CN1201071C

CN1201071C - 内燃机的废气净化装置

Info

Publication number: CN1201071C
Application number: CNB018007317A
Authority: CN
Inventors: 广田信也; 田中俊明; 伊藤和浩; 浅沼孝充; 中谷好一郎; 木村光壱
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: US20020157384A1; KR100495204B1; EP1184544A4; KR20020024595A; ES2221890T3; US6644022B2; DE60104615T2; EP1184544B1; JP3714252B2; EP1184544A1; DE60104615D1; CN1365425A; WO2001073273A1

Abstract

一种内燃机的废气净化装置，包括一设置在内燃机排气通道内的颗粒过滤器(22)，以及设置在颗粒过滤器(22)排气通道下游部分的排气节流阀(45)。在全部关闭之后排气节流阀(45)周期性地全开，在脉冲式的瞬时增加废气的流速时，使颗粒块与颗粒过滤器(22)分开并排出。

Description

内燃机的废气净化装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的废气净化装置。

背景技术

过去，在柴油机中，通过在发动机排气管道中安装颗粒过滤器，使用颗粒过滤器吸附废气中的颗粒，并点着和燃烧吸附在颗粒过滤器上的颗粒使颗粒过滤器再生，就可清除包含在废气中的颗粒。但是，如果温度不在至少大约600度以上，就不会点燃吸附在颗粒过滤器上的颗粒。与此相反，通常认为柴油机废气的温度低于600度。因此，很难利用废气的热量使吸附在颗粒过滤器上的颗粒点燃。要使废气的热量点燃吸附在颗粒过滤器上的颗粒，就必须降低颗粒的点火温度。

但是，我们知道，如果在颗粒过滤器上施加催化剂，就能够降低颗粒的点火温度。因此，在本领域都知道，有各种施加在颗粒过滤器上的催化剂可以降低颗粒的点火温度。

例如，已经通过审查的日本专利公开昭(kokoku)JP7-106290就公开了一种颗粒过滤器，包括施加有由铂系元素金属和碱土金属氧化物组成的混合物的颗粒过滤器。在此颗粒过滤器中，可在大约为350℃至400℃的相对较低的温度下点燃颗粒，随后再进行燃烧。

在柴油机中，如果负载很大，废气的温度会达到350度至400度，因此，初看起来利用上述颗粒过滤器，在发动机负载很高时，由于废气的热量立刻就会点燃和燃烧这些颗粒。但是，实际上，即便废气的温度达到了350度至400度，颗粒有时也不会点燃。而且，即便点着了颗粒，也只有某些颗粒燃烧，而大量的颗粒仍然不会燃烧。

也就是说，如果存留在废气中的颗粒数量很少，沉积在颗粒过滤器上的颗粒量也很少。此时，如果废气的温度达到了350度至400度，就会点着颗粒过滤器上的颗粒，并继续燃烧。

但是，如果包含在废气中的颗粒量较多，在沉积于颗粒过滤器上的颗粒完全燃烧之前，其它的颗粒也会沉积在这些颗粒上。因此，颗粒就会层层地沉积在颗粒过滤器上。如果颗粒以这种方式沉积在颗粒过滤器上，很容易与氧气接触的一部分颗粒就会燃烧，但是，很难与氧气接触的其余颗粒仍然还不会燃烧。因此，如果包含在废气中的颗粒量较多，就会有大量的颗粒继续沉积在颗粒过滤器上。

另一方面，如果有大量的颗粒沉积在颗粒过滤器上，这些沉积的颗粒就会逐渐变得难于点火和燃烧。由于沉积时在颗粒过滤器中的碳变成难于燃烧的碳精等，这样就可能变得更难燃烧。事实上，如果大量的颗粒继续沉积在颗粒过滤器中，沉积的颗粒在350℃-400℃的低温下将不能点火。为了使沉积颗粒点火就需要600℃以上的高温。但是，在柴油机中，废气的温度通常不能超过600℃以上。因此，如果大量的颗粒继续沉积在颗粒过滤器，沉积的颗粒很难靠废气的热量点火。

另外，如果有可能使废气的温度超过600℃，沉积的颗粒将被点燃，但又会出现另一种情况，即在此情况下，如果点燃这些沉积的颗粒，在燃烧的同时还会产生明火。此时，颗粒过滤器的温度会长时间地保持在800℃以上，直到沉积的颗粒燃烧完为止。但是，如果把颗粒过滤器就这样地长时间处于800℃以上的高温下，颗粒过滤器会很快被烧坏，因此，提出了这样一个问题，即必须尽快地用新的过滤器替换颗粒过滤器。

一旦大量的颗粒以这种方式层层的沉积在颗粒过滤器上，就会产生问题。因此，必须避免在颗粒过滤器上沉积大量的颗粒。但是，即便避免了大量颗粒以这种方式沉积在颗粒过滤器上，在燃烧之后也有残留的颗粒堆积起来并形成大块。这些大块会带来赌塞颗粒过滤器细孔的问题。如果颗粒过滤器的细孔就这样被堵塞了，颗粒过滤器中废气流动的压力损失就会逐渐变大。从而最终导致发动机输出的下降。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种内燃机的废气净化装置，它能够从颗粒过滤器中分离导致颗粒过滤器堵塞的颗粒块，并能排出颗粒块。

根据本发明，提供一种内燃机废气净化装置，其中，在发动机排气通道内部设有一颗粒过滤器，其用于通过氧化清除从燃烧室排出的废气中的颗粒；设有流速瞬间增加装置，用于在沉积在颗粒过滤器上的颗粒与颗粒过滤器分开并排出到颗粒过滤器外部时，仅在瞬间内以脉冲似的方式增加流经颗粒过滤器的废气流速；以及在发动机排气通道内，设有一能够把流经颗粒过滤器内部的废气流动方向切换成相反方向的流动路径切换阀，该流速瞬间增加装置包括一设置在发动机排气通道内的排气节流阀，该排气节流阀瞬间打开，从而仅仅在一瞬间以脉冲式的方式增加流经颗粒过滤器内部的废气流速，并仅仅在瞬间打开排气节流阀之前或瞬间打开排气节流阀之时，使用流动路径切换阀把流经颗粒过滤器内部的废气流动方向切换成相反方向。

附图说明

图1是一内燃机总体示意图；

图2A和2B是一发动机所需转矩的示意图；

图3A和3B是颗粒过滤器的示意图；

图4A和4B用于解释颗粒氧化过程的示意图；

图5A、5B和5C是用于解释颗粒沉积过程的示意图；

图6是通过氧化而清除的颗粒量和颗粒过滤器温度之间的关系示意图；

图7A和7B排气节流阀等打开程度发生变化的时间流程图；

图8是排气节流阀的打开程度发生变化的时间流程图；

图9是用于控制防止堵塞的流程图；

图10是排气节流阀打开程度发生变化的时间流程图；

图11是用于控制防止堵塞的流程图；

图12是排气节流阀打开程度发生变化的时间流程图；

图13是用于控制防止堵塞的流程图；

图14A和14B是排出颗粒量的示意图；

图15是用于控制防止堵塞的流程图；

图16是控制时间的示意图；

图17是用于控制防止堵塞的流程图；

图18A和18B是通过氧化而可清除的颗粒量的示意图；

图19是用于控制防止堵塞的流程图；

图20产生的烟雾量的示意图；

图21是第一作业区域和第二作业区域的示意图；

图22是空气燃料比的示意图；

图23是节流阀打开程度发生变化的示意图；

图24是用于控制防止堵塞的流程图；

图25是内燃机另一实施例的总体示意图；

图26是内燃机另一实施例的总体示意图；

图27A和27B表示颗粒处理装置的示意图；

图28是颗粒处理装置另一实施例的示意图；

图29是排气节流阀打开程度发生变化的时间流程图；

图30是用于控制防止堵塞的流程图；

图31是用于控制防止堵塞的流程图；

图32是排气节流阀打开程度发生变化的时间流程图；

图33是排气节流阀打开程度发生变化的时间流程图；

图34是排气节流阀打开程度发生变化的时间流程图；

图35是用于控制防止堵塞的流程图；

图36是颗粒处理装置另一实施例的示意图；

图37排气节流阀打开程度发生变化的时间流程图；

图38是用于控制防止堵塞的流程图。

具体实施方式

图1表示把本发明应用到一种压缩点火式内燃机上的情况。要指出的是，本发明也可应用于火花点火式内燃机。

参照图1，1表示一发动机本体，2为一汽缸体，3为一汽缸顶，4为一活塞，5为一燃烧室，6为一电控燃料喷嘴，7为一吸入阀，8为一吸入口，9为一排气阀，10为一排气口。吸入口8通过一相应的吸入管11与一平衡箱12连接，而平衡箱12通过一吸入管13与一排气涡轮增压器14的压缩器15连接。在吸入管13内部，设有一由一步进马达16驱动的节流阀17。进一步地，环绕吸入管13设有一冷却装置18，用于冷却流经吸入管13的吸入气体。在图1所示的实施例中，发动机冷却水在冷却装置18内部流动，吸入的气体被发动机冷却水冷却。另一方面，排气口10通过一排气总管19和一排气管20与一排气涡轮增压器14的排气涡轮机21连接。排气涡轮机21的出口与罩住一颗粒过滤器22的过滤器罩23连接。

排气总管19和平衡箱12之间通过一废气再循环(EGR)管路24相互连接。在EGR管路24内部，设有一电控EGR的控制阀25。环绕EGR管路24设有一冷却装置26，对在EGR的管路24内部循环的EGR气体进行冷却。在图1所示的实施例中，发动机冷却水在冷却装置26中流动，并由发动机冷却水冷却EGR气体。另一方面，燃料喷嘴6通过燃料输送管6a与一被称作公共导轨27的燃料箱连接。燃料从一电控可变排放燃料泵28输送到共用导轨27。被输送到共用导轨27的燃料再通过燃料输送管6a被输送到燃料喷嘴6。公共导轨27具有与之相连的燃料压力传感器29以检测在公共导轨27中液体的压力。根据燃料压力传感器29的输出信号控制燃料泵28的排放量，从而使共用导轨27中的燃料压力变成一符合指标的压力。

一电子控制装置30包括一数字计算机，该计算机设有一通过一双向总线31相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存储器)33、CPU(微处理器)34、输入接口35、以及输出接口36。燃料压力传感器29的输出信号通过一相应的AD转换器37输入到输入接口35。进一步地，颗粒过滤器22安装有一温度传感器39，用于检测颗粒过滤器22的温度。温度传感器39的输出信号通过一相应的AD转换器37输入到输入接口35。一加速踏板40连接一负载传感器41，该传感器产生一与加速踏板40的压缩量L成正比的输出电压。负载传感器41的输出电压通过相应的AD转换器37输入到输入接口35。进一步地，输入接口35连接一曲柄角度传感器42，该传感器42在每次转动曲轴，例如转动30度时，产生一输出脉冲。

另一方面，在连接过滤器罩23出口的排气管43内部设置一由执行器44驱动的废气节流阀45。输出接口36通过一相应的驱动电路38连接到燃料喷嘴6、用于驱动节流阀的步进马达16、EGR控制阀25、燃料泵28以及执行器44。

图2A表示所需转矩TQ、加速踏板40的压缩量L和发动机转速N之间的关系。在图2A的曲线表示等量的转矩曲线。TQ＝0的曲线表示转矩为0，而其余的曲线表示所需转矩逐渐加大的情况，其次序为TQ＝a、TQ＝b、TQ＝c、TQ＝d。如图2B所示，图2A所示的所需转矩作为加速踏板40的压缩量L和发动机转速N之间的函数，预先存储在ROM 32中。在本发明的该实施例中，首先从图2B所示的图表中计算与油门踏板的压缩量L和发动机转速N相对应的所需转矩TQ，之后再根据所需的转矩TQ计算燃料喷出量等。

图3A和3B表示颗粒过滤器22的结构。要指出的是，图3A是颗粒过滤器22的前视图，而图3B是颗粒过滤器22的侧面剖视图。如图3A和3B所示，颗粒过滤器22呈蜂窝形结构，并设有多个彼此平行延伸的废气通道50、51。这些废气通道包括其下游端被塞子52密封的废气流入通道50以及其上游端被塞子52密封的废气流出通道51。要指出的是，图3A的开口部分示出了塞子53。因此，废气流入通道50和废气流出通道51通过一薄壁54交替设置。换句话说，这样设置废气流入通道50和废气流出通道51可使四条废气流出通道51环绕每一废气流入通道50，而由四条废气流入通道50环绕每一废气流出通道51。

颗粒过滤器22由诸如堇青石之类的多孔材料形成。因此，如图3B中的箭头所示，流入废气流入通道50中的废气通过周围的壁54再流入相邻的废气流出通道51。

在本发明所示的该实施例中，在废气流入通道50和废气流出通道51的周围表面上，即壁54的两侧表面和壁54中的细孔侧壁内设有一层由诸如铝制成的载体。在载体上设有稀有金属催化剂和活性氧气释放剂，如果有过量的氧气出现在周围，其就可吸入并保存这些氧气，如果在周围的壁面上集中了氧气，其就释放呈活性状态的已保存的氧气。

在此情况下，根据本发明所述的该实施例，所使用的稀有金属为铂Pt。作为一种活性氧气释放剂，至少使用下列碱金属中的一种，诸如钾K、钠Na、锂Li、铯Cs和铷Rb之类，碱土金属诸如钡Ba、钙Ca、以及锶Sr之类，诸如镧La、钇Y以及铈Ce之类的稀土金属，还有诸如锡Sn和铁Fe之类的过渡金属。

要指出的是，在此情况下，作为一种活性氧气释放剂，最好使用比钙Ca具有更高的电离趋势的碱金属或者碱土金属，即钾K、锂Li、铯Cs、铷Rb、钡Ba、以及锶Sr，或者使用铈Ce。

下一步，以在载体上施加铂Pt和钾K的情况为例，说明利用颗粒过滤器22清除废气中颗粒的过程，但是，即便使用另一种稀有金属、碱金属、碱土金属、稀土金属和过渡金属，也能执行同样的清除颗粒的操作过程。

如图1所示的压力点火式内燃机，在空气过剩的情况下进行燃烧。因此，废气中包含大量过剩的空气。也就是说，如果输送到吸入通道、燃烧室5和排气管内的空气和燃料的比值称作废气的空气燃料比，那么，图1所示的压力点火式内燃机中废气中的空气燃料比降低。进一步地，在燃烧室5中会产生一氧化氮(NO)，因此，废气中包含NO。进一步地，燃料中包含硫S。在燃烧室5中，这种硫S与氧气反应生成二氧化硫SO₂。因此，废气中包含SO₂。于是，包含在废气中的过剩的氧气、NO、SO₂流入颗粒过滤器22的废气流入通道50。

图4A和4B是设置在壁54中的废气流入通道50和细孔内壁的内圆周表面的载体层表面的放大示意图。要指出的是，在图4A和4B中，60表示铂Pt颗粒，而61表示含有钾K的活性氧释放剂。

在此结构方式中，由于在废气中包含大量的过剩氧气，如果废气流入颗粒过滤器22的废气流入通道50，如图4A所示，那么，氧气O₂就会以O₂ ^-或O^2-的形式粘附在铂Pt表面上。另一方面，废气中的NO与铂Pt表面上的O₂ ^-或O₂ ^-反应生成NO₂( )。下一步，所产生的部分NO₂被吸入活性氧气释放剂61，同时在铂Pt表面上氧化，并如图4A所示，以硝酸盐离子NO₃ ^-的形式扩散到活性氧气释放剂中，同时粘附在钾K上。部分硝酸盐离子NO₃ ^-生成硝酸钾KNO₃。

在其它方面，如上所述，废气中也含有SO₂。这种SO₂由于与NO相似的机理，也吸入到活性氧气释放剂61中。也就是说，在上述方式中，氧气O₂以O₂ ^-或O^2-的形式粘附在铂Pt表面。废气中的SO₂与铂Pt表面上的O₂ ^-或O^2-反应生成SO₃。下一步，所产生的SO₃被吸入活性氧气释放剂61，同时，在铂Pt上被氧化，并以硫酸盐离子SO₄ ^2-的形式扩散到活性氧气释放剂61中，并与铂Pt结合，生成硫酸钾K₂SO₄。就这样，在活性氧气释放剂61中，生成硝酸钾KNO₃和硫酸钾K₂SO₄。

另一方面，在燃烧室5中产生主要包括碳的颗粒。因此，废气中也含有这种颗粒。如图4B所示，在废气流经颗粒过滤器22的废气流入通道50时、或者从废气流入通道50流向废气流出通道51时，包含在废气中的颗粒与载体层表面，例如活性氧气释放剂61表面接触并与其粘合。

如果颗粒62以这种方式粘合在活性氧气释放剂61的表面，氧气在颗粒62和活性氧气释放剂61的接触表面的浓度下降。如果氧气浓度下降，在高氧气浓度活性氧气释放剂61内部就会发生浓度差，从而使活性氧气释放剂61中的氧气向颗粒62和活性氧气释放剂61之间的接触面移动。于是，在活性氧气释放剂61中形成的硝酸钾KNO₃分解成钾K、氧O和NO。氧O向颗粒62和活性氧气释放剂61之间的接触面集中，而NO从活性氧气释放剂61释放到外部。释放到外部的NO在下游侧的铂Pt处被氧化，并重新吸入到活性氧气释放剂61中。

另一方面，此时，在活性氧气释放剂61中形成的硫酸钾K₂SO₄也分解成钾K、氧O和SO₂。氧O向颗粒62和活性氧气释放剂61之间的接触面集中，而SO₂从活性氧气释放剂61释放到外部，释放到外部的SO₂在下游侧的铂Pt处被氧化，并重新吸入到活性氧气释放剂61中。

另一方面，向颗粒62和活性氧气释放剂61之间的接触面集中的氧O是从诸如硝酸钾KNO₃和硫酸钾K₂SO₄之类的混合物中分解出的氧。从这些混合物中分解出的氧具有很高的能量和非常高的活性。因此，向颗粒62和活性氧气释放剂61之间的接触面集中的氧O成为活性氧O。如果这种活性氧O接触到颗粒62，就会促进颗粒62的氧化作用，并氧化颗粒62，而不必在几分钟至几十分钟的较短期间内发出明火。在颗粒62以这种方式被氧化的同时，其它颗粒62就会依次沉积在颗粒过滤器22上。因此，实际上，通常会在颗粒过滤器22上沉积特定量的颗粒。这些沉积颗粒的一部分由于氧化而清除。在此过程中，沉积在颗粒过滤器22上的颗粒继续燃烧，不会发出明火。

要指出的是，可认为NO_x以硝酸盐离子NO₃ ^-的形式扩散到活性氧气释放剂61中，同时快速地结合到氧原子，并快速脱离氧原子。在此时也产生了活性氧。颗粒62也被这种活性氧气氧化，进一步地，沉积在颗粒过滤器22上的颗粒62被活性氧O氧化，而颗粒62也被废气中的氧氧化。

在沉积在颗粒过滤器22的各层中的颗粒进行燃烧的同时，颗粒过滤器22变成红热状态，并燃烧出火花。除非温度很高，这种火花燃烧是不会继续下去的。因此，为了继续这种火花燃烧，颗粒过滤器22的温度必须保持在很高的温度上。

与此相反，在本发明中，不必像上述说明的那样发出明火就可氧化颗粒62。此时，颗粒过滤器22的表面没有保持红热状态。即，换句话说，在本发明中，利用非常低的温度通过氧化清除颗粒62。因此，根据本发明所述不必发出明火就可通过氧化清除颗粒62的过程与利用火花实现燃烧而清除颗粒的过程完全不同。

铂Pt和活性氧气释放剂61越有活性，颗粒过滤器22的温度就越高，因此，每单位时间能够被活性氧气释放剂61释放的活性氧O的数量可以把颗粒过滤器22增加到较高的温度。进一步地，只是很自然地，可通过氧化高温的颗粒本身而更容易地清除颗粒。因此，不必发出明火就在单位时间内通过氧化颗粒22而清除的颗粒量可以把颗粒过滤器22增加到较高的温度。

图6的实线表示不必发出明火就在单位时间内通过氧化清除的颗粒量G。图的横坐标表示颗粒过滤器22的温度TF。要指出的是，图6表示的是在单位时间为1秒的情况下，即每秒通过氧化而可能清除的颗粒量G，但是，单位时间也可以采用1分钟、10分钟或者任何其它时间。例如，如果采用10分钟的单位时间，每单位时间通过氧化而可能清除的颗粒量G表示每10分钟通过氧化可能清除的颗粒量G。还是在此情况下，如图6所示，不必发出明火就在每单位时间通过氧化可能清除的颗粒量G把颗粒过滤器22的温度增加到了更高的温度。

现在，如果把每单位时间从燃烧室5排出的颗粒量称作排出颗粒量M，如果排出颗粒量M小于在同一单位时间内通过氧化而清除的颗粒量G，例如，如果每秒排出的颗粒量M小于每秒通过氧化而清除的颗粒量G，或者如果每10分钟排出的颗粒量M小于每10分钟通过氧化而清除的颗粒量G，也就是说，在图6所示的区域I，不必发出明火，就可通过在短时间内连续在颗粒过滤器22上进行氧化而清除从燃烧室5排出的所有颗粒。

与此相反，如果排出的颗粒量M大于通过氧化而清除的颗粒量G，也就是说，在图6所示的区域II，活性氧的数量不足以连续氧化所有颗粒。图5A至5C表示在此情况下颗粒氧化的情况。

也就是说，在活性氧的数量不足以连续氧化所有颗粒的情况下，如果如图5A所示，颗粒62粘附到活性氧气释放剂61上，就只有部分颗粒62被氧化。这部分没有被充分氧化的颗粒存留在载体层上。下一步，在没有足够数量的活性氧的情况下，没有被连续氧化的颗粒就剩留在载体层上。于是，如图5B所示，存留的颗粒部分63就覆盖住载体层表面。

这些覆盖载体层表面的存留颗粒部分63逐渐变成难于氧化的碳，因此存留颗粒部分63可以象其原来那样轻易地保留下来。进一步地，如果存留的颗粒部分63覆盖了载体层63的表面，就会阻止由铂Pt引起的NO和SO₂的氧化过程和活性氧气从活性氧气释放剂61进行释放的过程。于是，如图5C所示，其它颗粒64连续沉积在存留颗粒部分63上。也就是说，颗粒沉积成层状。如果颗粒以这种方式沉积成层状，颗粒就与铂Pt或活性氧气释放剂61分开一定的距离，因此，即便有可轻易氧化的颗粒，也不会有活性氧O对其进行氧化。因此，有其它颗粒继续沉积在颗粒64上。也就是说，如果排出的颗粒量M大于通过继续氧化而可能被清除的颗粒量G，颗粒就层层地沉积在颗粒过滤器22上，因此，除非废气的温度较高，或者颗粒过滤器22的温度较高，是不可能使沉积的颗粒点火和燃烧。

这样，在图6所示的区域I中，不必发出明火，颗粒就可在短时间内在颗粒过滤器22上进行燃烧，在图6所示的区域II中，颗粒层层地沉积在颗粒过滤器22上。因此，为了防止颗粒沉积在颗粒过滤器22上形成层，排出的颗粒量M不得不总是保持小于通过氧化可清除的颗粒量G。

从图6中可以理解，利用本发明所述的该实施例中的颗粒过滤器22，即便是颗粒过滤器22的温度TF非常低，也可以使颗粒氧化。因此，图1所示的压力点火式内燃机，是不可能保持排出的颗粒量M和颗粒过滤器22的温度TF，从而使排出的颗粒量M变得通常小于通过氧化而可能清除的颗粒量G。因此，在本发明所述的该实施例中，可以保持排出的颗粒量M和颗粒过滤器22的温度TF，从而使排出的颗粒量M变得通常小于通过氧化而可能清除的颗粒量G。

如果排出的颗粒量M以这种方式保持通常低于通过氧化而可能清除的颗粒量G，颗粒就会不再层层地沉积在颗粒过滤器22上。于是，颗粒过滤器22中废气流动时的压力损失保持在基本上稳定的最小压力损失值，这种最小压力损失可以说是一点也不发生变化的限度。因此，可以把发动机的输出保持在最小量上。

进一步地，即便在温度非常低的情况下，也能通过对颗粒进行氧化而清除颗粒。因此，一点也不会升高颗粒过滤器22的温度，从而几乎没有损坏颗粒过滤器22的危险。

另一方面，如果颗粒沉积在颗粒过滤器22上，要积聚灰尘，从而存在堵塞颗粒过滤器22的危险。在此情况下，发出堵塞的原因主要是因为硫酸钙CaSO₄。也就是燃料和润滑油中包含的钙Ca。因此，废气中也包含钙Ca。这种钙Ca遇到SO₃就会产生硫酸钙CaSO₄。这种硫酸钙CaSO₄是固体的，而且即使在高温下也不会分解。因此，如果产生了硫酸钙CaSO₄，而且这些硫酸钙CaSO₄堵住了颗粒过滤器22的细孔，就会发生堵塞。

但是，在此情况下，如果把比钙Ca具有更高电离趋势的碱金属或碱土金属，例如钾K，作为活性氧气释放剂61，扩散到活性氧气释放剂61的SO₃就会与钾K结合，生成硫酸钾K₂SO₄。钙Ca就穿过颗粒过滤器22的壁54并流出进入废气流出通道51，而不会与SO₃结合。因此，就不会再堵塞颗粒过滤器22的细孔。于是，如上所述，最好使用比钙Ca具有更高电离趋势的碱金属或碱土金属，即把钾K、锂Li、铯Cs、铷Rb、钡Ba、以及锶Sr，作为活性氧气释放剂61。

现在，在本发明的该实施例中，在各种操作状态下，本发明基本上可以保持使排出的颗粒量M小于通过氧化而清除的颗粒量G。但是，在实际中，在各种操作状态下，几乎不可能使排出的颗粒量M减少到低于通过氧化而清除的颗粒量G。例如，在发动机启动时，颗粒过滤器22的温度通常都很低，因此，此时排出的颗粒量M大于通过氧化而清除的颗粒量G。因此，在本发明的该实施例中，除了在诸如刚刚启动发动机之后的特殊情况下，发动机在排出的颗粒量M小于通过氧化清除的颗粒量G的操作情况下，排出的颗粒量M小于通过氧化而清除的颗粒量G。

即便设计了该装置，使排出的颗粒量M以这种方式小于通过氧化而清除的颗粒量G，但是，燃烧之后剩余的颗粒会积聚在颗粒过滤器22上，并形成很大的块。这些成块的颗粒最终使颗粒过滤器22的细孔堵塞住。如果堵住了颗粒过滤器22的细孔，在颗粒过滤器22处的废气流动损失变大，从而使发动机的输出降低。因此，要尽可能地防止颗粒过滤器22的细孔被堵住。如果堵塞了颗粒过滤器22的细孔，就必须把引起堵塞的颗粒块与颗粒过滤器22分开，并把它们排放到外部。

因此，本发明人进行了反复研究，并最终发现，如果流经颗粒过滤器22内部的废气流速只是以脉冲方式瞬间增加，就可把引起堵塞的颗粒块与颗粒过滤器22分开，并把它们排放到外部。也就是说，他们发现，仅仅是流经颗粒过滤器22内部的废气流速很快，颗粒块一点也不会与颗粒过滤器22分开，进一步还发现，即便废气流速瞬间降低，颗粒块也不会与颗粒过滤器22分开，因此要把颗粒块与颗粒过滤器22分开并把它们排放到外部，就必须以脉冲形式仅在瞬间增加废气的流速。

也就是说，如果以脉冲形式仅在瞬间增加废气流速，高密度废气变成一流经颗粒过滤器22内部的压力波。可以理解，压力波对颗粒块发出一瞬间的冲击力，从而使颗粒块与颗粒过滤器22分离，并排放到外部。

此时，发动机加速转动，废气流速瞬间增加。但是，此时废气流速继续增加。因此，此刻，废气流速不会以脉冲形式在瞬间增加。也就是说，在发动机加速转动的同时，废气流速瞬间增加，于是，颗粒块与颗粒过滤器22分离，尽管是很小的量，并排放到外部。

在此情况下，为了从颗粒过滤器22中分离大量的颗粒块并排放到外部，必须使废气流速的瞬间增加量大于加速转动时废气流速的瞬间增加量。因此，最好是储存废气的能量，使废气流速以脉冲形式仅在瞬间增加。

因此，在本发明的该实施例中，把一排气节流阀45用作一种可存储废气能量、并能使废气流速以脉冲形式仅在瞬间增加的装置。也就是说，如果关闭了排气节流阀45，排气节流阀45上游的排气通道内部的背压变高。之后，如果全部打开废气节流阀45，废气流速就会以脉冲形式在瞬间增加，因此，沉积在颗粒过滤器22的壁54(图3)表面上、以及位于颗粒过滤器22的细孔内部的颗粒块从壁54表面或细孔内壁表面脱下来。也就是大块的颗粒从颗粒过滤器22中分离出来。之后，分离的颗粒块排出到颗粒过滤器22的外部。

在此情况下，一旦全部关闭排气节流阀45，排气节流阀45排气通道上游的内部背压就变得非常高，因此，在排气节流阀45全部打开时废气的流速增加得非常高。于是，就产生了非常强的压力波，从而使大量的颗粒块与颗粒过滤器22分开，并排放出去。

进一步地，如果如图1所示，把排气节流阀45设置在颗粒过滤器22的下游，在全部关闭排气节流阀45时，会有很高的背压作用在颗粒过滤器22上。如果有很高的背压作用在颗粒过滤器22上，就会有很高的压力作用在颗粒块上，从而使颗粒块变形，部分颗粒块在某种情况下与颗粒过滤器22上的沉积表面分离。于是，在全部打开排气节流阀45时，更多的颗粒块与颗粒过滤器22分离，并排放出去。

在本发明的该实施例中，以预定的控制时间控制排气节流阀45。在图7A和7B所示的实施例中，排气节流阀45从全开状态暂时全部关闭，之后，从全关状态周期地每隔固定时间或者在每次车辆传输的距离达到预定的固定距离时在瞬间内全部关闭。要指出的是，在排汽节流阀45从全开状态保持全关状态时，在图7A所示的实施例中，排气节流阀45在瞬间内全部关闭，而在图7B所示的实施例中，是逐渐关闭的。

进一步地，如果排气节流阀45全部关闭，发动机输出就会降低。因此，在图7A和7B所示的实施例中，在排气节流阀45关闭时，燃料的喷射量增加，从而使发动机的输出不会下降。

在图8所示的实施例中，在车辆的减速操作时，排气节流阀45从全开状态暂时全部关闭，之后，在发动机减速期间，再次迅速地全部打开。在此实施例中，排气节流阀45还起到使发动机刹车的作用。也就是说，如果排气节流阀45在减速操作时全部关闭，由于发动机作为一增加背压的泵那样动作，会产生使发动机刹车的力。下一步，在排气节流阀45全开时，颗粒块与颗粒过滤器22分开，并排放出去。要指出的是，在图8所示的实施例中，在开始减速时，停止燃料的喷射。一旦停止了燃料喷射，排气节流阀45就全部关闭。

图9表示用于防止图7A和7B以及图8所示的堵塞现象的控制执行程序。

参照图9，首先，在步骤100，判断是不是到了用于控制防止堵塞的时间。在图7A和7B所示的实施例中，每隔固定时间或者每移动固定距离，就判断控制防止堵塞的时间，而在图8所示的实施例中，在发动机处于减速操作时，判断控制防止堵塞的时间。如果到了控制防止堵塞的时间，该程序就进入步骤101，此时，排气节流阀45暂时关闭，之后进入步骤102，在排气节流阀45关闭的同时，燃料的喷出量增加。

在图10所示的实施例中，如果到了控制防止堵塞的时间，排气节流阀45就暂时关闭，之后，排气节流阀45迅速打开。此时，EGR控制阀25全部迅速关闭。如果EGR控制阀25全关，从排气通道输送到流入通道内部的废气为O，因此背压升高。进一步地，吸入的空气量增加，废气量增加，因此背压进一步升高。于是，在排气节流阀45全开时，废气流速迅速增加的量增加得很多。下一步，EGR控制阀25逐渐打开。要指出的是，在排气节流阀45关闭时，还有可能全部关闭排气节流阀45。

图11表示用于防止图10所示的堵塞现象的控制执行程序。

参照图11，首先，在步骤110，判断是不是到了用于控制防止堵塞的时间。如果到了用于控制防止堵塞的时间，程序就进入步骤111，此时排气节流阀45暂时关闭，之后进入步骤112，在排气节流阀45关闭的同时，燃料喷出量增加。下一步，在步骤113，执行用于暂时全部关闭EGR控制阀25的过程。

在图12所示的实施例中，如果到了用于控制防止堵塞的时间，排气节流阀45就暂时关闭，之后，排气节流阀45迅速打开。此时，节流阀17迅速全部打开。如果节流阀17打开，吸入的空气量就会增加，废气量也增加，因此背压进一步增加。于是，在排气节流阀45全部打开时废气流速的迅速增加量增加得很多。下一步，节流阀17逐渐关闭。要指出的是，在关闭排气节流阀45时，还可能全部关闭排气节流阀45。

图13表示用于防止图12所示的堵塞现象的控制执行程序，

参照图13，首先，在步骤120，判断是不是到了用于控制防止堵塞的时间。如果到了用于控制防止堵塞的时间，程序继续进入步骤121，此时排气节流阀45暂时关闭，之后进入步骤122，在排气节流阀45关闭的同时，燃料喷出量增加。下一步，在步骤123，执行用于暂时全部打开节流阀17的过程，

下一步，说明是一实施例，即计算沉积在颗粒过滤器22上的颗粒量，而且在计算出的颗粒量超出一预定的限值时，排气节流阀45就从全部打开状态暂时全部关闭，之后，再次迅速全部打开。

因此，首先，说明计算沉积在颗粒过滤器22上的颗粒量的方法。在此实施例中，利用每单位时间从燃烧室5排出的沉积的颗粒量M和通过图6所示的氧化过程而可能清除的颗粒量G计算沉积的颗粒量。也就是说，根据发动机的类型改变沉积的颗粒量M，但是在发动机的类型决定时，M的值是所需的力矩TQ与发动机转速N的函数。图14A表示图1所示的内燃机排放的颗粒量M。曲线M₁、M₂、M₃、M₄和M₅表示排出颗粒的等效数量(M₁＜M₂＜M₃＜M₄＜M₅)。在图14A所示的实例中，所需力矩TQ越大，排出颗粒量M越多。要指出的是，把图14A所示的排出颗粒量M预先以所需力矩TQ与发动机转速N的函数图的形式存储在ROM 32中。

考虑到每单位时间的值，在此期间，沉积在颗粒过滤器22上的颗粒量ΔG可表示排放的颗粒量M和通过氧化而可清除的颗粒量G之间的差(M-G)。因此通过累加沉积颗粒量ΔG，就可获得总的颗粒沉积量∑ΔG。另一方面，如果M＜G，可通过氧化逐渐地清除沉积的颗粒，但是，此刻如图14B所示的R所示，通过氧化可清除的沉积颗粒量比例越大，排出的颗粒量M越少，颗粒过滤器22的温度TF变得越高。也就是说，在M＜G时，通过氧化可清除的沉积颗粒量为R×∑ΔG。因此，当M＜G时，沉积颗粒的剩余量可计算为∑ΔG-R×∑ΔG。

在此实施例中，当所计算出的沉积颗粒量(∑ΔG-R×∑ΔG)超出一限度值G₀时，就控制排气节流阀45。

图15表示本实施例工作时用于控制防止堵塞的程序。

参照图15，首先，在步骤130，从图14A所示的关系中计算出沉积的颗粒量M。下一步，在步骤131，从图6所示的关系中计算出通过氧化可清除的颗粒量G。下一步，在步骤132，计算每单位时间沉积的颗粒量的增量ΔG(＝M-G)，之后进入步骤133，计算总的沉积颗粒量∑ΔG(＝∑ΔG+ΔG)。下一步，在步骤134，从图14B所示的关系中计算出通过氧化沉积的颗粒而清除的比例R。下一步，在步骤135，计算沉积颗粒的剩余量∑ΔG(＝∑ΔG-R×∑ΔG)。

下一步，在步骤136，判断沉积颗粒的剩余量∑ΔG是否大于限度值G₀。如果∑ΔG＞G₀，程序就进入步骤137，在此暂时关闭排气节流阀45，之后，进入步骤138，在关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。

图16表示另一实施例。可以理解，颗粒过滤器22上沉积颗粒的剩余量∑ΔG越大，颗粒过滤器22上的颗粒块数量越多。因此，可以说，最好是越是在较短时间间隔时从颗粒过滤器22上分开和排出颗粒块，沉积的颗粒量∑ΔG越大。因此，在此实施例中，如图16所示，沉积的颗粒量∑ΔG越大，用于控制防止堵塞时的时间间隔越短。

如图17表示本实施例工作时用于控制防止堵塞的程序。

参照图17，首先，在步骤140，从图14A所示的关系中计算出沉积的颗粒量M。下一步，在步骤141，从图6所示的关系中计算出通过氧化可清除的颗粒量G。下一步，在步骤142，计算每单位时间沉积的颗粒量ΔG(＝M-G)，之后进入步骤143，计算总的沉积颗粒量∑ΔG(＝∑ΔG+ΔG)。下一步，在步骤144，从图14B所示的关系中计算出通过氧化沉积的颗粒而清除的比例R。下一步，在步骤145，计算沉积颗粒的剩余量∑ΔG(＝∑ΔG-R×∑ΔG)。下一步，在步骤146，从图16所示的关系中，判断用于控制防止堵塞的时间。

下一步，在步骤147，判断是否到了用于控制防止堵塞的时间。如果到了用于控制防止堵塞的时间，程序就进入步骤148，在此暂时关闭排气节流阀45，然后在步骤149，在关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。

图18A和18B表示另一实施例。如图18A所示，如果沉积的颗粒量M和通过氧化可清除的颗粒量G之差ΔG较大，或者沉积的颗粒总量∑ΔG很多，就有可能出现这种情况，即以后会沉积大量的颗粒块。因此，在此实施例中，如图18B所示，越是缩短用于控制防止堵塞时的时间间隔，差值ΔG和总量∑ΔG越大。

图19表示用于控制防止堵塞的程序，其中越是缩短用于控制防止堵塞时的时间间隔，总量∑ΔG越大。

参照图19，首先，在步骤150，从图14A所示的关系中计算出沉积的颗粒量M。下一步，在步骤151，从图6所示的关系中计算出通过氧化可清除的颗粒量G。下一步，在步骤152，计算每单位时间沉积的颗粒量ΔG(＝M-G)，之后进入步骤153，计算总的沉积颗粒量∑ΔG(＝∑ΔG+ΔG)。下一步，在步骤154，从图18B所示的关系中判断用于控制防止堵塞的时间。

下一步，在步骤155，判断是否到了用于控制防止堵塞的时间。如果到了用于控制防止堵塞的时间，程序就进入步骤156，在此暂时关闭排气节流阀45，然后在步骤157，在关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。

要指出的是，在上述实施例中，包括铝矾土的载体层例如设置在颗粒过滤器22的壁54的两侧表面上以及壁54中的细孔的内壁上。稀有金属催化剂和活性氧气释放剂就设置在这种载体上。进一步地，载体上设置NO_x吸收剂，在流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比下降时，吸收剂可吸收包含在废气中的NO_x，在流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比变成理想的空气燃料配比或者变大时，吸收剂就可释放已吸收的NO_x。

在此情况下，如上所述，根据本发明，使用铂Pt作为稀有金属催化剂。使用诸如钾K、钠Na、锂Li、铯Cs和铷Rb的碱金属，钡Ba、钙Ca以及锶Sr的碱土金属，以及镧La和钇Y的稀土金属作为NO_x吸收剂。要指出的是，通过与包括上述活性氧气释放剂的金属相比较可以理解，包括NO_x吸收剂的金属和包括活性氧气释放剂的金属有一很大部分是相同的。

在此情况下，可以使用不同的或者使用相同的金属作为NO_x吸收剂和活性氧气释放剂。在使用相同的金属作为NO_x吸收剂和活性氧气释放剂，作为NO_x吸收剂的功能和活性氧气释放剂的功能可同时表现出来。

下一步，以使用铂Pt作为稀有金属催化剂和使用钾K作为NO_x吸收剂的情况为例，说明吸收和释放NO_x的过程。

首先，考虑吸收NO_x的过程，利用与图4A所示的机理相同的机理把NO_x吸入NO_x吸收剂中。但是，在此情况下，图4A中的参考标记61表示NO_x吸收剂。

也就是说，在流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比很低的情况下，由于有大量超量的氧气包含在废气中，如果如图4A所示，废气流入颗粒过滤器22的废气流入通道50，那么，氧气O₂就会以O₂ ^-或O^2-的形式粘附在铂Pt表面上。另一方面，废气中的NO与铂Pt表面上的O₂ ^-或O^2-反应生成NO₂( )。下一步，所产生的部分NO₂被吸入NO_x吸收剂61，同时在铂Pt表面上氧化，并如图4A所示，以硝酸盐离子NO₃ ^-的形式扩散到NO_x吸收剂61中，同时粘附在钾K上。部分硝酸盐离子NO₃ ^-生成硝酸钾KNO₃。NO就这样被吸入到NO_x吸收剂61中。

另一方面，在流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比很高的情况下，硝酸盐离子NO₃ ^-分解成氧O和NO，之后，NO从NO_x吸收剂61中继续释放出来。因此，在流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比很高的情况下，在短时间内，NO从NO_x吸收剂61中释放出来。进一步地，释放的NO减少，因此不会有NO排放到大气中。

要指出的是，在此情况下，即便流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比是理想空气燃料比，也从NO_x吸收剂61中释放NO。但是，在此情况下，由于只是从NO_x吸收剂61中逐渐地释放NO，对于所有吸入在NO_x吸收剂61中的NO_x来说，要被释放出来所需的时间有些长。

但是，如上所述，有可能使用不同金属作为NO_x吸收剂61和活性氧气释放剂，或者有可能使用相同金属作为NO_x吸收剂和活性氧气释放剂。如果使用相同金属作为NO_x吸收剂和活性氧气释放剂，就象前面所述的那样，会同时执行NO_x吸收剂61的功能和活性氧气释放剂的功能。从此，可同时执行这两种功能的试剂称作活性氧气释放剂/NO_x吸收剂。在此情况下，图4A中的参考标记61表示活性氧气释放剂/NO_x吸收剂。

在使用这种活性氧气释放剂/NO_x吸收剂61的情况下，当流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比较小时，包含在废气中的NO就被吸入活性氧气释放剂/NO_x吸收剂61。如果包含在废气中的颗粒粘附在活性氧气释放剂/NO_x吸收剂61上，就利用包含在废气中的活性氧和从活性氧气释放剂/NO_x吸收剂61释放的活性氧，在短时间内，通过氧化清除这些颗粒。因此，在此情况下，可防止颗粒和废气中的NO_x排放到大气中。

另一方面，如果流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比很高，从活性氧气释放剂/NO_x吸收剂61中释放NO。利用未燃烧的烃和CO减少这些NO，因此，此时也没有NO排放到大气中。进一步地，如果颗粒沉积在颗粒过滤器22上，就利用从活性氧气释放剂/NO_x吸收剂61释放出的活性氧，通过氧化来清除颗粒。

要指出的是，在使用NO_x吸收剂或者活性氧气释放剂/NO_x吸收剂61的情况下，暂时使流入颗粒过滤器22的废气中的空气燃料比变高，从而在NO_x吸收剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂的吸收能力达到饱和之前，可从NO_x吸收剂61或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂释放出NO_x。也就是说，在空气燃料比很低的情况下进行燃烧时，空气燃料比有时暂时很高。也就是说，在空气燃料比很低的情况下进行燃烧时，空气燃料比有时暂时很高。

但是，如果空气燃料比保持很低，铂Pt表面被氧气覆盖，就会发生所谓铂Pt氧气中毒的情况。如果发生这种氧气中毒的情况，在NO_x上的氧化能力下降，从而使吸收NO_x的效率下降，进而使从活性氧气释放剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂释放活性氧的数量降低。但是，如果空气燃料比变高，就会耗尽铂Pt表面的氧气，因此可消除氧气中毒。因此，如果空气燃料比从很高变成很低，对NO_x的氧化能力加强，从而提高吸收NO_x的效率，进而使从活性氧气吸收剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂释放活性氧的数量提高。

因此，如果在空气燃料比保持很低的情况下，空气燃料比偶尔地从低变到高，就会消除氧气中毒的情况，从而使活性氧气的释放量在空气燃料比低的情况下得到提高，进而促进了颗粒过滤器22上的颗粒的氧化过程。

进一步地，在空气燃料比很低时，铯Cs具有吸收氧气的功能(Ce₂O₃→2CeO₂)，而在空气燃料比变得很高时，铯Ce具有释放好象氧的功能( )。因此，如果把铯Ce作为活性氧气释放剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂，在空气燃料比很低时，如果有颗粒沉积在颗粒过滤器22上，这些颗粒就会被从活性氧气释放剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂释放的活性氧气氧化，而如果空气燃料比很高，就会从活性氧气释放剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂释放大量的活性氧气，从而把颗粒进行氧化。因此，即便把铯Ce作为活性氧气释放剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂，如果空气燃料比偶尔从很低变成很高，会促进颗粒过滤器22上的颗粒的氧化过程。

下一步，说明用于使废气的空气燃料比暂时变成很高时的低温燃烧的情况。

在图1所示的内燃机中，如果EGR比例(EGR气体数量/(EGR气体数量+吸入的空气数量))增加，则产生的烟雾量逐渐增加，并在随后达到一峰值。如果EGR比例进一步升高，则产生的烟雾量反而快速下降。可参照图20说明这种情况，图20表示在改变EGR气体的制冷度数的情况下，EGR比例和烟雾之间的关系。要指出的是，在图20中，曲线A表示对EGR气体强力冷却，使EGR气体温度保持在大约90度时的情况，曲线B表示使用较小体积的制冷装置对EGR气体进行冷却的情况，而曲线C表示不对EGR气体进行强制冷却的情况。

在诸如图20的曲线A所示，对EGR气体进行强力制冷的情况下，如果EGR比例低于50％一点点，产生的烟雾达到峰值。在此情况下，如果EGR比例保持在至少55％左右，也几乎不再产生烟雾。另一方面，如图20的曲线B所示，如果稍微对EGR气体进行冷却，在EGR比例稍微大于50％的情况下，产生的烟雾达到峰值。在此情况下，如果EGR比例保持在至少65％左右，几乎不会产生烟雾。进一步地，如图20的曲线C所示，如果不对EGR气体进行强制冷却，在55％附近，产生的烟雾达到峰值。在此情况下，如果EGR比例保持在至少70％左右，几乎不会产生烟雾。

如果以这种方式使EGR气体的比例保持在至少55％，没有产生烟雾的原因是，由于EGR气体的热量吸收过程，燃烧时燃料的温度和周围气体的温度并没有变得那么高，也就是说，进行的是低温燃烧，因此烃(hydrocarbons)没有变成碳黑。

这种低温燃烧的特征在于，在不考虑空气燃料比的大小时，遏制产生烟雾的同时，有可能降低NO_x的产生量。也就是说，如果空气燃料比很高，燃料就变得超量，但是，由于燃烧温度变成低温，超量的燃料不会变成碳黑，因此也就没有烟雾产生。进一步地，此时只能产生非常少量的NO_x。另一方面，在空气燃料比的平均值很低或者空气燃料比是理想空气燃料比时，如果燃烧温度变高，就会产生少量碳黑，但是，在低温燃烧情况下，燃烧温度保持在很低的温度，因此一点烟雾也不会产生，并也只有非常少量的NO_x产生。

但是，如果发动机的所需转矩TQ变得很高，也就是说，如果燃料排出量变大，燃烧时的燃料温度和周围气体的温度变高，因此，就很难进行低温燃烧。也就是说，在由于燃烧产生的热量相对很低时，仅限于在发动机中间和低负载作业的情况下进行低温燃烧。在图21中，区域I表示在第一次燃烧时的作业区域，其中燃烧室5中的惰性气体数量大于碳黑峰值产生数量中惰性气体的数量，也就是说，能够进行低温燃烧，而区域II表示的仅是第二次燃烧的作业区域，其中燃烧室5中惰性气体低于碳黑峰值产生数量中惰性气体的数量，也就是说，能够进行正常燃烧。

图22表示在作业区域I中，低温燃烧情况下的目标空气燃料比A/F，而图23表示节流阀17的打开程度、EGR控制阀25的打开程度、EGR比例、空气燃料比、喷射起始时间θS、喷射结束时间以及与所需转矩TQ相对应的喷射量。要指出的是，图23还表示在作业区域II进行正常燃烧时节流阀等的打开程度，从图22到图23，在作业区域I中进行低温燃烧的情况下，EGR比例保持在至少55％，而且空气燃料比A/F保持在空气燃料比为15.5至18的低值。

现在，如果在颗粒过滤器22上施加了NO_x吸收剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂，就必须使空气燃料比暂时为高值，以释放被吸收的NO_x。但是，如上所述，在作业区域I进行低温燃烧时，即便空气燃料比很高，也几乎不会产生烟雾。因此，在颗粒过滤器22上施加NO_x吸收剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂的情况下，为了从颗粒过滤器22中分开和排出颗粒块，在排气节流阀45暂时关闭时，在低温燃烧情况下，空气燃料比很高，从而释放出NO_x。

图24表示用于控制防止堵塞而执行的程序。

参照图24，在步骤160，判断是否到了用于控制防止堵塞的时间。如果到了用于控制防止堵塞的时间，程序就进入步骤161，在此判断所需的转矩TQ是否大于图21所示的限值X(N)。如果TQ≤X(N)，也就是说，如果发动机作业区域是第一次作业区域，并进行低温燃烧，程序就进入步骤162，在此暂时关闭排气节流阀45，之后，进入步骤163，在关闭排气节流阀45的同时，增加喷出的燃料量，从而使空气燃料比变高。下一步，在步骤164，控制EGR控制阀25的打开程度，使空气燃料比不会由于EGR气体中未燃烧的燃料而变得太高。

另一方面，如果在步骤161判断出TQ＞X(N)，也就是说，发动机作业状态是第二作业区域II，程序就进入步骤165，在此暂时关闭排气节流阀45，之后进入步骤102，在关闭排气节流阀45的同时，增加喷出的燃料量。但是，在此时并不使空气燃料比变高。

图25示出排气节流阀45安装位置的改进。正如这种改进所示，也可以把排气节流阀45设置在颗粒过滤器22的排气通道的上游。

图26表示把本发明应用到颗粒处理装置的情况，该颗粒处理装置能够把废气流经颗粒过滤器22内部的流动方向切换成反向流动方向。如图26所示，颗粒处理装置70与一排气涡轮机21的出口连接。图27A和27B分别表示这种颗粒处理装置70的平面示意图和局部剖视侧视图。

参照图27A和27B，颗粒处理装置70设有一与排气涡轮机21出口连接的上游侧排气管71、一下游侧排气管72以及一在其两端设有一第一开孔端73a和第二开孔端73b的两路排气通道管73。上游侧排气管71的出口、下游侧排气管72的入口以及两路排气通道管73的第一开孔端73a和第二开孔端73b都在同一收集腔室74内部打开。颗粒过滤器22设置在两路排气通道管73的内部。颗粒过滤器22的局部轮廓形状与图3A和3B所示的颗粒过滤器的形状稍有不同，但是，在其它方面，基本上与图3A和3B所示的结构相同。

在颗粒处理装置70的收集腔室74内部设置一由执行器75驱动的流动路径切换阀76。由电子控制装置30的输出信号控制该执行器75。由执行器75把流动路径切换阀76控制到第一位置A、第二位置B和第三位置C中的任一位置，其中：第一位置A用于利用执行器75把上游侧排气管71的出口连接到第一开孔端73a、并把第二开孔端73b连接到下游侧排气管72的入口；第二位置B用于把上游侧排气管71的出口连接到第二开孔端73b，把第一开孔端73a连接到下游侧排气管72的入口；第三位置C用于把上游侧排气管71的出口连接到下游侧排气管72的入口。

如果流动路径切换阀76位于第一位置A，从上游侧排气管71的出口流出的废气再从第一开孔端73a流入两路排气通道管73的内部，之后，沿箭头X所指方向通过颗粒过滤器22，之后，从第二开孔端73b流到下游侧排气管72的入口。

与此相反，如果流动路径切换阀76位于第二位置B，从上游侧排气管71的出口流出的废气再从第二开孔端73b流入两路排气通道管73的内部，之后，通过颗粒过滤器22沿箭头Y所指方向流动，之后，从第一开孔端73a流到下游侧排气管72的入口。因此，通过把流动路径切换阀76从第一位置A切换到第二位置B、或者从第二位置B切换到第一位置A，就可把流经颗粒过滤器22的废气流动方向从其曾流动的方向切换到相反的方向。

另一方面，如果流动路径切换阀76位于第三位置C，从上游侧排气管71的出口流出的废气就直接流到下游侧排气管72的入口，而不必再流入两路排气通道管73。例如，如果颗粒过滤器22的温度在发动机启动之后就立即变得很低，把流动路径切换阀76设置在第三位置C，以防止大量的颗粒沉积在颗粒过滤器22上。

如图27A和27B所示，排气节流阀45设置在下游侧排气管72内部。但是，排气节流阀45也可以如图28所示设置在上游侧排气管71内部。

在废气沿箭头方向穿过颗粒过滤器22内部流动时，颗粒主要沉积在流入废气的壁54的侧表面上，而颗粒块主要固定在流入废气的侧表面上和细孔内部。在此实施例中，把穿过颗粒过滤器22内部流动的废气的流动方向切换到相反的方向上，从而氧化沉积的颗粒并从颗粒过滤器22分开和排出颗粒块。

也就是说，如果把穿过颗粒过滤器22内部的废气流动方向切换到相反的方向上，没有其它的颗粒沉积在已经沉积的颗粒上，因此，通过氧化逐渐地清除沉积的颗粒。进一步地，如果把穿过颗粒过滤器22内部的废气流动方向切换到相反的方向上，固定的颗粒块就会固定在流出废气的壁表面上和细孔内部，因此，可轻易地分开和排出颗粒块。

但是，实际上，仅仅通过把穿过颗粒过滤器22内部的废气流动方向切换到相反的方向上，是不能充分地分开和排出颗粒块的。因此，局部在使用诸如图27A和27B所示的颗粒处理装置70的情况下，排气节流阀45暂时关闭，之后，在从颗粒过滤器22分开和排出颗粒块时，再全部打开。

下一步，说明控制排气节流阀45的时间和切换流动路径切换阀76的时间。图29表示排气节流阀45从全开状态暂时全部关闭，之后再在每固定的时间间隔或每固定的移动距离时周期性地全部打开。也是在此情况下，在排气节流阀45全部关闭的同时，增加燃料喷射量，从而使发动机的输出在排气节流阀45全关时不会下降。

另一方面，如图29所示，与排气节流阀45的操作控制相连的流动路径切换阀76在向前流动和反方向流动之间切换。在这里，“向前流动”是指废气沿图27所示的X方向流动，而“反方向流动”是指在图27所示的箭头Y方向流动。因此，如果流动是向前流动的，就把流动路径切换阀76设定在第一位置A，如果流动是反向流动时，就把流动路径切换阀76设定在第二位置B。

如图29所示，流动路径切换阀76的第一位置A和第二位置B有三种类型的切换时间，即类型I、类型II和类型III。类型I是指，在排气节流阀45从全开状态到全部关闭时，把向前流动切换成反向流动或者把反向流动切换成向前流动的类型；类型II是指，在排气节流阀45保持在全关状态时，把向前流动切换成反向流动或者把反向流动切换成向前流动的类型；而类型III是指，在排气节流阀45从全关状态到全部打开时，把向前流动切换成反向流动或者把反向流动切换成向前流动。

在每一类型I、II、III中，在从排气节流阀45全关切换成全开的间隔内，换句话说，在排气节流阀45全部打开时或者在其刚刚完全打开之前，进行流动路径切换阀76流动路径的切换。在从排气节流阀45全关切换成全开的间隔内进行流动路径切换阀76流动路径的切换的理由如下：

也就是说，为使颗粒过滤器22中的压力损失很低，必须尽可能快地使颗粒块从颗粒过滤器22分开和排出。在此情况下，在固定颗粒的壁54的表面成为废气的流出侧面时，就很容易地分开颗粒块。因此，为了使颗粒块从颗粒过滤器22尽可能快地分开和排出，最好是在沉积颗粒的壁54的成为废气的流出侧面时，即把反向流动切换成向前流动时，分开和排出颗粒块。即，换句话说，在排气节流阀45从关闭状态到全部打开时，或者在刚刚全部打开之前，最好从向前流动切换成反向流动或者从反向流动切换成向前流动。

图30示出用于如图29所示控制防止堵塞的程序。

参照图30，首先，在步骤170，判断是否到了用于控制防止堵塞的时间。在图29所示的实施例中，判断方式是：每一固定时间间隔或者每一固定移动距离时，判断是否到了用于控制防止堵塞的时间。如果到了用于控制防止堵塞的时间，程序就进入步骤171，此时排气节流阀45暂时关闭，之后进入步骤172，在关闭排气节流阀45的同时，增加排出的燃料量。下一步，在步骤173，通过任何一种类型I、II和III，利用流动路径切换阀76使流动路径切换阀动作。

图31表示用于控制防止堵塞的程序，可计算颗粒过滤器22上的沉积颗粒的剩余量，并可在沉积颗粒的剩余量超出一限度值时，控制排气节流阀45和流动路径切换阀76。

参照图31，首先，在步骤180，从图14A所示的关系中计算出颗粒的排出量M。下一步，在步骤181，从图6所示的关系中计算出通过氧化可清除的颗粒量G。下一步，在步骤182，计算每单位时间沉积的颗粒量ΔG(＝M-G)，之后进入步骤183，计算总的沉积颗粒量∑ΔG(＝∑ΔG+ΔG)。下一步，在步骤184，从图14B所示的关系中计算出通过氧化沉积的颗粒而清除的比例R。下一步，在步骤185，计算沉积颗粒的剩余量∑ΔG(＝∑ΔG-R×∑ΔG)。下一步，在步骤186，判断沉积颗粒的剩余量∑ΔG是否大于限度值G₀。

如果∑ΔG＞G₀，程序就进入步骤187，在此暂时关闭排气节流阀45，之后，进入步骤188，在关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。下一步，在步骤189，通过图29所示的类型I、II和III中的一种类型，利用流动路径切换阀76使流动路径切换阀动作。

图32表示下列情况，即在车辆减速时暂时全部关闭排气节流阀45以使发动机刹车的情况，以及在此时利用流动路径切换阀76执行的流动路径切换动作的情况。也是在此情况下，以与图29同样的方式，流动路径切换方法有三种类型I、II和III。采用三种类型I、II和III中的一种类型。要指出的是，在图32所示的实施例中，在加速器踏板40的压缩量变为0时，就停止喷射燃料，并全部关闭排气节流阀45。一旦开始喷射燃料，就全部打开排气节流阀45。

在图33所示的实施例中，每固定的时间间隔、每固定的移动距离或者沉积在颗粒过滤器上的沉积颗粒的剩余量∑ΔG大于限度值G₀时，就暂时全部关闭排气节流阀45。在全部关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。还是在此情况下，以与图29同样的方式，流动路径切换方法有三种类型I、II和III。采用三种类型I、II和III中的一种类型。但是，在此实施例中，流动方向通常是向前的。一旦排气节流阀45关闭，向前流动就切换成反向流动，但是，再次全部打开排气节流阀45时，过一会，又再切换成向前流动。

图34仍表示另一实施例。在此实施例中，以一预定的控制时间交替地把向前流动切换成反向流动，或者把反向流动切换成向前流动。另一方面，分别计算在向前流动时在流入废气的壁54的侧表面上和细孔内部沉积的颗粒剩余量∑ΔG1，以及在反向流动时在流入废气的壁54的侧表面上和细孔内部沉积的颗粒剩余量∑ΔG2。例如，如图34所示，在向前流动时沉积的颗粒量∑ΔG1超出限度值G₀时，把向前流动切换成反向流动时，就暂时关闭排气节流阀45，并在全部打开排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。

也就是说，在此实施例中，利用一般的压缩方法，当计算出的沉积在颗粒过滤器22的壁54的两侧壁上的颗粒量超出一预定的限度值时，并在颗粒量超出该限度值的壁54的一侧是废气流出侧，或者变成废气流出侧时，就立即打开排气节流阀45，并只是在瞬间采用脉冲似的形式增加流经颗粒过滤器22内部的废气的流速。

图35表示本实施例工作时，用于控制防止堵塞的程序。

参照图35，首先，在步骤190，判断当前的流向是不是向前流动。如果是向前流动，程序就进入步骤191，在此根据图14A所示的关系计算排出的颗粒量M。下一步，在步骤192，根据图6所示的关系计算通过氧化而可清除的颗粒量G。下一步，在步骤193中，计算向前流动时每单位时间沉积的颗粒量ΔG(＝M-G)，之后进入步骤194，计算总的向前流动沉积的颗粒量∑ΔG1(＝∑ΔG1+ΔG)。下一步，在步骤195，根据图14B所示的关系计算出通过氧化沉积的颗粒而清除的比例R。下一步，在步骤196，计算向前流动沉积颗粒的剩余量∑ΔG1(＝∑ΔG1-R×∑ΔG1)。

下一步，在步骤197，判断向前流动沉积颗粒的剩余量∑ΔG1是否大于限度值G₀。如果∑ΔG1＞G₀，程序就进入步骤198，在此判断当前的流动方向是不是反向流动。如果当前是反向流动，程序就进入步骤199，在此暂时全部关闭排气节流阀45，之后，进入步骤200，在完全关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。

另一方面，如果在步骤190判断出当前流动方向不是向前流动，即如果是反向流动，程序就进入步骤201，在此根据图14A所示的关系计算排出的颗粒量M。下一步，在步骤202，根据图6所示的关系计算通过氧化而可清除的颗粒量G。下一步，在步骤203中，计算反向流动时每单位时间沉积的颗粒量ΔG(＝M-G)，之后进入步骤204，计算总的反向流动沉积的颗粒量∑ΔG2(＝∑ΔG2+ΔG)。下一步，在步骤205，根据图14B所示的关系计算出通过氧化沉积的颗粒而清除的比例R。下一步，在步骤206，计算反向流动沉积颗粒的剩余量∑ΔG2(＝∑ΔG2-R×∑ΔG2)。

下一步，在步骤207，判断反向流动沉积颗粒的剩余量∑ΔG2是否大于限度值G₀。如果∑ΔG2＞G₀，程序就进入步骤208，在此判断当前的流动方向是不是向前流动。如果当前是向前流动，程序就进入步骤199，在此暂时关闭排气节流阀45，之后，进入步骤200，在完全关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。

图36又表示另一实施例。在此实施例中，如图36所示，在排气节流阀45下游的下游侧排气通道72的内部设置一用于检测废气中烟雾浓度的烟雾浓度检测器80。

在此实施例中，如图37所示，在每次加速作业时，把向前流动切换成反向流动或者把反向流动切换成向前流动。另一方面，在加速作业时，废气流速增加，因此废气流出侧的壁54的表面和细孔内部的部分颗粒块与颗粒过滤器22分开。因此，如图37所示，当颗粒块沉积在废气流出侧的壁54的表面和细孔内部时，在每次加速作业时，烟雾SM浓度变高。在此情况下，烟雾浓度SM变得越高，沉积的颗粒块数量越多。

因此，在此实施例中，如果烟雾浓度SM超出一预定的限度值SM₀。在完成加速作业之后，且在流经颗粒过滤器22的废气流动方向变成反向流动之前，也就是说，如果在反向流动时SM＞SM₀，在从反向流动切换成向前流动之前，排气节流阀45暂时全部关闭，并在排气节流阀45关闭的同时，增加喷出的流量。

图38表示本实施例工作时，用于控制防止堵塞的程序。

参照图38，首先，在步骤210，利用烟雾浓度传感器80检测废气中烟雾的浓度SM。下一步，在步骤211，判断烟雾浓度SM是否超出一限度值SM₀。如果SM＞SM₀，程序就进入步骤212，在此暂时全部关闭排气节流阀45，之后，进入步骤213，在关闭排气节流阀45的同时，增加燃料的喷出量。

在上述每一实施例中，都有可能在颗粒过滤器22上施加NO_x吸收剂或活性氧气释放剂/NO_x吸收剂。进一步地，也可把本发明应用到下列情况，即仅把诸如铂Pt之类的稀有金属施加在设于颗粒过滤器22的两个表面上的载体层上。但是，在此情况下，与图5所示的实线相比，表示通过氧化而可清除的颗粒量G的实线稍微有些向右偏移。在此情况下，从保存在铂Pt表面的NO₂或SO₃中释放活性氧。

进一步地，也有可能把活性氧气释放剂用作能够吸收和保存NO₂或SO₃并从吸收的这些NO₂或SO₃中释放活性氧的催化剂。

要指出的是，也可把本发明应用于所设计的废气净化装置，在颗粒过滤器排气管道的上游分布氧化催化剂，利用这种氧化催化剂把废气中的NO转化成NO₂，使沉积在颗粒过滤器上的NO₂和颗粒发生反应，并使用这种NO₂氧化颗粒。

根据本发明，有可能从颗粒过滤器上把沉积在颗粒过滤器上颗粒块分开和排出。

Claims

1.一种内燃机的废气净化装置，其中：在发动机排气通道内部设有一颗粒过滤器，其用于通过氧化清除从燃烧室排出的废气中的颗粒；设有流速瞬间增加装置，用于在沉积在颗粒过滤器上的颗粒与颗粒过滤器分开并排出到颗粒过滤器外部时，仅在瞬间内以脉冲似的方式增加流经颗粒过滤器的废气流速；以及在发动机排气通道内，设有一能够把流经颗粒过滤器内部的废气流动方向切换成相反方向的流动路径切换阀，

该流速瞬间增加装置包括一设置在发动机排气通道内的排气节流阀，该排气节流阀瞬间打开，从而仅仅在一瞬间以脉冲式的方式增加流经颗粒过滤器内部的废气流速，并仅仅在瞬间打开排气节流阀之前或瞬间打开排气节流阀之时，使用流动路径切换阀把流经颗粒过滤器内部的废气流动方向切换成相反方向。

2.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，在瞬间打开排气节流阀之前，排气节流阀马上从全开状态暂时关闭。

3.如权利要求2所述的废气净化装置，其特征在于，排气节流阀从全开状态暂时关闭，之后在车辆减速时，再次瞬间全部打开。

4.如权利要求2所述的废气净化装置，其特征在于，排气节流阀从全开状态暂时关闭，之后周期性地每隔固定时间间隔，再次瞬间全部打开。

5.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，颗粒过滤器设有一其内流动废气的壁，设有一计算装置，用于计算沉积在壁两侧的颗粒量，当计算装置计算出的已经沉积在壁两侧的颗粒量超出一预定限度值时，而且在其上已经沉积的颗粒量多于限度值的壁一侧是废气的流出侧或者变成废气的流出侧时，就瞬间打开排气节流阀，以便仅仅在瞬间内以脉冲似的方式增加流经颗粒过滤器内部的废气流速。

6.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，作为一颗粒过滤器，使用该颗粒过滤器，在每单位时间从燃烧室排出的颗粒量小于通过在颗粒过滤器上进行氧化而可清除的、不必发出明火能在每单位时间内通过氧化所清除的颗粒量时，不必发出明火，就能够通过氧化而清除流入颗粒过滤器内的废气中的任何颗粒；并控制排出的颗粒量和通过氧化而可清除的颗粒量中的至少一种颗粒量，从而在发动机工作状态时，使排出的颗粒量变得小于通过氧化而可清除的颗粒量，在该发动机中，排出的颗粒量可变得小于通过氧化而可清除的颗粒量。

7.如权利要求6所述的废气净化装置，其特征在于，在颗粒过滤器上施加有贵金属催化剂。

8.如权利要求7所述的废气净化装置，其特征在于，在颗粒过滤器上施加有一种活性氧气释放剂，用于在周围环境中的氧气过剩时吸收并保存氧气，而在周围环境中的氧气浓度下降时释放以活性氧气形式保存的氧气，在颗粒沉积在颗粒过滤器上时，就从活性氧气释放剂中释放活性氧气，并利用所释放的活性氧气氧化沉积在颗粒过滤器上的颗粒。

9.如权利要求8所述的废气净化装置，其特征在于，该活性氧气释放剂包括一种碱金属、一种碱土金属、一种稀土或一种过渡金属。

10.如权利要求9所述的废气净化装置，其特征在于，碱金属和碱土金属包括比钙具有更强的电离趋势的金属。

11.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，作为一种颗粒过滤器，所使用的该颗粒过滤器具有以下功能，在每单位时间从燃烧室排出的颗粒量小于通过在颗粒过滤器上进行氧化而可清除的、不必发出明火能在每单位时间内通过氧化所清除的颗粒量时，不必发出明火，就能够通过氧化而可清除流入颗粒过滤器内的废气中的任何颗粒，以及在流入颗粒过滤器的废气中的空气燃料比很低时，可吸收废气中的NO_x，而在流入颗粒过滤器的废气中的空气燃料比变成理想的空气燃料比或者很高时，释放所吸收的NO_x；并控制排出的颗粒量和通过氧化而可清除的颗粒量中的至少一种颗粒量，从而在发动机工作状态时，排出的颗粒量变得小于通过氧化可清除的颗粒量，在该发动机中使排出的颗粒量变得小于通过氧化而可清除的颗粒量。

12.如权利要求11所述的废气净化装置，其特征在于，在该颗粒过滤器上施加一种碱金属、一种碱土金属、一种稀土或过渡金属以及一种贵金属催化剂中的至少一种金属。

13.如权利要求12所述的废气净化装置，其特征在于，碱金属和碱土金属包括比钙具有更强的电离趋势的金属。

14.如权利要求11所述的废气净化装置，其特征在于，在颗粒过滤器上施加有一种活性氧气释放剂，用于在周围环境中的氧气过剩时吸收并保存氧气，而在周围环境中的氧气浓度下降时释放以活性氧化形式保存的氧气，在颗粒沉积在颗粒过滤器上时，就从活性氧气释放剂中释放活性氧气，并利用所释放的活性氧气氧化沉积在颗粒过滤器上的颗粒。

15.如权利要求11所述的废气净化装置，其特征在于，在空气燃料比低的情况下进行正常的燃烧，并在要释放吸入在颗粒过滤器内部的NO_x时，使空气燃料比暂时是理想的空气燃料比或者是高的空气燃料比。

16.如权利要求15所述的废气净化装置，其特征在于，在沉积在颗粒过滤器上的颗粒要与颗粒过滤器分开并排出到颗粒过滤器之外时，排气节流阀从全开状态暂时关闭，之后再次立即全开，并在排气节流阀暂时关闭时，使空气燃料比较高，从而从颗粒过滤器释放NO_x。