JP3807234B2 - Exhaust gas purification method and exhaust gas purification device - Google Patents

Exhaust gas purification method and exhaust gas purification device Download PDF

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化方法および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】
ディーゼル機関では負荷が高くなれば排気ガス温が３５０℃から４００℃に達し、従って上述のパティキュレートフィルタでは一見したところ機関負荷が高くなったときに排気ガス熱によって微粒子を着火燃焼せしめることができるように見える。しかしながら実際には排気ガス温が３５０℃から４００℃に達しても微粒子が着火しない場合があり、またたとえ微粒子が着火したとしても一部の微粒子しか燃焼せず、多量の微粒子が燃え残るという問題を生ずる。
【０００５】
即ち、排気ガス中に含まれる微粒子量が少ないときにはパティキュレートフィルタ上に付着する微粒子量が少なく、このときには排気ガス温が３５０℃から４００℃になるとパティキュレートフィルタ上の微粒子は着火し、次いで連続的に燃焼せしめられる。
しかしながら排気ガス中に含まれる微粒子量が多くなるとパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子が完全に燃焼する前にこの微粒子の上に別の微粒子が堆積し、その結果パティキュレートフィルタ上に微粒子が積層状に堆積する。このようにパティキュレートフィルタ上に微粒子が積層状に堆積すると酸素と接触しやすい一部の微粒子は燃焼せしめられるが酸素と接触しずらい残りの微粒子は燃焼せず、斯くして多量の微粒子が燃え残ることになる。従って排気ガス中に含まれる微粒子量が多くなるとパティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けることになる。
【０００６】
一方、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積するとこれら堆積した微粒子は次第に着火燃焼しずらくなる。このように燃焼しずらくなるのはおそらく堆積している間に微粒子中の炭素が燃焼しずらいグラフィイト等に変化するからであると考えられる。事実、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けると３５０℃から４００℃の低温では堆積した微粒子が着火せず、堆積した微粒子を着火せしめるためには６００℃以上の高温が必要となる。しかしながらディーゼル機関では通常、排気ガス温が６００℃以上の高温になることがなく、従ってパティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けると排気ガス熱によって堆積した微粒子を着火せしめるのが困難となる。
【０００７】
一方、このとき排気ガス温を６００℃以上の高温にすることができたとすると堆積した微粒子は着火するがこの場合には別の問題を生ずる。即ち、この場合、堆積した微粒子は着火せしめられると輝炎を発して燃焼し、このときパティキュレートフィルタの温度は堆積した微粒子の燃焼が完了するまで長時間に亘り８００℃以上に維持される。しかしながらこのようにパティキュレートフィルタが長時間に亘り８００℃以上の高温にさらされるとパティキュレートフィルタが早期に劣化し、斯くしてパティキュレートフィルタを新品と早期に交換しなければならないという問題が生ずる。
【０００８】
また、堆積した微粒子が燃焼せしめられるとアッシュが凝縮して大きな塊まりとなり、これらアッシュの塊まりによってパティキュレートフィルタの細孔が目詰まりを生ずる。目詰まりした細孔の数は時間の経過と共に次第に増大し、斯くしてパティキュレートフィルタにおける排気ガス流の圧損が次第に大きくなる。排気ガス流の圧損が大きくなると機関の出力が低下し、斯くしてこの点からもパティキュレートフィルタを新品と早期に交換しなければならないという問題が生ずる。
【０００９】
このように多量の微粒子が一旦積層状に堆積してしまうと上述の如き種々の問題が生じ、従って排気ガス中に含まれる微粒子量とパティキュレートフィルタ上において燃焼しうる微粒子量とのバランスを考えて多量の微粒子が積層状に堆積しないようにする必要がある。しかしながら上述の公報に記載されたパティキュレートフィルタでは排気ガス中に含まれる微粒子量とパティキュレートフィルタ上において燃焼しうる微粒子量とのバランスについては何ら考えておらず、斯くして上述したように種々の問題を生じることになる。
【００１０】
また、上述の公報に記載されたパティキュレートフィルタでは排気ガス温が３５０℃以下になると微粒子は着火されず、斯くしてパティキュレートフィルタ上に微粒子が堆積する。この場合、堆積量が少なければ排気ガス温が３５０℃から４００℃になったときに堆積した微粒子が燃焼せしめられるが多量の微粒子が積層状に堆積すると排気ガス温が３５０℃から４００℃になったときに堆積した微粒子が着火せず、たとえ着火したとしても一部の微粒子は燃焼しないために燃え残りが生じる。
【００１１】
この場合、多量の微粒子が積層状に堆積する前に排気ガス温を上昇させれば堆積した微粒子を燃え残ることなく燃焼せしめることができるが上述の公報に記載されたパティキュレートフィルタではこのようなことは何ら考えておらず、斯くして多量の微粒子が積層状に堆積した場合には排気ガス温を６００℃以上に上昇させない限り、堆積した全微粒子を燃焼させることができない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために１番目の発明では、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタとして、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように排出微粒子量又は酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにしている。
【００１３】
２番目の発明では１番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持している。
３番目の発明では２番目の発明において、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、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、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ている。
【００１４】
４番目の発明では３番目の発明において、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。
５番目の発明では４番目の発明において、アルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりもイオン化傾向の高い金属からなる。
６番目の発明では３番目の発明において、活性酸素放出剤は、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 を放出する機能を有している。
【００１５】
７番目の発明では１番目の発明において、酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度の関数である。
８番目の発明では７番目の発明において、酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度に加え、排気ガス中の酸素濃度又はＮＯx 濃度の少くとも一つの関数である。
【００１６】
９番目の発明では７番目の発明において、酸化除去可能微粒子量が少くともパティキュレートフィルタの温度の関数として予め記憶されている。
１０番目の発明では１番目の発明において、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに排出微粒子量が増大し又は酸化除去可能微粒子量が減少して排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量とが互いに近づいたときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにしている。
【００１７】
１１番目の発明では１０番目の発明において、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることにより排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差を大きくするようにしている。
１２番目の発明では１０番目の発明において、排出微粒子量を減少させることにより排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差を大きくするようにしている。
【００１８】
１３番目の発明では１０番目の発明において、排気ガス中の酸素濃度を高めることにより排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差を大きくするようにしている。
１４番目の発明では、１０番目の発明において、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量から一定値を差引いた許容値よりも大きくなったときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにしている。
【００１９】
１５番目の発明では、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタとして、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられかつ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 を放出する機能を有するパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように排出微粒子量又は酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにしている。
１６番目の発明では、機関排気通路内に燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去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として、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように排出微粒子量又は酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する制御手段を具備している。
【００２０】
１７番目の発明では１６番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持している。
１８番目の発明では１７番目の発明において、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、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、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ている。
【００２１】
１９番目の発明では１８番目の発明において、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。
２０番目の発明では１９番目の発明において、アルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりもイオン化傾向の高い金属からなる。
２１番目の発明では１８番目の発明において、活性酸素放出剤は、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 を放出する機能を有している。
【００２２】
２２番目の発明では１６番目の発明において、酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度の関数である。
２３番目の発明では２２番目の発明において、酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度に加え、排気ガス中の酸素濃度又はＮＯx 濃度の少くとも一つの関数である。
【００２３】
２４番目の発明では２２番目の発明において、酸化除去可能微粒子量を少くともパティキュレートフィルタの温度の関数の形で予め記憶している記憶手段を具備している。
２５番目の発明では１６番目の発明において、制御手段は、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに排出微粒子量が増大し又は酸化除去可能微粒子量が減少して排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量とが互いに近づいたときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する。
【００２４】
２６番目の発明では２５番目の発明において、制御手段は、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることによって排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差を大きくする。
２７番目の発明では２６番目の発明において、制御手段は、排気ガス温が上昇するように燃料噴射量又は燃料噴射時期の少くとも一方を制御することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させる。
【００２５】
２８番目の発明では２７番目の発明において、制御手段は、主燃料の噴射時期を遅角させるか、又は主燃料に加え補助燃料を噴射することによって排気ガス温を上昇させる。
２９番目の発明では２６番目の発明において、機関が、再循環排気ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、再循環排気ガス量を更に増大すると煤がほとんど発生しなくなる機関からなり、制御手段は、再循環排気ガス量を煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも多くすることによって排気ガス温を上昇させ、それによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させる。
【００２６】
３０番目の発明では２６番目の発明において、パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に炭化水素供給装置を配置し、炭化水素供給装置から排気通路内に炭化水素を供給することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させる。
３１番目の発明では２６番目の発明において、パティキュレートフィルタ下流の排気通路内に排気制御弁を配置し、排気制御弁を閉弁することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させる。
【００２７】
３２番目の発明では２６番目の発明において、排気タービンを迂回する排気ガス量を制御するためのウエストゲートバルブを備えた排気ターボチャージャを具備しており、ウエストゲートバルブを開弁することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させる。
３３番目の発明では２５番目の発明において、制御手段は、排出微粒子量を減少させることによって排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差を大きくする。
【００２８】
３４番目の発明では３３番目の発明において、制御手段は、排出微粒子量が減少するように燃料噴射量又は燃料噴射時期又は燃料噴射圧又は補助燃料の噴射を制御する。
３５番目の発明では３３番目の発明において、吸入空気を過給するための過給手段を具備し、制御手段は、過給圧を増大させることによって排出微粒子量を減少させる。
【００２９】
３６番目の発明では３３番目の発明において、排気ガスを吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備し、制御手段は、排気ガス再循環率を減少させることによって排出微粒子量を減少させる。
３７番目の発明では２５番目の発明において、制御手段は、排気ガス中の酸素濃度を高めることによって排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差を大きくする。
【００３０】
３８番目の発明では３７番目の発明において、排気ガスを吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備し、制御手段は、排気ガス再循環率を減少させることによって排気ガス中の酸素濃度を高くする。
３９番目の発明では３７番目の発明において、パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に２次空気を供給するための２次空気供給装置を具備し、制御手段は、パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に２次空気を供給することによって排気ガス中の酸素濃度を高くする。
【００３１】
４０番目の発明では、２５番目の発明において、制御手段は、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量から一定値を差引いた許容値よりも大きくなったときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する。
４１番目の発明では、機関排気通路内に燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去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として、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられかつ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 を放出する機能を有するパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように排出微粒子量又は酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する制御手段を具備している。
【００３２】
【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。
【００３３】
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。
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。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。
【００３４】
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。
【００３５】
図３にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図３において（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、（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。
【００３６】
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の隔壁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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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ＳＯ4 2- 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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
一方、このとき活性酸素放出剤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。
【００４５】
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分の短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられる。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られることになる。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。
なお、ＮＯx 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。
【００４６】
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。
【００４７】
これに対して本発明では微粒子６２は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。従って本発明による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。
【００４８】
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。
【００４９】
図６の実線は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Ｇを示しており、図６の横軸はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを示している。なお、図６は単位時間を１秒とした場合の、即ち１秒当りの酸化除去可能微粒子量Ｇを示しているがこの単位時間としては１分、１０分等任意の時間を採用することができる。例えば単位時間として１０分を用いた場合には単位時間当りの酸化除去可能微粒子量Ｇは１０分間当りの酸化除去可能微粒子量Ｇを表すことになり、この場合でも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Ｇは図６に示されるように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。
さて、単位時間当りに燃焼室５から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと称するとこの排出微粒子量Ｍが同じ単位時間当りに酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、例えば１秒当りの排出微粒子量Ｍが１秒当りの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、或いは１０分当りの排出微粒子量Ｍが１０分当りの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、即ち図６の領域Ｉでは燃焼室５から排出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。
【００５０】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図６の領域IIでは全ての微粒子を順次酸化するには活性酸素量が不足している。図５（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。
即ち、全ての微粒子を順次酸化するには活性酸素量が不足している場合には図５（Ａ）に示すように微粒子６２が活性酸素放出剤６１上に付着すると微粒子６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果図５（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われるようになる。
【００５１】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６３は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くしてこの残留微粒子部分６３はそのまま残留しやすくなる。また、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ2 の酸化作用および活性酸素放出剤６１からの活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図５（Ｃ）に示されるように残留微粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと堆積する。即ち、微粒子が積層状に堆積することになる。このように微粒子が積層状に堆積するとこれら微粒子は白金Ｐｔや活性酸素放出剤６１から距離を隔てているためにたとえ酸化されやすい微粒子であってももはや活性酸素Ｏによって酸化されることがなく、従ってこの微粒子６４上に更に別の微粒子が次から次へと堆積する。即ち、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ２２上には微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
【００５２】
このように図６の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図６の領域IIでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する。従って微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積しないようにするためには排出微粒子量Ｍを常時酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くしておく必要がある。
【００５３】
図６からわかるように本発明の実施例で用いられてい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の温度ＴＦがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であり、従って図１に示す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持することが可能である。従って本発明による実施例においては排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するようにしている。
【００５４】
このように排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するとパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積しなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ２２における排気ガス流の圧損は全くと言っていいほど変化することなくほぼ一定の最小圧損値に維持される。斯くして機関の出力低下を最小限に維持することができる。
【００５５】
また、微粒子の酸化による微粒子除去作用はかなり低温でもって行われる。従ってパティキュレートフィルタ２２の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュレートフィルタ２２が劣化する危険性はほとんどない。また、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積しないのでアッシュが凝集する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィルタ２２が目詰まりする危険性が少なくなる。
【００５６】
ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウムＣａＳＯ4 によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ3 が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ4 を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ4 は固体であって高温になっても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ4 が生成され、この硫酸カルシウムＣａＳＯ4 によってパティキュレートフィルタ２２の細孔が閉塞されると目詰まりを生ずることになる。
【００５７】
しかしながらこの場合、活性酸素放出剤６１としてカルシウム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、例えばカリウムＫを用いると活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ3 はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 を形成し、カルシウムＣａはＳＯ3 と結合することなくパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ２２の細孔が目詰まりすることがなくなる。従って前述したように活性酸素放出剤６１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を用いることが好ましいことになる。
【００５８】
さて、本発明による実施例では基本的に全ての運転状態において排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持することを意図している。しかしながら実際には全ての運転状態において排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くすることはほとんど不可能である。例えば機関始動時には通常パティキュレートフィルタ２２の温度は低く、従ってこのときには通常排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。従って本発明による実施例では機関始動直後のような特別の場合を除いて排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくしうる機関の運転状態のときには排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるようにしている。
【００５９】
なお、機関始動直後におけるように排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなるとパティキュレートフィルタ２２上に酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめる。しかしながらこのように酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめているときに、即ち微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くなるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏによって輝炎を発することなく酸化除去される。従って本発明による実施例では機関始動直後のような特別の運転状態のときには、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に積層しないように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。
【００６０】
また、このように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持するようにしていたとしても何らかの理由によりパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。このような場合であっても排気ガスの一部又は全体の空燃比が一時的にリッチにされるとパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子は輝炎を発することなく酸化せしめられる。即ち、排気ガスの空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられると活性酸素放出剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出され、これら一気に放出された活性酸素Ｏによって堆積した微粒子が輝炎を発することなく短時間で燃焼除去せしめられる。
一方、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 の吸収効率が低下し、斯くして活性酸素放出剤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るとＮＯx に対する酸化作用が強まるためにＮＯx の吸収効率が高くなり、斯くして活性酸素放出剤６１からの活性酸素放出量が増大する。
従って空燃比がリーンに維持されているときに空燃比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。
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 →ＣｅＯ3 ）機能を有する。従って活性酸素放出剤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剤６１から放出された活性酸素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。
【００６１】
さて、図６においては酸化除去可能微粒子量Ｇがパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦのみの関数として示されているがこの酸化除去可能微粒子量Ｇは実際には排気ガス中の酸素濃度、排気ガス中のＮＯx 濃度、排気ガス中の未燃ＨＣ濃度、微粒子の酸化のしやすさの程度、パティキュレートフィルタ２２内における排気ガス流の空間速度、排気ガス圧等の関数でもある。従って酸化除去可能微粒子量Ｇはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを含む上述の全ての因子の影響を考慮に入れて算出することが好ましい。
【００６２】
しかしながらこれら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるのはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦであり、比較的大きな影響を与えるのは排気ガス中の酸素濃度とＮＯx 濃度である。図７（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス中の酸素が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示しており、図７（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス中のＮＯx 濃度が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示している。なお、図７（Ａ），（Ｂ）において破線は排気ガス中の酸素濃度およびＮＯx 濃度が基準値であるときを示しており、図７（Ａ）において〔Ｏ2 〕1 は基準値よりも排気ガス中の酸素濃度が高いとき、〔Ｏ2 〕2 は〔Ｏ2 〕1 よりも更に酸化濃度が高いときを夫々示しており、図７（Ｂ）において〔ＮＯ〕1 は基準値よりも排気ガス中のＮＯx 濃度が高いとき、〔ＮＯ〕2 は〔ＮＯ〕1 よりも更にＮＯx 濃度が高いときを夫々示している。
【００６３】
排気ガス中の酸素濃度が高くなるとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するが更に活性酸素放出剤６１内に取込まれる酸素量が増大するので活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素も増大する。従って図７（Ａ）に示されるように排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。一方、排気ガス中のＮＯは前述したように白金Ｐｔの表面上において酸化されてＮＯ2 となる。このようにして生成されたＮＯ2 の一部は活性酸素放出剤６１内に吸収され、残りのＮＯ2 は白金Ｐｔの表面から外部に離脱する。このとき微粒子はＮＯ2 と接触すると酸化反応が促進され、従って図７（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯx 濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。ただし、このＮＯ2 による微粒子の酸化促進作用は排気ガス温がほぼ２５０℃からほぼ４５０℃の間でしか生じないので図７（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯx 濃度が高くなるとパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがほぼ２５０℃から４５０℃の間のときに酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。
【００６４】
前述したように酸化除去可能微粒子量Ｇは酸化除去可能微粒子量Ｇに影響を与える全ての因子を考慮に入れて算出することが好ましい。しかしながら本発明による実施例ではこれら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦと、比較的大きな影響を与える排気ガス中の酸素濃度およびＮＯx 濃度のみに基づいて酸化除去可能微粒子量Ｇを算出するようにしている。
【００６５】
即ち、本発明による実施例では図８の（Ａ）から（Ｆ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２の各温度ＴＦ（２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃）における酸化除去可能微粒子量Ｇが夫々排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕と排気ガス中のＮＯx 濃度〔ＮＯ〕の関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、各パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦ、酸化濃度〔Ｏ2 〕およびＮＯx 濃度〔ＮＯ〕に応じた酸化除去可能微粒子量Ｇが図８の（Ａ）から（Ｆ）に示されるマップから比例配分により算出される。
【００６６】
なお、排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕およびＮＯx 濃度〔ＮＯ〕は酸素濃度センサおよびＮＯx 濃度センサを用いて検出することができる。しかしながら本発明による実施例では排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕が要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図９（Ａ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、排気ガス中のＮＯx 濃度〔ＮＯ〕も要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図９（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、これらのマップから排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕およびＮＯx 濃度〔ＮＯ〕が算出される。
【００６７】
一方、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１０（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１０（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１０（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１０（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００６８】
前述したように本発明では機関始動直後のような特別な運転状態を除いて排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくしうるときには排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように、即ち排出微粒子量Ｍ＜酸化除去可能微粒子量Ｇなる関係を満たすように排出微粒子量Ｍ又は酸化除去可能微粒子量Ｇの少くとも一方が制御される。
【００６９】
具体的に言うと本発明による実施例では排出微粒子量Ｍ＜酸化除去可能微粒子量Ｇなる関係を満たすために排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇに近づいたときには、例えば排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇから小さな一定値αを差引いた許容量（Ｇ−α）よりも大きくなったときには排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの差が大きくなるように排出微粒子量Ｍおよび酸化除去可能微粒子量Ｇの少くとも一方を制御するようにしている。
【００７０】
次に図１１を参照しつつ運転制御方法について説明する。
図１１を参照するとまず初めにステップ１００においてスロットル弁１７の開度が制御され、次いでステップ１０１ではＥＧＲ制御弁２５の開度が制御される。次いでステップ１０２では燃料噴射弁６からの噴射制御が行われる。次いでステップ１０３では図１０（Ｂ）に示されるマップから排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ１０４では図８の（Ａ）から（Ｆ）に示されるマップからパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦ、排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕および排気ガス中のＮＯx 濃度〔ＮＯ〕に応じた酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。
【００７１】
次いでステップ１０５では排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも一定値αだけ小さい許容値（Ｇ−α）よりも大きくなったことを示すフラグがセットされているか否かが判別される。フラグがセットされていないときにはステップ１０６に進んで排出微粒子量Ｍが許容値（Ｇ−α）よりも小さいか否かが判別される。Ｍ＜Ｇ−αのとき、即ち排出微粒子量Ｍが許容値（Ｇ−α）よりも小さいときには処理サイクルを完了する。
これに対してステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されたとき、即ち排出微粒子量Ｍが許容値（Ｇ−α）よりも大きくなったときにはステップ１０７に進んでフラグがセットされ、次いでステップ１０８に進む。フラグがセットされるとその後の処理サイクルではステップ１０５からステップ１０８にジャンプする。
【００７２】
ステップ１０８では排出微粒子量Ｍと、酸化除去可能微粒子量Ｇから一定値βを差引いた制御解除値（Ｇ−β）とが比較される。ここでαとβとはα＜βなる関係があり、従って許容値（Ｇ−α）と制御解除値（Ｇ−β）とは許容値（Ｇ−α）＞制御解除値（Ｇ−β）なる関係がある。Ｍ≧Ｇ−βのとき、即ち排出微粒子量Ｍが制御解除値（Ｇ−β）よりも大きいときにはステップ１０９に進んでパティキュレートフィルタ２２において微粒子の連続酸化作用を続行するための制御が行われる。即ち排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの差が大きくなるように排出微粒子量Ｍおよび酸化除去可能微粒子量Ｇの少くとも一方が制御される。
【００７３】
次いでステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βになったと判断されると、即ち排出微粒子量Ｍが制御解除値（Ｇ−β）よりも少なくなるとステップ１１０に進んで元の運転状態に徐々に復帰する制御が行われ、フラグがリセットされる。このようにしてＭ＜Ｇの状態に維持される。
図１１のステップ１０９において行われる連続酸化続行制御および図１１のステップ１１０において行われる復帰制御は種々のやり方があり、従って次にこれら連続酸化続行制御および復帰制御の種々のやり方について順次説明する。
【００７４】
Ｍ≧（Ｇ−α）となったときに排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの差を大きくする方法の一つはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させる方法である。そこでまず初めにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させる方法について説明する。
パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦ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１２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１２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が高くなり、その結果Ｍ＜Ｇの状態に維持されることになる。
【００７５】
また、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるために図１２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。
【００７６】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑv を噴射すると圧縮行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１２の（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。
【００７７】
また、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるために図１２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、このとき発生する酸化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。
【００７８】
これまで説明した例ではたとえば図１２の（Ｉ）に示されるように主燃料Ｑm が噴射されているときに図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αになったと判断されると図１１のステップ１０９において図１２の（II）又は（III)又は（IV）に示されるように噴射制御される。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βになったと判断されるとステップ１１０において図１２の（Ｉ）に示す噴射方法に復帰するための制御が行われる。
【００７９】
次にＭ＜Ｇの状態に維持するために低温燃焼を用いる方法について説明する。即ち、ＥＧＲ率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とが知られている。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１３を参照しつつ説明する。なお、図１３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。
【００８０】
図１３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１３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１３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。
【００８１】
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にスモークの発生を抑制しつつ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、斯くしてスモークが発生することがない。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全く発生せず、ＮＯx も極めて少量しか発生しない。
【００８２】
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１４（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。
図１４（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１４（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１４（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１４（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。
【００８３】
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１４（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１４（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。
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１４（Ｂ）の実線が示されるように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１４（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１４（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１４（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。
【００８４】
このように低温燃焼が行われるとスモークの発生量、即ち排出微粒子量Ｍが少なくなり、排気ガス温が上昇する。従ってＭ≧Ｇ−αとなったときに通常の燃焼から低温燃焼に切換えると排出微粒子量Ｍは減少し、しかもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇して酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するので容易にＭ＜Ｇの状態を維持することができる。この低温燃焼を用いる場合には図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判断されるとステップ１０９において低温燃焼に切換えられ、次いでステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０において通常の燃焼に切換えられる。
【００８５】
次にＭ＜Ｇの状態を維持するためにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図１５はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図１５を参照するとこの内燃機関では排気管２０内に炭化水素供給装置７０が配置されている。この方法では図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９において炭化水素供給装置７０から排気管２０内に炭化水素が供給される。この炭化水素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せしめられ、このときの酸化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。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０において炭化水素供給装置７０からの炭化水素の供給が停止される。なお、この炭化水素供給装置７０はパティキュレートフィルタ２２と排気ポート１０との間であればどこに配置してもよい。
【００８６】
次にＭ＜Ｇの状態を維持するためにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図１６はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図１６を参照するとこの内燃機関ではパティキュレートフィルタ２２下流の排気管７１内にアクチュエータ７２により駆動される排気制御弁７３が配置されている。
【００８７】
この方法では図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９において排気制御弁７３がほぼ全閉とされ、排気制御弁７３をほぼ全閉にすることによる機関出力トルクの低下を阻止するために主燃料Ｑm の噴射量が増大せしめられる。排気制御弁７３をほぼ全閉にすると排気制御弁７３上流の排気通路内の圧力、即ち背圧が上昇する。背圧が上昇すると燃焼室５内から排気ガスが排気ポート１０内に排出されるときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従って温度もさほど低下しなくなる。しかもこのとき主燃料Ｑm の噴射量が増大せしめられているので燃焼室５内の既燃ガス温が高くなっており、従って排気ポート１０内に排出された排気ガスの温度はかなり高くなる。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せしめられる。
【００８８】
次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０において排気制御弁７３が全開せしめられ、主燃料Ｑm の噴射量の増量作用が停止される。
次にＭ＜Ｇの状態を維持するためにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図１７はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図１７を参照するとこの内燃機関では排気タービン２１を迂回する排気バイパス通路７４内にアクチュエータ７５により制御されるウェストゲートバルブ７６が配置されている。このアクチュエータ７５は通常サージタンク１２内の圧力、即ち過給圧に応動して過給圧が一定圧以上にならないようにウェストゲートバルブ７６の開度を制御している。
【００８９】
この方法では図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９においてウェストゲートバルブ７６が全開せしめられる。排気ガスは排気タービン２１を通過すると温度低下するがウェストゲートバルブ７６を全開にすると大部分の排気ガスは排気バイパス通路７４内を流れるために温度低下しなくなる。斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度が上昇することになる。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０においてウェストゲートバルブ７６が閉弁せしめられ、過給圧が一定圧を越えないようにウェストゲートバルブ７６の開度が制御される。
【００９０】
次にＭ＜Ｇの状態を維持するために排出微粒子量Ｍを低下させる方法について説明する。即ち、噴射燃料と空気とが十分に混合すればするほど、即ち、噴射燃料周りの空気量が多くなればなるほど噴射燃料は良好に燃焼せしめられるので微粒子は発生しなくなる。従って排出微粒子量Ｍを低下させるには噴射燃料と空気とがより一層十分に混合するようにしてやればよいことになる。ただし、噴射燃料と空気との混合をよくすると燃焼が活発になるためにＮＯx の発生量が増大する。従って排出微粒子量Ｍを低下させる方法は、別の言い方をするとＮＯx の発生量を増大させる方法と言える。
【００９１】
いずれにしても排出微粒子量ＰＭを低下させる方法も種々の方法があり、従ってこれら方法について順次説明する。
排出微粒子量ＰＭを低下させる方法として前述した低温燃焼を用いることもできるがその他の有効な方法としては燃料噴射を制御する方法が挙げられる。例えば燃料噴射量を低下させると噴射燃料周りに十分な空気が存在するようになり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。
【００９２】
また、噴射時期を進角すると噴射燃料周りに十分な空気が存在するようになり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、コモンレール２７内の燃料圧、即ち噴射圧を高めると噴射燃料が分散するので噴射燃料と空気との混合が良好となり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、主燃料Ｑm の噴射直前の圧縮行程末期に補助燃料を噴射するようにしている場合、いわゆるパイロット噴射を行っている場合には補助燃料の燃焼により酸素が消費されるために主燃料Ｑm 周りの空気が不十分となる。従ってこの場合にはパイロット噴射を停止することによって排出微粒子量Ｍが低減する。
【００９３】
即ち、燃料噴射を制御することによって排出微粒子量Ｍを低減するようにした場合には図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９において燃料噴射量が低下せしめられるか、又は燃料噴射時期が進角されるか、又は噴射圧が高められるか、又はパイロット噴射が停止され、それによって排出微粒子量Ｍが低減せしめられる。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０において元の燃料噴射状態に復帰せしめられる。
【００９４】
次にＭ＜Ｇを維持するために排出微粒子量Ｍを低減するための別の方法について説明する。この方法では図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９においてＥＧＲ率を低下させるためにＥＧＲ制御弁２５の開度が低下せしめられる。ＥＧＲ率が低下すると噴射燃料周りの空気量が増大し、斯くして排出微粒子量Ｍが減少する。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０においてＥＧＲ率が元のＥＧＲ率まで上昇せしめられる。
【００９５】
次にＭ＜Ｇを維持するために排出微粒子量Ｍを低減するための更に別の方法について説明する。この方法では図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９において過給圧を増大するためにウェストゲートバルブ７６（図１７）の開度が減少せしめられる。過給圧が増大すると噴射燃料周りの空気量が増大し、斯くして排出微粒子量Ｍが減少する。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０において過給圧が元の過給圧に戻される。
【００９６】
次にＭ＜Ｇを維持するために排気ガス中の酸素濃度を増大させる方法について説明する。排気ガス中の酸素濃度が増大するとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するが更に活性酸素放出剤６１内に取込まれる酸素量が増大するので活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素量が増大し、斯くして酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。
【００９７】
この方法を実行するための方法としてはＥＧＲ率を制御する方法が挙げられる。即ち、図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９においてＥＧＲ率が低下するようにＥＧＲ制御弁２５の開度が減少せしめられる。ＥＧＲ率が低下するということは吸入空気中における吸入空気量の割合が増大することを意味しており、斯くしてＥＧＲ率が低下すると排気ガス中の酸素濃度が上昇する。その結果、酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。また、ＥＧＲ率が低下すると前述したように排出微粒子量Ｍが減少する。従ってＥＧＲ率が低下すると排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの差が急速に大きくなる。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０においてＥＧＲ率が元のＥＧＲ率に戻される。
【００９８】
次に排気ガス中の酸素濃度を増大させるために２次空気を用いる方法について説明する。図１８に示す例では排気タービン２１とパティキュレートフィルタ２２との間の排気管７７が２次空気供給導管７８を介して吸気ダクト１３に連結され、２次空気供給導管７８内に供給制御弁７９が配置される。また、図１９に示す例では２次空気供給導管７８が機関駆動のエアポンプ８０に連結されている。なお、排気通路内への２次空気の供給位置はパティキュレートフィルタ２２と排気ポート１０との間であればどこでもよい。
【００９９】
図１８又は図１９に示す内燃機関においては図１１のステップ１０６においてＭ≧Ｇ−αであると判別されるとステップ１０９において供給制御弁７９が開弁せしめられる。その結果、２次空気供給導管７８から排気管７７に２次空気が供給され、斯くして排気ガス中の酸素濃度が増大せしめられる。次いで図１１のステップ１０８においてＭ＜Ｇ−βであると判断されるとステップ１１０において供給制御弁７９が閉弁せしめられる。
【０１００】
次にパティキュレートフィルタ２２上において単位時間当り酸化せしめられる酸化除去微粒子量ＧＧを逐次算出し、排出微粒子量Ｍが算出された酸化除去微粒子量ＧＧよりも少なくなるように排出微粒子量Ｍ又は酸化除去微粒子量ＧＧの少くとも一方を制御するようにした実施例について説明する。
前述したように微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に付着するとこの微粒子は短時間のうちに酸化せしめられるがこの微粒子が完全に酸化除去せしめられる前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られる。この場合、単位時間当りに酸化除去せしめられる微粒子ＧＧが排出微粒子量Ｍと同じであれば排気ガス中の全微粒子はパティキュレートフィルタ２２上において酸化除去せしめられる。しかしながら排出微粒子量Ｍが単位時間当りに酸化除去せしめられる微粒子量ＧＧ量よりも多くなるとパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量は次第に増大し、ついには微粒子が積層状に堆積して低い温度では着火しえなくなる。
【０１０１】
このように排出微粒子量Ｍが酸化除去微粒子量ＧＧと同じか又は酸化除去微粒子量ＧＧよりも少なければ排気ガス中の全微粒子をパティキュレートフィルタ２２上において酸化除去せしめることができる。従ってこの実施例では排出微粒子量Ｍと酸化除去微粒子量ＧＧとがＭ＜ＧＧとなるようにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦや排出微粒子量Ｍ等を制御するようにしている。
【０１０２】
ところで酸化除去微粒子量ＧＧは次式のように表すことができる。
ＧＧ（ｇ／ｓｅｃ）＝Ｃ・ＥＸＰ（−Ｅ／ＲＴ）・〔ＰＭ〕l ・（〔Ｏ2 〕m ＋〔ＮＯ〕n ）
ここでＣは定数、Ｅは活性化エネルギ、Ｒはガス定数、Ｔはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦ、〔ＰＭ〕はパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積濃度(mol／cm2 ）、〔Ｏ2 〕は排気ガス中の酸素濃度、〔ＮＯ〕は排気ガス中のＮＯx 濃度を夫々示している。
【０１０３】
なお、酸化除去微粒子量ＧＧは実際には、排気ガス中の未燃ＨＣ濃度、微粒子の酸化のしやすさの程度、パティキュレートフィルタ２２内における排気ガス流の空間速度、排気ガス圧等の関数でもあるがここではこれらの影響を考えないこととする。
上式からわかるように酸化除去微粒子量ＧＧはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇すると指数関数的に増大する。また、微粒子の堆積濃度〔ＰＭ〕が増大すれば酸化除去される微粒子が増大するので「ＰＭ〕が増大するほど酸化除去微粒子量ＧＧは増大する。しかしながら微粒子の堆積濃度〔ＰＭ〕が高くなるほど酸化しずらい位置に堆積する微粒子量が増大するので酸化除去微粒子量ＧＧの増大率は次第に減少する。従って微粒子の堆積濃度〔ＰＭ〕と上式中の〔ＰＭ〕l との関係は図２０（Ａ）に示されるようになる。
【０１０４】
一方、排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕が高くなれば前述したようにそれだけでも酸化除去微粒子量ＧＧは増大するが更に活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素量が増大する。従って排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕が高くなるとそれに比例して酸化除去微粒子量ＧＧは増大し、斯くして排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ2 〕と上式中の〔Ｏ2 〕m との関係は図２０（Ｂ）に示されるようになる。
【０１０５】
一方、排気ガス中のＮＯx 濃度〔ＮＯ〕が高くなると前述したようにＮＯ2 の発生量が増大するので酸化除去微粒子量ＧＧは増大する。しかしながらＮＯからＮＯ2 への変換は前述したように排気ガス温がほぼ２５０℃からほぼ４５０℃の間でしか生じない。従って排気ガス中のＮＯx 濃度〔ＮＯ〕と上式中の〔ＮＯ〕n との関係は、排気ガス温がほぼ２５０℃から４５０℃の間のときには図２０（Ｃ）の実線〔ＮＯ〕n 1 で示されるように〔ＮＯ〕が増大するにつれて〔ＮＯ〕n が増大するが、排気ガス温がほぼ２５０℃以下又はほぼ４５０℃以上では図２０（Ｃ）の実線〔ＮＯ〕n 0 で示されるように〔ＮＯ〕にかかわらずに〔ＮＯ〕n 0 はほぼ零となる。
【０１０６】
この実施例では一定時間経過する毎に上式に基づいて酸化除去微粒子量ＧＧが算出される。このとき堆積している微粒子量をＰＭ（ｇ）とするとこの微粒子のうち酸素除去微粒子量ＧＧに相当する微粒子が除去され、新たに排出微粒子量Ｍに相当する微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に付着する。従って最終的な微粒子の堆積量は次式で表されることになる。
【０１０７】
ＰＭ＋Ｍ−ＧＧ
次に図２１を参照しつつ運転制御方法について説明する。
図２１を参照するとまず初めにステップ２００においてスロットル弁１７の開度が制御され、次いでステップ２０１ではＥＧＲ制御弁２５の開度が制御される。次いでステップ２０２では燃料噴射弁６からの噴射制御が行われる。次いでステップ１０３では図１０（Ｂ）に示されるマップから排出微粒子量Ｍが算出される。次いでステップ２０４では次式に基づいて酸化除去微粒子量ＧＧが算出される。
【０１０８】
ＧＧ＝Ｃ・ＥＸＰ（−Ｅ／ＲＴ）・〔ＰＭ〕l ・（〔Ｏ2 〕m ＋〔ＮＯ〕n ）
次いでステップ２０５では次式に基づいて最終的な微粒子の堆積量ＰＭが算出される。
ＰＭ←ＰＭ＋Ｍ−ＧＧ
次いでステップ２０６では排出微粒子量Ｍが酸化除去微粒子量ＧＧよりも一定値αだけ小さい許容値（ＧＧ−α）よりも大きくなったことを示すフラグがセットされているか否かが判別される。フラグがセットされていないときにはステップ２０７に進んで排出微粒子量Ｍが許容値（ＧＧ−α）よりも小さいか否かが判別される。Ｍ＜ＧＧ−αとき、即ち排出微粒子量Ｍが許容値（ＧＧ−α）よりも小さいときには処理サイクルを完了する。
【０１０９】
これに対してステップ２０７においてＭ≧ＧＧ−αであると判別されたとき、即ち排出微粒子量Ｍが許容値（ＧＧ−α）よりも大きくなったときにはステップ２０８に進んでフラグがセットされ、次いでステップ２０９に進む。フラグがセットされるとその後の処理サイクルではステップ２０６からステップ２０９にジャンプする。
【０１１０】
ステップ２０９では排出微粒子量Ｍと、酸化除去微粒子量ＧＧから一定値βを差引いた制御解除値（ＧＧ−β）とが比較される。ここでαとβとは前述したようにα＜βなる関係があり、従って許容値（ＧＧ−α）と制御解除値（ＧＧ−β）とは許容値（ＧＧ−α）＞制御解除値（ＧＧ−β）なる関係がある。Ｍ≧ＧＧ−βのとき、即ち排出微粒子量Ｍが制御解除値（ＧＧ−β）よりも大きいときにはステップ２１０に進んでパティキュレートフィルタ２２において微粒子の連続酸化作用を続行するための制御、即ち前述したようにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための制御、又は排出微粒子量Ｍを低下させるための制御、又は排気ガス中の酸素濃度を高めるための制御が行われる。
【０１１１】
次いでステップ２０９においてＭ＜ＧＧ−βになったと判断されると、即ち排出微粒子量Ｍが制御解除値（ＧＧ−β）よりも少なくなるとステップ２１１に進んで元の運転状態に徐々に復帰する制御が行われ、フラグがリセットされる。
さて、これまで述べた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内の細孔内壁面上に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。この場合、この担体上に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 吸収剤を担持させることもできる。
【０１１２】
この場合、貴金属としては前述したように白金Ｐｔが用いられ、ＮＯx 吸収剤としてはカリウム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のような希土類から選ばれた少くとも一つが用いられる。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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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もできるし、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。この場合には図４（Ａ）における符号６１は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤を示すことになる。
【０１１７】
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短時間のうちに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。
【０１１８】
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、このときパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積していた場合にはこの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除去せしめられる。
【０１１９】
なお、ＮＯx 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤が用いられた場合にはＮＯx 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤のＮＯx 吸収能力が飽和する前に、ＮＯx 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出するために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一時的にリッチにされる。即ち、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに時折空燃比が一時的にリッチにされる。
【０１２０】
また、本発明はパティキュレートフィルタ２２の両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのような貴金属のみを担持した場合にも適用することができる。ただし、この場合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図５に示す実線に比べて若干右側に移動する。この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2 又はＳＯ3 から活性酸素が放出される。
【０１２１】
また、活性酸素放出剤としてＮＯ2 又はＳＯ3 を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ2 又はＳＯ3 から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
更に本発明は、パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に酸化触媒を配置してこの酸化触媒により排気ガス中のＮＯをＮＯ2 に変換し、このＮＯ2 とパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子とを反応させてこのＮＯ2 により微粒子を酸化するようにした排気ガス浄化装置にも適用できる。
【０１２２】
【発明の効果】
排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ上において連続的に酸化除去することができる。
【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】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図６】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７】酸化除去可能微粒子量を示す図である。
【図８】酸化除去可能微粒子量Ｇのマップを示す図である。
【図９】排気ガス中の酸素濃度およびＮＯx 濃度のマップを示す図である。
【図１０】排出微粒子量を示す図である。
【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】噴射制御を説明するための図である。
【図１３】スモークの発生量を示す図である。
【図１４】燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図１５】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図１６】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１７】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１８】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１９】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図２０】微粒子の堆積濃度等を示す図である。
【図２１】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【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
２５…ＥＧＲ制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification method and an exhaust gas purification device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a diesel engine, in order to remove particulates contained in the exhaust gas, a particulate filter is disposed in the engine exhaust passage, and particulates in the exhaust gas are once collected by this particulate filter, and the particulate filter The particulate filter is regenerated by igniting and burning the fine particles collected above. However, the fine particles collected on the particulate filter are not ignited unless the temperature is about 600 ° C. or higher. On the other hand, the exhaust gas temperature of a diesel engine is usually much lower than 600 ° C. Therefore, it is difficult to ignite the particulates collected on the particulate filter with the exhaust gas heat. In order to ignite the particulates collected on the particulate filter with the exhaust gas heat, the ignition temperature of the particulates is required. Must be lowered.
[0003]
By the way, it has been conventionally known that if the catalyst is supported on the particulate filter, the ignition temperature of the fine particles can be lowered. Therefore, various particulate filters supporting the catalyst are conventionally known in order to lower the ignition temperature of the fine particles. is there.
For example, Japanese Patent Publication No. 7-106290 discloses a particulate filter in which a mixture of a platinum group metal and an alkaline earth metal oxide is supported on a particulate filter. In this particulate filter, fine particles are ignited at a relatively low temperature of about 350 ° C. to 400 ° C., and then burned continuously.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a diesel engine, if the load increases, the exhaust gas temperature reaches 350 ° C. to 400 ° C. Therefore, at first glance, the above particulate filter can ignite and burn particulates by the exhaust gas heat when the engine load increases. looks like. In practice, however, the particulate matter may not ignite even when the exhaust gas temperature reaches 350 ° C. to 400 ° C. Even if the particulate matter ignites, only a part of the particulate matter burns, and a large amount of particulate matter remains unburned. Is produced.
[0005]
That is, when the amount of fine particles contained in the exhaust gas is small, the amount of fine particles adhering to the particulate filter is small. At this time, when the exhaust gas temperature is 350 ° C. to 400 ° C., the fine particles on the particulate filter are ignited and then continuously Can be burned.
However, when the amount of particulates contained in the exhaust gas increases, other particulates accumulate on the particulates before the particulates adhering to the particulate filter completely burn, and as a result, the particulates are laminated on the particulate filter. To deposit. Thus, when fine particles accumulate on the particulate filter in a laminated form, some of the fine particles that easily come into contact with oxygen are burned, but the remaining fine particles that are difficult to come into contact with oxygen do not burn, and thus a large amount of fine particles are not burned. It will remain unburned. Therefore, when the amount of fine particles contained in the exhaust gas increases, a large amount of fine particles continue to accumulate on the particulate filter.
[0006]
On the other hand, when a large amount of fine particles are deposited on the particulate filter, the deposited fine particles gradually become difficult to ignite and burn. The reason why it becomes difficult to burn in this way is probably because carbon in the fine particles is changed to a graphite or the like that is difficult to burn during the deposition. In fact, if a large amount of fine particles continue to be deposited on the particulate filter, the deposited fine particles are not ignited at a low temperature of 350 ° C. to 400 ° C., and a high temperature of 600 ° C. or higher is required to ignite the deposited fine particles. However, in a diesel engine, the exhaust gas temperature normally does not reach a high temperature of 600 ° C. or higher. Therefore, if a large amount of particulates continues to accumulate on the particulate filter, it becomes difficult to ignite the particulates deposited by the exhaust gas heat. .
[0007]
On the other hand, if the exhaust gas temperature can be raised to 600 ° C. or higher at this time, the deposited fine particles ignite, but this causes another problem. That is, in this case, when the deposited fine particles are ignited, they emit a bright flame and burn, and at this time, the temperature of the particulate filter is maintained at 800 ° C. or higher for a long time until the accumulated fine particles are burned. However, when the particulate filter is exposed to a high temperature of 800 ° C. or higher for a long time as described above, the particulate filter deteriorates early, and thus the problem arises that the particulate filter must be replaced with a new one at an early stage. .
[0008]
Further, when the deposited fine particles are burned, the ash is condensed and becomes a large lump, and the ash lump clogs the pores of the particulate filter. The number of clogged pores gradually increases with time, and thus the pressure loss of the exhaust gas flow in the particulate filter gradually increases. When the pressure loss of the exhaust gas flow increases, the output of the engine decreases, and thus the problem arises that the particulate filter must be replaced with a new one at this point.
[0009]
Once such a large amount of fine particles accumulates in the form of a laminate, various problems as described above arise, and therefore the balance between the amount of fine particles contained in the exhaust gas and the amount of fine particles that can burn on the particulate filter is considered. Therefore, it is necessary to prevent a large amount of fine particles from being deposited in a laminated form. However, the particulate filter described in the above publication does not consider any balance between the amount of fine particles contained in the exhaust gas and the amount of fine particles combustible on the particulate filter. Will cause problems.
[0010]
Further, in the particulate filter described in the above-mentioned publication, when the exhaust gas temperature becomes 350 ° C. or lower, the particulates are not ignited, and thus the particulates are deposited on the particulate filter. In this case, if the amount of deposition is small, the deposited particulates are combusted when the exhaust gas temperature is 350 ° C. to 400 ° C. However, if a large amount of particulates are deposited in a laminated form, the exhaust gas temperature is 350 ° C. to 400 ° C. In this case, the accumulated particulates do not ignite, and even if ignited, some of the particulates do not burn, resulting in unburned residue.
[0011]
In this case, if the exhaust gas temperature is raised before a large amount of fine particles are deposited in a laminated form, the deposited fine particles can be burned without remaining unburned. However, in the particulate filter described in the above publication, This is not considered at all. Therefore, when a large amount of fine particles are deposited in a laminated form, all the accumulated fine particles cannot be burned unless the exhaust gas temperature is raised to 600 ° C. or higher.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, in the first invention, as a particulate filter for removing particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber, the amount of discharged particulates discharged from the combustion chamber per unit time is a particulate filter. A particulate that can be oxidized and removed without emitting luminous flame when particulates in the exhaust gas flow into the particulate filter when the amount is less than the amount of particulate that can be oxidized and removed without emitting luminous flame per unit time on the curate filter. Using a curate filter,Calculate the amount of fine particles that can be removed by oxidation on a particulate filter without causing a bright flame per unit time.Controls at least one of the amount of discharged fine particles or the amount of fine particles that can be removed by oxidation so that the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation when the engine is in an operating state where the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. Like to do.
[0013]
In the second invention, in the first invention, a noble metal catalyst is supported on the particulate filter.
The third invention is the active oxygen release agent according to the second invention, wherein oxygen is taken in and retained when excess oxygen is present in the surroundings and released in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration is lowered. Is supported on the particulate filter, and when the fine particles adhere to the particulate filter, the active oxygen is released from the active oxygen release agent, and the released active oxygen oxidizes the fine particles attached on the particulate filter. ing.
[0014]
According to a fourth aspect, in the third aspect, the active oxygen release agent comprises an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth, or a transition metal.
In the fifth invention, in the fourth invention, the alkali metal and the alkaline earth metal are made of a metal having a higher ionization tendency than calcium.
In the sixth aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the active oxygen release agent is an NO gas in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is lean.x Is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows into the particulate filter becomes stoichiometric or rich.x It has a function to release.
[0015]
In the seventh invention, in the first invention, the amount of fine particles which can be removed by oxidation is a function of the temperature of the particulate filter.
In the eighth aspect of the invention, in the seventh aspect of the invention, the amount of fine particles that can be removed by oxidation is determined by the oxygen concentration in the exhaust gas or NO in addition to the temperature of the particulate filter.x It is at least a function of concentration.
[0016]
  In the ninth aspect, in the seventh aspect, at least the amount of particulates that can be removed by oxidation is stored in advance as a function of the temperature of the particulate filter.
  In the tenth aspect of the invention, in the first aspect, when the engine is in an operating state in which the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidationThe amount of discharged fine particles increases or the amount of fine particles that can be removed by oxidation decreases.When the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation are close to each other, the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is large. At least one of the amounts of removable fine particles is controlled.
[0017]
In the eleventh aspect, in the tenth aspect, by increasing the temperature of the particulate filter, the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is increased.
In the twelfth invention, in the tenth invention, the difference between the discharged fine particle amount and the oxidizable and removable fine particle amount is increased by reducing the discharged fine particle amount.
[0018]
  In the thirteenth aspect, in the tenth aspect, the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is increased by increasing the oxygen concentration in the exhaust gas.
  In the 14th invention,In the tenth aspect of the invention, when the amount of discharged fine particles becomes larger than an allowable value obtained by subtracting a certain value from the amount of fine particles that can be removed by oxidation when the engine is in an operating state where the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. At least one of the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is controlled so that the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the amount of discharged fine particles is large. .
[0019]
  In the fifteenth invention, as a particulate filter for removing particulates in the exhaust gas exhausted from the combustion chamber, the amount of exhaust particulate discharged from the combustion chamber per unit time is per unit time on the particulate filter. When the amount of fine particles in the exhaust gas that can be oxidized and removed without emitting a bright flame is less than the amount of fine particles in the exhaust gas that flows into the particulate filter, the exhaust gas that is oxidized and removed without producing a bright flame and flows into the particulate filter When the air-fuel ratio is lean, NO in the exhaust gasx Is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows into the particulate filter becomes stoichiometric or rich.x Using a particulate filter that has the function of releasingCalculate the amount of fine particles that can be removed by oxidation on a particulate filter without causing a bright flame per unit time.Controls at least one of the amount of discharged fine particles or the amount of fine particles that can be removed by oxidation so that the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation when the engine is in an operating state where the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. Like to do.
  In the sixteenth invention, a particulate filter for removing particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is disposed in the engine exhaust passage, and the exhaust discharged from the combustion chamber per unit time as a particulate filter. When the amount of particulates is less than the amount of particulates that can be removed by oxidation without emitting a luminous flame per unit time on the particulate filter, the particulates in the exhaust gas will oxidize without emitting a luminous flame if they flow into the particulate filter. Using a particulate filter that can be removed,Calculate the amount of fine particles that can be removed by oxidation on a particulate filter without causing a bright flame per unit time.Controls at least one of the amount of discharged fine particles or the amount of fine particles that can be removed by oxidation so that the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation when the engine is in an operating state where the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. Control means is provided.
[0020]
In the seventeenth invention, in the sixteenth invention, a noble metal catalyst is supported on the particulate filter.
In the eighteenth invention, in the seventeenth invention, an active oxygen release agent which takes in oxygen and retains oxygen when excess oxygen is present and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration is lowered Is supported on the particulate filter, and when the fine particles adhere to the particulate filter, the active oxygen is released from the active oxygen release agent, and the released active oxygen oxidizes the fine particles attached on the particulate filter. ing.
[0021]
In the nineteenth invention according to the eighteenth invention, the active oxygen release agent is made of an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth or a transition metal.
In the twentieth invention, in the nineteenth invention, the alkali metal and the alkaline earth metal are made of a metal having a higher ionization tendency than calcium.
In the twenty-first aspect, in the eighteenth aspect, the active oxygen release agent is NO in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is lean.x Is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows into the particulate filter becomes stoichiometric or rich.x It has a function to release.
[0022]
In the twenty-second aspect, in the sixteenth aspect, the amount of fine particles that can be oxidized and removed is a function of the temperature of the particulate filter.
In the twenty-third aspect, in the twenty-second aspect, the amount of particulates that can be oxidized and removed is determined by adding the temperature of the particulate filter, the oxygen concentration in the exhaust gas, or NO.x It is at least a function of concentration.
[0023]
  In the twenty-fourth invention, in the twenty-second invention, there is provided storage means for previously storing the amount of fine particles that can be removed by oxidation in the form of a function of the temperature of the particulate filter.
  In the twenty-fifth aspect, in the sixteenth aspect, the control means is in an engine operating state in which the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.The amount of discharged fine particles increases or the amount of fine particles that can be removed by oxidation decreases.When the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation are close to each other, the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is large. Control at least one of the amounts of removable particulates.
[0024]
In the twenty-sixth aspect, in the twenty-fifth aspect, the control means increases the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles capable of being removed by increasing the temperature of the particulate filter.
In the twenty-seventh aspect, in the twenty-sixth aspect, the control means raises the temperature of the particulate filter by controlling at least one of the fuel injection amount and the fuel injection timing so that the exhaust gas temperature rises.
[0025]
In the twenty-eighth aspect, in the twenty-seventh aspect, the control means retards the injection timing of the main fuel or increases the exhaust gas temperature by injecting auxiliary fuel in addition to the main fuel.
In the 29th invention, in the 26th invention, when the engine increases the amount of recirculated exhaust gas, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and when the amount of recirculated exhaust gas is further increased, soot is almost The control means consists of an engine that does not generate, and the control means raises the exhaust gas temperature by making the recirculated exhaust gas amount larger than the recirculated exhaust gas amount at which the generation amount of soot reaches a peak, and thereby the temperature of the particulate filter To raise.
[0026]
In the thirtieth aspect, in the twenty-sixth aspect, a hydrocarbon supply device is arranged in the exhaust passage upstream of the particulate filter, and the hydrocarbon is supplied from the hydrocarbon supply device into the exhaust passage, thereby adjusting the temperature of the particulate filter. Raise.
In the thirty-first aspect, in the twenty-sixth aspect, an exhaust control valve is disposed in the exhaust passage downstream of the particulate filter, and the exhaust control valve is closed to raise the temperature of the particulate filter.
[0027]
According to a thirty-second aspect, in the twenty-sixth aspect, there is provided an exhaust turbocharger having a wastegate valve for controlling the amount of exhaust gas bypassing the exhaust turbine, and the particulates are opened by opening the wastegate valve. Increase the temperature of the filter.
In the thirty-third aspect, in the twenty-fifth aspect, the control means increases the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation by reducing the amount of discharged fine particles.
[0028]
In a thirty-fourth aspect according to the thirty-third aspect, the control means controls the fuel injection amount, the fuel injection timing, the fuel injection pressure, or the auxiliary fuel injection so that the amount of discharged fine particles decreases.
According to a thirty-fifth aspect, in the thirty-third aspect, a supercharging unit for supercharging intake air is provided, and the control unit decreases the amount of discharged particulates by increasing the supercharging pressure.
[0029]
According to a thirty-sixth aspect, in the thirty-third aspect, an exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas into the intake passage is provided, and the control means reduces the exhaust gas recirculation rate to reduce the amount of exhaust particulates. Decrease.
In the thirty-seventh aspect, in the twenty-fifth aspect, the control means increases the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be oxidized and removed by increasing the oxygen concentration in the exhaust gas.
[0030]
According to a thirty-eighth aspect, in the thirty-seventh aspect, the exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas into the intake passage is provided, and the control means reduces the exhaust gas recirculation rate to reduce the exhaust gas in the exhaust gas. Increase the oxygen concentration.
According to a thirty-ninth aspect, in the thirty-seventh aspect, there is provided a secondary air supply device for supplying secondary air into the exhaust passage upstream of the particulate filter, and the control means is provided within the exhaust passage upstream of the particulate filter. By supplying secondary air, the oxygen concentration in the exhaust gas is increased.
[0031]
  In the 40th invention,In a twenty-fifth aspect of the invention, the control means is configured such that the amount of discharged fine particles is less than an allowable value obtained by subtracting a certain value from the amount of fine particles that can be removed by oxidation when the engine is in an operating state where the amount of fine particles that can be removed is smaller than the amount of fine particles that can be removed When it becomes larger, the amount of discharged fine particles is less than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, and at least one of the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is controlled so that the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed .
  In the forty-first aspect, a particulate filter for removing particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is disposed in the engine exhaust passage, and the exhaust discharged from the combustion chamber per unit time as a particulate filter. When the amount of particulates is less than the amount of particulates that can be removed by oxidation without emitting a luminous flame per unit time on the particulate filter, the particulates in the exhaust gas will oxidize without emitting a luminous flame if they flow into the particulate filter. When the air-fuel ratio of the exhaust gas removed and flowing into the particulate filter is lean, the NO in the exhaust gasx Is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows into the particulate filter becomes stoichiometric or rich.x Using a particulate filter that has the function of releasingCalculate the amount of fine particles that can be removed by oxidation on a particulate filter without causing a bright flame per unit time.Controls at least one of the amount of discharged fine particles or the amount of fine particles that can be removed by oxidation so that the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation when the engine is in an operating state where the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. Control means is provided.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to a casing 23 containing a particulate filter 22.
[0033]
The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is disposed in the EGR passage 24. A cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 27, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 28 is set so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A temperature sensor 39 for detecting the temperature of the particulate filter 22 is attached to the particulate filter 22, and an output signal of the temperature sensor 39 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. . A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. . Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, and the fuel pump 28 via corresponding drive circuits 38.
[0034]
FIG. 2A shows the relationship between the required torque TQ, the amount of depression L of the accelerator pedal 40, and the engine speed N. In FIG. 2A, each curve represents an equal torque curve, a curve indicated by TQ = 0 indicates that the torque is zero, and the remaining curves are TQ = a, TQ = b, The required torque gradually increases in the order of TQ = c and TQ = d. The required torque TQ shown in FIG. 2 (A) is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N as shown in FIG. 2 (B). In the embodiment according to the present invention, the required torque TQ corresponding to the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N is first calculated from the map shown in FIG. 2B, and the fuel injection amount is calculated based on the required torque TQ. Etc. are calculated.
[0035]
FIG. 3 shows the structure of the particulate filter 22. 3A shows a front view of the particulate filter 22, and FIG. 3B shows a side sectional view of the particulate filter 22. As shown in FIG. As shown in FIGS. 3A and 3B, the particulate filter 22 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages include an exhaust gas inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust gas outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. In addition, the hatched part in FIG. Therefore, the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54. In other words, the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are each surrounded by the four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by the four exhaust gas inflow passages 50. Arranged so that.
[0036]
The particulate filter 22 is made of, for example, a porous material such as cordierite. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 50 is contained in the surrounding partition wall 54 as indicated by an arrow in FIG. Through the exhaust gas outflow passage 51 adjacent thereto.
In the embodiment according to the present invention, a carrier layer made of alumina, for example, is formed on the peripheral wall surfaces of the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51, that is, on both side surfaces of the partition walls 54 and on the pore inner wall surfaces of the partition walls 54. The noble metal catalyst on this support, and the activity of taking in and holding oxygen when excess oxygen is present in the surroundings and releasing the held oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration is lowered An oxygen release agent is supported.
[0037]
In this case, platinum Pt is used as a noble metal catalyst in the examples according to the present invention, and alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, and rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca as active oxygen release agents. At least one selected from alkaline earth metals such as strontium Sr, rare earths such as lanthanum La, yttrium Y and cerium Ce, and transition metals such as tin Sn and iron Fe is used.
[0038]
In this case, as the active oxygen release agent, an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, strontium Sr, or cerium is used. It is preferable to use Ce.
Next, the action of removing particulates in the exhaust gas by the particulate filter 22 will be described by taking as an example the case where platinum Pt and potassium K are supported on the carrier, but other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, transition metals. The same fine particle removing action is performed even when using.
[0039]
In a compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, combustion is performed under an excess of air, and therefore the exhaust gas contains a large amount of excess air. That is, when the ratio of air and fuel supplied into the intake passage, the combustion chamber 5 and the exhaust passage is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, in the compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. It is lean. Further, since NO is generated in the combustion chamber 5, the exhaust gas contains NO. The fuel also contains sulfur S, which reacts with oxygen in the combustion chamber 5 to react with SO.2 It becomes. Therefore, in the exhaust gas, SO2 It is included. Therefore excess oxygen, NO and SO2 The exhaust gas containing the gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22.
[0040]
4A and 4B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the inner peripheral surface of the exhaust gas inflow passage 50 and the inner wall surface of the pores in the partition wall 54. FIG. In FIGS. 4A and 4B, reference numeral 60 indicates platinum Pt particles, and reference numeral 61 indicates an active oxygen release agent containing potassium K.
As described above, since a large amount of excess oxygen is contained in the exhaust gas, when the exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22, as shown in FIG.2 Is O2 - Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 - Or O2-Reacts with NO2 (2NO + O2 → 2NO2 ). Then the generated NO2 A part of the catalyst is oxidized on the platinum Pt and absorbed in the active oxygen release agent 61 and combined with potassium K, as shown in FIG.Three - And diffused into the active oxygen release agent 61 in the form of some nitrate ions NOThree - Is potassium nitrate KNOThree Is generated.
[0041]
On the other hand, as described above, the exhaust gas contains SO.2 Is also included, this SO2 Is absorbed into the active oxygen release agent 61 by the same mechanism as NO. That is, as described above, oxygen O2 Is O2 - Or O2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of SO2 Is O on the surface of platinum Pt.2 - Or O2-Reacts with SOThree It becomes. The generated SOThree Is partly oxidized on the platinum Pt while being absorbed into the active oxygen release agent 61 and combined with potassium K.Four 2- Diffused into the active oxygen release agent 61 in the form of potassium sulfate K2 SOFour Is generated. In this way, potassium nitrate KNO is contained in the active oxygen release catalyst 61.Three And potassium sulfate K2 SOFour Is generated.
[0042]
On the other hand, fine particles mainly made of carbon C are generated in the combustion chamber 5, and therefore these fine particles are contained in the exhaust gas. These fine particles contained in the exhaust gas are shown in FIG. 4 when the exhaust gas flows through the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22 or when the exhaust gas flows from the exhaust gas inflow passage 50 toward the exhaust gas outflow passage 51. As shown at 62 in (B), it contacts and adheres to the surface of the carrier layer, for example, the surface of the active oxygen release agent 61.
[0043]
When the fine particles 62 adhere to the surface of the active oxygen release agent 61 as described above, the oxygen concentration at the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen release agent 61 decreases. When the oxygen concentration is lowered, a concentration difference is generated between the active oxygen release agent 61 having a high oxygen concentration, and thus oxygen in the active oxygen release agent 61 is directed toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen release agent 61. Try to move. As a result, potassium nitrate KNO formed in the active oxygen release agent 61Three Is decomposed into potassium K, oxygen O, and NO, oxygen O is directed to the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen release agent 61, and NO is released from the active oxygen release agent 61 to the outside. NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side, and is again absorbed in the active oxygen release agent 61.
[0044]
On the other hand, potassium sulfate K formed in the active oxygen release agent 61 at this time2 SOFour Also potassium K, oxygen O and SO2 The oxygen O is directed to the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen release agent 61, and the SO2 Is released from the active oxygen release agent 61 to the outside. SO released to the outside2 Is oxidized on the platinum Pt on the downstream side and absorbed again into the active oxygen release agent 61.
[0045]
On the other hand, the oxygen O toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen release agent 61 is potassium nitrate KNO.Three And potassium sulfate K2 SOFour It is oxygen decomposed from a compound such as Oxygen O decomposed from the compound has high energy and has extremely high activity. Therefore, oxygen toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen release agent 61 is active oxygen O. When these active oxygens O come into contact with the fine particles 62, the oxidation action of the fine particles 62 is promoted, and the fine particles 62 are oxidized without emitting a bright flame within a short time of several minutes to several tens of minutes. While the fine particles 62 are oxidized in this way, other fine particles adhere to the particulate filter 22 from one to the next. Therefore, in practice, a certain amount of fine particles are always deposited on the particulate filter 22, and some of the deposited fine particles are oxidized and removed. In this way, the fine particles 62 adhering to the particulate filter 22 are continuously burned without emitting a bright flame.
NOx Is a nitrate ion NO in the active oxygen release agent 61 while repeating the binding and separation of oxygen atoms.Three -The active oxygen is generated during this period. The fine particles 62 are also oxidized by this active oxygen. Further, the fine particles 62 adhering to the particulate filter 22 in this manner are oxidized by the active oxygen O, but the fine particles 62 are also oxidized by oxygen in the exhaust gas.
[0046]
When the particulates deposited in a laminated form on the particulate filter 22 are burned, the particulate filter 22 is red hot and burns with a flame. The combustion with such a flame cannot be continued unless the temperature is high. Therefore, in order to continue the combustion with such a flame, the temperature of the particulate filter 22 must be maintained at a high temperature.
[0047]
On the other hand, in the present invention, the fine particles 62 are oxidized without generating a luminous flame as described above, and at this time, the surface of the particulate filter 22 does not become red hot. In other words, in the present invention, the fine particles 62 are removed by oxidation at a considerably low temperature. Therefore, the particulate removal action by oxidation of the particulate 62 that does not emit a luminous flame according to the present invention is completely different from the particulate removal action by combustion accompanied by a flame.
[0048]
By the way, platinum Pt and the active oxygen release agent 61 are activated as the temperature of the particulate filter 22 increases. Therefore, the amount of the active oxygen O that can be released by the active oxygen release agent 61 per unit time is high at the temperature of the particulate filter 22. It increases. As a matter of course, fine particles are more easily removed by oxidation as the temperature of the fine particles themselves increases. Therefore, the amount of fine particles that can be removed by oxidation without emitting a bright flame per unit time on the particulate filter 22 increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
[0049]
The solid line in FIG. 6 represents the amount G of fine particles that can be removed by oxidation without emitting a bright flame per unit time, and the horizontal axis in FIG. 6 represents the temperature TF of the particulate filter 22. FIG. 6 shows the amount G of fine particles that can be removed by oxidation when the unit time is 1 second, that is, 1 second, but an arbitrary time such as 1 minute or 10 minutes can be adopted as this unit time. it can. For example, when 10 minutes is used as the unit time, the oxidizable and removable fine particle amount G per unit time represents the oxidizable and removable fine particle amount G per 10 minutes. Even in this case, the unit time on the particulate filter 22 is the unit time. As shown in FIG. 6, the amount G of fine particles which can be removed by oxidation without emitting a bright flame per unit increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
The amount of fine particles discharged from the combustion chamber 5 per unit time is referred to as discharged fine particle amount M. When the discharged fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particles G per unit time, for example, per second. When the discharged fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G per second, or when the discharged fine particle amount M per 10 minutes is smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G per 10 minutes, that is, the region of FIG. In I, all the fine particles discharged from the combustion chamber 5 are sequentially oxidized and removed within the short time without emitting a bright flame on the particulate filter 22.
[0050]
In contrast, when the amount M of discharged particulate is larger than the amount G of particulate that can be removed by oxidation, that is, in the region II in FIG. 6, the amount of active oxygen is insufficient to sequentially oxidize all the particulates. FIGS. 5A to 5C show the state of oxidation of the fine particles in such a case.
That is, when the amount of active oxygen is insufficient to sequentially oxidize all the fine particles, as shown in FIG. 5A, when the fine particles 62 adhere on the active oxygen release agent 61, only a part of the fine particles 62 is present. Part of the fine particles which are oxidized and not sufficiently oxidized remain on the carrier layer. Next, when the state where the amount of active oxygen is insufficient continues, the fine particles that have not been oxidized from one to the next remain on the carrier layer, and as a result, the surface of the carrier layer remains as shown in FIG. The fine particle portion 63 is covered.
[0051]
The residual fine particle portion 63 covering the surface of the carrier layer gradually changes to a carbonaceous material that is hardly oxidized, and thus the residual fine particle portion 63 tends to remain as it is. Further, when the surface of the carrier layer is covered with the residual fine particle portion 63, NO, SO by platinum Pt.2 The action of oxidizing and the action of releasing active oxygen from the active oxygen release agent 61 are suppressed. As a result, as shown in FIG. 5C, other fine particles 64 are deposited one after another on the remaining fine particle portion 63. That is, the fine particles are deposited in a laminated form. Thus, when the fine particles are deposited in a laminated form, since these fine particles are separated from the platinum Pt and the active oxygen release agent 61, even if the fine particles are easily oxidized, they are no longer oxidized by the active oxygen O. Accordingly, further fine particles are deposited on the fine particles 64 one after another. That is, when the state where the amount M of discharged particulates is larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation continues, particulates accumulate on the particulate filter 22 in a stacked manner, and thus the exhaust gas temperature is increased or the particulates are increased. As long as the temperature of the filter 22 is not increased, the accumulated particulates cannot be ignited and burned.
[0052]
As described above, in the region I in FIG. 6, the fine particles are oxidized on the particulate filter 22 in a short time without emitting a bright flame, and in the region II in FIG. 6, the fine particles are deposited on the particulate filter 22 in a laminated form. To do. Therefore, in order to prevent the fine particles from depositing on the particulate filter 22 in layers, it is necessary to make the amount M of discharged fine particles smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation at all times.
[0053]
As can be seen from FIG. 6, the particulate filter 22 used in the embodiment of the present invention can oxidize the particulates even when the temperature TF of the particulate filter 22 is considerably low. Therefore, the compression ignition shown in FIG. In the internal combustion engine, it is possible to maintain the amount M of discharged particulate and the temperature TF of the particulate filter 22 such that the amount M of discharged particulate is usually smaller than the amount G of particulate that can be removed by oxidation. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the discharged particulate amount M and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained so that the ejected particulate amount M is usually lower than the oxidizable and removable particulate amount G.
[0054]
In this way, if the amount M of discharged particulates is maintained so as to be usually smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation, the particulates are not deposited on the particulate filter 22 in a layered manner. As a result, the pressure loss of the exhaust gas flow in the particulate filter 22 is maintained at a substantially constant minimum pressure loss value without changing at all. Thus, a reduction in engine output can be kept to a minimum.
[0055]
Further, the action of removing fine particles by oxidation of the fine particles is performed at a considerably low temperature. Therefore, the temperature of the particulate filter 22 does not rise so much, and therefore there is almost no risk that the particulate filter 22 will deteriorate. Further, since fine particles are not deposited in a layered manner on the particulate filter 22, there is less risk of ash aggregation, and therefore, there is less risk of clogging of the particulate filter 22.
[0056]
By the way, this clogging is mainly calcium sulfate CaSO.Four Caused by. That is, fuel and lubricating oil contain calcium Ca, and therefore, exhaust Ca contains calcium Ca. This calcium Ca is SOThree In the presence of calcium sulfate CaSOFour Is generated. This calcium sulfate CaSOFour Is solid and does not thermally decompose even at high temperatures. Therefore calcium sulfate CaSOFour This calcium sulfate CaSOFour If the pores of the particulate filter 22 are blocked by this, clogging occurs.
[0057]
However, in this case, if an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca is used as the active oxygen release agent 61, for example, potassium K, SO diffuses into the active oxygen release agent 61.Three Binds potassium K and potassium sulfate K2 SOFour Calcium Ca is SOThree Without passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22 and flows into the exhaust gas outflow passage 51. Therefore, the pores of the particulate filter 22 are not clogged. Therefore, as described above, as the active oxygen release agent 61, an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, strontium Sr is used. Would be preferable.
[0058]
The embodiment according to the present invention is basically intended to maintain the amount M of discharged fine particles smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation in all operating states. In practice, however, it is almost impossible to make the discharged particulate amount M smaller than the particulate amount G that can be removed by oxidation in all operating states. For example, when the engine is started, the temperature of the particulate filter 22 is usually low. Therefore, at this time, the amount M of normally discharged particulates is larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. Therefore, in the embodiment according to the present invention, except for a special case immediately after the engine is started, when the engine is in an operating state in which the amount M of discharged particulate can be made smaller than the amount G of particulate that can be removed by oxidation, the amount of particulate discharged M can be removed by oxidation. The amount is set to be smaller than the amount G.
[0059]
Note that when the amount M of discharged particulate is larger than the amount G of particulate that can be removed by oxidation as immediately after the engine is started, the portion of particulate that has not been oxidized begins to remain on the particulate filter 22. However, when the particulate portion that has not been oxidized in this way is beginning to remain, that is, when the particulate matter is deposited below a certain limit, if the discharged particulate amount M becomes smaller than the particulate amount G that can be removed by oxidation, the residual particulate portion Is oxidized and removed by the active oxygen O without generating a luminous flame. Therefore, in the embodiment according to the present invention, in a special operating state such as immediately after the engine is started, when the amount M of discharged particulate is smaller than the amount G of particulate that can be removed by oxidation, only particulates having a quantity below a certain limit that can be removed by oxidation can be obtained. The amount M of discharged particulate and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained so as not to be stacked on the curate filter 22.
[0060]
Even if the discharged particulate amount M and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained as described above, particulates may be deposited on the particulate filter 22 for some reason. Even in such a case, if the air-fuel ratio of a part or the whole of the exhaust gas is temporarily made rich, the fine particles deposited on the particulate filter 22 are oxidized without emitting a luminous flame. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered, the active oxygen O is released from the active oxygen release agent 61 to the outside at once, and these active oxygen O released at once are discharged. The fine particles accumulated by the above can be burned and removed in a short time without generating a luminous flame.
On the other hand, when the air-fuel ratio is maintained lean, the surface of platinum Pt is covered with oxygen, and so-called oxygen poisoning of platinum Pt occurs. When such oxygen poisoning occurs, NOx NO is reduced due to reduced oxidationx As a result, the active oxygen release amount from the active oxygen release agent 61 is reduced. However, when the air-fuel ratio is made rich, oxygen on the platinum Pt surface is consumed, so that oxygen poisoning is eliminated. Therefore, when the air-fuel ratio is switched from rich to lean, NO.x NO to increase the oxidation effect onx As a result, the active oxygen release amount from the active oxygen release agent 61 increases.
Therefore, if the air-fuel ratio is occasionally switched from lean to rich when the air-fuel ratio is maintained lean, oxygen poisoning of platinum Pt is eliminated each time, so that the amount of active oxygen released when the air-fuel ratio is lean increases. Thus, the oxidation action of the fine particles on the particulate filter 22 can be promoted.
Cerium Ce takes in oxygen when the air-fuel ratio is lean (Ce2 OThree → 2CeO2 ), Active oxygen is released when the air-fuel ratio becomes rich (2CeO)2 → CeOThree ) Has a function. Accordingly, when cerium Ce is used as the active oxygen release agent 61, when fine particles adhere to the particulate filter 22 when the air-fuel ratio is lean, the fine particles are oxidized by the active oxygen released from the active oxygen release agent 61, and the air-fuel ratio becomes rich. Then, since a large amount of active oxygen is released from the active oxygen release agent 61, the fine particles are oxidized. Therefore, even when cerium Ce is used as the active oxygen release agent 61, the oxidation reaction of the fine particles on the particulate filter 22 can be promoted by switching the air-fuel ratio from lean to rich occasionally.
[0061]
In FIG. 6, the amount G of particulate that can be removed by oxidation is shown as a function of only the temperature TF of the particulate filter 22, but this amount of particulate G that can be removed by oxidation is actually the oxygen concentration in the exhaust gas and the amount in the exhaust gas. NOx It is also a function of the concentration, the unburned HC concentration in the exhaust gas, the degree of oxidization of fine particles, the space velocity of the exhaust gas flow in the particulate filter 22, the exhaust gas pressure, and the like. Therefore, it is preferable that the amount G of fine particles that can be removed by oxidation be calculated in consideration of the influence of all the above factors including the temperature TF of the particulate filter 22.
[0062]
However, among these factors, the temperature TF of the particulate filter 22 has the largest influence on the amount G of particulates that can be oxidized and removed, and the relatively large influences are the oxygen concentration and NO in the exhaust gas.x Concentration. FIG. 7A shows a change in the particulate filter G when the temperature TF of the particulate filter 22 and the oxygen in the exhaust gas change. FIG. 7B shows the temperature TF of the particulate filter 22. And NO in exhaust gasx A change in the amount G of fine particles that can be removed by oxidation when the concentration changes is shown. In FIGS. 7A and 7B, the broken lines indicate the oxygen concentration and NO in exhaust gas.x This shows the case where the concentration is a reference value. In FIG.2 ]1 When the oxygen concentration in the exhaust gas is higher than the reference value,2 ]2 [O2 ]1 FIG. 7B shows the case where the oxidation concentration is higher than that in FIG. 7B.1 Is NO in the exhaust gas than the reference valuex [NO] when the concentration is high2 Is [NO]1 More than NOx Each shows a high concentration.
[0063]
As the concentration of oxygen in the exhaust gas increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation alone increases, but the amount of oxygen taken into the active oxygen release agent 61 further increases, so that the active oxygen released from the active oxygen release agent 61 also increases. Increase. Therefore, as shown in FIG. 7A, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases as the oxygen concentration in the exhaust gas increases. On the other hand, NO in the exhaust gas is oxidized on the surface of platinum Pt as described above, and NO.2 It becomes. NO generated in this way2 Is absorbed in the active oxygen release agent 61 and the remaining NO2 Detaches from the surface of platinum Pt to the outside. At this time, the fine particles are NO2 , The oxidation reaction is promoted, and therefore NO in the exhaust gas as shown in FIG.x As the concentration increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases. However, this NO2 Since the action of promoting the oxidation of fine particles by the exhaust gas only occurs when the exhaust gas temperature is between about 250 ° C. and about 450 ° C., as shown in FIG. 7B, NO in the exhaust gasx As the concentration increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases when the temperature TF of the particulate filter 22 is between about 250 ° C. and 450 ° C.
[0064]
As described above, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is preferably calculated in consideration of all factors that affect the amount of fine particles G that can be removed by oxidation. However, in the embodiment according to the present invention, among these factors, the temperature TF of the particulate filter 22 that has the greatest influence on the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, and the oxygen concentration and NO in the exhaust gas that have relatively great influence.x The amount G of fine particles that can be removed by oxidation is calculated based only on the concentration.
[0065]
That is, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIGS. 8A to 8F, each temperature TF of the particulate filter 22 (200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C.). The amount of fine particles G that can be removed by oxidation is the oxygen concentration [O2 ] And NO in exhaust gasx As a function of the concentration [NO], it is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map, and the temperature TF and oxidation concentration [O of each particulate filter 22 are stored.2 ] And NOx The amount G of fine particles that can be oxidized and removed according to the concentration [NO] is calculated by proportional distribution from the maps shown in FIGS.
[0066]
The oxygen concentration in the exhaust gas [O2 ] And NOx Concentration [NO] is determined by oxygen concentration sensor and NO.x It can be detected using a density sensor. However, in the embodiment according to the present invention, the oxygen concentration in the exhaust gas [O2 ] As a function of the required torque TQ and the engine speed N in the form of a map as shown in FIG.x The concentration [NO] is also stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as shown in FIG. 9B as a function of the required torque TQ and the engine speed N. From these maps, the oxygen concentration [O2 ] And NOx The concentration [NO] is calculated.
[0067]
On the other hand, the amount M of discharged particulates varies depending on the engine model, but when the engine model is determined, it becomes a function of the required torque TQ and the engine speed N. FIG. 10A shows the amount M of discharged fine particles of the internal combustion engine shown in FIG.1 , M2 , MThree , MFour , MFive Is the amount of fine particles discharged (M1 <M2 <MThree <MFour <MFive ). In the example shown in FIG. 10A, the amount M of discharged particulate increases as the required torque TQ increases. 10A is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG. 10B as a function of the required torque TQ and the engine speed N.
[0068]
As described above, in the present invention, when the discharged particulate amount M can be made smaller than the oxidizable and removable particulate amount G except for a special operating state immediately after the engine is started, the exhausted particulate amount M is larger than the oxidizable and removable particulate amount G. At least one of the discharged fine particle amount M or the oxidizable and removable fine particle amount G is controlled so as to decrease, that is, to satisfy the relationship of discharged fine particle amount M <oxidizable and removable fine particle amount G.
[0069]
More specifically, in the embodiment according to the present invention, when the discharged fine particle amount M approaches the oxidizable and removable fine particle amount G in order to satisfy the relationship of discharged fine particle amount M <oxidizable and removable fine particle amount G, for example, the discharged fine particle amount M is, for example, The amount of discharged particulate M is such that the difference between the amount of discharged particulate M and the amount of particulate G that can be removed by oxidation becomes larger when it exceeds a permissible amount (G−α) obtained by subtracting a small constant value α from the amount oxidizable and removable particulate G. In addition, at least one of the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is controlled.
[0070]
Next, the operation control method will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 11, first, the opening degree of the throttle valve 17 is controlled at step 100, and then the opening degree of the EGR control valve 25 is controlled at step 101. Next, at step 102, injection control from the fuel injection valve 6 is performed. Next, at step 103, the amount M of discharged particulate is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 104, the temperature TF of the particulate filter 22 and the oxygen concentration [O in the exhaust gas from the map shown in FIGS.2 ] And NO in exhaust gasx The amount G of fine particles that can be removed by oxidation according to the concentration [NO] is calculated.
[0071]
Next, at step 105, it is determined whether or not a flag indicating that the amount M of discharged particulate is larger than an allowable value (G-α) smaller than the amount G of particulate capable of being removed by oxidation by a constant value α is determined. When the flag is not set, the routine proceeds to step 106, where it is judged if the discharged particulate amount M is smaller than the allowable value (G-α). When M <G−α, that is, when the discharged particulate amount M is smaller than the allowable value (G−α), the processing cycle is completed.
On the other hand, when it is determined in step 106 that M ≧ G−α, that is, when the discharged particulate amount M becomes larger than the allowable value (G−α), the routine proceeds to step 107 where a flag is set, and then Proceed to step 108. When the flag is set, the process jumps from step 105 to step 108 in the subsequent processing cycle.
[0072]
In step 108, the amount M of discharged particulate is compared with a control release value (G-β) obtained by subtracting a constant value β from the amount G of particulate that can be removed by oxidation. Here, α and β have a relationship of α <β. Therefore, the allowable value (G−α) and the control release value (G−β) are the allowable value (G−α)> the control release value (G−β). There is a relationship. When M ≧ G−β, that is, when the discharged particulate amount M is larger than the control release value (G−β), the routine proceeds to step 109 where control is performed to continue the particulate continuous oxidation action in the particulate filter 22. . That is, at least one of the discharged fine particle amount M and the oxidizable and removable fine particle amount G is controlled so that the difference between the discharged fine particle amount M and the oxidizable and removable fine particle amount G becomes large.
[0073]
Next, if it is determined in step 108 that M <G−β, that is, if the discharged particulate amount M becomes smaller than the control release value (G−β), the control proceeds to step 110 and gradually returns to the original operating state. And the flag is reset. In this way, the state of M <G is maintained.
There are various ways of the continuous oxidation continuation control performed in step 109 of FIG. 11 and the return control performed in step 110 of FIG. 11. Therefore, the various methods of the continuous oxidation continuation control and the return control will be sequentially described below.
[0074]
One of the methods for increasing the difference between the discharged particulate amount M and the oxidizable and removable particulate amount G when M ≧ (G−α) is to increase the temperature TF of the particulate filter 22. First, a method for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 will be described.
One effective method for raising the temperature TF of the particulate filter 22 is to retard the fuel injection timing until after the compression top dead center. That is, the normal main fuel Qm Is injected in the vicinity of the compression top dead center as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 12 (II), the main fuel Qm When the injection timing is delayed, the afterburning period becomes longer, and thus the exhaust gas temperature rises. As the exhaust gas temperature increases, the temperature TF of the particulate filter 22 increases accordingly, and as a result, the state of M <G is maintained.
[0075]
Further, in order to increase the temperature TF of the particulate filter 22, as shown in FIG.m In addition to the auxiliary fuel Q near the intake top dead centerv Can also be injected. Thus, auxiliary fuel Qv When additional fuel is injected, auxiliary fuel Qv Since the amount of fuel combusted by the amount increases, the exhaust gas temperature rises, and thus the temperature TF of the particulate filter 22 rises.
[0076]
On the other hand, the auxiliary fuel Q in the vicinity of the intake top dead center in this way.v Is injected by the heat of compression during the compression stroke.v From these, intermediate products such as aldehydes, ketones, peroxides, carbon monoxide and the like are produced, and these intermediate products produce main fuel Q.m The reaction is accelerated. Therefore, in this case, as shown in FIG.m Even if the injection timing is greatly delayed, good combustion can be obtained without causing misfire. That is, the main fuel Qm Therefore, the exhaust gas temperature becomes considerably high, so that the temperature TF of the particulate filter 22 can be quickly raised.
[0077]
Further, in order to increase the temperature TF of the particulate filter 22, as shown in FIG.m In addition to the auxiliary fuel Q during the expansion stroke or the exhaust strokep Can also be injected. That is, in this case, most of the auxiliary fuel Qp Is discharged into the exhaust passage in the form of unburned HC without burning. The unburned HC is oxidized on the particulate filter 22 by excess oxygen, and the temperature TF of the particulate filter 22 is raised by the oxidation reaction heat generated at this time.
[0078]
In the example described so far, for example, as shown in FIG.m When it is determined that M ≧ G−α in step 106 in FIG. 11 when the fuel is being injected, as shown in (II), (III), or (IV) in FIG. 12 in step 109 in FIG. The injection is controlled. Next, when it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, control for returning to the injection method shown in FIG.
[0079]
Next, a method of using low-temperature combustion to maintain the state of M <G will be described. That is, it is known that when the EGR rate is increased, the amount of smoke generated gradually increases and reaches a peak, and when the EGR rate is further increased, the amount of smoke generated decreases rapidly. This will be described with reference to FIG. 13 showing the relationship between the EGR rate and smoke when the degree of cooling of the EGR gas is changed. In FIG. 13, curve A shows the case where the EGR gas is strongly cooled to maintain the EGR gas temperature at about 90 ° C., and curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device. Curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled.
[0080]
As shown by curve A in FIG. 13, when the EGR gas is strongly cooled, the amount of smoke generated peaks when the EGR rate is slightly lower than 50%. In this case, the EGR rate is increased to about 55% or more. If this is done, smoke will hardly occur. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 13, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of smoke generated peaks when the EGR rate is slightly higher than 50%. In this case, the EGR rate is about 65% or more. If it is made, smoke will hardly occur. Further, as shown by the curve C in FIG. 13, when the EGR gas is not forcibly cooled, the amount of smoke generated reaches a peak when the EGR rate is around 55%. In this case, the EGR rate is approximately 70%. If it is more than a percentage, smoke is hardly generated.
[0081]
As described above, when the EGR gas ratio is 55% or more, smoke is not generated because the endothermic action of the EGR gas does not cause the temperature of the fuel and the surrounding gas to be so high, that is, low-temperature combustion is performed. This is because hydrocarbons do not grow to soot.
This low-temperature combustion suppresses the generation of smoke regardless of the air-fuel ratio, while NO.x It has the characteristic that the generation amount of can be reduced. That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but the combustion temperature is suppressed to a low temperature, so that the excessive fuel does not grow to the soot, and thus smoke does not occur. At this time, NOx However, only a very small amount is generated. On the other hand, even when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is produced if the combustion temperature is high, but the combustion temperature is suppressed to a low temperature under low-temperature combustion. NO smoke at all, NOx However, only a very small amount is generated.
[0082]
On the other hand, when this low-temperature combustion is performed, the temperature of the fuel and the surrounding gas decreases, but the exhaust gas temperature increases. This will be described with reference to FIGS. 14 (A) and 14 (B).
The solid line in FIG. 14 (A) shows the relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 and the crank angle when low temperature combustion is performed, and the broken line in FIG. 14 (A) shows normal combustion. The relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 and the crank angle is shown. Further, the solid line in FIG. 14B shows the relationship between the fuel and the surrounding gas temperature Tf and the crank angle when low-temperature combustion is performed, and the broken line in FIG. 14B shows normal combustion. The relationship between the fuel and the surrounding gas temperature Tf when broken and the crank angle is shown.
[0083]
When low-temperature combustion is performed, the amount of EGR gas is larger than when normal combustion is performed. Therefore, as shown in FIG. 14A, before compression top dead center, that is, during the compression process, a solid line. The average gas temperature Tg at the time of low-temperature combustion indicated by is higher than the average gas temperature Tg at the time of normal combustion indicated by a broken line. At this time, as shown in FIG. 14B, the fuel and the surrounding gas temperature Tf are substantially the same as the average gas temperature Tg.
Next, combustion is started near the compression top dead center. In this case, when low temperature combustion is being performed, the fuel and the surrounding gas temperature Tf do not become so high as indicated by the solid line in FIG. On the other hand, when normal combustion is performed, since a large amount of oxygen exists around the fuel, the fuel and the surrounding gas temperature Tf become extremely high as shown by the broken line in FIG. . In this way, when normal combustion is performed, the temperature of the fuel and the surrounding gas temperature Tf is considerably higher than when low temperature combustion is performed, but the temperature of the other gases which occupy most is low temperature combustion. Therefore, the average gas in the combustion chamber 5 in the vicinity of the compression top dead center as shown in FIG. 14 (A) is lower than that in the case where the normal combustion is performed. The temperature Tg is higher when low-temperature combustion is performed than when normal combustion is performed. As a result, as shown in FIG. 14 (A), the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 after the completion of the combustion is higher when the low temperature combustion is performed than when the normal combustion is performed. Therefore, when the low temperature combustion is performed, the exhaust gas temperature becomes high.
[0084]
When low-temperature combustion is performed in this way, the amount of smoke generated, that is, the amount M of discharged particulates decreases, and the exhaust gas temperature rises. Therefore, when switching from normal combustion to low-temperature combustion when M ≧ G−α, the amount M of discharged particulate decreases, and the temperature TF of the particulate filter 22 rises and the amount G of particulate that can be removed by oxidation increases. The state of M <G can be easily maintained. When this low-temperature combustion is used, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, it is switched to low-temperature combustion in step 109, and then it is determined in step 108 that M <G−β. In step 110, normal combustion is switched.
[0085]
Next, still another method for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 in order to maintain the state of M <G will be described. FIG. 15 shows an internal combustion engine suitable for carrying out this method. Referring to FIG. 15, in this internal combustion engine, a hydrocarbon supply device 70 is disposed in the exhaust pipe 20. In this method, when it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, hydrocarbon is supplied from the hydrocarbon supply device 70 into the exhaust pipe 20 in step 109. This hydrocarbon is oxidized on the particulate filter 22 by excess oxygen, and the temperature TF of the particulate filter 22 is raised by the oxidation reaction heat at this time. Next, when it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, the supply of hydrocarbons from the hydrocarbon supply device 70 is stopped in step 110. The hydrocarbon supply device 70 may be disposed anywhere between the particulate filter 22 and the exhaust port 10.
[0086]
Next, still another method for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 in order to maintain the state of M <G will be described. FIG. 16 shows an internal combustion engine suitable for carrying out this method. Referring to FIG. 16, in this internal combustion engine, an exhaust control valve 73 driven by an actuator 72 is disposed in an exhaust pipe 71 downstream of the particulate filter 22.
[0087]
In this method, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, the exhaust control valve 73 is substantially fully closed in step 109, and the engine output torque is obtained by substantially closing the exhaust control valve 73. Main fuel Q to preventm Is increased. When the exhaust control valve 73 is almost fully closed, the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 73, that is, the back pressure increases. When the back pressure increases, the pressure of the exhaust gas does not decrease so much when the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 5 into the exhaust port 10, and therefore the temperature does not decrease so much. Moreover, at this time, the main fuel Qm Therefore, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is high, and the temperature of the exhaust gas discharged into the exhaust port 10 is considerably high. As a result, the temperature of the particulate filter 22 is rapidly increased.
[0088]
Next, if it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, the exhaust control valve 73 is fully opened in step 110, and the main fuel Qm The effect of increasing the injection amount is stopped.
Next, still another method for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 in order to maintain the state of M <G will be described. FIG. 17 shows an internal combustion engine suitable for carrying out this method. Referring to FIG. 17, in this internal combustion engine, a waste gate valve 76 controlled by an actuator 75 is disposed in an exhaust bypass passage 74 that bypasses the exhaust turbine 21. The actuator 75 normally controls the opening degree of the wastegate valve 76 in response to the pressure in the surge tank 12, that is, the supercharging pressure so that the supercharging pressure does not exceed a certain pressure.
[0089]
In this method, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, the wastegate valve 76 is fully opened in step 109. When exhaust gas passes through the exhaust turbine 21, the temperature decreases. However, when the wastegate valve 76 is fully opened, most of the exhaust gas flows through the exhaust bypass passage 74, so that the temperature does not decrease. Thus, the temperature of the particulate filter 22 rises. Next, when it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, the waste gate valve 76 is closed in step 110, and the opening of the waste gate valve 76 is set so that the supercharging pressure does not exceed a certain pressure. Is controlled.
[0090]
Next, a method for reducing the discharged particulate amount M in order to maintain the state of M <G will be described. That is, the more the injected fuel and air are sufficiently mixed, that is, the greater the amount of air around the injected fuel, the better the injected fuel is combusted, so fine particles are not generated. Accordingly, in order to reduce the amount M of discharged particulate, it is only necessary to mix the injected fuel and air more sufficiently. However, if the mixture of injected fuel and air is improved, combustion becomes more active, so NOx The amount of generation increases. Therefore, the method for reducing the amount M of discharged particulate is, in other words, NO.x It can be said that this is a method of increasing the amount of generation.
[0091]
In any case, there are various methods for reducing the amount PM of discharged fine particles. Therefore, these methods will be sequentially described.
Although the above-described low-temperature combustion can be used as a method for reducing the amount of discharged particulate PM, another effective method is a method for controlling fuel injection. For example, when the fuel injection amount is reduced, sufficient air is present around the injected fuel, and thus the amount M of discharged particulate is reduced.
[0092]
Further, when the injection timing is advanced, sufficient air exists around the injected fuel, and thus the amount M of discharged particulate is reduced. Further, when the fuel pressure in the common rail 27, that is, the injection pressure is increased, the injected fuel is dispersed, so that the mixture of the injected fuel and air becomes good, and thus the amount M of discharged particulates is reduced. The main fuel Qm When the auxiliary fuel is injected at the end of the compression stroke immediately before the injection of the so-called pilot injection, the oxygen is consumed by the combustion of the auxiliary fuel, so the main fuel Qm The surrounding air is insufficient. Therefore, in this case, the amount M of discharged particulate is reduced by stopping the pilot injection.
[0093]
That is, when the discharged particulate amount M is reduced by controlling the fuel injection, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, the fuel injection amount is decreased in step 109. Alternatively, the fuel injection timing is advanced, the injection pressure is increased, or the pilot injection is stopped, whereby the amount M of discharged particulate is reduced. Next, when it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, the original fuel injection state is restored in step 110.
[0094]
Next, another method for reducing the discharged particulate amount M in order to maintain M <G will be described. In this method, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, the opening degree of the EGR control valve 25 is decreased in step 109 in order to decrease the EGR rate. When the EGR rate decreases, the amount of air around the injected fuel increases, and thus the amount M of discharged particulates decreases. Next, when it is determined at step 108 in FIG. 11 that M <G−β, the EGR rate is raised to the original EGR rate at step 110.
[0095]
Next, another method for reducing the amount M of discharged fine particles in order to maintain M <G will be described. In this method, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, the opening degree of the waste gate valve 76 (FIG. 17) is decreased in order to increase the supercharging pressure in step 109. When the supercharging pressure increases, the amount of air around the injected fuel increases, and thus the amount M of discharged particulates decreases. Next, when it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, the boost pressure is returned to the original boost pressure in step 110.
[0096]
Next, a method for increasing the oxygen concentration in the exhaust gas in order to maintain M <G will be described. When the oxygen concentration in the exhaust gas increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation alone increases, but the amount of oxygen taken into the active oxygen release agent 61 further increases, so the amount of active oxygen released from the active oxygen release agent 61 Thus, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases.
[0097]
As a method for executing this method, there is a method of controlling the EGR rate. That is, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, the opening degree of the EGR control valve 25 is decreased so that the EGR rate is decreased in step 109. A decrease in the EGR rate means an increase in the proportion of the intake air amount in the intake air. Thus, when the EGR rate decreases, the oxygen concentration in the exhaust gas increases. As a result, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases. Further, when the EGR rate decreases, the amount M of discharged particulate decreases as described above. Therefore, when the EGR rate decreases, the difference between the amount M of discharged fine particles and the amount G of fine particles that can be removed by oxidation rapidly increases. Next, when it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, the EGR rate is returned to the original EGR rate in step 110.
[0098]
Next, a method of using secondary air to increase the oxygen concentration in the exhaust gas will be described. In the example shown in FIG. 18, an exhaust pipe 77 between the exhaust turbine 21 and the particulate filter 22 is connected to the intake duct 13 via a secondary air supply conduit 78, and a supply control valve 79 is provided in the secondary air supply conduit 78. Is placed. In the example shown in FIG. 19, a secondary air supply conduit 78 is connected to an engine-driven air pump 80. The supply position of the secondary air into the exhaust passage may be anywhere between the particulate filter 22 and the exhaust port 10.
[0099]
In the internal combustion engine shown in FIG. 18 or FIG. 19, if it is determined in step 106 in FIG. 11 that M ≧ G−α, the supply control valve 79 is opened in step 109. As a result, secondary air is supplied from the secondary air supply conduit 78 to the exhaust pipe 77, and thus the oxygen concentration in the exhaust gas is increased. Next, when it is determined in step 108 of FIG. 11 that M <G−β, the supply control valve 79 is closed in step 110.
[0100]
Next, the oxidation removal fine particle amount GG that is oxidized per unit time on the particulate filter 22 is sequentially calculated, and the discharge fine particle amount M or the oxidation removal is performed so that the discharge fine particle amount M is smaller than the calculated oxidation removal fine particle amount GG. An embodiment in which at least one of the fine particle amounts GG is controlled will be described.
As described above, when the fine particles adhere to the particulate filter 22, the fine particles are oxidized in a short time, but before the fine particles are completely oxidized and removed, the other fine particles are successively passed from one to the next. Adhere to. Therefore, in practice, a certain amount of fine particles are always deposited on the particulate filter 22, and some of the deposited fine particles are oxidized and removed. In this case, if the fine particles GG that can be oxidized and removed per unit time are the same as the amount M of discharged fine particles, all the fine particles in the exhaust gas are oxidized and removed on the particulate filter 22. However, when the amount M of discharged particulates is larger than the amount GG of particulates that can be oxidized and removed per unit time, the amount of particulates deposited on the particulate filter 22 gradually increases, and finally the particulates accumulate in a layered manner and ignite at a low temperature. It ca n’t be done.
[0101]
As described above, if the discharged particulate amount M is the same as the oxidized removed particulate amount GG or smaller than the oxidized removed particulate amount GG, all particulates in the exhaust gas can be oxidized and removed on the particulate filter 22. Therefore, in this embodiment, the temperature TF of the particulate filter 22 and the discharged fine particle amount M are controlled so that the discharged fine particle amount M and the oxidized removal fine particle amount GG satisfy M <GG.
[0102]
By the way, the oxidized fine particle amount GG can be expressed by the following equation.
GG (g / sec) = C · EXP (-E / RT) · [PM]l ・ ([O2 ]m + [NO]n )
Here, C is a constant, E is an activation energy, R is a gas constant, T is a temperature TF of the particulate filter 22, and [PM] is a deposition concentration (mol / cm) of particulates on the particulate filter 22.2 ), [O2 ] Is the oxygen concentration in the exhaust gas, [NO] is NO in the exhaust gasx Each concentration is shown.
[0103]
Note that the oxidation-removed fine particle amount GG is actually a function of the unburned HC concentration in the exhaust gas, the degree of ease of oxidation of the fine particles, the space velocity of the exhaust gas flow in the particulate filter 22, the exhaust gas pressure, and the like. However, we will not consider these effects here.
As can be seen from the above equation, the oxidation-removed fine particle amount GG increases exponentially as the temperature TF of the particulate filter 22 increases. Further, since the fine particles to be oxidized and removed increase as the fine particle deposition concentration [PM] increases, the oxidation removal fine particle amount GG increases as “PM” increases. However, the higher the fine particle deposition concentration [PM], the more oxidation occurs. Since the amount of fine particles deposited at difficult positions increases, the rate of increase in the amount of oxidized removal fine particles GG gradually decreases, so the concentration of fine particles [PM] and [PM] in the above equation are reduced.l The relationship with is as shown in FIG.
[0104]
On the other hand, the oxygen concentration [O2 ] Increases, as described above, the amount of oxidized removal fine particles GG increases, but the amount of active oxygen released from the active oxygen release agent 61 further increases. Therefore, the oxygen concentration in the exhaust gas [O2 ] Increases in proportion to the amount of oxidized removal fine particles GG, so that the oxygen concentration [O2 ] And [O in the above formula2 ]m The relationship with is as shown in FIG.
[0105]
On the other hand, NO in exhaust gasx When the concentration [NO] increases, as described above, NO2 Therefore, the amount of oxidized removal fine particles GG increases. However, NO to NO2 As described above, the conversion into the gas occurs only when the exhaust gas temperature is between about 250 ° C. and about 450 ° C. Therefore, NO in exhaust gasx Concentration [NO] and [NO] in the above formulan When the exhaust gas temperature is between about 250 ° C. and 450 ° C., the solid line [NO] in FIG.n 1 As [NO] increases as indicated by [NO]n However, when the exhaust gas temperature is approximately 250 ° C. or lower or approximately 450 ° C. or higher, the solid line [NO] in FIG.n 0 As indicated by [NO] regardless of [NO]n 0 Is almost zero.
[0106]
In this embodiment, every time a fixed time elapses, the oxidized removal fine particle amount GG is calculated based on the above equation. If the amount of fine particles accumulated at this time is PM (g), the fine particles corresponding to the oxygen-removed fine particle amount GG are removed from the fine particles, and the fine particles corresponding to the discharged fine particle amount M are newly deposited on the particulate filter 22. To do. Therefore, the final deposition amount of fine particles is expressed by the following equation.
[0107]
PM + M-GG
Next, the operation control method will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 21, first, at step 200, the opening degree of the throttle valve 17 is controlled, and then at step 201, the opening degree of the EGR control valve 25 is controlled. Next, at step 202, injection control from the fuel injection valve 6 is performed. Next, at step 103, the amount M of discharged particulate is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 204, the oxidation removal fine particle amount GG is calculated based on the following equation.
[0108]
GG = C ・ EXP (-E / RT) ・ [PM]l ・ ([O2 ]m + [NO]n )
Next, at step 205, the final particulate deposition amount PM is calculated based on the following equation.
PM ← PM + M-GG
Next, at step 206, it is determined whether or not a flag indicating that the discharged particulate amount M is larger than an allowable value (GG-α) smaller than the oxidation removed particulate amount GG by a constant value α is set. When the flag is not set, the routine proceeds to step 207, where it is judged if the discharged particulate amount M is smaller than the allowable value (GG-α). When M <GG-α, that is, when the discharged particulate amount M is smaller than the allowable value (GG-α), the processing cycle is completed.
[0109]
On the other hand, when it is determined in step 207 that M ≧ GG-α, that is, when the discharged particulate amount M becomes larger than the allowable value (GG-α), the routine proceeds to step 208, where the flag is set, and then Proceed to step 209. When the flag is set, the process jumps from step 206 to step 209 in the subsequent processing cycle.
[0110]
In step 209, the amount M of discharged particulate is compared with a control release value (GG-β) obtained by subtracting a fixed value β from the amount GG of oxidized removal particulate. Here, as described above, α and β have a relationship of α <β. Therefore, the allowable value (GG-α) and the control release value (GG-β) are the allowable value (GG-α)> the control release value ( GG-β). When M ≧ GG-β, that is, when the amount M of discharged particulate is larger than the control release value (GG-β), the routine proceeds to step 210, where control for continuing the continuous oxidation action of particulates in the particulate filter 22, that is, the above-mentioned. As described above, the control for increasing the temperature TF of the particulate filter 22, the control for decreasing the exhaust particulate amount M, or the control for increasing the oxygen concentration in the exhaust gas is performed.
[0111]
Next, if it is determined in step 209 that M <GG-β, that is, if the amount M of discharged particulate is smaller than the control release value (GG-β), the control proceeds to step 211 to gradually return to the original operating state. And the flag is reset.
In the embodiment described so far, layers of a support made of alumina, for example, are formed on both side surfaces of each partition wall 54 of the particulate filter 22 and on the inner wall surface of the pores in the partition wall 54, and noble metal is formed on the support. A catalyst and an active oxygen release agent are supported. In this case, the NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 on this carrier is lean.x Is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows into the particulate filter 22 becomes stoichiometric or rich.x NO releasex It is also possible to carry an absorbent.
[0112]
In this case, platinum Pt is used as the noble metal as described above, and NO.x The absorbent is selected from alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs and rubidium Rb, alkaline earths such as barium Ba, calcium Ca and strontium Sr, and rare earths such as lanthanum La and yttrium Y. At least one of these is used. As can be seen from comparison with the metal constituting the active oxygen release agent described above, NOx The metal that constitutes the absorbent and the metal that constitutes the active oxygen release agent are mostly the same.
[0113]
In this case, NOx Different metals can be used as the absorbent and the active oxygen release agent, respectively, or the same metal can be used. NOx NO when using the same metal as the absorbent and active oxygen release agentx Both the function as an absorbent and the function as an active oxygen release agent are performed simultaneously.
Next, using platinum Pt as a noble metal catalyst, NOx NO when taking potassium K as an absorbentx The absorption / release action will be described.
[0114]
First of all NOx When the absorption action of NO is examined, NOx Is NO with the same mechanism as shown in FIG.x Absorbed by absorbent. In this case, however, reference numeral 61 in FIG.x Indicates an absorbent.
That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is lean, a large amount of excess oxygen is contained in the exhaust gas, so that the exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22. As shown in 4 (A), these oxygen O2 Is O2 - Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 - Or O2-Reacts with NO2 (2NO + O2 → 2NO2 ). Then the generated NO2 Part of NO is being oxidized on platinum Ptx Nitrate ion NO as shown in FIG. 4 (A) while being absorbed in the absorbent 61 and combined with potassium KThree - NO in the form ofx Diffusion into the absorbent 61 and some nitrate ions NOThree - Is potassium nitrate KNOThree Is generated. In this way NO is NOx Absorbed in the absorbent 61.
[0115]
On the other hand, when the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 becomes rich, nitrate ions NOThree - Is decomposed into oxygen, O and NO, and NO from one to the nextx NO is released from the absorbent 61. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 becomes rich, the NO in a short time.x NO is released from the absorbent 61, and since the released NO is reduced, NO is not discharged into the atmosphere.
[0116]
In this case, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is the stoichiometric air-fuel ratio, NOx NO is released from the absorbent 61. However in this case NOx NO is released from the absorbent 61 only gradually.x Total NO absorbed by absorbent 61x It takes a little longer time to release.
By the way, as mentioned above, NOx Different metals can be used as the absorbent and the active oxygen release agent, respectively.x The same metal can be used as the absorbent and the active oxygen release agent. NOx When the same metal is used as the absorbent and the active oxygen release agent, as described above, NOx The function of both the function as an absorbent and the function as an active oxygen release agent will be performed at the same time.x It is called an absorbent. In this case, reference numeral 61 in FIG.x Will indicate the absorbent.
[0117]
Such active oxygen release / NOx When the absorbent 61 is used, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is lean, NO contained in the exhaust gas releases active oxygen / NOx Fine particles absorbed in the absorbent 61 and contained in the exhaust gas release active oxygen and NOx When adhering to the absorbent 61, the fine particles release active oxygen and NO.x The active oxygen released from the absorbent 61 can be oxidized and removed in a short time. Therefore, at this time, fine particles in the exhaust gas and NOx Both of them can be prevented from being discharged into the atmosphere.
[0118]
On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 becomes rich, the release of active oxygen / NOx NO is released from the absorbent 61. This NO is reduced by unburned HC and CO, and therefore NO is not discharged into the atmosphere at this time as well. At this time, if fine particles are deposited on the particulate filter 22, the fine particles are released from active oxygen and NO.x It is oxidized and removed by the active oxygen released from the absorbent 61.
[0119]
NOx Absorber or active oxygen release NOx NO if absorbent is usedx Absorber or active oxygen release NOx Absorbent NOx Before the absorption capacity is saturated, NOx Absorber or active oxygen release NOx NO from absorbentx The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 to release the air is temporarily made rich. That is, the air-fuel ratio is occasionally temporarily made rich when combustion is performed under a lean air-fuel ratio.
[0120]
The present invention can also be applied to a case where only a noble metal such as platinum Pt is supported on a carrier layer formed on both sides of the particulate filter 22. In this case, however, the solid line indicating the amount G of fine particles that can be removed by oxidation moves slightly to the right as compared with the solid line shown in FIG. In this case, NO held on the surface of platinum Pt.2 Or SOThree Active oxygen is released from
[0121]
Moreover, NO as an active oxygen release agent2 Or SOThree And adsorbed NO.2 Or SOThree A catalyst capable of releasing active oxygen from the catalyst can also be used.
Further, according to the present invention, an oxidation catalyst is disposed in the exhaust passage upstream of the particulate filter, and NO in the exhaust gas is reduced by this oxidation catalyst.2 Converted to this NO2 Reacts with particulates deposited on the particulate filter to react with this NO.2 Therefore, the present invention can also be applied to an exhaust gas purification apparatus that oxidizes fine particles.
[0122]
【The invention's effect】
Fine particles in the exhaust gas can be continuously oxidized and removed on the particulate filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a view showing a required torque of the engine.
FIG. 3 is a diagram showing a particulate filter.
FIG. 4 is a diagram for explaining an oxidizing action of fine particles.
FIG. 5 is a diagram for explaining the deposition action of fine particles.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of the particulate filter.
FIG. 7 is a graph showing the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
FIG. 8 is a diagram showing a map of the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
FIG. 9: Oxygen concentration in exhaust gas and NOx It is a figure which shows the map of density | concentration.
FIG. 10 is a diagram showing the amount of discharged fine particles.
FIG. 11 is a flowchart for controlling the operation of the engine.
FIG. 12 is a view for explaining injection control.
FIG. 13 is a diagram showing the amount of smoke generated.
FIG. 14 is a diagram showing gas temperature and the like in the combustion chamber.
FIG. 15 is an overall view showing another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 16 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 17 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 18 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 19 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 20 is a diagram showing a deposition concentration of fine particles and the like.
FIG. 21 is a flowchart for controlling the operation of the engine.
[Explanation of symbols]
5 ... Combustion chamber
6 ... Fuel injection valve
22 ... Particulate filter
25 ... EGR control valve

Claims (41)

燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタとして、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように該排出微粒子量又は該酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにした排気ガス浄化方法。As a particulate filter for removing particulates in the exhaust gas exhausted from the combustion chamber, the amount of particulate discharged from the combustion chamber per unit time does not emit a bright flame per unit time on the particulate filter When the amount of particulates that can be removed by oxidation is less than the amount of particulates that can be removed by oxidation, a particulate filter that can be oxidized and removed without emitting a luminous flame when particulates in the exhaust gas flow into the particulate filter is used per unit time on the particulate filter. Calculates the amount of fine particles that can be oxidized and removed without emitting a luminous flame, and the amount of discharged fine particles can be removed by oxidation when the engine is operating so that the amount of discharged fine particles can be less than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. The amount of discharged fine particles or the oxidation so as to be smaller than the amount of fine particles Exhaust gas purification method to control the at least one removed by possible amount of particulate. パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持した請求項１に記載の排気ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 1, wherein a noble metal catalyst is supported on the particulate filter. 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、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、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２に記載の排気ガス浄化方法。When excess oxygen is present in the surroundings, oxygen is taken in and retained, and when the surrounding oxygen concentration decreases, an active oxygen release agent that releases the retained oxygen in the form of active oxygen is supported on the particulate filter, and the particulate The exhaust gas purifying method according to claim 2, wherein when the fine particles adhere to the filter, the active oxygen is released from the active oxygen release agent, and the fine particles adhering to the particulate filter are oxidized by the released active oxygen. . 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３に記載の排気ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 3, wherein the active oxygen release agent is made of an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth, or a transition metal. 上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりもイオン化傾向の高い金属からなる請求項４に記載の排気ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 4, wherein the alkali metal and the alkaline earth metal are made of a metal having a higher ionization tendency than calcium. 上記活性酸素放出剤は、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 を放出する機能を有している請求項３に記載の排気ガス浄化方法。When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is lean, the active oxygen release agent absorbs NO x in the exhaust gas and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich. exhaust gas purification method according to claim 3 which has the function of releasing the absorbed NO x. 該酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度の関数である請求項１に記載の排気ガス浄化方法。2. The exhaust gas purification method according to claim 1, wherein the amount of fine particles that can be removed by oxidation is a function of the temperature of the particulate filter. 該酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度に加え、排気ガス中の酸素濃度又はＮＯx 濃度の少くとも一つの関数である請求項７に記載の排気ガス浄化方法。Oxidation of particulate removable amount in addition to the temperature of the particulate filter, exhaust gas purification method according to claim 7, which is one of the functions at least of the oxygen concentration or the concentration of NO x in the exhaust gas. 該酸化除去可能微粒子量が少くともパティキュレートフィルタの温度の関数として予め記憶されている請求項７に記載の排気ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 7, wherein the amount of fine particles that can be removed by oxidation is stored in advance as a function of the temperature of the particulate filter. 該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに該排出微粒子量が増大し又は該酸化除去可能微粒子量が減少して該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量とが互いに近づいたときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにした請求項１に記載の排気ガス浄化方法。When the engine is in an operating state where the amount of discharged fine particles can be smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of discharged fine particles increases or the amount of fine particles that can be removed by oxidation decreases and the amount of discharged fine particles and the amount of oxidized particles can be removed When the amount of fine particles approaches each other, the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the difference between the amount of fine particles discharged and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is large. The exhaust gas purification method according to claim 1, wherein at least one of the amounts is controlled. パティキュレートフィルタの温度を上昇させることにより該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差を大きくするようにした請求項１０に記載の排気ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 10, wherein the difference between the amount of discharged particulate and the amount of particulate capable of being removed by oxidation is increased by increasing the temperature of the particulate filter. 該排出微粒子量を減少させることにより該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差を大きくするようにした請求項１０に記載の排気ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 10, wherein a difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles capable of being removed by oxidation is increased by decreasing the amount of discharged fine particles. 排気ガス中の酸素濃度を高めることにより該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差を大きくするようにした請求項１０に記載の排気ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 10, wherein the difference between the exhaust particulate amount and the oxidizable and removable particulate amount is increased by increasing the oxygen concentration in the exhaust gas. 該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量から一定値を差引いた許容値よりも大きくなったときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにした請求項１０に記載の排気ガス浄化方法。 When the amount of discharged fine particles is larger than a permissible value obtained by subtracting a certain value from the amount of fine particles that can be removed by oxidation when the engine is in an operating state where the amount of fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, At least one of the discharged fine particle amount and the oxidizable removable fine particle amount is controlled so that the fine particle amount is smaller than the oxidizable removable fine particle amount and the difference between the discharged fine particle amount and the oxidizable removable fine particle amount becomes large. The exhaust gas purification method according to claim 10 . 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタとして、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられかつ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 を放出する機能を有するパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように該排出微粒子量又は該酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御するようにした排気ガス浄化方法。As a particulate filter for removing particulates in the exhaust gas exhausted from the combustion chamber, the amount of particulate discharged from the combustion chamber per unit time does not emit a bright flame per unit time on the particulate filter When the amount of particulates that can be removed by oxidation is less than the amount of particulates that can be removed by oxidation, if particulates in the exhaust gas flow into the particulate filter, they are oxidized and removed without emitting a luminous flame, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is lean. using a particulate filter sometimes air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x in the exhaust gas to absorb the particulate filter has a function of releasing NO x absorbed and becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich, on the particulate filter Oxidation without emitting luminous flame per unit time The amount of fine particles that can be removed by oxidation is calculated, and the amount of fine particles that can be discharged is less than the amount of fine particles that can be removed when the engine is in an operating state where the amount of fine particles that can be removed is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. And an exhaust gas purification method that controls at least one of the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation. 機関排気通路内に燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去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として、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように該排出微粒子量又は該酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する制御手段を具備した排気ガス浄化装置。A particulate filter for removing particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is disposed in the engine exhaust passage, and the amount of particulate discharged from the combustion chamber per unit time is the particulate filter as the particulate filter. Particulates that can be oxidized and removed without emitting luminous flame when particulates in the exhaust gas flow into the particulate filter when the amount of particulates in the exhaust gas that can be oxidized and removed without emitting luminous flame per unit time on the filter is less A filter is used to calculate the amount of fine particles that can be removed by oxidation without emitting a bright flame per unit time on a particulate filter, and the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation . In the operating state, the amount of discharged particulate is the amount that can be removed by oxidation. Molecular weight exhaust gas purifying device provided with the said discharge control means for controlling at least one of the amount of particulates or oxide particulate removable weight to be less than. パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持した請求項１６に記載の排気ガス浄化装置。The exhaust gas purification device according to claim 16, wherein a noble metal catalyst is supported on the particulate filter. 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、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、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１７に記載の排気ガス浄化装置。When excess oxygen is present in the surroundings, oxygen is taken in and retained, and when the surrounding oxygen concentration decreases, an active oxygen release agent that releases the retained oxygen in the form of active oxygen is supported on the particulate filter, and the particulate The exhaust gas purifying apparatus according to claim 17, wherein when the fine particles adhere to the filter, the active oxygen is released from the active oxygen release agent, and the fine particles adhering to the particulate filter are oxidized by the released active oxygen. . 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１８に記載の排気ガス浄化装置。The exhaust gas purifier according to claim 18, wherein the active oxygen release agent is made of an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth, or a transition metal. 上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属がカルシウムよりもイオン化傾向の高い金属からなる請求項１９に記載の排気ガス浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 19, wherein the alkali metal and the alkaline earth metal are made of a metal having a higher ionization tendency than calcium. 上記活性酸素放出剤は、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 を放出する機能を有している請求項１８に記載の排気ガス浄化装置。When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is lean, the active oxygen release agent absorbs NO x in the exhaust gas and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich. exhaust gas purifying apparatus according to claim 18 having a function of releasing the absorbed NO x. 該酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度の関数である請求項１６に記載の排気ガス浄化装置。The exhaust gas purifying device according to claim 16, wherein the amount of fine particles that can be removed by oxidation is a function of the temperature of the particulate filter. 該酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度に加え、排気ガス中の酸素濃度又はＮＯx 濃度の少くとも一つの関数である請求項２２に記載の排気ガス浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 22, wherein the amount of fine particles that can be oxidized and removed is at least one function of the concentration of oxygen or NO x in the exhaust gas in addition to the temperature of the particulate filter. 該酸化除去可能微粒子量を少くともパティキュレートフィルタの温度の関数の形で予め記憶している記憶手段を具備した請求項２２に記載の排気ガス浄化装置。23. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 22, further comprising storage means for storing in advance the amount of fine particles that can be removed by oxidation as a function of the temperature of the particulate filter. 上記制御手段は、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに該排出微粒子量が増大し又は該酸化除去可能微粒子量が減少して該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量とが互いに近づいたときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する請求項１６に記載の排気ガス浄化装置。The control means is configured to increase the amount of discharged fine particles or decrease the amount of fine particles that can be removed by reducing the amount of fine particles that can be removed when the engine is in an operating state where the amount of discharged fine particles can be smaller than the amount of fine particles that can be removed The amount of discharged fine particles is such that the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the difference between the amount of fine particles that can be removed and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is large. The exhaust gas purification device according to claim 16, wherein at least one of the amount of fine particles that can be oxidized and removed is controlled. 上記制御手段は、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることによって該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差を大きくする請求項２５に記載の排気ガス浄化装置。26. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 25, wherein the control means increases the difference between the amount of discharged particulate and the amount of particulate capable of being removed by increasing the temperature of the particulate filter. 上記制御手段は、排気ガス温が上昇するように燃料噴射量又は燃料噴射時期の少くとも一方を制御することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させる請求項２６に記載の排気ガス浄化装置。27. The exhaust gas purification apparatus according to claim 26, wherein the control means raises the temperature of the particulate filter by controlling at least one of a fuel injection amount or a fuel injection timing so that the exhaust gas temperature rises. 上記制御手段は、主燃料の噴射時期を遅角させるか、又は主燃料に加え補助燃料を噴射することによって排気ガス温を上昇させる請求項２７に記載の排気ガス浄化装置。28. The exhaust gas purification device according to claim 27, wherein the control means delays the injection timing of the main fuel or increases the exhaust gas temperature by injecting auxiliary fuel in addition to the main fuel. 機関が、再循環排気ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、再循環排気ガス量を更に増大すると煤がほとんど発生しなくなる機関からなり、上記制御手段は、再循環排気ガス量を煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも多くすることによって排気ガス温を上昇させ、それによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにした請求項２６に記載の排気ガス浄化装置。When the engine increases the amount of recirculated exhaust gas, the amount of soot gradually increases and reaches a peak, and when the amount of recirculated exhaust gas is further increased, the engine hardly generates soot. 27. The exhaust gas temperature is increased by increasing the amount of recirculated exhaust gas more than the amount of recirculated exhaust gas at which the amount of generated soot reaches a peak, thereby increasing the temperature of the particulate filter. The exhaust gas purification apparatus as described. パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に炭化水素供給装置を配置し、該炭化水素供給装置から排気通路内に炭化水素を供給することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにした請求項２６に記載の排気ガス浄化装置。27. The hydrocarbon supply device is disposed in an exhaust passage upstream of the particulate filter, and the temperature of the particulate filter is raised by supplying hydrocarbons from the hydrocarbon supply device into the exhaust passage. Exhaust gas purification device. パティキュレートフィルタ下流の排気通路内に排気制御弁を配置し、排気制御弁を閉弁することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにした請求項２６に記載の排気ガス浄化装置。27. The exhaust gas purification device according to claim 26, wherein an exhaust control valve is disposed in an exhaust passage downstream of the particulate filter, and the temperature of the particulate filter is raised by closing the exhaust control valve. 排気タービンを迂回する排気ガス量を制御するためのウエストゲートバルブを備えた排気ターボチャージャを具備しており、ウエストゲートバルブを開弁することによってパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにした請求項２６に記載の排気ガス浄化装置。An exhaust turbocharger having a wastegate valve for controlling the amount of exhaust gas bypassing the exhaust turbine is provided, and the temperature of the particulate filter is increased by opening the wastegate valve. 26. An exhaust gas purifying device according to 26. 上記制御手段は、該排出微粒子量を減少させることによって該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差を大きくする請求項２５に記載の排気ガス浄化装置。26. The exhaust gas purification apparatus according to claim 25, wherein the control means increases the difference between the amount of discharged particulate and the amount of particulate capable of being removed by reducing the amount of discharged particulate. 上記制御手段は、排出微粒子量が減少するように燃料噴射量又は燃料噴射時期又は燃料噴射圧又は補助燃料の噴射を制御する請求項３３に記載の排気ガス浄化装置。The exhaust gas purification device according to claim 33, wherein the control means controls the fuel injection amount, the fuel injection timing, the fuel injection pressure, or the injection of auxiliary fuel so that the amount of discharged particulates decreases. 吸入空気を過給するための過給手段を具備し、上記制御手段は、過給圧を増大させることによって排出微粒子量を減少させる請求項３３に記載の排気ガス浄化装置。34. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 33, further comprising supercharging means for supercharging intake air, wherein the control means decreases the amount of particulate discharged by increasing the supercharging pressure. 排気ガスを吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備し、上記制御手段は、排気ガス再循環率を減少させることによって排出微粒子量を減少させる請求項３３に記載の排気ガス浄化装置。34. The exhaust gas according to claim 33, further comprising an exhaust gas recirculation device for recirculating the exhaust gas into the intake passage, wherein the control means reduces the amount of exhaust particulates by reducing the exhaust gas recirculation rate. Purification equipment. 上記制御手段は、排気ガス中の酸素濃度を高めることによって該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差を大きくする請求項２５に記載の排気ガス浄化装置。26. The exhaust gas purification apparatus according to claim 25, wherein the control means increases the difference between the exhaust particulate amount and the oxidizable and removable particulate amount by increasing the oxygen concentration in the exhaust gas. 排気ガスを吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備し、上記制御手段は、排気ガス再循環率を減少させることによって排気ガス中の酸素濃度を高くする請求項３７に記載の排気ガス浄化装置。The exhaust gas recirculation device for recirculating the exhaust gas into the intake passage is provided, and the control means increases the oxygen concentration in the exhaust gas by reducing the exhaust gas recirculation rate. Exhaust gas purification device. パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に２次空気を供給するための２次空気供給装置を具備し、上記制御手段は、パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に２次空気を供給することによって排気ガス中の酸素濃度を高くする請求項３７に記載の排気ガス浄化装置。A secondary air supply device for supplying secondary air into the exhaust passage upstream of the particulate filter is provided, and the control means supplies exhaust gas by supplying secondary air into the exhaust passage upstream of the particulate filter. The exhaust gas purification device according to claim 37, wherein the oxygen concentration in the inside is increased. 上記制御手段は、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときに該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量から一定値を差引いた許容値よりも大きくなったときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつ該排出微粒子量と該酸化除去可能微粒子量との差が大きくなるように排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する請求項２５に記載の排気ガス浄化装置。 The control means is configured such that when the engine is in an operating state in which the amount of discharged fine particles can be made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of discharged fine particles is larger than an allowable value obtained by subtracting a certain value from the amount of fine particles that can be removed by oxidation. When the amount of discharged fine particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the difference between the amount of discharged fine particles and the amount of fine particles that can be removed by oxidation is large, The exhaust gas purification device according to claim 25 , wherein the exhaust gas purification device is controlled. 機関排気通路内に燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去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として、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられかつ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 を放出する機能を有するパティキュレートフィルタを用い、パティキュレートフィルタ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せしめられる酸化除去可能微粒子量を算出し、該排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よりも少なくしうる機関の運転状態のときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように該排出微粒子量又は該酸化除去可能微粒子量の少くとも一方を制御する制御手段を具備した排気ガス浄化装置。A particulate filter for removing particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is disposed in the engine exhaust passage, and the amount of particulate discharged from the combustion chamber per unit time is the particulate filter. When the amount of particulates that can be removed by oxidation without emitting a luminous flame per unit time on the filter is less than the amount of particulates that can be removed by oxidation, if particulates in the exhaust gas flow into the particulate filter, they are oxidized and removed without emitting luminous flames A function of absorbing NO x in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the curative filter is lean and releasing the absorbed NO x when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich using a particulate filter having a particulate Fi The amount of fine particles that can be removed by oxidation without emitting a luminous flame per unit time is calculated on the filter, and the amount of fine particles that can be removed is less than the fine particle amount that can be removed by oxidation. An exhaust gas purifying apparatus comprising control means for controlling at least one of the discharged fine particle amount and the oxidizable and removable fine particle amount so that the fine particle amount is smaller than the oxidizable and removable fine particle amount.
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