】
即ち、ＳＯx 放出作用中にＳＯx 放出制御が中断しない場合にはパティキュレートフィルタ２２の全体においてＳＯx の放出作用が開始されてから目標ＳＯx 放出時間ｔm が経過するまでＳＯx 放出作用が行われる。
一方、ステップ５１３においてＳＯx 放出制御が中断されたと判断されたときにはステップ５１９に進んでＳＯx 放出制御を中断すべき状態が解除されるまで、例えば機関の運転が停止されることによってＳＯx 放出制御が中断したときには機関の運転が再開されるまでＳＯx 放出制御が停止される。次いでステップ５２０では放出開始フラグがリセットされる。このとき経過時間ｔは目標ＳＯx 放出時間ｔm の残りの時間を表わしており、この残りの時間ｔはそのまま記憶される。
【０１０９】
さて、ＳＯx放出制御が中断されても実行中フラグはセットされ続ける。従ってＳＯx放出制御を中断すべき状態が解除されたときにはステップ５０１からステップ５０５にジャンプして昇温制御が開始され、このとき放出開始フラグはリセットされているのでステップ５０７，５０８，５０９においてＴＦ＞ＴＦＸＸになってから遅れ時間Δｔが経過したか否かが判別される。ＴＦ＞ＴＦＸＸになってから遅れ時間Δｔが経過するとステップ５１０を経てステップ５１１に進み、リッチ処理が開始される。次いでステップ５１２に進み、経過時間ｔへの一定時間αの加算作用が開始される。即ち、ＳＯx放出制御が中断されたときの目標ＳＯx放出時間ｔmの残りの時間ｔが新たな目標ＳＯx放出時間とされ、ＳＯx放出制御が再び中断されない限りこの新たな目標ＳＯx放出時間だけＳＯx放出作用が行われる。このＳＯx放出作用中にもし、ＳＯx放出制御が再び中断した場合にはＳＯx放出制御を中断すべき状態が解除されたときに上述の新たな目標ＳＯx放出時間の残り時間について再びＳＯx放出作用が行われる。
【０１１０】
最後に図２２から図２６を参照して本発明によるパティキュレートフィルタ２２を用いた場合に特に適している低温燃焼方法について説明する。
図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについてＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とスモークとの関係を示す図２２を参照しつつ説明する。なお、図２２において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【０１１１】
図２２の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図２２の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。また、図２２の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近でスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
【０１１２】
このようにＥＧＲガス率を５５パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲のガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずスモークの発生即ち、微粒子の排出を抑制しつつＮＯx の発生量を低減することができるという特徴を有する。即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くしてほとんどスモークが発生しない。また、このときＮＯx も極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークはほとんど発生せず、ＮＯx も極めて少量しか発生しない。
【０１１３】
一方、この低温燃焼を行うと燃料およびその周囲のガス温は低くなるが排気ガス温は上昇する。このことについて図２３（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。
図２３（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示しており、図２３（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示している。また、図２３（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示しており、図２３（Ｂ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示している。
【０１１４】
低温燃焼が行われているときには通常の燃焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、従って図２３（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、即ち圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均ガス温Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス温Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図２３（Ｂ）に示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。
【０１１５】
次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図２３（Ｂ）の実線で示されるようにＥＧＲガスの吸熱作用により燃料およびその周囲のガス温Ｔｆはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には燃料周りに多量の酸素が存在するために図２３（Ｂ）の破線で示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合の方が低くなっており、従って図２３（Ａ）に示されるように圧縮上死点付近における燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇは低温燃焼が行われている場合の方が通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図２３（Ａ）に示されるように燃焼が完了した後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温燃焼が行われた場合の方が通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガス温が高くなる。
【０１１６】
ただし、機関の要求トルクＴＱが高くなると、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料および周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。即ち、低温燃焼を行いうるのは燃焼による発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。図２４において領域Ｉは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室５の不活性ガス量が多い第１の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域を示しており、領域IIは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運転領域を示している。
【０１１７】
図２５は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の目標空燃比Ａ／Ｆを示しており、図２６は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の要求トルクＴＱに応じたスロットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２５の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射開始時期θＳ、噴射完了時期θＥ、噴射量を示している。なお、図２６には運転領域IIにおいて行われる通常の燃焼時におけるスロットル弁１７の開度等も合わせて示している。図２５および図２６から運転領域Ｉにおいて低温燃焼が行われているときにはＥＧＲ率が５５パーセント以上とされ、空燃比Ａ／Ｆが１５．５から１８程度のリーン空燃比とされることがわかる。
【０１１８】
パティキュレートフィルタ２２による微粒子の酸化除去能力が低下するのは排気ガス温が低くなる機関低負荷運転時である。ところが機関低負荷運転時に低温燃焼を行うと前述したように排気ガス温は上昇し、しかもスモークの発生量、即ち排出微粒子量が極めて少なくなるので機関低負荷運転時であってもパティキュレートフィルタ２２の全ての堆積微粒子を連続的に酸化除去することができることになる。また、前述したように運転領域Ｉにおいて低温燃焼が行われているときには空燃比をリッチにしてもスモークはほとんど発生しない。従って低温燃焼を行うとスモークの発生を伴なうことなく活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤６１からＮＯx およびＳＯx を放出させることができる。更に、機関運転中に通常の燃焼から低温燃焼に切換えるとパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させることができる。即ち、パティキュレートフィルタ２２を昇温するために低温燃焼を用いることもできる。
【０１１９】
【発明の効果】
パティキュレートフィルタが損傷するのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】機関の要求トルクを示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図４】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図５】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図６】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図を示す図である。
【図７】再生処理等を説明するためのタイムチャートである。
【図８】噴射制御を説明するための図である。
【図９】ＮＯx 吸収量Ａのマップを示す図である。
【図１０】ＮＯx 放出フラグおよびＳＯx 放出フラグを処理するためのフローチャートである。
【図１１】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１２】中間再生制御の第１実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１３】排出微粒子量を示す図である。
【図１４】中間再生制御の第２実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１５】再生制御を説明するための図である。
【図１６】中間再生制御の第３実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１７】中間再生制御の第３実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１８】ＮＯx 放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図１９】本再生制御を実行するためのフローチャートである。
【図２０】ＳＯx 放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図２１】ＳＯx 放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図２２】スモークの発生量を示す図である。
【図２３】燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図２４】運転領域Ｉ，IIを示す図である。
【図２５】空燃比Ａ／Ｆを示す図である。
【図２６】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２２…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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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