JP2017129105A

JP2017129105A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2017129105A
Application number: JP2016010917A
Authority: JP
Inventors: 寿丈梅本; Toshitake Umemoto; 俊博森; Toshihiro Mori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: CN107023353A; JP6394616B2; DE102017200863A1; RU2653720C1; US20170211442A1

Abstract

【課題】安価で簡単な構成でもってアッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失増大を抑制する。
【解決手段】機関排気通路内に、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ２４が配置される。パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量を減少させるためにパティキュレートフィルタの温度をあらかじめ定められたＰＭ除去温度まで上昇させてＰＭ除去温度に保持するＰＭ除去制御が行われる。パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量があらかじめ定められた設定捕集量以下であると判別されたときに、パティキュレートフィルタのアッシュ付着量を減少させるためにパティキュレートフィルタの温度をあらかじめ定められたアッシュ脱離温度まで上昇させてアッシュ脱離温度に保持するアッシュ脱離制御が行われる。アッシュ脱離温度はアッシュを酸化カルシウムに変換するのに適した温度である。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置が知られている。ところが、パティキュレートフィルタ上に堆積している粒子状物質の量が多くなるにつれて、パティキュレートフィルタの圧力損失が大きくなる。パティキュレートフィルタの圧力損失が大きくなると、機関出力が低下するおそれがある。そこで、この排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が多くなったときにパティキュレートフィルタの温度を上昇させて保持するＰＭ除去制御を行い、それにより粒子状物質を酸化除去するようにしている。

ところで、排気ガス中にはアッシュと称される不燃性成分も含まれており、このアッシュは粒子状物質と共にパティキュレートフィルタに捕集される。ところが、ＰＭ除去制御が行われてもアッシュは燃焼せず又は気化しない。すなわち、アッシュはパティキュレートフィルタから除去されず、パティキュレートフィルタ上に残留する。したがって、ＰＭ除去制御を行っても、パティキュレートフィルタの圧力損失を十分に回復することができない。

そこで、パティキュレートフィルタに捕集されたアッシュを微粒化し、それによりアッシュがパティキュレートフィルタを通過してパティキュレートフィルタから除去されるようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。この排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに固体酸が担持され、この固体酸の酸強度は亜硫酸の酸強度よりも高くかつ硫酸の酸強度よりも低い。また、アッシュを微粒化するために、パティキュレートフィルタに流入する排気ガス中の酸素濃度が一時的に低下されると共に、パティキュレートフィルタの温度が一時的に高められる。アッシュがパティキュレートフィルタを通過してパティキュレートフィルタから除去されれば、アッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失増大を抑制することができる。

特表２０１４−５２０２２６号公報

しかしながら、特許文献１の排気浄化装置では固体酸が不可欠である。したがって、安価で簡単な構成でもってアッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失増大を抑制する技術が求められている。

本発明によれば、機関排気通路内に配置され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量を減少させるために前記パティキュレートフィルタの温度をあらかじめ定められたＰＭ除去温度まで上昇させて該ＰＭ除去温度に保持するＰＭ除去制御を行うように構成されたＰＭ除去手段と、前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量があらかじめ定められた設定捕集量以下か否かを判別し、前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が前記設定捕集量以下であると判別したときに、前記パティキュレートフィルタのアッシュ付着量を減少させるために前記パティキュレートフィルタの温度をあらかじめ定められたアッシュ脱離温度まで上昇させて該アッシュ脱離温度に保持するアッシュ脱離制御を行うように構成されたアッシュ脱離手段と、を具備し、前記アッシュ脱離温度は前記アッシュを酸化カルシウムに変換するのに適した温度である、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

安価で簡単な構成でもってアッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失増大を抑制することができる。

内燃機関の全体図である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。パティキュレートフィルタにおけるアッシュの状態を示す模式図である。パティキュレートフィルタにおけるアッシュの状態を示す模式図である。粒子状物質捕集量の増加分ｄＱＰＭｉのマップを示す図である。粒子状物質捕集量の減少分ｄＱＰＭｒのマップを示す図である。アッシュ付着量の増加分ｄＱＡｉのマップを示す図である。アッシュ付着量の減少分ｄＱＡｒのマップを示す図である。本発明による実施例を説明するタイムチャートである。ＰＭ除去制御及びアッシュ脱離制御の実行タイミングを示すタイムチャートである。ＰＭ除去制御及びアッシュ脱離制御の実行タイミングを示すタイムチャートである。粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭの算出ルーチンを示すフローチャートである。アッシュ付着量推定値ＱＡの算出ルーチンを示すフローチャートである。ＰＭ除去制御ルーチンを示すフローチャートである。アッシュ脱離制御ルーチンを示すフローチャートである。本発明による別の実施例を説明するタイムチャートである。本発明による別の実施例を説明するタイムチャートである。本発明による更に別の実施例の排気後処理装置を示す図である。酸化炭素濃度ＣＣＯＸの変化を示すタイムチャートである。基準酸化炭素濃度ＣＣＯＸＲのマップを示す図である。酸化炭素濃度差ｄＣＣＯＸの変化を示すタイムチャートである。本発明による更に別の実施例の排気後処理装置を示す図である。前後差圧ｄＰＦの変化を示すタイムチャートである。本発明による更に別の実施例の排気後処理装置を示す図である。図２０に示される実施例を説明するタイムチャートである。本発明による更に別の実施例を説明するタイムチャートである。図２２に示される実施例のアッシュ脱離制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアフロメータ９及びエアクリーナ１０に順次連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１１が配置され、更に吸気ダクト６内には吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１２が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。

各燃料噴射弁３は燃料供給管１３を介してコモンレール１４に連結され、このコモンレール１４は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１５を介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内の燃料は燃料ポンプ１５によってコモンレール１４内に供給され、コモンレール１４内に供給された燃料は各燃料供給管１３を介して燃料噴射弁３に供給される。なお、コモンレール１４にはコモンレール１４内の燃料圧を検出する燃料圧センサ（図示しない）が取り付けられており、燃料圧センサからの信号に基づきコモンレール１４内の燃料圧が目標圧に一致するように燃料ポンプ１５の燃料吐出量が制御される。図１に示される実施例ではこの燃料は軽油から構成される。図示しない別の実施例では内燃機関は火花点火式内燃機関から構成される。この場合には燃料はガソリンから構成される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。

排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１を具備し、この排気管２１は触媒２２の入口に連結される。この触媒２２は排気ガス中のＳＯｘを捕捉する機能を有する。触媒２２の出口は排気管２３を介してウォールフロー型パティキュレートフィルタ２４の入口に連結される。パティキュレートフィルタ２４の出口は排気管２５に連結される。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）又は制御器３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。排気管２３にはパティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ２６が取り付けられる。パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ２４の温度を表している。エアフロメータ９及び温度センサ２６の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ４１が入力ポート３５に接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動装置、燃料ポンプ１５、及びＥＧＲ制御弁１８にそれぞれ接続される。なお、電子制御ユニットはＰＭ除去手段及びアッシュ脱離手段を構成する。

図２Ａ及び図２Ｂはパティキュレートフィルタ２４の構造を示している。なお、図２Ａはパティキュレートフィルタ２４の正面図を示しており、図２Ｂはパティキュレートフィルタ２４の側面断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにパティキュレートフィルタ２４はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７１ｉ，７１ｏと、これら排気流通路７１ｉ，７１ｏを互いに隔てる隔壁７２とを具備する。図２Ａ及び図２Ｂに示される実施例では、排気流通路７１ｉ，７１ｏは、上流端が開放されかつ下流端が栓７３ｄにより閉塞された排気ガス流入通路７１ｉと、上流端が栓７３ｕにより閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路７１ｏとにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓７３ｕを示している。したがって、排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは薄肉の隔壁７２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７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは各排気ガス流入通路７１ｉが４つの排気ガス流出通路７１ｏによって包囲され、各排気ガス流出通路７１ｏが４つの排気ガス流入通路７１ｉによって包囲されるように配置される。図示しない別の実施例では、排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とにより構成される。

隔壁７２は多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。したがって、図２Ｂに矢印で示されるように、排気ガスはまず排気ガス流入通路７１ｉ内に流入し、次いで周囲の隔壁７２内を通って隣接する排気ガス流出通路７１ｏ内に流出する。このように隔壁７２は排気ガス流入通路７１ｉの内周面を構成する。

隔壁７２の両側面及び細孔内表面には酸化機能を有する触媒が担持される。酸化機能を有する触媒は白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄのような貴金属から構成される。図示しない別の実施例では、酸化機能を有する触媒はセリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄ、ランタンＬａのような卑金属を含む複合酸化物から構成される。図示しない更に別の実施例では、触媒は貴金属及び複合酸化物の組み合わせから構成される。

一方、触媒２２はハニカム構造をなしており、薄肉の基材により互いに分離されつつ互いに平行に延びる複数個の排気流通路を具備する。この基材には例えばアルミナからなる担体を介して触媒成分が担持される。本発明による実施例では触媒２２はＮＯｘ吸蔵還元触媒から形成される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は貴金属触媒及び塩基性層を含む。本発明による実施例では、貴金属触媒として白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、及びパラジウムＰｄから選ばれた少なくとも一つが用いられ、塩基性層を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、及びセシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ及びカルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタノイドのような希土類、並びに、銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ及びイリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つが用いられる。

吸気通路、燃焼室２及び、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内に供給された空気及び燃料の比をその位置における排気ガスの空燃比と称し、吸収及び吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を用いると、塩基性層は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸蔵放出作用を行う。

すなわち、貴金属触媒として白金Ｐｔを用い塩基性層を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いときには流入排気ガス中に含まれるＮＯは白金Ｐｔ上において酸化されてＮＯ_２となる。このように生成されたＮＯ_２及び流入排気ガス中のＮＯ_２は次いで白金から電子を供与されてＮＯ_２ ⁻となる。このＮＯ_２ ⁻は次いで、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層内に拡散し、硝酸塩となる。このようにしてＮＯｘが硝酸塩の形で塩基性層内に吸収される。なお、ＮＯ及びＮＯ_２が吸着によって塩基性層に一時的に保持される場合もある。

一方、ＮＯｘが硝酸塩の形で塩基性層に吸収されているときに流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして塩基性層内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で塩基性層から放出される。次いで放出されたＮＯ_２は流入排気ガス中に含まれる還元剤例えばＨＣ，ＣＯ，Ｈ_２によってＮ_２に還元される。このように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘをＮ_２に還元するように構成されている。

機関本体１では酸素過剰のもとで燃焼が行なわれている。したがって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるので、このとき排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に吸蔵される。ところが、時間の経過と共にＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなる。そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からＮＯｘを放出するために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。

排気ガス中にはＳＯｘも含まれており、このＳＯｘは流入排気ガスの空燃比がリーンのときに硫酸塩ＢａＳＯ_４の形でＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に吸蔵される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は排気ガス中のＳＯｘを捕捉する機能を有する。ところが、硫酸塩ＢａＳＯ_４は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させた状態でＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からＳＯｘが放出される。そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からＳＯｘを放出するために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度がＳＯｘ放出温度まで上昇されＳＯｘ放出温度に保持されつつＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。なお、ＳＯｘ放出温度は例えば６００℃である。

なお、本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２への流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、機関出力を得るための主燃料とは別に、追加の燃料が爆発行程又は排気行程に噴射される。この追加の燃料は機関出力をほとんど発生することなく、燃焼室２、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２上流の排気通路、又はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２で燃焼する。図示しない別の実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２への流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２上流の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料が排気ガス中に２次的に添加される。

また、本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度を上昇させるために、燃料噴射弁３から追加の燃料が爆発行程又は排気行程に噴射される。図示しない別の実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度を上昇させるために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２上流の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料が排気ガス中に２次的に添加される。

更に、排気ガス中には主として固体炭素から形成される粒子状物質が含まれている。この粒子状物質はパティキュレートフィルタ２４上に捕集される。上述したように機関本体１では酸素過剰のもとで燃焼が行われているので、パティキュレートフィルタ２４は酸化雰囲気にある。また、パティキュレートフィルタ２４には酸化機能を有する貴金属触媒が担持されている。その結果、パティキュレートフィルタ２４に捕集された粒子状物質は順次酸化される。ところが、単位時間当たりに捕集される粒子状物質の量が単位時間当たりに酸化される粒子状物質の量よりも多くなると、パティキュレートフィルタ２４上に捕集されている粒子状物質の量が機関運転時間の経過と共に増大する。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集量を減少させるためにパティキュレートフィルタ２４の温度をあらかじめ定められたＰＭ除去温度まで上昇させてＰＭ除去温度に保持するＰＭ除去制御が行われる。その結果、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質が除去され、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失が低減される。なお、ＰＭ除去温度は例えば６１０℃程度である。

本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４の温度を上昇させるために、燃料噴射弁３から追加の燃料が膨張行程又は排気行程に噴射される。図示しない別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４の温度を上昇させるために、パティキュレートフィルタ２４上流の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料が排気ガス中に２次的に添加される。

ところで、排気ガス中にはアッシュも含まれており、このアッシュも粒子状物質と共にパティキュレートフィルタ２４に捕集される。この場合のアッシュは主として炭酸カルシウムＣａＣＯ_３から形成されることが本願発明者により確認されている。カルシウムＣａは機関潤滑油に由来し、炭素Ｃは燃料に由来する。すなわち、機関潤滑油が燃焼室２内に流入して燃焼し、潤滑油中のカルシウムＣａが燃料中の炭素Ｃと結合することにより炭酸カルシウムＣａＣＯ_３が生成される。あるいは、燃焼室２内で生成された酸化カルシウムＣａＯがパティキュレートフィルタ２４に捕集され、次いでこの酸化カルシウムＣａＯがパティキュレートフィルタ２４上において排気ガス中の二酸化炭素ＣＯ_２と反応することにより炭酸カルシウムＣａＣＯ_３が生成される。

ところが、ＰＭ除去制御が行われても、アッシュは燃焼せず又は気化しない。すなわち、アッシュはパティキュレートフィルタ２４から除去されず、パティキュレートフィルタ２４上に残る。この場合、アッシュは図３ＡにＡでもって示されるように、排気ガス流入通路７１ｉの内周面７１ｉｓを覆うように内周面７１ｉｓ上に付着する。その結果、アッシュによりパティキュレートフィルタ２４の圧力損失が増大する。

この場合、アッシュは粒の形でパティキュレートフィルタ２４内に流入し、内周面７１ｉｓ上に堆積する。内周面７１ｉｓ上のアッシュの量が多くなるにつれて、粒状のアッシュ同士が互いに結合し、層の形になる。この過程で、アッシュと隔壁７２とは例えばアンカリングにより互いに係合し、その結果アッシュの層が内周面７１ｉｓに強固に付着する。このため、例えば排気ガスの流れがアッシュに作用したとしても、アッシュが内周面７１ｉｓから脱離することは困難である。

一方、アッシュを高温に保持するとアッシュが酸化カルシウムＣａＯに変換される。すなわち、アッシュである炭酸カルシウムＣａＣＯ_３を高温に保持すると、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３が酸化カルシウムＣａＯと二酸化炭素ＣＯ_２とに分解され、気体である二酸化炭素ＣＯ_２はアッシュの層から放出される。その結果、アッシュの粒径が小さくなり、アッシュの層の密度が低下する。その結果、アッシュ同士の結合及びアッシュと隔壁７２との係合が弱められる。また、酸化カルシウムＣａＯの結合エネルギは炭酸カルシウムＣａＣＯ_３の結合エネルギよりも高い。イオン結晶では結合エネルギが高い材料は結合エネルギが低い材料よりも硬い。このため、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３が酸化カルシウムＣａＯに変換されると、アッシュが硬くなり、アッシュの層が脆くなる。したがって、アッシュが内周面７１ｉｓから容易に脱離することが可能となる。このことは、本願発明者らによる実験によって確認されている。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量を減少させるためにパティキュレートフィルタ２４の温度をあらかじめ定められたアッシュ脱離温度まで上昇させてアッシュ脱離温度に保持するアッシュ脱離制御が行われる。この場合、アッシュ脱離温度はアッシュを酸化カルシウムＣａＯに変換するのに適した温度である。その結果、アッシュによるパティキュレートフィルタ２４の圧力損失増大を抑制することができる。

アッシュ脱離制御が行われたときに排気ガス流入通路７１ｉの内周面７１ｉｓから脱離したアッシュＡは図３Ｂに示されるように、排気ガス流入通路７１ｉ内を流れる排気ガスにより排気ガス流入通路７１ｉの奥部７１ｉｒまで移動される。この場合、奥部７１ｉｒにおいてアッシュＡが内周面７１ｉｓに付着する場合もある。しかしながら、このようなアッシュＡはパティキュレートフィルタ２４の圧力損失にほとんど影響しない。

アッシュ脱離温度、すなわちアッシュを酸化カルシウムＣａＯに変換するのに適した温度は例えば４５０℃以上である。ただし、アッシュ脱離温度が低いと、アッシュ脱離制御を完了するのに必要な時間が長くなる。一方、アッシュ脱離温度が過度に高いと、パティキュレートフィルタ２４の温度を上昇させるために必要な単位時間当たりの燃料量が過度に多くなり、又は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２もしくはパティキュレートフィルタ２４が破損するおそれがある。このため、アッシュ脱離温度は好ましくは約６２０℃以上約８００℃以下であり、更に好ましくは約６５０℃である。本発明による実施例ではアッシュ脱離温度は約６５０℃に設定される。本発明による実施例では、ＰＭ除去温度は上述したように約６１０℃であるので、アッシュ脱離温度はＰＭ除去温度よりも高く設定されているということになる。

一方、上述したアッシュの分解反応はパティキュレートフィルタ２４上の酸化機能を有する触媒により促進される。ところがパティキュレートフィルタ２４上に多量の粒子状物質が捕集されていると、アッシュが酸化機能を有する触媒に接触するのが困難になる。その結果、アッシュの分解反応が困難になり、したがってアッシュの内周面７１ｉｓからの脱離が困難になる。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集量があらかじめ定められた設定捕集量以下か否かが判別され、パティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集量が設定捕集量以下であると判別されたときにアッシュ脱離制御が行われる。その結果、アッシュが内周面７１ｉｓから確実に脱離する。

本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４に捕集されている粒子状物質の量が機関運転状態に基づいて推定される。具体的には、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは次式を用いて算出される。次式において、ｄＱＰＭｉは単位時間当たりの粒子状物質捕集量の増加分を、ｄＱＰＭｒは単位時間当たりの粒子状物質捕集量の減少分を、それぞれ示している。
ＱＰＭ＝ＱＰＭ＋ｄＱＰＭｉ−ｄＱＰＭｒ

粒子状物質捕集量の増加分ｄＱＰＭｉは機関運転状態、すなわち例えば機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅに基づいて算出される。本発明による実施例では機関負荷Ｌはアクセルペダル３９の踏み込み量によって表わされる。増加分ｄＱＰＭｉは機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅの関数として図４Ａに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、粒子状物質捕集量の減少分ｄＱＰＭｒは機関運転状態、すなわち例えばパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦ及びパティキュレートフィルタ２４内に流入する排気ガス量Ｇｅに基づいて算出される。本発明による実施例では排気ガス量Ｇｅは吸入空気量によって表わされる。減少分ｄＱＰＭｒはフィルタ温度ＴＦ及び排気ガス量Ｇｅの関数として図４Ｂに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

その上で、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭがあらかじめ定められた第１のＰＭ設定値ＱＰＭ１を越えると、ＰＭ除去制御が開始される。ＰＭ除去制御が行われると粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは減少する。粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭがあらかじめ定められた第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２以下になると、ＰＭ除去制御が終了される。

また、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４に付着しているアッシュの量が機関運転状態に基づいて推定される。具体的には、アッシュ付着量推定値ＱＡは次式を用いて算出される。次式において、ｄＱＡｉは単位時間当たりのアッシュ付着量の増加分を、ｄＱＡｒは単位時間当たりのアッシュ付着量の減少分を、それぞれ示している。
ＱＡ＝ＱＡ＋ｄＱＡｉ−ｄＱＡｒ

アッシュ付着量の増加分ｄＱＡｉは機関運転状態、すなわち例えば機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅに基づいて算出される。増加分ｄＱＡｉは機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅの関数として図５Ａに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、アッシュ付着量の減少分ｄＱＡｒは機関運転状態、すなわち例えばパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦ及びパティキュレートフィルタ２４内に流入する排気ガス量Ｇｅと、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭとに基づいて算出される。減少分ｄＱＡｒはフィルタ温度ＴＦ、排気ガス量Ｇｅ及び粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭの関数として図５Ｂに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

その上で、アッシュ付着量推定値ＱＡがあらかじめ定められた第１のアッシュ設定値ＱＡ１を越え、かつ、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが上述した設定捕集量に対応する第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下のときに、アッシュ脱離制御が開始される。したがって、概念的に表現すると、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量があらかじめ定められた第１の設定付着量よりも多いか否かが判別され、パティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集量が設定捕集量以下でありかつパティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第１の設定付着量よりも多いと判別されたときにアッシュ脱離制御が行われる、ということになる。本発明による実施例では、機関運転状態に基づいて算出されたアッシュ付着量推定値ＱＡが第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きいときに、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第１の設定付着量よりも多いと判別される。また、機関運転状態に基づいて算出された粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下のときに、パティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集量が設定捕集量以下であると判別される。

アッシュ脱離制御が行われるとアッシュ付着量推定値ＱＡは減少する。アッシュ付着量推定値ＱＡがあらかじめ定められた第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下になると、アッシュ脱離制御が終了される。したがって、概念的に表現すると、アッシュ脱離制御中にアッシュ付着量があらかじめ定められた第２の設定付着量以下になったか否かが判別され、アッシュ脱離制御中にアッシュ付着量が第２の設定付着量以下になったと判別されたときにアッシュ脱離制御が終了される、ということになる。本発明による実施例では、機関運転状態に基づいて算出されたアッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下のときに、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第２の設定付着量以下であると判別される。

すなわち、図６に示されるように、時間ｔａ１において粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第１のＰＭ設定値ＱＰＭ１を越えると、ＰＭ除去制御が開始される。その結果、フィルタ温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＦＰＭまで上昇され、ＰＭ除去温度ＴＦＰＭに維持される。この場合、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥは理論空燃比ＡＦＳよりもリーンに維持されつつわずかに低下する。

ＰＭ除去制御が行われると、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが減少する。次いで、時間ｔａ２において粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２以下になると、ＰＭ除去制御が終了される。本発明による実施例では、第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２はゼロである。

また、本発明による実施例では、第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３が第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２と等しく設定されている。したがって、時間ｔａ２では粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは第３のＰＭ推定値ＱＰＭ３以下となっている。一方、時間ｔａ２ではアッシュ付着量推定値ＱＡは第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きい。このため、時間ｔａ２においてアッシュ脱離制御が開始される。すなわち、フィルタ温度ＴＦがアッシュ脱離温度ＴＦＡまで更に上昇され、アッシュ脱離温度ＴＦＡに維持される。この場合、排気ガスの空燃比ＡＦＥは理論空燃比ＡＦＳよりもリーンに維持されつつ更に低下する。なお、アッシュ脱離制御中にパティキュレートフィルタ２４に流入した粒子状物質は直ちに酸化除去される。したがってアッシュ脱離制御中は粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭはゼロに維持される。

アッシュ脱離制御が行われると、アッシュ付着量推定値ＱＡが減少する。次いで、時間ｔａ３においてアッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下になると、アッシュ脱離制御が終了される。すなわち、フィルタ温度ＴＦが元の温度まで復帰され、排気ガスの空燃比ＡＦＥが元の空燃比まで復帰される。

図６に示される例では、アッシュ脱離制御においてフィルタ温度ＴＦがアッシュ脱離温度ＴＦＡ以上に保持されている時間ｄｔＡは、ＰＭ除去制御においてフィルタ温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＦＰＭ以上に保持されている時間ｄｔＰＭよりも長い。これは、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３から酸化カルシウムＣａＯへの変換が短時間では十分に進行しないからである。すなわち、図６に示される例では、アッシュ脱離制御においてフィルタ温度ＴＦをＰＭ除去温度ＴＦＰＭよりも高い温度ＴＦＡに保持したとしても、その保持時間ｄｔＡがＰＭ除去制御の保持時間ｄｔＰＭと同程度か又はこれよりも短い場合には、アッシュの脱離作用を十分に得るのは困難であるということになる。なお、アッシュ脱離温度ＴＦＡを低く設定すればアッシュ脱離制御の保持時間ｄｔＡを長くでき、アッシュ脱離温度ＴＦＡを高く設定すれば保持時間ｄｔＡを短くできることを考えると、図６に示される例ではアッシュ脱離制御の保持時間ｄｔＡがＰＭ除去制御の保持時間ｄｔＰＭよりも長くなるようにアッシュ脱離温度ＴＦＡが設定されている、という見方もできる。図示しない別の実施例では、アッシュ脱離温度ＴＦＡが約８００℃に設定され、アッシュ脱離制御の保持時間ｄｔＡがＰＭ除去制御の保持時間ｄｔＰＭよりも短くされる。言い換えると、この別の実施例では、アッシュ脱離制御の保持時間ｄｔＡがＰＭ除去制御の保持時間ｄｔＰＭよりも短くなるようにアッシュ脱離温度ＴＦＡが設定される。

本発明による実施例では、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２以下になるとＰＭ除去制御が終了され、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下になるとアッシュ脱離制御が開始される。また、第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２と第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３とは互いにほぼ等しい。したがって、本発明による実施例では、ＰＭ除去制御が終了されると、アッシュ脱離制御が開始されるということになる。あるいは、ＰＭ除去制御が終了されたときにパティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が設定捕集量以下であると判別されるという見方もできる。いずれにしても、パティキュレートフィルタ２４の温度が高いときにアッシュ脱離制御が開始されるので、パティキュレートフィルタ２４の温度を効率的に上昇させることができる。

ところで、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２４に捕集されるアッシュの量は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２４に捕集される粒子状物質の量よりもかなり少ない。このため、アッシュ脱離制御が行われる頻度はＰＭ除去制御が行われる頻度に比べて低い。すなわち、図７Ａに示されるように、ＰＭ除去制御が複数回行われるごとに、アッシュ脱離制御は１回行われる。図示しない別の実施例では、ＰＭ除去制御が１回行われるごとに、アッシュ脱離制御が１回行われる。

一方、アッシュ脱離制御の保持時間は比較的長く、このため何らかの理由でアッシュ脱離制御が中断されるおそれがある。この場合、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量推定値が第２のアッシュ設定値ＱＡ２よりも大きい状態でアッシュ脱離制御が停止される。そこで本発明による実施例では、次いでパティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下になったときに、パティキュレートフィルタのアッシュ付着量推定値ＱＡが第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも小さくても、アッシュ脱離制御が行われる。すなわち、図７ＢにＸで示されるようにアッシュ脱離制御が中断されたときには、Ｙで示されるように次のＰＭ除去制御が終了したときにアッシュ脱離制御が再開される。その結果、アッシュによるパティキュレートフィルタ２４の圧力損失増大を確実に抑制することができる。なお、再開されたアッシュ脱離制御では、アッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下になると、アッシュ脱離制御が終了される。

図８は本発明による実施例による粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって繰り返し実行される。
図８を参照すると、ステップ１００では粒子状物質捕集量の増加分ｄＱＰＭｉ及び減少分ｄＱＰＭｒが図４Ａ及び図４Ｂのマップを用いてそれぞれ算出される。続くステップ１０１では粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが算出される（ＱＰＭ＝ＱＰＭ＋ｄＱＰＭｉ−ｄＱＰＭｒ）。

図９は本発明による実施例によるアッシュ付着量推定値ＱＡの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって繰り返し実行される。
図９を参照すると、ステップ２００ではアッシュ付着量の増加分ｄＱＡｉ及び減少分ｄＱＡｒが図５Ａ及び図５Ｂのマップを用いてそれぞれ算出される。続くステップ２０１ではアッシュ付着量推定値ＱＡが算出される（ＱＡ＝ＱＡ＋ｄＱＡｉ−ｄＱＡｒ）。

図１０は本発明による実施例によるＰＭ除去制御の実行ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって繰り返し実行される。
図１０を参照すると、ステップ３００ではフラグＸＰＭがセットされているか否かが判別される。フラグＸＰＭはＰＭ除去制御を実行すべきときにセットされ（ＸＰＭ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＰＭ＝０）。フラグＸＰＭがリセットされているときには次いでステップ３０１に進み、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第１のＰＭ設定値ＱＰＭ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＰＭ≦ＱＰＭ１のときには処理サイクルを終了する。ＱＰＭ＞ＱＰＭ１のときには次いでステップ３０２に進み、フラグＸＰＭがセットされる（ＸＰＭ＝１）。

フラグＸＰＭがセットされているときにはステップ３００からステップ３０３に進み、ＰＭ除去制御が実行される。続くステップ３０４では粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２以下であるか否かが判別される。ＱＰＭ＞ＱＰＭ２のときには処理サイクルを終了する。ＱＰＭ≦ＱＰＭ２のときには次いでステップ３０５に進み、ＰＭ除去制御が終了される。続くステップ３０６ではフラグＸＰＭがリセットされる（ＸＰＭ＝０）。

図１１は本発明による実施例によるアッシュ付着制御の実行ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって繰り返し実行される。
図１１を参照すると、ステップ４００ではフラグＸＡがセットされているか否かが判別される。フラグＸＡはアッシュ脱離制御を実行すべきときにセットされ（ＸＡ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＡ＝０）。フラグＸＡがリセットされているときには次いでステップ４０１に進み、アッシュ付着量推定値ＱＡが第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＡ≦ＱＡ１のときには処理サイクルを終了する。ＱＡ＞ＱＡ１のときには次いでステップ４０２に進み、フラグＸＡがセットされる（ＸＡ＝１）。

フラグＸＡがセットされているときにはステップ４００からステップ４０３に進み、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下であるか否かが判別される。ＱＰＭ＞ＱＰＭ３のときには処理サイクルを終了する。ＱＰＭ≦ＱＰＭ３のときには次いでステップ４０４に進み、アッシュ脱離制御が実行される。続くステップ４０５ではアッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下であるか否かが判別される。ＱＡ＞ＱＡ２のときには処理サイクルを終了する。ＱＡ≦ＱＡ２のときには次いでステップ４０６に進み、アッシュ脱離制御が終了される。続くステップ４０７ではフラグＸＡがリセットされる（ＸＡ＝０）。

なお、アッシュ脱離制御が中断されたときにはフラグＸＡがセットされた状態に維持される。このため、その後に図１１のルーチンが実行されたときにはステップ４００からステップ４０３に進み、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下であれば、アッシュ脱離制御が再開される。

次に、本発明による別の実施例を説明する。上述した実施例では、第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３は第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２とほぼ等しく設定される。これに対し、本発明による別の実施例では、第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３は第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２よりも大きく設定される。この場合のＰＭ除去制御及びアッシュ脱離制御には２つの考え方がある。これらを、図１２及び図１３を参照しながらそれぞれ説明する。

まず図１２に示される実施例では、時間ｔｂ１において粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第２のＰＭ設定値ＱＰＭ以下になると、ＰＭ除去制御が終了される。図１２には、ＰＭ除去制御が終了した後、アッシュ脱離制御が開始されない場合の粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが点線で示されている。この点線で示される粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは時間ｔｂ１から徐々に増大し、時間ｔｂ２になると第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以上になる。すなわち、時間ｔｂ１から時間ｔｂ２までの期間ＡＲＰにおいて、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下になっている。したがって、ＰＭ除去制御が終了した後、直ちにアッシュ脱離制御を開始する必要はなく、期間ＡＲＰ内においてアッシュ脱離制御が開始されれば、アッシュを確実に脱離できる。図１２に示される実施例では、期間ＡＲＰ内の時間ｔｂ３においてアッシュ脱離制御が開始される。言い換えると、ＰＭ除去制御が終了されてから遅延時間ｄｔＤが経過した後に、アッシュ脱離制御が開始される。この場合の粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが図１２において実線で示されている。なお、遅延時間ｄｔＤをゼロとすれば、図６に示される実施例と同様になる。

一方、図１３に示される実施例では、ＰＭ除去制御が行われている時間ｔｃ１において、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下となる。このとき、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２よりも大きいけれども、ＰＭ除去制御が中断又は終了され、アッシュ脱離制御が開始される。なお、アッシュ脱離制御中にもパティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質は酸化除去される。したがって、アッシュ脱離制御が開始されても粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは減少し続け、次いで時間ｔｃ２において第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２、すなわちゼロに到る。

図１４は本発明による更に別の実施例を示している。図１４に示される実施例では、パティキュレートフィルタ２４から流出する排気ガス中の酸化炭素（一酸化炭素ＣＯ及び二酸化炭素ＣＯ_２）の濃度を検出するための酸化炭素濃度センサ２８が排気管２５に設けられる。

図１５は、ＰＭ除去制御が継続して行われたときの、パティキュレートフィルタ２４から流出する排気ガス中の酸化炭素濃度ＣＣＯＸの変化を示している。なお、図１５においてＣＣＯＸＲは、ＰＭ除去制御及びアッシュ脱離制御が行われていない通常運転時にパティキュレートフィルタ２４から流出する排気ガス中の酸化炭素濃度、すなわち基準酸化炭素濃度を示している。図１５の時間ｔｄ１においてＰＭ除去制御が開始されると、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質が酸化され始め、したがって酸化炭素濃度ＣＣＯＸは基準酸化炭素濃度ＣＣＯＸＲよりも増加分ｄＣＣＯＸだけ増大する。時間が経過すると、酸化される粒子状物質の量が減少するので、増加分ｄＣＣＯＸは次第に減少し、時間ｔｄ２においてゼロとなる。すなわち、酸化炭素濃度ＣＣＯＸは基準酸化炭素濃度ＣＣＯＸＲに一致する。なお、基準酸化炭素濃度ＣＣＯＸＲは機関運転状態、すなわち例えば機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅに応じて変動しうる。基準酸化炭素濃度ＣＣＯＸＲは機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅの関数として図１６に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

図６に示される実施例では、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下のときに、パティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集量が設定捕集量以下であると判別される。すなわち、アッシュ脱離制御の開始タイミングが粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭに基づいて決定される。これに対し、図１４に示される実施例では、アッシュ脱離制御の開始タイミングが酸化炭素濃度の増加分ｄＣＣＯＸに基づいて決定される。すなわち、ＰＭ除去制御中にパティキュレートフィルタ２４から流出した排気ガス中の酸化炭素濃度のＰＭ除去制御による増加分があらかじめ定められた設定値以下になったときにパティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が設定捕集量以下であると判別される。

すなわち、図１７の時間ｔｅ１においてＰＭ除去制御が開始されると、酸化炭素濃度の増加分ｄＣＣＯＸが増大する。時間が経過すると、増加分ｄＣＣＯＸは減少し、次いで時間ｔｅ２において、上述の設定値に対応する値ｄＣＣＯＸ１以下となる。図１７に示される実施例ではこのときＰＭ除去制御が終了され、アッシュ脱離制御が開始される。このようにすると、アッシュ脱離制御の開始タイミングをパティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質捕集量が少ないときに確実に設定でき、したがってアッシュを内周面７１ｉｓから確実に脱離させることができる。

図１７に示されるように、アッシュ脱離制御が開始されると、増加分ｄＣＣＯＸが再び増大する。これは、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３から酸化カルシウムＣａＯへの変換に伴い二酸化炭素ＣＯ_２が放出されるからである。次いで、時間ｔｅ３において増加分ｄＣＣＯＸが再び値ｄＣＣＯＸ１以下になる。

図６に示される実施例では、アッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下のときに、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第２の設定付着量以下であると判別される。すなわち、アッシュ脱離制御の終了タイミングがアッシュ付着量推定値ＱＡに基づいて決定される。これに対し、図示しない別の実施例では、アッシュ脱離制御の終了タイミングが酸化炭素濃度の増加分ｄＣＣＯＸに基づいて決定される。すなわち、アッシュ脱離制御中にパティキュレートフィルタ２４から流出した排気ガス中の酸化炭素濃度のアッシュ脱離制御による増加分があらかじめ定められた別の設定値以下になったときにパティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第２の設定付着量以下であると判別される。

図１８は本発明による更に別の実施例を示している。図１８に示される実施例では、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失を検出するための圧力損失センサが設けられる。図１８に示される実施例では、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失はパティキュレートフィルタ２４の前後差圧により表され、圧力損失センサはパティキュレートフィルタ２４の前後差圧を検出するための差圧センサ２７から構成される。図示しない別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失は機関背圧、すなわちパティキュレートフィルタ２４上流の排気通路内の圧力により表され、圧力損失センサはパティキュレートフィルタ２４上流の排気通路に設けられた圧力センサから構成される。

図６に示される実施例では、アッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下のときに、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第２の設定付着量以下であると判別される。すなわち、アッシュ脱離制御の終了タイミングがアッシュ付着量推定値ＱＡに基づいて決定される。これに対し、図１９に示される実施例では、アッシュ脱離制御の終了タイミングがパティキュレートフィルタ２４の前後差圧に基づいて決定される。

上述したように、アッシュ脱離制御が行われているときには、パティキュレートフィルタ２４上には粒子状物質がほとんど堆積していない。このため、アッシュ脱離制御中のパティキュレートフィルタ２４の圧力損失は、パティキュレートフィルタ２４それ自体とアッシュとに起因し、したがってアッシュ付着量を表している。

そこで、図１８に示される実施例では、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失があらかじめ定められたしきい値以下になったときにアッシュ付着量が第２の設定付着量以下になったと判別される。すなわち、パティキュレートフィルタ２４の前後差圧ｄＰＦが上記しきい値に対応する設定差圧ｄＰＦＡ以下になったときにアッシュ脱離制御が終了される。

図１９はパティキュレートフィルタ２４の前後差圧ｄＰＦの変化を模式的に示している。図１９を参照すると、時間ｔｆ１においてＰＭ除去制御が開始されると、前後差圧ｄＰＦは低下する。次いで、時間ｔｆ２においてＰＭ除去制御が終了されると共にアッシュ脱離制御が開始される。このときの前後差圧ｄＰＦは値ｄＰＦＰＭで示されている。次いで、時間ｔｆ３において前後差圧ｄＰＦが設定差圧ｄＰＦＡ以下になると、アッシュ脱離制御が終了される。図１９に示されるように、この設定差圧ｄＰＦはＰＭ除去制御が終了されたときの前後差圧ｄＰＦＰＭよりもｄｄＰＦだけ低く設定されている。このようにすると、アッシュによるパティキュレートフィルタ２４の圧力損失増大を確実に回復することができる。

図６に示される実施例では、アッシュ付着量推定値ＱＡが第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きいときに、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第１の設定付着量よりも多いと判別される。すなわち、アッシュ脱離制御の開始タイミングがアッシュ付着量推定値ＱＡに基づいて決定される。これに対し、図示しない別の実施例では、アッシュ脱離制御の開始タイミングがパティキュレートフィルタ２４の前後差圧に基づいて決定される。すなわち、ＰＭ除去制御が終了されたときのパティキュレートフィルタ２４の圧力損失があらかじめ定められた別のしきい値よりも大きいときに、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量が第１の設定付着量よりも多いと判別される。

図２０は本発明による更に別の実施例を示している。図２０に示される実施例では、排気ガス中のＳＯｘを捕捉する機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒などの触媒２２が設けられておらず、排気管２１がパティキュレートフィルタ２４の入口に連結される。この場合、機関本体１から排出された排気ガス中のＳＯｘ濃度、すなわち例えば排気マニホルド５に流入する排気ガス中のＳＯｘ濃度と、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガス中のＳＯｘ濃度が互いにほぼ等しくなっている。

図２０に示される実施例では、アッシュが主として炭酸カルシウムＣａＣＯ_３及び硫酸カルシウムＣａＳＯ_４から形成されることが本願発明者により確認されている。これは次の理由による。すなわち、図２０に示される実施例では、パティキュレートフィルタ２４に、アッシュである炭酸カルシウムＣａＣＯ_３が捕集されると共に、ＳＯｘを含む排気ガスが流入する。このときパティキュレートフィルタ２４は酸化雰囲気にあるので、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３の一部が硫酸カルシウムＣａＳＯ_４に変換される。

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ほぼ理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに保持しながら、すなわちパティキュレートフィルタ２４を還元雰囲気に維持しながら、硫酸カルシウムＣａＳＯ_４を高温に保持すると、硫酸カルシウムＣａＳＯ_４は炭酸カルシウムＣａＣＯ_３又は硫化カルシウムＣａＳに変換され、硫化カルシウムＣａＳは炭酸カルシウムＣａＣＯ_３又は酸化カルシウムＣａＯに変換され、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３は上述のように酸化カルシウムＣａＯに変換される。炭酸カルシウムＣａＣＯ_３又は硫化カルシウムＣａＳの結合エネルギは硫酸カルシウムＣａＳＯ_４の結合エネルギよりも高く、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３又は酸化カルシウムＣａＯの結合エネルギは硫化カルシウムＣａＳの結合エネルギよりも高く、酸化カルシウムＣａＯの結合エネルギは炭酸カルシウムＣａＣＯ_３の結合エネルギよりも高い。したがって、アッシュが炭酸カルシウムＣａＣＯ_３及び硫酸カルシウムＣａＳＯ_４を含む場合には、アッシュを内周面７１ｉｓから脱離させるために、硫酸カルシウムＣａＳＯ_４を炭酸カルシウムＣａＣＯ_３に変換すると共に炭酸カルシウムＣａＣＯ_３を酸化カルシウムＣａＯに変換する必要がある。そこで図２０に示される実施例では、アッシュ脱離制御を行うべきときに、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ほぼ理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに保持しながらパティキュレートフィルタの温度がアッシュ脱離温度に保持される。その結果、アッシュが硫酸カルシウムＣａＳＯ_４を含む場合にも、アッシュを内周面７１ｉｓから確実に脱離させることができる。

すなわち、図２１に示されるように、時間ｔｇ１において粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第１のＰＭ設定値ＱＰＭ１を越えると、ＰＭ除去制御が開始される。その結果、フィルタ温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＦＰＭまで上昇され、ＰＭ除去温度ＴＦＰＭに維持される。この場合、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥは理論空燃比ＡＦＳよりもリーンに維持されつつわずかに低下する。次いで、時間ｔｇ２において粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２以下になると、ＰＭ除去制御が終了され、アッシュ脱離制御が開始される。すなわち、フィルタ温度ＴＦがアッシュ脱離温度ＴＦＡまで更に上昇され、アッシュ脱離温度ＴＦＡに維持される。この場合、排気ガスの空燃比ＡＦＥは理論空燃比ＡＦＳよりもリッチに変更され保持される。次いで、時間ｔｇ３においてアッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下になると、アッシュ脱離制御が終了される。すなわち、フィルタ温度ＴＦが元の温度まで復帰され、排気ガスの空燃比ＡＦＥが元の空燃比まで復帰される。

次に、本発明による更に別の実施例を説明する。これまで述べてきた実施例では、アッシュ付着量推定値ＱＡが第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きくなったときに粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下のときに、アッシュ脱離制御が開始される。言い換えると、アッシュ付着量推定値ＱＡが第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きくなったときに粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３よりも大きいと、その後にＰＭ除去制御により粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下になるまで、アッシュ脱離制御が行われない。このため、何らかの理由によりＰＭ除去制御が行われない場合に、アッシュ付着量が多い状態が長時間にわたり維持されるおそれがある。

そこで本発明による更に別の実施例では、アッシュ付着量推定値ＱＡがあらかじめ定められた第３のアッシュ設定値ＱＡ３よりも大きくなったときには、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３よりも大きくても、アッシュ脱離制御が開始される。その結果、第３のアッシュ設定値ＱＡ３は上述の第１のアッシュ設定値ＱＡ１以上に設定される。

すなわち、図２２に示されるように、時間ｔｈ１においてアッシュ付着量推定値ＱＡが第３のアッシュ設定値ＱＡ３を越えると、アッシュ脱離制御が開始される。なお、図２２は第３のアッシュ設定値ＱＡ３が第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きく設定された場合を示している。その結果、フィルタ温度ＴＦがアッシュ脱離温度ＴＦＡまで上昇され、アッシュ脱離温度ＴＦＡに維持される。図２２に示される実施例では、パティキュレートフィルタ２４への流入排気ガスの空燃比ＡＦＥは理論空燃比ＡＦＳよりもリーンに維持されつつわずかに低下する。

アッシュ脱離制御が開始されると、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが減少する。一方、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３よりも大きい間は、アッシュの酸化カルシウムＣａＯへの変換が進行せず、したがってアッシュ付着量推定値ＱＡは減少しない。次いで、時間ｔｈ２において粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下になると、アッシュ付着量推定値ＱＡは減少し始める。

次いで、時間ｔｈ３においてアッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下になると、アッシュ脱離制御が終了される。すなわち、フィルタ温度ＴＦが元の温度まで復帰され、排気ガスの空燃比ＡＦＥが元の空燃比まで復帰される。

このように図２２に示される実施例では、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭに関わらず、アッシュ脱離制御が強制的に行われる。したがって、アッシュ付着量が過度に多くなるのが阻止される。

図２３は図２２に示される実施例によるアッシュ付着制御の実行ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって繰り返し実行される。
図２３を参照すると、ステップ４００ではフラグＸＡがセットされているか否かが判別される。フラグＸＡはアッシュ脱離制御を実行すべきときにセットされ（ＸＡ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＡ＝０）。フラグＸＡがリセットされているときには次いでステップ４０１に進み、アッシュ付着量推定値ＱＡが第１のアッシュ設定値ＱＡ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＡ≦ＱＡ１のときには処理サイクルを終了する。ＱＡ＞ＱＡ１のときには次いでステップ４０２に進み、フラグＸＡがセットされる（ＸＡ＝１）。続くステップ４０２ａではアッシュ付着量推定値ＱＡが第３のアッシュ設定値ＱＡ３よりも大きいか否かが判別される。ＱＡ≦ＱＡ３のときには処理サイクルを終了する。ＱＡ＞ＱＡ３のときには次いでステップ４０２ｂに進み、フラグＸＡＦがセットされる（ＸＡＦ＝１）。フラグＸＡＦは粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭに関わらずアッシュ脱離制御を実行すべきときにセットされ（ＸＡＦ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＡＦ＝０）。

フラグＸＡがセットされているときにはステップ４００からステップ４０３に進み、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下であるか否かが判別される。ＱＰＭ＞ＱＰＭ３のときには次いでステップ４０３ａに進み、フラグＸＡＦがセットされているか否かが判別される。フラグＸＡＦがリセットされているときには処理サイクルを終了する。フラグＸＡＦがセットされているときには次いでステップ４０４に進む。また、ＱＰＭ≦ＱＰＭ３のときにはステップ４０３からステップ４０４に進む。ステップ４０４ではアッシュ脱離制御が実行される。続くステップ４０５ではアッシュ付着量推定値ＱＡが第２のアッシュ設定値ＱＡ２以下であるか否かが判別される。ＱＡ＞ＱＡ２のときには処理サイクルを終了する。ＱＡ≦ＱＡ２のときには次いでステップ４０６に進み、アッシュ脱離制御が終了される。続くステップ４０７ではフラグＸＡがリセットされる（ＸＡ＝０）。続くステップ４０４ａではフラグＸＡＦがリセットされる（ＸＡＦ＝０）。

１機関本体
２燃焼室
３燃料噴射弁
２１，２３排気管
２４パティキュレートフィルタ
３０電子制御ユニット

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４のアッシュ付着量を減少させるためにパティキュレートフィルタ２４の温度をあらかじめ定められたアッシュ脱離温度に保持するアッシュ脱離制御が行われる。この場合、アッシュ脱離温度はアッシュを酸化カルシウムＣａＯに変換するのに適した温度である。その結果、アッシュによるパティキュレートフィルタ２４の圧力損失増大を抑制することができる。

粒子状物質捕集量の増加分ｄＱＰＭｉは機関運転状態、すなわち例えば機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅに基づいて算出される。本発明による実施例では機関負荷Ｌはアクセルペダル３９の踏み込み量によって表わされる。増加分ｄＱＰＭｉは機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅの関数として図４Ａに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、粒子状物質捕集量の減少分ｄＱＰＭｒは機関運転状態、すなわち例えばパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦ及びパティキュレートフィルタ２４内に流入する排気ガス量Ｇｅと、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭとに基づいて算出される。本発明による実施例では排気ガス量Ｇｅは吸入空気量によって表わされる。減少分ｄＱＰＭｒはフィルタ温度ＴＦ、排気ガス量Ｇｅ及び粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭの関数として図４Ｂに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

アッシュ付着量の増加分ｄＱＡｉは機関運転状態、すなわち例えば機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅに基づいて算出される。増加分ｄＱＡｉは機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎｅの関数として図５Ａに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、アッシュ付着量の減少分ｄＱＡｒは機関運転状態、すなわち例えばパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦ及びパティキュレートフィルタ２４内に流入する排気ガス量Ｇｅに基づいて算出される。減少分ｄＱＡｒはフィルタ温度ＴＦ及び排気ガス量Ｇｅの関数として図５Ｂに示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

まず図１２に示される実施例では、時間ｔｂ１において粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが第２のＰＭ設定値ＱＰＭ２以下になると、ＰＭ除去制御が終了される。図１２には、ＰＭ除去制御が終了した後、アッシュ脱離制御が開始されない場合の粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが点線で示されている。この点線で示される粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは時間ｔｂ１から徐々に増大し、時間ｔｂ２になると第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以上になる。すなわち、時間ｔｂ１から時間ｔｂ２までの期間ＡＲＰにおいて、粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭは第３のＰＭ設定値ＱＰＭ３以下になっている。したがって、ＰＭ除去制御が終了した後、直ちにアッシュ脱離制御を開始する必要はなく、期間ＡＲＰ内においてアッシュ脱離制御が開始されれば、アッシュを確実に脱離できる。図１２に示される実施例では、期間ＡＲＰ内の時間ｔｂ３においてアッシュ脱離制御が開始される。言い換えると、ＰＭ除去制御が終了されてから遅延時間ｄｔＤが経過した後に、アッシュ脱離制御が開始される。この場合の粒子状物質捕集量推定値ＱＰＭが図１２において実線で示されている。なお、遅延時間ｄｔＤをゼロとすれば、図６に示される実施例と同様になる。

Claims

機関排気通路内に配置され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量を減少させるために前記パティキュレートフィルタの温度をあらかじめ定められたＰＭ除去温度まで上昇させて該ＰＭ除去温度に保持するＰＭ除去制御を行うように構成されたＰＭ除去手段と、
前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量があらかじめ定められた設定捕集量以下か否かを判別し、前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が前記設定捕集量以下であると判別したときに、前記パティキュレートフィルタのアッシュ付着量を減少させるために前記パティキュレートフィルタの温度をあらかじめ定められたアッシュ脱離温度まで上昇させて該アッシュ脱離温度に保持するアッシュ脱離制御を行うように構成されたアッシュ脱離手段と、
を具備し、
前記アッシュ脱離温度は前記アッシュを酸化カルシウムに変換するのに適した温度である、
内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離手段は、前記アッシュ脱離制御において前記パティキュレートフィルタの温度が前記アッシュ脱離温度以上に保持されている時間が、前記ＰＭ除去制御において前記パティキュレートフィルタの温度が前記ＰＭ除去温度以上に保持されている時間よりも長くなるように構成されている、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離手段は、前記ＰＭ除去制御中に前記パティキュレートフィルタから流出した排気ガス中の酸化炭素の濃度の前記ＰＭ除去制御による増加分があらかじめ定められた設定値以下になったときに前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が前記設定捕集量以下であると判別するように構成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離手段は、前記ＰＭ除去制御が終了されたときに前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が前記設定捕集量以下であると判別するように構成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離手段は、前記パティキュレートフィルタのアッシュ付着量があらかじめ定められた第１の設定付着量よりも多いか否かを判別し、前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が前記設定捕集量以下でありかつ前記パティキュレートフィルタのアッシュ付着量が前記第１の設定付着量よりも多いと判別したときに前記アッシュ脱離制御を行うように構成されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離手段は、前記アッシュ脱離制御が中断されたときには、次いで前記パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量が前記設定捕集量以下であると判別したときに、前記パティキュレートフィルタのアッシュ付着量が前記第１の設定付着量よりも少なくても、前記アッシュ脱離制御を行うように構成されている、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離手段は、前記アッシュ脱離制御中に前記アッシュ付着量があらかじめ定められた第２の設定付着量以下になったか否かを判別し、前記アッシュ脱離制御中に前記アッシュ付着量が前記第２の設定付着量以下になったと判別したときに前記アッシュ脱離制御を終了するように構成されている、請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離手段は、前記パティキュレートフィルタの圧力損失があらかじめ定められたしきい値以下になったときに前記アッシュ付着量が前記第２の設定付着量以下になったと判別するように構成されており、前記しきい値は、前記ＰＭ除去制御が終了されたときの前記パティキュレートフィルタの圧力損失よりも小さく設定されている、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関から排出された排気ガス中のＳＯｘ濃度と前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガス中のＳＯｘ濃度とが互いにほぼ等しくなっており、前記アッシュ脱離手段は、前記アッシュ脱離制御を行うべきときに、前記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ほぼ理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに保持しながら前記パティキュレートフィルタの温度をアッシュ脱離温度に保持するように構成されている、請求項１から８までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離温度が前記ＰＭ除去温度よりも高く設定されている、請求項１から９までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記アッシュ脱離温度が約６２０℃から約８００℃に設定されている、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。