JP4106913B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置することが、例えば、特開２００１−２７１６２９号公報に開示されている。パティキュレートフィルタとしては、機関排気通路に沿って延びる複数の排気ガス通路を有し、排気ガスがこれら排気ガス通路を通過する間に排気ガス中の微粒子を捕集するタイプが知られている。しかしながら、こうしたタイプのパティキュレートフィルタでは、排気ガスが単にパティキュレートフィルタの排気ガス通路を通過するだけであるので、微粒子の捕集率は比較的低い。そこで、上記公報に開示されているパティキュレートフィルタでは、微粒子の捕集率を向上させるために、各排気ガス通路を画成する隔壁を多孔質材料にて形成し、隣接する排気ガス通路のうちの一方の排気ガス通路の下流端開口を栓によって閉鎖し、他方の排気ガス通路の上流端開口を栓によって閉鎖し、パティキュレートフィルタに流入した排気ガスが必ず隔壁の細孔内を通ってパティキュレートフィルタから流出するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載のパティキュレートフィルタでは、排気ガスが必ず隔壁の細孔を通るようになっている。したがって、このパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると、少なからず排気抵抗となる。すなわち、少なくとも、上記公報に記載のパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に対して、当該排気浄化装置に起因する排気抵抗をできるだけ小さくするという要求がある。そこで本発明の目的は、パティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置において、当該排気浄化装置下流へ流出する微粒子の量をできるだけ少なく維持しつつ、当該排気浄化装置に起因する排気抵抗をできるだけ低く維持することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために機関排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を遮断することができる遮断弁とを具備し、内燃機関が、点火栓周りにのみ燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる成層燃焼と、燃焼室全体に燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる均質燃焼とを選択的に実行することができ、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも小さいときには成層燃焼を実行し、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも大きいときには均質燃焼を実行するようになっている排気浄化装置において、成層燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を遮断し、均質燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を開放するようになっており、均質燃焼が実行されているときであってもパティキュレートフィルタによる圧力損失が予め定められた値よりも小さいときには遮断弁がバイパス通路を遮断するようになっている。
【０００５】
２番目の発明では、内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために機関排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を遮断することができる遮断弁とを具備し、内燃機関が、点火栓周りにのみ燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる成層燃焼と、燃焼室全体に燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる均質燃焼とを選択的に実行することができ、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも小さいときには成層燃焼を実行し、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも大きいときには均質燃焼を実行するようになっている排気浄化装置において、成層燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を遮断し、均質燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を開放するようになっており、内燃機関が冷却水によって冷却されるようになっており、均質燃焼が実行されているときであっても該冷却水の温度が予め定められた温度よりも低いときには遮断弁がバイパス通路を遮断するようになっている。
【０００６】
３番目の発明では、内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために機関排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を遮断することができる遮断弁とを具備し、内燃機関が、点火栓周りにのみ燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる成層燃焼と、燃焼室全体に燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる均質燃焼とを選択的に実行することができ、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも小さいときには成層燃焼を実行し、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも大きいときには均質燃焼を実行するようになっている排気浄化装置において、成層燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を遮断し、均質燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を開放するようになっており、内燃機関から排出される微粒子の量を検出するための微粒子量検出手段を更に具備し、該微粒子量検出手段によって検出される微粒子の量が予め定められた量よりも多いときには、均質燃焼が実行されているときであっても遮断弁がバイパス通路を遮断するようになっている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置を説明する。図１は本発明の排気浄化装置が取り付けられた内燃機関の全体図である。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、６ｂは点火栓、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に連結される。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。シリンダブロック２には内燃機関を冷却するための冷却水の温度を検出するための水温センサ５０が取り付けられる。
【００１７】
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が配置される。さらに、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に示した内燃機関では、冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により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に連結される。排気タービン２１の出口は排気管２０を介して排気浄化装置２２に連結される。
【００１８】
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）通路２４を介して互いに連結される。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に示した内燃機関では、冷却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００１９】
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。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る。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が取り付けられる。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。
【００２０】
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により互いに接続された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、および、水温センサ５０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。
【００２１】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続される。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。さらに、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、点火栓６ｂ、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。
【００２２】
図２に第１の実施例の排気浄化装置２２を示した。排気浄化装置２２は排気管２０に接続されたケーシング２３内に収容されたパティキュレートフィルタ４３を具備する。パティキュレートフィルタ４３にはその温度を検出するための温度センサ４４が取り付けられる。温度センサ４４は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に接続される。
【００２３】
また、第１の実施例の排気浄化装置２２では、パティキュレートフィルタ４３上流の排気管２０からバイパス通路４５が分岐している。バイパス通路４５はパティキュレートフィルタ４３下流において排気管２０に連結される。したがって、排気ガスはバイパス通路４５を通過することによってパティキュレートフィルタ４３をバイパスすることができる。また、バイパス通路４５内にはこのバイパス通路４５を遮断することができる遮断弁４６が配置される。
【００２４】
遮断弁４６はバイパス通路４５を遮断する方向へ付勢されている。したがって、排気浄化装置２２に流入する排気ガスの圧力（以下、排気圧と称す）が比較的低いときには、遮断弁４６は、図２（Ａ）に示したように、バイパス通路４５を遮断する。この場合、排気ガスはバイパス通路４５を介して流れることはなく、パティキュレートフィルタ４３にのみ流入する。
【００２５】
一方、排気圧が比較的高くなると、遮断弁４６は、図２（Ｂ）に示したように、バイパス通路４５を開放する。この場合、排気ガスの一部がバイパス通路４５を介して流れ、残りの排気ガスがパティキュレートフィルタ４３に流入する。すなわち、一部の排気ガスがパティキュレートフィルタ４３をバイパスすることとなる。
【００２６】
なお、第１の実施例では、遮断弁４６はバイパス通路４５内に配置されているが、図３に示したように、遮断弁４６はバイパス通路４５が排気管２０から分岐する領域、すなわち、バイパス通路４５の上流端領域に配置されてもよく、また、図４に示したように、遮断弁４６はバイパス通路４５が排気管２０に合流する領域、すなわち、バイパス通路４５の下流端領域に配置されてもよい。
【００２７】
図５に第１の実施例のパティキュレートフィルタ４３を示した。図５（Ａ）はパティキュレートフィルタの端面図であり、図５（Ｂ）はパティキュレートフィルタの縦断面図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示したように、パティキュレートフィルタ４３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。これら排気流通路の略半数が排気流入通路５０を構成し、残りの半数が排気流出通路５１を構成する。これら排気ガス流入通路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が四つの排気ガス流出通路５１により包囲され、各排気ガス流出通路５１が四つの排気ガス流入通路５０により包囲されるように配置される。排気ガス流入通路５０はその下流端開口が栓５２によって閉塞されている。一方、排気ガス流出通路５１はその上流端開口が栓５３によって閉塞されている。
【００２８】
パティキュレートフィルタ４３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る。したがって、隔壁５４内には多数の細孔が存在する。したがって、排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは、図５（Ｂ）において矢印で示したように、周囲の隔壁５４の細孔を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流入する。
【００２９】
また、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、すなわち、各隔壁５４の両側壁面、および、各隔壁の細孔を画成する壁面の全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体の層が形成され、この担体上に貴金属触媒と、周囲に過剰な酸素が存在すると酸素を捕捉し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で解放して活性酸素を生成する活性酸素生成剤とが担持されている。この活性酸素生成剤については後述にて詳細に説明する。
【００３０】
次に、第１の実施例の排気浄化装置が取り付けられる内燃機関の基本的な運転制御について説明する。ここでの内燃機関の運転は図６に示したマップに基づいて制御される。すなわち、図６において、横軸は機関回転数Ｎｅであり、縦軸は要求負荷Ｌであり、内燃機関の運転はこれら機関回転数Ｎｅと要求負荷Ｌとに基づいて制御される。すなわち、図６に示した機関回転数Ｎｅが比較的小さく且つ要求負荷Ｌが比較的小さい領域Ｓでは、点火栓６ｂ周りにのみ燃料が成層をなして存在するように燃料噴射弁６から燃料を噴射し、この燃料を点火栓６ｂによって点火して燃焼せしめるといういわゆる成層燃焼が実行されるように、内燃機関の運転が制御される。
【００３１】
一方、図６に示した領域Ｓ以外の領域Ｈでは、点火栓６ｂ周りだけでなく、燃焼室５全体に均一に燃料が存在するように燃料噴射弁６から燃料を噴射し、この燃料を点火栓６ｂによって点火して燃焼せしめるといういわゆる均質燃焼が実行されるように、内燃機関の運転が制御される。
【００３２】
別の表現をすれば、本実施例によれば、要求負荷が機関回転数Ｎｅに応じて定まる要求負荷Ｌよりも小さいときには成層燃焼が実行され、要求負荷が機関回転数Ｎｅに応じて定まる要求負荷Ｌよりも大きいときには均質燃焼が実行される。なお、成層燃焼が実行されているときの機関空燃比は全体としてリーンであり、均質燃焼が実行されているときの機関空燃比は全体としてリーンまたは理論空燃比である。
【００３３】
次に、第１の実施例の排気浄化装置について詳細に説明する。上述したように、遮断弁４６が閉弁しているときには、排気ガスは全てパティキュレートフィルタ４３に流入する。一方、遮断弁４６が開弁しているときには、排気ガスの一部がバイパス通路４５に流入してパティキュレートフィルタ４３をバイパスし、残りの排気ガスがパティキュレートフィルタ４３に流入する。したがって、排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量は、同じ条件下において、遮断弁４６が開弁している場合に比べて遮断弁４６が閉弁している場合のほうが高い。しかしながら、排気浄化装置２２の圧力損失は、同じ条件下において、遮断弁４６が閉弁している場合に比べて遮断弁４６が開弁している場合のほうが小さい。
【００３４】
すなわち、同じ条件下において、排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量を少なくするためには、遮断弁４６が閉弁していることが好ましいが、排気浄化装置２２の圧力損失を低くするため、すなわち、内燃機関の出力効率の低下を抑制するためには、遮断弁４６が開弁していることが好ましい。このように排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量を少なくすることと排気浄化装置２２の圧力損失を低くすることとは相反事項であるように見える。
【００３５】
しかしながら、燃焼室５にて生成されて排出される微粒子の量（以下、排出微粒子量と称す）と排気ガスの圧力（排気圧）との間に相関関係があることに着目して、遮断弁４６が開弁するときの排気圧を設定すれば、排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量を少なくすると共に排気浄化装置２２の圧力損失を低くすることが可能である。
【００３６】
本実施例の内燃機関において、排気圧と排出微粒子量との間には図７に示した関係がある。すなわち、図７において、横軸が排気圧Ｐｅｘを示し、縦軸が排出微粒子量Ｍを示しているが、排気圧Ｐｅｘが或る圧力Ｐｅｘｔｈを超えると排出微粒子量Ｍが急激に少なくなる。すなわち、排気圧Ｐｅｘが或る圧力Ｐｅｘｔｈよりも低い領域を低排気圧領域と称し、排気圧Ｐｅｘが或る圧力Ｐｅｘｔｈよりも高い領域を高排気圧領域と称すると、排出微粒子量Ｍは高排気圧領域に比べて低排気圧領域のほうが多い。
【００３７】
排出微粒子量Ｍが或る圧力Ｐｅｘｔｈを境に急激に少なくなる理由としては、排気圧Ｐｅｘが低排気圧領域内に入っているときには成層燃焼が実行されており、排気圧Ｐｅｘが高排気圧領域内に入っているときには均質燃焼が実行されているからである。次に、この理由について詳細に説明する。
【００３８】
排出微粒子量Ｍは燃料が完全燃焼しづらいほど多くなる。成層燃焼が実行されているときには、点火栓６ｂ周りに燃料が集中せしめられているので、燃料と空気とが接触する機会が少なく、したがって、排出微粒子量Ｍは多くなる。そして、本実施例では、機関回転数Ｎｅが小さく且つ要求負荷Ｌが小さいときに成層燃焼が実行されるので、成層燃焼が実行されているときの排気圧Ｐｅｘは比較的低い。このように成層燃焼が実行されているときには、排気圧Ｐｅｘが比較的低く、排出微粒子量Ｍが比較的多い。すなわち、成層燃焼が実行されているときには、排気圧Ｐｅｘは低排気圧領域内に入り、排出微粒子量Ｍは比較的高い。
【００３９】
一方、燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に切り換わると、燃焼室５全体に燃料が分散されるので、燃料と空気とが接触する機会が一気に多くなり、したがって、排出微粒子量Ｍは一気に少なくなる。そして、本実施例では、機関回転数Ｎｅが大きいか或いは要求負荷Ｌが大きいときに均質燃焼が実行されるので、均質燃焼が実行されているときの排気圧Ｐｅｘは比較的高い。このように均質燃焼が実行されているときには、排気圧Ｐｅｘが比較的高く、排出微粒子量Ｍが比較的少ない。すなわち、均質燃焼が実行されているときには、排気圧Ｐｅｘは高排気圧領域内に入り、排出微粒子量Ｍは非常に少ない。
【００４０】
こうした理由から、排気圧Ｐｅｘと排出微粒子量Ｍとの関係が図７に示したようになる。
【００４１】
なお、図７に示したように、排出微粒子量Ｍは、低排気圧領域においても高排気圧領域においても、排気圧が高くなるほど多くなる。すなわち、排気圧Ｐｅｘが高くなるということは、機関回転数Ｎｅまたは要求負荷Ｌが大きくなっていることを示しており、したがって、燃料噴射量が多くなっていることを示す。一般的に燃料噴射量が多くなるほど完全燃焼しない燃料が増えるので、図７に示したように、排気圧Ｐｅｘが高くなるほど排出微粒子量Ｍは多くなる。
【００４２】
さて、本実施例では、排気圧と排出微粒子量との間に図７に示した関係があることに着目して、排気圧Ｐｅｘが或る圧力Ｐｅｘｔｈを超えたときに、遮断弁４６が排気ガスの圧力によって開弁されるように、遮断弁４６を閉弁方向へと付勢するための付勢力、すなわち、遮断弁４６の開弁圧が設定される。
【００４３】
したがって本実施例によれば、排出微粒子量Ｍは比較的多いが排気圧Ｐｅｘ自体は低い低排気圧領域では、遮断弁４６が閉弁されている。この場合、排気ガスは全てパティキュレートフィルタ４３に流入し、排気ガス中の微粒子はこのパティキュレートフィルタ４３にて捕集されるので、排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量は少なく維持される。また、この場合、排気抵抗となるパティキュレートフィルタ４３に全ての排気ガスが流入しているが、排気圧自体が低いので、排気浄化装置２２の圧力損失は小さい。
【００４４】
一方、本実施例によれば、排出微粒子量Ｍは比較的少ないが排気圧Ｐｅｘ自体は高い高排気圧領域では、遮断弁４６が排気圧によって開弁せしめられている。この場合、排気ガスの一部がパティキュレートフィルタ４３をバイパスするので、排気浄化装置２２の圧力損失は小さく維持される。また、この場合、一部の排気ガスがパティキュレートフィルタ４３をバイパスしてしまうので、パティキュレートフィルタ４３によって捕集されずに排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子が発生する。しかしながらこの高排気圧領域では、排気ガス中に含まれている微粒子の量自体が少ないので、排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量は少なく維持されている。
【００４５】
要約すれば、本実施例では、図８（Ａ）に示したように、排気圧Ｐｅｘに係わらず、すなわち、全ての機関運転領域において、排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量Ｍｄは非常に少なく維持される。また、排気ガスがパティキュレートフィルタ４３をバイパスすることができるようになっていない場合には、図８（Ｂ）の鎖線Ｂで示したように、排気浄化装置２２の圧力損失Ｐｌｏｓｓは排気圧Ｐｅｘが或る圧力Ｐｅｘｔｈを超えてから急激に上昇する。しかしながら、本実施例では、図８（Ｂ）の実線Ａで示したように、排気浄化装置２２の圧力損失Ｐｌｏｓｓの上昇は排気圧Ｐｅｘが或る圧力Ｐｅｘｔｈを超えても抑制される。
【００４６】
斯くして本実施例によれば、排気浄化装置２２下流へと流出する微粒子の量が少なく維持されると共に、排気浄化装置２２の圧力損失が低く維持される。
【００４７】
なお、第１の実施例のように、遮断弁４６が開弁したとしても一部の排気ガスがパティキュレートフィルタ４３に流入するので、遮断弁４６が開弁しているときであっても、排気ガスの熱によってパティキュレートフィルタ４３の温度は低下せずに保持される。
【００４８】
図９に第２の実施例の排気浄化装置２２を示した。第２の実施例では、遮断弁４６にステップモータ４７が接続される。ステップモータ４７は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。したがって本実施例では、遮断弁４６の開弁動作および閉弁動作はステップモータ４７によって行われる。具体的には、成層燃焼が実行されているときには遮断弁４６を閉弁し、均質燃焼が実行されているときには遮断弁４６を開弁する。斯くして本実施例によっても、第１の実施例と同様な効果が得られる。
【００４９】
次に、第３の実施例の排気浄化装置について説明する。図１０に示したように、第３の実施例の排気浄化装置２２はバイパス通路４５に排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ４８を具備する。圧力センサ４８は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に接続される。その他の構成は第２の実施例の排気浄化装置の構成と同じであるので、説明は省略する。
【００５０】
本実施例では、成層燃焼が実行されているときには遮断弁４６は閉弁せしめられる。一方、均質燃焼が実行されているときには、圧力センサ４８によって検出された排気ガスの圧力（排気圧）に基づいて遮断弁４６の動作が制御される。すなわち、均質燃焼が実行されているときには、排気圧が予め定められた圧力よりも低いか否かが判定され、この判定結果に応じて遮断弁４６の動作が制御される。上述したように、排気圧が高くなるにつれてパティキュレートフィルタ４３に起因する圧力損失が大きくなり、内燃機関の出力効率が低下してしまうので、予め定められた圧力はパティキュレートフィルタ４３に起因する圧力損失による内燃機関の出力効率の低下が許容できなくなり始める値に設定される。
【００５１】
さて、本実施例では、均質燃焼が実行されているときであって、排気圧が予め定められた圧力よりも低いときには、遮断弁４６は閉弁せしめられる。すなわち、排気圧が予め定められた圧力よりも低ければ、パティキュレートフィルタ４３に起因する圧力損失による内燃機関の出力効率の低下は許容範囲内にあるので、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量を少なく維持するべく、遮断弁４６は閉弁せしめられる。
【００５２】
一方、均質燃焼が実行されているときであっても、排気圧が予め定められた圧力よりも高いときには、遮断弁４６は開弁せしめられる。すなわち、排気圧が予め定められた圧力よりも高ければ、パティキュレートフィルタ４３に起因する圧力損失による内燃機関の出力効率の低下が許容範囲外となるので、パティキュレートフィルタ４３に起因する圧力損失を低く維持するべく、遮断弁４６は開弁せしめられる。なお、このときには均質燃焼が実行されているので、内燃機関から排出される微粒子の量自体は少なく、したがって、遮断弁４６を開弁したとしても排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量は比較的少なく維持されている。
【００５３】
次に、第４の実施例の排気浄化装置について説明する。図１１に示したように、第４の実施例の排気浄化装置２２はバイパス通路４５が分岐する地点よりも上流側の排気管２０に排気ガス中の微粒子の量（または濃度）を検出するための微粒子センサ４９を具備する。微粒子センサ４９は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に接続される。その他の構成は第２の実施例の排気浄化装置の構成と同じであるので、説明は省略する。
【００５４】
本実施例では、成層燃焼が実行されているときには、遮断弁４６は閉弁せしめられる。一方、均質燃焼が実行されているときには、微粒子センサ４９によって検出された微粒子量に基づいて遮断弁４６の動作が制御される。すなわち、検出された微粒子量が予め定められた量よりも多いか否かが判定され、この判定結果に応じて遮断弁４６の動作が制御される。ここで予め定められた量は、バイパス通路４５を介して排気ガスを排気浄化装置２２下流へ流出させた場合に、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が許容範囲内に収まらなくなり始める値に設定される。
【００５５】
さて、本実施例では、均質燃焼が実行されているときであっても、検出される微粒子量が予め定められた量よりも多いときには、遮断弁４６は閉弁せしめられる。すなわち、内燃機関から排出される微粒子の量が予め定められた量よりも多いときには、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量を少なく維持するべく、遮断弁４６は閉弁せしめられる。
【００５６】
一方、均質燃焼が実行されているときであって、検出される微粒子の量が予め定められた量よりも少ないときには、遮断弁４６は開弁せしめられる。すなわち、内燃機関から排出される微粒子の量が予め定められた量よりも少なければ、排気ガスをバイパス通路４５を介して排気浄化装置２２下流へ流出させたとしても、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量は許容範囲内に収まるので、パティキュレートフィルタ４３に起因する圧力損失による内燃機関の出力効率の低下を抑制するべく、遮断弁４６が開弁せしめられる。
【００５７】
次に、第５の実施例の排気浄化装置について説明する。本実施例の排気浄化装置の構成は第２の実施例の排気浄化装置の構成と同じであるので、構成の説明は省略し、遮断弁の制御についてのみ説明する。第４の実施例では、微粒子センサ４９によって排気ガス中の微粒子の量を検出し、この検出された微粒子の量に基づいて遮断弁４６の動作が制御されているが、本実施例では、内燃機関を冷却するための冷却水の温度が排気ガス中の微粒子の量を代表することを利用し、水温センサ５０によって検出される冷却水の温度（水温）に基づいて遮断弁４６の動作が制御される。
【００５８】
すなわち、一般的に、水温が低いときには燃焼室５内の温度も低く、したがって、燃焼室５内にて発生する微粒子の量が多くなる。すなわち、水温が低いほど排気ガス中の微粒子の量は多くなる。そこで本実施例では、成層燃焼が実行されているときには、遮断弁４６は閉弁せしめられる。一方、均質燃焼が実行されているときには、水温が予め定められた水温よりも低いか否かが判定され、この判定結果に応じて遮断弁４６の動作が制御される。ここで予め定められた水温は、第４の実施例における予め定められた量に対応する値に設定される。
【００５９】
本実施例によれば、均質燃焼が実行されているときであっても、水温が予め定められた水温よりも低いときには、遮断弁４６が閉弁せしめられる。これによれば、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が少なく維持される。一方、均質燃焼が実行されているときであって、水温が予め定められた水温よりも高いときには、遮断弁４６は開弁せしめられる。これによれば、排気浄化装置２２に起因する排気抵抗が小さくなるので、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が少なく維持されつつ、内燃機関の出力効率が高く維持される。
【００６０】
なお、本願にて説明する実施例において、内燃機関の運転状態を内燃機関の始動から予め定められた期間に相当する機関始動運転領域と、この機関始動運転領域以外の通常運転領域とに分割し、内燃機関の運転状態が通常運転領域にあるときには、各実施例における制御に基づいて遮断弁４６を開弁したり閉弁したりし、内燃機関の運転状態が機関始動運転領域にあるときには、各実施例における制御に基づけば、遮断弁４６が開弁されるような場合であっても、強制的に、閉弁されるようにしてもよい。
【００６１】
内燃機関の運転状態が機関始動運転領域にあるときには、内燃機関の温度が比較的低い。したがって、内燃機関から比較的多くの微粒子が排出されるので、遮断弁４６を閉弁して排気ガスを全てパティキュレートフィルタ４３に流入させることによって、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が少なく維持される。
【００６２】
次に、第６の実施例の排気浄化装置について説明する。第６の実施例の排気浄化装置の構成は第２実施例の排気浄化装置の構成と同じであるので、構成の説明は省略し、遮断弁の制御についてのみ説明する。第６の実施例では、内燃機関から実際に出力されている機関出力（以下、実機関出力と称す）に基づいて遮断弁４６の動作が制御される。すなわち、成層燃焼が実行されているときには、遮断弁４６は閉弁せしめられる。一方、均質燃焼が実行されているときには、実機関出力が目標機関出力に達しているか否かが判定され、この判定結果に応じて遮断弁４６の動作が制御される。
【００６３】
均質燃焼が実行されているときであって、実機関出力が目標機関出力に達していないと判定されたときには、遮断弁４６は開弁せしめられる。これによれば、排気浄化装置２２に起因する排気抵抗が小さくなるので、内燃機関の出力が上昇し、実機関出力が目標機関出力に達し、或いは、目標機関出力に近づくこととなる。
【００６４】
一方、均質燃焼が実行されているときであっても、実機関出力が目標機関出力に達していると判定されたときには、遮断弁４６は閉弁せしめられる。これによれば、排気浄化装置２２に起因する排気抵抗は大きくなり、内燃機関の出力が低下するが、実機関出力は目標機関出力近傍にあり、しかも、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が少なく維持されることとなる。
【００６５】
なお、実機関出力が目標機関出力に達しているか否かを判定するための具体的な手段として種々考えられるが、例えば、排気浄化装置２２上流の排気ガスの圧力、または、燃焼室５内に吸入される空気の量を利用して、実機関出力が目標機関出力に達しているか否かを判定することができる。
【００６６】
すなわち、排気浄化装置２２上流の排気ガスの圧力を利用する場合には、排気浄化装置２２上流の排気ガスの圧力が所定値よりも高いと、排気浄化装置２２に起因する排気抵抗が大きく、したがって、内燃機関の出力が低下していると考えられるので、このときには、実機関出力が目標機関出力に達していないと判定される。もちろん、排気浄化装置２２上流の排気浄化装置の圧力が所定値よりも低ければ、実機関出力が目標機関出力に達していると判定される。
【００６７】
また、燃焼室５内に吸入される空気の量を利用する場合には、燃焼室５内に吸入される空気の量が所定量よりも多いと、内燃機関から排出される排気ガスの量も多く、したがって、排気ガスの圧力が高く、排気浄化装置２２に起因する排気抵抗が大きく、したがって、内燃機関の出力が低下していると考えられるので、このときには、実機関出力が目標機関出力に達していないと判定される。もちろん、燃焼室５内に吸入される空気の量が所定量よりも多ければ、実機関出力が目標機関出力に達していると判定される。
【００６８】
なお、ここで、燃焼室５内に吸入される空気の量から推定される排気ガスの圧力は、排気ガスの温度によって変化する。すなわち、燃焼室５内に吸入される空気の量が同じであっても、排気ガスの温度が高いほど排気ガスの圧力は高くなる。したがって、燃焼室５内に吸入される空気の量から推定される排気ガスの圧力を排気ガスの温度によって補正すれば、実機関出力を目標機関出力に近づける制御の精度が向上される。
【００６９】
次に、第７の実施例の排気浄化装置について説明する。第６の実施例の排気浄化装置の構成は第２実施例の排気浄化装置の構成と同じであるので、構成の説明は省略し、遮断弁の制御についてのみ説明する。第７の実施例では、燃焼室５内に噴射された燃料が成層状態となっている度合い（以下、成層度合いと称す）に基づいて遮断弁４６の動作が制御される。すなわち、成層度合いが予め定められた度合いよりも高いか否かが判定され、この判定結果に応じて遮断弁４６の動作が制御される。
【００７０】
すなわち、成層度合いが高いほど、すなわち、燃料が点火栓６ｂ周りにまとまって存在する度合いが高いほど、内燃機関から排出される微粒子の量は多くなる。そこで、成層度合いが予め定められた度合いよりも高いと判定されたときには、遮断弁４６は閉弁せしめられる。これによれば、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が少なく維持される。
【００７１】
一方、成層度合いが予め定められた度合いよりも低いと判定されたときには、遮断弁４６は開弁せしめられる。これによれば、排気浄化装置２２に起因する排気抵抗が小さくなるので、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が少なく維持されつつ、内燃機関の出力効率が高く維持される。
【００７２】
なお、成層度合いは、例えば、アクセルペダル４０の踏込量、または、燃焼室５内における空燃比に基づいて推定される。すなわち、アクセルペダル４０の踏込量が利用される場合には、アクセルペダル４０の踏込量が大きいほど成層度合いは低くなっていると推定される。また、燃焼室５内における空燃比が利用される場合には、空燃比が理論空燃比に近くなるほど成層度合いが低くなっていると推定される。
【００７３】
次に、第８の実施例の排気浄化装置について説明する。図１２に第８実施例の排気浄化装置２２を示した。第８の実施例では、バイパス通路４５に排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化浄化することができる酸化触媒５５が配置される。なお、本実施例において、酸化触媒５５は排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）とＨＣとＣＯとを同時に高い浄化率にて浄化することができる三元触媒であってもよい。
【００７４】
また、遮断弁４６は、バイパス通路４５が排気管２０から分岐する領域、すなわち、バイパス通路４５の上流端領域に配置される。遮断弁４６にはステップモータ４７が接続されている。ステップモータ４７は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。
【００７５】
図１３は酸化触媒５５を示す。図１３（Ａ）は酸化触媒５５の端面図であり、図１３（Ｂ）は酸化触媒５５の縦断面図である。図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示したように、酸化触媒５５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５６を具備する。排気流通路５６を画成する隔壁５７の壁面には、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層に白金Ｐｔなどの貴金属触媒が担持されている。
【００７６】
図１３（Ｂ）の矢印で示したように、排気ガスは酸化触媒５５の排気流通路５６内を流れる。すなわち、パティキュレートフィルタ４３とは異なり、酸化触媒５５に流入した排気ガスは酸化触媒５５の隔壁５７を通ることなく、排気流通路５６のみを通って酸化触媒５５から流出する。したがって、酸化触媒５５に起因する排気抵抗はパティキュレートフィルタ４３に起因する排気抵抗よりも格段に低い。
【００７７】
次に、第８実施例の排気浄化装置２２の作用について説明する。本実施例の排気浄化装置２２の遮断弁４６の動作は本明細書にて説明するいずれかの実施例における遮断弁の制御に従って制御される。しかしながら、本実施例では、遮断弁４６が閉弁されているときには、排気ガスは全てパティキュレートフィルタ４３に流入するが、遮断弁４６が開弁されているときには、排気ガスは全て酸化触媒５５に流入する。もちろん、本実施例において、遮断弁４６が閉弁されているときには、排気ガスが全てパティキュレートフィルタ４３に流入し、一方、遮断弁４６が開弁されているときには、排気ガスの一部が酸化触媒５５に流入すると共に、残りの排気ガスがパティキュレートフィルタ４３に流入するようにしてもよい。
【００７８】
本実施例によれば、遮断弁４６が開弁せしめられて、排気ガスがバイパス通路４５を介してパティキュレートフィルタ４３をバイパスせしめられるときに、バイパス通路４５に流入した排気ガス中のＨＣおよびＣＯが酸化触媒５５によって酸化浄化される。したがって、排気浄化装置２２下流へと流出する排気ガス中のＨＣおよびＣＯの量は少なく維持されている。すなわち、本実施例によれば、排気浄化装置２２の排気浄化率は全体として高く維持されている。
【００７９】
もちろん、酸化触媒５５に起因する排気抵抗はパティキュレートフィルタ４３に起因する排気抵抗に比べて格段に低いので、遮断弁４６が開弁されて排気ガスがバイパス通路４５内に流入するようにされたときには、排気浄化装置２２に起因する排気抵抗は低く維持されている。
【００８０】
もちろん、本実施例の酸化触媒５５の代わりに、酸化触媒５５と同じ構造を有するパティキュレートフィルタをバイパス通路４５に配置してもよい。すなわち、流入した排気ガスが隔壁を通ることなく、排気流通路のみを通って流出するように構成したパティキュレートフィルタを酸化触媒５５の代わりに配置してもよい。このように構成されたパティキュレートフィルタに起因する排気抵抗はパティキュレートフィルタ４３に起因する排気抵抗に比べて格段に低くなる。
【００８１】
次に、第９の実施例の排気浄化装置について説明する。図１４に第９実施例の排気浄化装置を示した。第９実施例の排気浄化装置２２では、排気管２０にパティキュレートフィルタ４３が配置されている。また、バイパス通路４５はパティキュレートフィルタ４３内に形成されている。すなわち、図１５はパティキュレートフィルタ４３を示す図であり、図１５（Ａ）はパティキュレートフィルタの端面図であり、図１５（Ｂ）はパティキュレートフィルタの縦断面図であるが、バイパス通４５はパティキュレートフィルタ４３の中央を上流から下流へと延びるように形成されている。すなわち、バイパス通路４５はパティキュレートフィルタ４３内に形成されると共に、パティキュレートフィルタ４３の排気流通路５０，５１と平行をなして延びる。
【００８２】
また、バイパス通路４５の下流端に遮断弁４６が取り付けられている。遮断弁４６はバイパス通路４５を閉弁するように図示していない付勢手段によって付勢されている。そして、遮断弁４６を閉弁するように付勢する付勢力は、例えば、第１の実施例と同様に、排気浄化装置２２に流入する排気ガスの圧力が所定の圧力になったときに、開弁するように設定されている。
【００８３】
もちろん、遮断弁４６がステップモータによって開弁せしめられたり閉弁せしめられたりするように本実施例の排気浄化装置を構成してもよい。
【００８４】
次に、第１０の実施例の排気浄化装置について説明する。第１０の実施例の排気浄化装置の構成は第２の実施例の排気浄化装置の構成と同じであるので、構成の説明は省略し、図１６を参照して本実施例の遮断弁の制御についてのみ説明する。図１６（Ａ）は要求負荷Ｌの時間変化を示し、図１６（Ｂ）は内燃機関から排出される微粒子量（排出微粒子量）ＰＭの時間変化を示し、図１６（Ｃ）は遮断弁４６の動作を示す。
【００８５】
図１６では、時刻ｔ１以前において要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈより小さく、時刻ｔ１において要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超える場合を示している。時刻ｔ１以前においては、要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈよりも小さいので、成層燃焼が実行されている。したがって、時刻ｔ１以前においては、排出微粒子量ＰＭは比較的多い。そして、時刻ｔ１以前においては、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量を低く維持するために、図１６（Ｃ）に示したように、遮断弁４６は閉弁されている。
【００８６】
例えば加速のために要求負荷Ｌが増大し、時刻ｔ１において要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超えると、一時的に、排出微粒子量ＰＭも増大する。ここで、要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超えたときには、均質燃焼が実行される。上述したように、均質燃焼が実行されているときには、排出微粒子量ＰＭは比較的少なくなるが、本実施例のように、要求負荷Ｌが急激に増大せしめられたときには、要求負荷Ｌが増大すると、排出微粒子量ＰＭは一時的に増大する。そして、要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超えた状態が続くと、排出微粒子量ＰＭは比較的低い量となる。
【００８７】
ここで、第２の実施例の排気浄化装置によれば、時刻ｔ１において要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超え、内燃機関の燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられたときに、図１６（Ｃ）に示したように、遮断弁４６が或る一定の開弁速度にて所定の開弁度合いにまで開弁せしめられる。
【００８８】
ところがこの場合、遮断弁４６が開弁せしめられたときに排出微粒子量ＰＭが一気に増大しており、したがって、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が一気に増大してしまう。
【００８９】
そこで、本実施例では、図１６（Ｄ）〜（Ｆ）に示したように、遮断弁４６が開弁せしめられる。すなわち、図１６（Ｄ）に示した実施例では、要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超え、内燃機関の燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられたとしても、期間ａの間、遮断弁４６を開弁するのを待機し、期間ａが経過したときに遮断弁４６を開弁するようにする。これによれば、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が低く維持される。
【００９０】
また、図１６（Ｅ）に示した実施例では、要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超え、内燃機関の燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられたとき、すなわち、時刻ｔ１に遮断弁４６を開弁するが、期間ｂの間においては、図１６（Ｃ）での遮断弁４６の開弁速度よりも遅い開弁速度にて遮断弁４６を開弁し、期間ｂが経過したときに、図１６（Ｃ）での遮断弁４６の開弁速度と同じ開弁速度にて遮断弁４６を所定の開弁度合いまで開弁するようにする。これによれば、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が低く維持される。
【００９１】
さらに、図１６（Ｆ）に示した実施例では、要求負荷Ｌが所定値Ｌｔｈを超え、内燃機関の燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられたとき、すなわち、時刻ｔ１に遮断弁４６を開弁するが、図１６（Ｆ）の期間ｃにおいて、図１６（Ｃ）での遮断弁４６の開弁速度よりも遅い開弁速度にて遮断弁４６を所定の開弁度合いまで開弁するようにする。これによれば、排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量が低く維持される。
【００９２】
なお、第１０実施例において、図１６（Ｄ）に示されている期間ａは、排出微粒子量ＰＭ、または、遮断弁４６を開弁したときに排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量に応じて適宜決定される。また、第１０実施例において、図１６（Ｅ）および（Ｆ）に示されている期間ｂおよびｃにおける遮断弁４６の開弁速度も、排出微粒子量ＰＭ、または、遮断弁４６を開弁したときに排気浄化装置２２下流へ流出する微粒子の量に応じて適宜決定される。
【００９３】
次に、第１１の実施例の排気浄化装置について説明する。第１１実施例の排気浄化装置の構成は以下で説明する事項を除いて、第２実施例の排気浄化装置の構成と同様である。
【００９４】
内燃機関の運転が開始されたとき、すなわち、機関始動時においては、内燃機関から比較的多量の未燃ＨＣが排出される。このとき要求負荷Ｌが高く、遮断弁４６が開弁され、排気ガスがパティキュレートフィルタ４３をバイパスすると、排気浄化装置２２下流に多量の未燃ＨＣが流出することになり、好ましくない。本実施例の目的は、こうした機関始動時において排気浄化装置２２下流へ流出する未燃ＨＣの量を少なく維持することにある。
【００９５】
すなわち、本実施例では、未燃ＨＣを吸着することができるＨＣ吸着剤をパティキュレートフィルタ４３に担持させる。本実施例のＨＣ吸着剤はその温度が或る一定温度よりも低いときにはＨＣを吸着することで捕捉し、その温度が一定温度よりも高くなると捕捉しているＨＣを放出することができるタイプのＨＣ吸着剤である。このＨＣ吸着剤としては、ゼオライト、モルデナイト、セピライト等がある。放出されたＨＣはパティキュレートフィルタ４３において酸化浄化される。
【００９６】
したがって本実施例によれば、機関始動時において、要求負荷Ｌに係わらず、遮断弁４６を閉弁しておくことによって、内燃機関から排出された未燃ＨＣはパティキュレートフィルタ４３に担持されているＨＣ吸着剤に吸着する。このため、排気浄化装置２２下流へ流出する未燃ＨＣの量が少なく維持される。
【００９７】
内燃機関の運転が始動されてから一定期間が経過すると、パティキュレートフィルタ４３の温度が上昇して一定温度に達するので、ＨＣ吸着剤に吸着されている未燃ＨＣは酸化浄化される。
【００９８】
ところが、パティキュレートフィルタ４３の温度が急激に上昇して一定温度に達し、さらに、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ４３に流入する排気ガスの量が比較的多いと、ＨＣ吸着剤に吸着されている未燃ＨＣは一気に吸着剤から解放されてしまう。この場合、未燃ＨＣはＨＣ吸着剤によって酸化浄化されずにパティキュレートフィルタ４３から下流へと流出してしまう。
【００９９】
そこで本実施例では、上述したように、機関始動時に遮断弁４６を閉弁し、内燃機関から排出される未燃ＨＣをＨＣ吸着剤によって吸着して保持させると共に、パティキュレートフィルタ４３の温度が一定温度にまで上昇したときには、遮断弁４６を開弁して、パティキュレートフィルタ４３に流入する排気ガスの量を少なくするようにする。そして、遮断弁４６を開弁してから所定の時間が経過したときに、本明細書にて説明する他の実施例における遮断弁４６の動作制御が実行されるようにする。
【０１００】
これによれば、内燃機関の運転が始動されてからパティキュレートフィルタ４３の温度が一定温度に達するまでは、遮断弁４６が閉弁せしめられ、パティキュレートフィルタ４３に担持されているＨＣ吸着剤によって未燃ＨＣが吸着される。このため、排気浄化装置２２下流へ流出する未燃ＨＣの量が少なく維持される。一方、パティキュレートフィルタ４３の温度が一定温度に達したときには、遮断弁４６が開弁せしめられ、パティキュレートフィルタ４３に流入する排気ガスの量が少なく維持され、ＨＣ吸着剤に吸着されている未燃ＨＣが酸化浄化されることなく排気浄化装置２２下流へ流出することが抑制されつつ、ＨＣ吸着剤に吸着されている未燃ＨＣが酸化浄化される。このため、排気浄化装置２２下流へ流出する未燃ＨＣの量が少なく維持される。
【０１０１】
なお、パティキュレートフィルタ４３の温度が一定温度に達したときには、単位時間当たりに内燃機関から排出される未燃ＨＣの量は既に比較的少なくなっている。
【０１０２】
第１１実施例の排気浄化装置２２において、機関始動時に遮断弁４６の動作を制御するために実行されるフローチャートを図１７に示した。初めにステップ１０において、機関始動時フラグＦがリセットされている（Ｆ＝０）か否かが判別される。この機関始動時フラグＦは内燃機関が始動されるとリセットされ、一方、機関始動後に初めて遮断弁４６が開弁せしめられたときにセットされる。
【０１０３】
さて、ステップ１０において、Ｆ＝０であると判別されたときには、ステップ１１に進んで、パティキュレートフィルタ４３の温度ＴＦが一定温度ＴＦｔｈよりも高い（ＴＦ＞ＴＦｔｈ）か否かが判別される。上述したように、機関始動時フラグＦは内燃機関が始動されるとリセットされるので、内燃機関が始動された直後にはルーチンはステップ１１に進むこととなる。
【０１０４】
ステップ１１において、ＴＦ＞ＴＦｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１２に進んで、遮断弁４６が開弁せしめられ、次いで、ステップ１３において、機関始動時フラグＦがセットされる。したがって、いったんパティキュレートフィルタ４３の温度が一定温度よりも高くなって遮断弁４６が開弁せしめられた後においては、ステップ１０において、Ｆ＝１であると判別されることとなる。
【０１０５】
一方、ステップ１１において、ＴＦ≦ＴＦｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１４に進んで、遮断弁４６が閉弁せしめられる。したがって、本フローチャートによれば、ステップ１３において、機関始動時フラグＦがセットされるまでは、遮断弁４６は閉弁された状態に維持される。
【０１０６】
次に、第１２の実施例の排気浄化装置について説明する。第１２実施例の排気浄化装置２２は図１８に示されている。本実施例の排気浄化装置２２では、パティキュレートフィルタ４３を収容するためのケーシング２３内にバイパス通路４５が形成されている。バイパス通路４５内には遮断弁４６が配置されている。差４６にはステップモータ４７が接続される。ステップモータ４７は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。
【０１０７】
本実施例の排気浄化装置２２においては、バイパス通路４５がケーシング２３内に形成されているので、排気浄化装置２２全体の寸法が小さくなるという利点がある。なお、本実施例の遮断弁４６の動作制御としては、本明細書にて説明する他の実施例における制御が適用される。
【０１０８】
次に、第１３の実施例の排気浄化装置について説明する。第１３実施例の排気浄化装置２２は図１９に示されている。本実施例では、消音器５８が排気浄化装置２２となっている。消音器５８は、排気流入管７０と、排気流出管７１とを具備する。また、消音器５８内には、第１室７２と、第２室７３と、第３室７４とが形成されている。
【０１０９】
排気流入管７０は外部から第１室７２を通って第２室７３まで延びる。排気流入管７０の上流端開口は排気管２０に接続されている。一方、排気流入管７０の下流端開口は第２室７３内に開口している。また、排気流入管７０はその側壁に多数の孔を備える。これら孔は第１室７２内に開口している。さらに、排気流出管７１は第３室７４から第２室７２を通って外部まで延びる。排気流出管７１の上流端開口は第３室７４内に開口している。一方、排気流出管７１の下流端開口は排気管２０に接続されている。
【０１１０】
さらに、消音器５８内には、バイパス通路４５が第２室７３から第３室７４まで延びるように形成されている。バイパス通路４５の上流端開口は第２室７３内に開口している。一方、バイパス通路４５の下流端開口は第３室７４内に開口している。さらに、バイパス通路４５の下流端開口に遮断弁４６が取り付けられている。遮断弁４６は第１の実施例と同様に閉弁するように付勢されており、第１室７３内の排気ガスの圧力が或る一定の圧力になったときに、排気ガスの圧力によって開弁せしめられる。
【０１１１】
さらに、消音器５８内には、パティキュレートフィルタ４３が第１室７２から第３室７４に延びるように配置されている。パティキュレートフィルタ４３の上流側端面は第１室７２内に位置する。一方、パティキュレートフィルタ４３の下流側端面は第３室７４内に位置する。
【０１１２】
本実施例では、消音器５８、すなわち、排気浄化装置２２内に流入する排気ガスの圧力が或る所定圧力よりも低いときには、遮断弁４６が閉弁している。このときには、図１９（Ａ）の矢印で示したように、排気ガスは全て排気流入管７０の多数の孔を介して第１室７２内に流出し、パティキュレートフィルタ４３を介して第３室７４に流入する。そしてその後、第３室７４内の排気ガスは排気流出管７１を介して下流へと放出される。
【０１１３】
一方、排気浄化装置２２内に流入する排気ガスの圧力が或る所定圧力よりも高くなったときには、遮断弁４６が開弁する。このときには、図１９（Ｂ）の矢印で示したように、一部の排気ガスが排気流入管７０の下流端開口から第２室７３に流入する。第２室７３に流入した排気ガスはバイパス通路４５を介して第３室７３に流入する。一方、残りの排気ガスは排気流入管７０の多数の小孔を介して第１室７２内に流出し、パティキュレートフィルタ４３を介して第３室７４に流入する。第３室７４内の排気ガスは排気流出管７１を介して下流へと放出される。
【０１１４】
本実施例によれば、消音器５８内に排気浄化装置２２が形成されるので、排気浄化装置２２の寸法が小さくなる。なお、本実施例の遮断弁４６の動作は第１実施例の遮断弁の動作と同様である。
【０１１５】
次に、第１４の実施例の排気浄化装置について説明する。第１４実施例の排気浄化装置２２は図２０に示されている。図２０（Ａ）を参照すると、排気浄化装置２２では、排気管２０から第１の排気枝管２０ａと第２の排気枝管２０ｂとに分岐している。これら第１排気枝管２０ａと第２排気枝管２０ｂとはパティキュレートフィルタ４３を介して接続される。云い方を換えれば、パティキュレートフィルタ４３は第１排気枝管２０ａと第２排気枝管２０ｂとによって形成されるループ状の排気通路内に配置されている。
【０１１６】
第１排気枝管２０ａおよび第２排気枝管２０ｂとが分岐している排気枝管分岐領域において、排気管２０内に遮断弁４６が配置されている。遮断弁４６にはステップモータ４７が接続される。ステップモータ４７は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。
【０１１７】
さて、遮断弁４６が図２０（Ａ）に示されている第１動作位置に位置決めされると、排気ガスは排気管２０から第１排気枝管２０ａに流入する。そして、排気ガスはパティキュレートフィルタ４３を介して第２排気枝管２０ｂに流出する。さらに、排気ガスは遮断弁４６が配置されている排気枝管分岐領域にて排気管２０内に流入する。
【０１１８】
一方、遮断弁４６が図２０（Ｂ）に示されている第２動作位置に位置決めされると、排気ガスは排気管２０から第２排気枝管２０ｂに流入する。そして、排気ガスはパティキュレートフィルタ４３を介して第１排気枝管２０ａに流出する。さらに、排気ガスは遮断弁４６が配置されている排気枝管分岐領域にて排気管２０内に流入する。
【０１１９】
したがって、遮断弁４６の動作位置を図２０（Ａ）に示した第１動作位置と図２０（Ｂ）に示した第２動作位置との間で切り換えることによって、パティキュレートフィルタ４３に流入する排気ガスの向きが逆転せしめられる。こうした遮断弁４６の動作位置の切換を定期的に実行することによって、パティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子をパティキュレートフィルタ４３内にて流動させることができる。そしてこれによれば、後述する活性酸素生成剤によって生成される活性酸素による微粒子の酸化除去が促進される。
【０１２０】
ところで、遮断弁４６の動作位置が図２０（Ｃ）に示されている中立動作位置に位置決めされると、排気ガスは第１排気枝管２０ａおよび第２排気枝管２０ｂにはほとんど流入せず、ほとんど全ての排気ガスが排気枝管分岐領域下流の排気管２０に流入する。すなわち、この場合、排気ガスはパティキュレートフィルタ４３をバイパスすることとなる。
【０１２１】
本実施例では、上述した他の実施例において、遮断弁４６が閉弁せしめられるべきときには、遮断弁４６は第１動作位置または第２動作位置に位置決めされ、或いは、第１動作位置と第２動作位置とに交互に位置決めされる。一方、本実施例では、上述した他の実施例において、遮断弁４６が開弁せしめられるべきときには、遮断弁４６は中立動作位置に位置決めされる。
【０１２２】
ところで、上述したように、パティキュレートフィルタ４３には微粒子を輝炎を発することなく連続的に酸化除去するために活性酸素生成剤が担持されている。最後にこの活性酸素生成剤について説明する。
【０１２３】
上述した実施例では、貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられ、活性酸素生成剤としてカリウム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、鉄Ｆｅのような遷移金属、およびスズＳｎのような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【０１２４】
また、活性酸素生成剤としては、カルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわち、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。
【０１２５】
次に、パティキュレートフィルタ４３による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。
【０１２６】
吸気通路および燃焼室５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したときに、排気ガスの空燃比がリーンであるときには、パティキュレートフィルタ４３に流入する排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、燃焼室５内における空燃比がリーンであるときには、燃焼室５内ではＮＯが発生する。したがって、排気ガス中にはＮＯが含まれている。また、燃料中には硫黄成分Ｓが含まれており、この硫黄成分Ｓは燃焼室５内で酸素と反応してＳＯ₂となる。したがって、排気ガス中にはＳＯ₂が含まれている。このため過剰酸素、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４３の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【０１２７】
図２１（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の周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２１（Ａ）および（Ｂ）において、６０は白金Ｐｔの粒子を示し、６１はカリウムＫを含んでいる活性酸素生成剤を示している。
【０１２８】
上述したように、排気ガス中に多量の過剰酸素が含まれている場合、排気ガスがパティキュレートフィルタ４３の排気ガス流入通路５０内に流入すると、図２１（Ａ）に示したように、これら酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-またはＯ^2-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 ^-またはＯ^2-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生成剤６１内に保持され、図２１（Ａ）に示したように、カリウムＫと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で活性酸素生成剤６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ₃を生成する。すなわち、結果的には、排気ガス中の酸素が硝酸カリウムＫＮＯ₃の形で活性酸素生成剤６１内に保持される。
【０１２９】
一方、上述したように、排気ガス中にＳＯ₂が含まれている場合、このＳＯ₂もＮＯと同様なメカニズムによって活性酸素生成剤６１内に保持される。すなわち、上述したように、酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-またはＯ^2-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 ^-またはＯ^2-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上でさらに酸化されつつ活性酸素生成剤６１内に保持され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で活性酸素生成剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄を生成する。すなわち、結果的には、排気ガス中の酸素が硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄の形で活性酸素生成剤６１内に保持される。
【０１３０】
一方、燃焼室５内においてカーボンＣからなる微粒子が生成される場合、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４３の排気ガス流入通路５０内を流れているとき、或いは、隔壁５４の細孔内を通過するときに、図２１（Ｂ）において６２で示したように担体層の表面、例えば、活性酸素生成剤６１の表面上に接触し、付着する。
【０１３１】
このように微粒子６２が活性酸素生成剤６１の表面上に付着すると、微粒子６２と活性酸素生成剤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生成剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤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と活性酸素生成剤６１との接触面に向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤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、再び活性酸素生成剤６１内に保持される。
【０１３２】
また、このとき活性酸素生成剤６１内に形成されている硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄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と活性酸素生成剤６１との接触面に向かい、その一方で、ＳＯ₂が活性酸素生成剤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、再び活性酸素生成剤６１内に保持される。ただし、硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄は安定で分解しづらいので硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄は硝酸カリウムＫＮＯ₃よりも酸素を放出しづらい。
【０１３３】
ところで、微粒子６２と活性酸素生成剤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Ｋ₂ＳＯ₄のような化合物から分解された酸素である。このように化合物から分解された酸素Ｏは不対電子を有しており、極めて高い反応性を有する。したがって、微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。同様に、活性酸素生成剤６１におけるＮＯと酸素との反応過程、或いは、ＳＯ₂と酸素との反応過程にて生成される酸素も活性酸素となっている。すなわち、活性酸素生成剤６１がＮＯを硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で保持するとき、或いは、ＳＯ₂を硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で保持するときにも、活性な酸素を生成する。
【０１３４】
これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると、微粒子６２は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。したがって、微粒子６２がパティキュレートフィルタ４３上に堆積することはほとんどない。すなわち、パティキュレートフィルタ４３には酸化触媒が担持されていることとなる。
【０１３５】
従来のようにパティキュレートフィルタ４３上に積層状に堆積した微粒子を燃焼によって除去する場合には、パティキュレートフィルタ４３が赤熱し、微粒子は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しない。したがって、このような火炎を伴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４３の温度を高温に維持しなければならない。
【０１３６】
これに対して本発明では、上述したように、微粒子６２は輝炎を発することなく酸化せしめられる。このとき、パティキュレートフィルタ４３の表面が赤熱することもない。云い換えると、本発明では従来に比べて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。したがって、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従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【０１３７】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素生成剤６１の活性度はパティキュレートフィルタ４３の温度に依存する。したがって、パティキュレートフィルタ４３において単位時間当りに輝炎を発することなく最大限に酸化除去可能な微粒子の量（酸化除去可能微粒子量）はパティキュレートフィルタ４３の温度に依存して変化する。図２２にパティキュレートフィルタ４３の酸化除去可能微粒子量を示した。
【０１３８】
図２２の実線がパティキュレートフィルタ４３の温度（以下、フィルタ温度と称す）ＴＦに応じて変化する酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。単位時間当りにパティキュレートフィルタ４３に流入する微粒子の量を流入微粒子量Ｍと称すると、この流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、すなわち、図２２の領域Ｉにあるときにはパティキュレートフィルタ４３に流入した全ての微粒子がパティキュレートフィルタ４３に接触すると、短時間（数秒から数十分）のうちにパティキュレートフィルタ４３上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【０１３９】
これに対して、流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、すなわち、図２２の領域IIにあるときには、全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図２３（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。すなわち、全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には、図２３（Ａ）に示したように、微粒子６２が活性酸素生成剤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２３（Ｂ）に示したように、担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われるようになる。
【０１４０】
担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われてしまうと、白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ₂の酸化作用、および活性酸素生成剤６１による活性酸素の生成作用が行われづらくなり、しかも、これら酸化作用および生成作用が行われたとしても、残留微粒子部分６３の大部分は白金Ｐｔから離れており、したがって、白金Ｐｔの酸化作用を受けづらくなっている。このため、残留微粒子部分６３は酸化されることなくそのまま残り、次に、この残留微粒子部分６３上に堆積した微粒子６４も、同様の理由から、酸化されることなくそのまま残る。斯くして、図２３（Ｃ）に示したように、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。すなわち、微粒子が積層状に堆積することになる。
【０１４１】
このように微粒子が積層状に堆積すると、微粒子６４はもはや活性酸素Ｏにより酸化されることがなく、したがって、この微粒子６４上にさらに別の微粒子が次から次へと堆積する。すなわち、流入微粒子量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４３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４３の温度自体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。
【０１４２】
このように図２２の領域Ｉでは、微粒子はパティキュレートフィルタ４３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２２の領域IIでは、微粒子がパティキュレートフィルタ４３上に積層状に堆積する。したがって、微粒子がパティキュレートフィルタ４３上に積層状に堆積しないようにするためには、流入微粒子量Ｍが常時、酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなっている必要がある。
【０１４３】
図２２から判るように、本発明のパティキュレートフィルタ４３ではフィルタ温度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、したがって、流入微粒子量Ｍおよびフィルタ温度ＴＦは流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少なくなるように維持されている。このように流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時少ないと、パティキュレートフィルタ４３上に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど上昇しない。
【０１４４】
一方、前述したように、いったん微粒子がパティキュレートフィルタ４３上において積層状に堆積すると、たとえ流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなったとしても、活性酸素Ｏにより微粒子を酸化させることは困難である。しかしながら、酸化されなかった微粒子部分が残留し始めているとき、すなわち、微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなれば、この残留微粒子部分は活性酸素Ｏにより輝炎を発することなく酸化除去される。
【０１４５】
ところで上述したように、いったん微粒子がパティキュレートフィルタ４３上において積層状に堆積すると、たとえ流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなったとしても活性酸素Ｏにより微粒子を酸化させることは困難である。特に機関始動直後はパティキュレートフィルタ４３の温度ＴＦは低く、したがってこのときには流入微粒子量Ｍのほうが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。しかしながら、酸化されなかった微粒子部分が残留し始めているとき、すなわち、微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに、流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなると、この残留微粒子部分は活性酸素Ｏにより輝炎を発することなく酸化除去される。
【０１４６】
したがって、本発明では、通常は、流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなっているが、流入微粒子量Ｍが一時的に酸化除去可能微粒子量Ｇより多くなったとしても、図２３（Ｂ）に示したように担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われないように、すなわち、流入微粒子量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４３上に積層しないように、流入微粒子量Ｍおよびフィルタ温度ＴＦを維持するようにする。
【０１４７】
ところが、このように流入微粒子量Ｍおよびフィルタ温度ＴＦを制御していたとしても、パティキュレートフィルタ４３上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。そこで本発明では、このような場合には、排気ガスの一部または全体の空燃比を一時的にリッチにすることによって、パティキュレートフィルタ４３上に堆積した微粒子を輝炎を発することなく酸化させるようにする。
【０１４８】
すなわち、排気ガスの空燃比がリーンである状態が一定期間に亘って継続すると白金Ｐｔ上に酸素が多量に付着し、このために白金Ｐｔの触媒作用が低下してしまう。ところが、排気ガスの空燃比をリッチにして排気ガス中の酸素濃度を低下させると、白金Ｐｔから酸素が除去され、斯くして、白金Ｐｔの触媒作用が回復する。これにより排気ガスの空燃比をリッチにすると活性酸素生成剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出されやすくなる。斯くして、一気に放出された活性酸素Ｏにより堆積している微粒子が酸化されやすい状態に変質せしめられると共に微粒子が活性酸素により輝炎を発することなく燃焼除去される。斯くして、排気ガスの空燃比をリッチとすると全体として酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。
【０１４９】
なおこの場合、パティキュレートフィルタ４３上において微粒子が積層状に堆積したときに排気ガスの空燃比をリッチにしてもよいし、微粒子が積層状に堆積しているか否かに係わらず周期的に排気ガスの空燃比をリッチにしてもよい。
【０１５０】
排気ガスの空燃比をリッチにする方法としては例えば機関負荷が比較的低いときにＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（吸入空気量＋ＥＧＲガス量））が６５パーセント以上となるようにスロットル弁１７の開度およびＥＧＲ制御弁２５の開度を制御し、このとき燃焼室５内における平均空燃比がリッチになるように噴射量を制御する方法を用いることができる。
【０１５１】
以上説明した内燃機関の運転制御ルーチンの一例を図２４に示した。図２４を参照するとまず初めにステップ１００において燃焼室５内の平均空燃比をリッチにすべきか否かが判別される。燃焼室５内の平均空燃比をリッチにする必要がないときには流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるようにステップ１０１においてスロットル弁１７の開度が制御され、ステップ１０２においてＥＧＲ制御弁２５の開度が制御され、ステップ１０３において燃料噴射量が制御される。
【０１５２】
一方、ステップ１００において燃焼室５内の平均空燃比をリッチにすべきであると判別されたときにはＥＧＲ率が６５パーセント以上になるようにステップ１０４においてスロットル弁１７の開度が制御され、ステップ１０５においてＥＧＲ制御弁２５の開度が制御され、燃焼室５内の平均空燃比がリッチとなるようにステップ１０６において燃料噴射量が制御される。
【０１５３】
【発明の効果】
本発明によれば、成層燃焼が実行されているときには、排気ガスが全てパティキュレートフィルタを介して排気浄化装置下流へ流出せしめられ、一方、均質燃焼が実行されているときには、少なくとも一部の排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスして排気浄化装置下流へと流出せしめられる。ここで、一般的に、成層燃焼が実行されているときには、排気浄化装置に流入する排気ガス中の微粒子量は多く、一方、均質燃焼が実行されているときには、排気浄化装置に流入する排気ガス中の微粒子量は少ない。したがって、本発明によれば、排気浄化装置下流へ流出する微粒子の量が、全体として、できるだけ少なく維持され、且つ、排気浄化装置に起因する排気抵抗が、全体として、できるだけ低く維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図２】本発明の排気浄化装置を示す図である。
【図３】第１実施例の排気浄化装置の変更例を示す図である。
【図４】第一実施例の排気浄化装置の変更例を示す図である。
【図５】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図６】内燃機関の運転制御に用いられるマップを示す図である。
【図７】排気ガスの圧力と内燃機関から排出される微粒子の量との関係を示す図である。
【図８】排気ガスの圧力と排気浄化装置下流へ流出する微粒子の量および排気浄化装置に起因する排気抵抗との関係を示す図である。
【図９】第２実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１０】第３実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１１】第４実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１２】第８実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１３】第８実施例の酸化触媒を示す図である。
【図１４】第９実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１５】第９実施例のパティキュレートフィルタを示す図である。
【図１６】第１０実施例の排気浄化装置における遮断弁の動作を説明するための図である。
【図１７】第１１実施例の排気浄化装置において、機関始動時における遮断弁の制御を実行するためのフローチャートである。
【図１８】第１２実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１９】第１３実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２０】第１４実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２１】パティキュレートフィルタの微粒子浄化作用を説明するための図である。
【図２２】パティキュレートフィルタの温度と酸化除去可能微粒子量との関係を示す図である。
【図２３】パティキュレートフィルタへの微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図２４】パティキュレートフィルタにおいて微粒子を浄化するための内燃機関の運転制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
６ｂ…点火栓
２２…排気浄化装置
４３…パティキュレートフィルタ
４５…バイパス通路
４６…遮断弁
４８…圧力センサ
４９…微粒子センサ
５５…酸化触媒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-271629 discloses that a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas discharged from an internal combustion engine is disposed in an engine exhaust passage. As the particulate filter, there is known a type having a plurality of exhaust gas passages extending along the engine exhaust passage and collecting particulates in the exhaust gas while the exhaust gas passes through the exhaust gas passage. However, in such a type of particulate filter, since the exhaust gas simply passes through the exhaust gas passage of the particulate filter, the particulate collection rate is relatively low. Therefore, in the particulate filter disclosed in the above publication, in order to improve the collection rate of the fine particles, the partition walls defining each exhaust gas passage are formed of a porous material, and among the adjacent exhaust gas passages, The downstream end opening of one of the exhaust gas passages is closed with a stopper, and the upstream end opening of the other exhaust gas passage is closed with a stopper, so that the exhaust gas flowing into the particulate filter always passes through the pores of the partition walls. It flows out from the curate filter.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the particulate filter described in the above publication, the exhaust gas always passes through the pores of the partition walls. Therefore, when this particulate filter is disposed in the engine exhaust passage, the exhaust resistance is not a little. That is, at least, there is a demand for an exhaust gas purification apparatus provided with the particulate filter described in the above publication to minimize the exhaust resistance caused by the exhaust gas purification apparatus. Therefore, an object of the present invention is to maintain an exhaust resistance caused by the exhaust purification device as low as possible in an exhaust purification device equipped with a particulate filter while keeping the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device as small as possible. There is.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, in the first invention, a particulate filter disposed in the engine exhaust passage for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the particulate filter are bypassed. A stratification comprising a bypass passage and a shut-off valve capable of shutting off the bypass passage, wherein the internal combustion engine injects fuel from the fuel injection valve so that the fuel exists only around the spark plug and burns the fuel. Combustion and homogeneous combustion in which fuel is injected from the fuel injection valve so that the fuel exists in the entire combustion chamber and this fuel is combusted can be selectively executed, and the required load is determined according to the engine speed. Exhaust purification that performs stratified combustion when it is smaller than the threshold value, and performs homogeneous combustion when the required load is larger than a threshold value that is determined according to the engine speed. In location, shut-off valve shuts off the bypass passage when the stratified combustion is being performed, the shut-off valve when the homogeneous combustion is performed so as to open the bypass passageEven when the homogeneous combustion is being performed, the shutoff valve shuts off the bypass passage when the pressure loss due to the particulate filter is smaller than a predetermined value.It is like that.
[0005]
  In the second invention,A particulate filter disposed in the engine exhaust passage for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, a bypass passage that bypasses the particulate filter, and a shutoff that can shut off the bypass passage Stratified combustion in which the internal combustion engine injects fuel from the fuel injection valve so that the fuel exists only around the spark plug and burns the fuel, and the fuel exists so that the fuel exists in the entire combustion chamber. It is possible to selectively execute homogeneous combustion in which fuel is injected from the injection valve and combusted. When the required load is smaller than a threshold value determined according to the engine speed, stratified combustion is executed, and the required load is reduced. When the stratified charge combustion is being performed in the exhaust emission control device configured to perform homogeneous combustion when it is larger than a threshold value determined according to the engine speed. When the shut-off valve shuts off the bypass passage and homogeneous combustion is being performed, the shut-off valve opens the bypass passage, and the internal combustion engine is cooled by cooling water, so that homogeneous combustion is performed. Even when the cooling water temperature is lower than the predetermined temperature, the shut-off valve shuts off the bypass passage.
[0006]
  In the third invention,A particulate filter disposed in the engine exhaust passage for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, a bypass passage that bypasses the particulate filter, and a shutoff that can shut off the bypass passage Stratified combustion in which the internal combustion engine injects fuel from the fuel injection valve so that the fuel exists only around the spark plug and burns the fuel, and the fuel exists so that the fuel exists in the entire combustion chamber. It is possible to selectively execute homogeneous combustion in which fuel is injected from the injection valve and combusted. When the required load is smaller than a threshold value determined according to the engine speed, stratified combustion is executed, and the required load is reduced. When the stratified charge combustion is being performed in the exhaust emission control device configured to perform homogeneous combustion when it is larger than a threshold value determined according to the engine speed. The shut-off valve shuts off the bypass passage, and when the homogeneous combustion is being performed, the shut-off valve opens the bypass passage, and a particulate amount detection means for detecting the amount of particulate discharged from the internal combustion engine is provided. Further, when the amount of fine particles detected by the fine particle amount detection means is larger than a predetermined amount, the shutoff valve shuts off the bypass passage even when homogeneous combustion is being performed. ing.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust emission control device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine to which an exhaust emission control device of the present invention is attached. 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, 6b is a spark plug, 7 is an intake valve, 8 Indicates an intake port, 9 indicates an exhaust valve, and 10 indicates an exhaust port. The intake port 8 is connected to the surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11. The surge tank 12 is connected to the compressor 15 of the exhaust turbocharger 14 via the intake duct 13. A water temperature sensor 50 for detecting the temperature of cooling water for cooling the internal combustion engine is attached to the cylinder block 2.
[0017]
A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is disposed in the intake duct 13. Further, a cooling device 18 for cooling the intake air flowing through the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, 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 the exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20. An outlet of the exhaust turbine 21 is connected to an exhaust purification device 22 via an exhaust pipe 20.
[0018]
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. 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 internal combustion engine shown in FIG. 1, engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
[0019]
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 having a variable discharge amount. The fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 through 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. Based on the output signal of the fuel pressure sensor 29, the discharge amount of the fuel pump 28 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes the target fuel pressure.
[0020]
The electronic control unit 30 comprises 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. Output signals of the fuel pressure sensor 29 and the water temperature sensor 50 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37.
[0021]
Connected to the accelerator pedal 40 is a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40. The output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Further, the input port 35 is connected with a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the spark plug 6 b, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, and the fuel pump 28 via corresponding drive circuits 38.
[0022]
FIG. 2 shows an exhaust purification device 22 of the first embodiment. The exhaust purification device 22 includes a particulate filter 43 accommodated in a casing 23 connected to the exhaust pipe 20. A temperature sensor 44 for detecting the temperature of the particulate filter 43 is attached. The temperature sensor 44 is connected to the input port 35 via a corresponding AD converter 37.
[0023]
Further, in the exhaust purification device 22 of the first embodiment, the bypass passage 45 is branched from the exhaust pipe 20 upstream of the particulate filter 43. The bypass passage 45 is connected to the exhaust pipe 20 downstream of the particulate filter 43. Therefore, the exhaust gas can bypass the particulate filter 43 by passing through the bypass passage 45. A shutoff valve 46 that can shut off the bypass passage 45 is disposed in the bypass passage 45.
[0024]
The shut-off valve 46 is urged in a direction to shut off the bypass passage 45. Therefore, when the pressure of the exhaust gas flowing into the exhaust purification device 22 (hereinafter referred to as exhaust pressure) is relatively low, the shutoff valve 46 shuts off the bypass passage 45 as shown in FIG. In this case, the exhaust gas does not flow through the bypass passage 45 and flows only into the particulate filter 43.
[0025]
On the other hand, when the exhaust pressure becomes relatively high, the shutoff valve 46 opens the bypass passage 45 as shown in FIG. In this case, part of the exhaust gas flows through the bypass passage 45, and the remaining exhaust gas flows into the particulate filter 43. That is, a part of the exhaust gas bypasses the particulate filter 43.
[0026]
In the first embodiment, the shut-off valve 46 is disposed in the bypass passage 45, but as shown in FIG. 3, the shut-off valve 46 is a region where the bypass passage 45 branches from the exhaust pipe 20, that is, As shown in FIG. 4, the shut-off valve 46 may be disposed in a region where the bypass passage 45 joins the exhaust pipe 20, that is, in a downstream end region of the bypass passage 45. It may be arranged.
[0027]
FIG. 5 shows the particulate filter 43 of the first embodiment. 5A is an end view of the particulate filter, and FIG. 5B is a longitudinal sectional view of the particulate filter. As shown in FIGS. 5A and 5B, the particulate filter 43 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other. Approximately half of these exhaust flow passages constitute the exhaust inflow passage 50 and the other half constitute the exhaust outflow passage 51. These exhaust gas inflow passages 50 and exhaust gas outflow passages 51 are alternately arranged via thin partition walls 54. In other words, the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are each surrounded by four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by four exhaust gas inflow passages 50. To be arranged. The downstream end opening of the exhaust gas inflow passage 50 is closed by a plug 52. On the other hand, the upstream end opening of the exhaust gas outflow passage 51 is closed by a plug 53.
[0028]
The particulate filter 43 is formed of a porous material such as cordierite, for example. Therefore, a large number of pores exist in the partition wall 54. Accordingly, the exhaust gas that has flowed into the exhaust gas inflow passage 50 flows into the adjacent exhaust gas outflow passage 51 through the pores of the surrounding partition wall 54 as indicated by arrows in FIG.
[0029]
Further, the peripheral wall surfaces of the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51, that is, the side wall surfaces of the partition walls 54, and the entire wall surfaces defining the pores of the partition walls are made of, for example, alumina. A support layer is formed on the support, which captures oxygen when there is excess oxygen in the surroundings and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases. An active oxygen generator that generates active oxygen is supported. This active oxygen generator will be described in detail later.
[0030]
Next, basic operation control of the internal combustion engine to which the exhaust purification system of the first embodiment is attached will be described. The operation of the internal combustion engine here is controlled based on the map shown in FIG. That is, in FIG. 6, the horizontal axis is the engine speed Ne, the vertical axis is the required load L, and the operation of the internal combustion engine is controlled based on the engine speed Ne and the required load L. That is, in the region S where the engine speed Ne is relatively small and the required load L is relatively small as shown in FIG. 6, the fuel is injected from the fuel injection valve 6 so that the fuel exists only in the vicinity of the spark plug 6b. The operation of the internal combustion engine is controlled such that so-called stratified combustion is performed in which the fuel is injected and ignited by the spark plug 6b to burn.
[0031]
On the other hand, in the region H other than the region S shown in FIG. 6, the fuel is injected from the fuel injection valve 6 so that the fuel exists uniformly not only around the spark plug 6b but also in the entire combustion chamber 5, and this fuel is ignited. The operation of the internal combustion engine is controlled so that so-called homogeneous combustion, in which ignition is performed by the plug 6b, is performed.
[0032]
In other words, according to this embodiment, when the required load is smaller than the required load L determined according to the engine speed Ne, stratified combustion is executed, and the required load is determined according to the engine speed Ne. When it is larger than the load L, homogeneous combustion is executed. Note that the engine air-fuel ratio when stratified combustion is being executed is lean as a whole, and the engine air-fuel ratio when homogeneous combustion is being executed is lean or stoichiometric as a whole.
[0033]
Next, the exhaust emission control device of the first embodiment will be described in detail. As described above, all the exhaust gas flows into the particulate filter 43 when the shutoff valve 46 is closed. On the other hand, when the shutoff valve 46 is open, a part of the exhaust gas flows into the bypass passage 45 to bypass the particulate filter 43, and the remaining exhaust gas flows into the particulate filter 43. Therefore, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is higher when the shut-off valve 46 is closed than when the shut-off valve 46 is open under the same conditions. However, the pressure loss of the exhaust purification device 22 is smaller when the shut-off valve 46 is open than when the shut-off valve 46 is closed under the same conditions.
[0034]
That is, in order to reduce the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 under the same conditions, the shutoff valve 46 is preferably closed, but the pressure loss of the exhaust purification device 22 is reduced. Therefore, in order to suppress a decrease in output efficiency of the internal combustion engine, it is preferable that the shutoff valve 46 is opened. Thus, it seems that reducing the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 and reducing the pressure loss of the exhaust purification device 22 are contradictory matters.
[0035]
However, paying attention to the fact that there is a correlation between the amount of particulates produced and discharged in the combustion chamber 5 (hereinafter referred to as exhaust particulate amount) and the exhaust gas pressure (exhaust pressure), the shut-off valve By setting the exhaust pressure when the valve 46 opens, it is possible to reduce the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 and to reduce the pressure loss of the exhaust purification device 22.
[0036]
In the internal combustion engine of the present embodiment, there is a relationship shown in FIG. 7 between the exhaust pressure and the amount of discharged fine particles. That is, in FIG. 7, the horizontal axis indicates the exhaust pressure Pex and the vertical axis indicates the exhaust particulate amount M, but when the exhaust pressure Pex exceeds a certain pressure Pexth, the exhaust particulate amount M decreases rapidly. That is, if the region where the exhaust pressure Pex is lower than a certain pressure Pexth is referred to as a low exhaust pressure region, and the region where the exhaust pressure Pex is higher than a certain pressure Pexth is referred to as a high exhaust pressure region, There are more low exhaust pressure regions than atmospheric pressure regions.
[0037]
The reason why the amount M of exhaust particulates rapidly decreases at a certain pressure Pexth is that stratified combustion is performed when the exhaust pressure Pex is in the low exhaust pressure region, and the exhaust pressure Pex is in the high exhaust pressure region. This is because homogeneous combustion is being performed when inside. Next, the reason will be described in detail.
[0038]
The amount M of discharged fine particles increases as the fuel is difficult to burn completely. When stratified combustion is being performed, since the fuel is concentrated around the spark plug 6b, there is little opportunity for the fuel and air to come in contact, and thus the amount M of discharged particulates increases. In this embodiment, since the stratified combustion is executed when the engine speed Ne is small and the required load L is small, the exhaust pressure Pex when the stratified combustion is executed is relatively low. Thus, when stratified combustion is being performed, the exhaust pressure Pex is relatively low and the amount M of discharged particulates is relatively large. That is, when stratified combustion is being performed, the exhaust pressure Pex enters the low exhaust pressure region, and the exhaust particulate amount M is relatively high.
[0039]
On the other hand, when the combustion mode is switched from stratified combustion to homogeneous combustion, the fuel is dispersed throughout the combustion chamber 5, so that the opportunity for the fuel and air to contact with each other increases at a stretch. . In this embodiment, since the homogeneous combustion is performed when the engine speed Ne is large or the required load L is large, the exhaust pressure Pex when the homogeneous combustion is being performed is relatively high. Thus, when homogeneous combustion is being performed, the exhaust pressure Pex is relatively high and the amount M of discharged particulates is relatively small. That is, when homogeneous combustion is being performed, the exhaust pressure Pex enters the high exhaust pressure region, and the amount M of discharged particulate is very small.
[0040]
For these reasons, the relationship between the exhaust pressure Pex and the discharged particulate amount M is as shown in FIG.
[0041]
As shown in FIG. 7, the amount M of discharged particulate increases as the exhaust pressure increases in both the low exhaust pressure region and the high exhaust pressure region. That is, an increase in the exhaust pressure Pex indicates that the engine speed Ne or the required load L is increased, and thus indicates that the fuel injection amount is increased. Generally, as the fuel injection amount increases, the amount of fuel that does not burn completely increases. Therefore, as shown in FIG. 7, the exhaust particulate amount M increases as the exhaust pressure Pex increases.
[0042]
Now, in this embodiment, paying attention to the relationship shown in FIG. 7 between the exhaust pressure and the amount of discharged fine particles, when the exhaust pressure Pex exceeds a certain pressure Pexth, the shutoff valve 46 is exhausted. A biasing force for biasing the shutoff valve 46 in the valve closing direction, that is, a valve opening pressure of the shutoff valve 46 is set so that the valve is opened by the gas pressure.
[0043]
Therefore, according to the present embodiment, the shutoff valve 46 is closed in the low exhaust pressure region where the exhaust particulate amount M is relatively large but the exhaust pressure Pex itself is low. In this case, all the exhaust gas flows into the particulate filter 43, and particulates in the exhaust gas are collected by the particulate filter 43, so that the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small. The Further, in this case, all the exhaust gas flows into the particulate filter 43 serving as the exhaust resistance, but since the exhaust pressure itself is low, the pressure loss of the exhaust purification device 22 is small.
[0044]
On the other hand, according to the present embodiment, the shutoff valve 46 is opened by the exhaust pressure in the high exhaust pressure region where the exhaust particulate amount M is relatively small but the exhaust pressure Pex itself is high. In this case, part of the exhaust gas bypasses the particulate filter 43, so that the pressure loss of the exhaust purification device 22 is kept small. Further, in this case, a part of the exhaust gas bypasses the particulate filter 43, so that particulates that flow out downstream of the exhaust purification device 22 without being collected by the particulate filter 43 are generated. However, in this high exhaust pressure region, since the amount of particulates contained in the exhaust gas is small, the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small.
[0045]
In summary, in this embodiment, as shown in FIG. 8 (A), the amount Md of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 regardless of the exhaust pressure Pex, that is, in all engine operation regions, is Maintained very little. Further, when the exhaust gas is not capable of bypassing the particulate filter 43, the pressure loss Ploss of the exhaust purification device 22 is the exhaust pressure Pex, as indicated by the chain line B in FIG. Increases rapidly after exceeding a certain pressure Pexth. However, in this embodiment, as shown by the solid line A in FIG. 8B, the increase in the pressure loss Ploss of the exhaust purification device 22 is suppressed even if the exhaust pressure Pex exceeds a certain pressure Pexth.
[0046]
Thus, according to the present embodiment, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small, and the pressure loss of the exhaust purification device 22 is kept low.
[0047]
As in the first embodiment, even if the shutoff valve 46 is opened, part of the exhaust gas flows into the particulate filter 43, so that even when the shutoff valve 46 is open, The temperature of the particulate filter 43 is maintained without being lowered by the heat of the exhaust gas.
[0048]
FIG. 9 shows an exhaust purification device 22 of the second embodiment. In the second embodiment, a step motor 47 is connected to the shutoff valve 46. The step motor 47 is connected to the output port 36 via a corresponding drive circuit 38. Therefore, in this embodiment, the opening and closing operations of the shutoff valve 46 are performed by the step motor 47. Specifically, the shutoff valve 46 is closed when stratified combustion is being executed, and the shutoff valve 46 is opened when homogeneous combustion is being executed. Thus, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0049]
Next, an exhaust emission control device according to a third embodiment will be described. As shown in FIG. 10, the exhaust purification device 22 of the third embodiment includes a pressure sensor 48 for detecting the pressure of the exhaust gas in the bypass passage 45. The pressure sensor 48 is connected to the input port 35 via a corresponding AD converter 37. The other configuration is the same as the configuration of the exhaust emission control device of the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0050]
In this embodiment, the shutoff valve 46 is closed when stratified combustion is being performed. On the other hand, when the homogeneous combustion is being performed, the operation of the shutoff valve 46 is controlled based on the exhaust gas pressure (exhaust pressure) detected by the pressure sensor 48. That is, when the homogeneous combustion is being performed, it is determined whether or not the exhaust pressure is lower than a predetermined pressure, and the operation of the shutoff valve 46 is controlled according to the determination result. As described above, as the exhaust pressure increases, the pressure loss due to the particulate filter 43 increases and the output efficiency of the internal combustion engine decreases. Therefore, the predetermined pressure is the pressure due to the particulate filter 43. The value is set to a value at which the decrease in the output efficiency of the internal combustion engine due to the loss becomes unacceptable.
[0051]
In the present embodiment, when the homogeneous combustion is being executed and the exhaust pressure is lower than a predetermined pressure, the shutoff valve 46 is closed. That is, if the exhaust pressure is lower than a predetermined pressure, the reduction of the output efficiency of the internal combustion engine due to the pressure loss caused by the particulate filter 43 is within an allowable range, so that the particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 In order to keep the quantity low, the shutoff valve 46 is closed.
[0052]
On the other hand, even when homogeneous combustion is being performed, the shut-off valve 46 is opened when the exhaust pressure is higher than a predetermined pressure. That is, if the exhaust pressure is higher than a predetermined pressure, the reduction in the output efficiency of the internal combustion engine due to the pressure loss caused by the particulate filter 43 falls outside the allowable range, so the pressure loss caused by the particulate filter 43 is reduced. In order to keep it low, the shut-off valve 46 is opened. At this time, since homogeneous combustion is being performed, the amount of particulate discharged from the internal combustion engine itself is small. Therefore, even if the shutoff valve 46 is opened, the amount of particulate flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is compared. Is maintained at a low level.
[0053]
Next, an exhaust emission control device according to a fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 11, the exhaust purification apparatus 22 of the fourth embodiment detects the amount (or concentration) of particulates in the exhaust gas in the exhaust pipe 20 upstream of the point where the bypass passage 45 branches. The fine particle sensor 49 is provided. The particle sensor 49 is connected to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. The other configuration is the same as the configuration of the exhaust emission control device of the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0054]
In this embodiment, when stratified combustion is being performed, the shutoff valve 46 is closed. On the other hand, when homogeneous combustion is being performed, the operation of the shut-off valve 46 is controlled based on the amount of particulates detected by the particulate sensor 49. That is, it is determined whether or not the detected amount of fine particles is larger than a predetermined amount, and the operation of the shutoff valve 46 is controlled according to the determination result. Here, the predetermined amount is a value at which the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 starts to fall within the allowable range when exhaust gas flows out downstream of the exhaust purification device 22 through the bypass passage 45. Set to
[0055]
In the present embodiment, even when the homogeneous combustion is being performed, the shutoff valve 46 is closed when the detected amount of fine particles is larger than a predetermined amount. That is, when the amount of particulate discharged from the internal combustion engine is larger than a predetermined amount, the shutoff valve 46 is closed to keep the amount of particulate flowing out downstream of the exhaust purification device 22 small.
[0056]
On the other hand, when the homogeneous combustion is being performed and the amount of detected fine particles is smaller than a predetermined amount, the shut-off valve 46 is opened. That is, if the amount of fine particles discharged from the internal combustion engine is less than a predetermined amount, even if exhaust gas flows out downstream of the exhaust purification device 22 via the bypass passage 45, it flows out downstream of the exhaust purification device 22. Since the amount of fine particles to be contained is within an allowable range, the shutoff valve 46 is opened in order to suppress a decrease in output efficiency of the internal combustion engine due to pressure loss caused by the particulate filter 43.
[0057]
Next, an exhaust emission control device according to a fifth embodiment will be described. Since the configuration of the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment is the same as the configuration of the exhaust gas purification apparatus of the second embodiment, the description of the configuration is omitted, and only the control of the shutoff valve will be described. In the fourth embodiment, the amount of fine particles in the exhaust gas is detected by the fine particle sensor 49, and the operation of the shutoff valve 46 is controlled based on the detected amount of fine particles. The operation of the shut-off valve 46 is controlled based on the temperature (water temperature) of the cooling water detected by the water temperature sensor 50 using the fact that the temperature of the cooling water for cooling the engine represents the amount of particulates in the exhaust gas. Is done.
[0058]
That is, generally, when the water temperature is low, the temperature in the combustion chamber 5 is also low, so that the amount of fine particles generated in the combustion chamber 5 increases. That is, the amount of fine particles in the exhaust gas increases as the water temperature decreases. Therefore, in this embodiment, when stratified combustion is being performed, the shutoff valve 46 is closed. On the other hand, when the homogeneous combustion is being executed, it is determined whether or not the water temperature is lower than a predetermined water temperature, and the operation of the shutoff valve 46 is controlled according to the determination result. Here, the predetermined water temperature is set to a value corresponding to the predetermined amount in the fourth embodiment.
[0059]
According to the present embodiment, even when homogeneous combustion is being performed, the shutoff valve 46 is closed when the water temperature is lower than a predetermined water temperature. According to this, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small. On the other hand, when the homogeneous combustion is being performed and the water temperature is higher than a predetermined water temperature, the shut-off valve 46 is opened. According to this, since the exhaust resistance caused by the exhaust purification device 22 is reduced, the output efficiency of the internal combustion engine is maintained high while the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small.
[0060]
In the embodiment described in the present application, the operation state of the internal combustion engine is divided into an engine start operation region corresponding to a predetermined period from the start of the internal combustion engine and a normal operation region other than the engine start operation region. When the operation state of the internal combustion engine is in the normal operation region, the shut-off valve 46 is opened or closed based on the control in each embodiment, and when the operation state of the internal combustion engine is in the engine start operation region, Based on the control in each embodiment, even when the shutoff valve 46 is opened, the valve may be forcibly closed.
[0061]
When the operation state of the internal combustion engine is in the engine start operation region, the temperature of the internal combustion engine is relatively low. Accordingly, since a relatively large amount of particulates are discharged from the internal combustion engine, the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is reduced by closing the shutoff valve 46 and allowing all exhaust gas to flow into the particulate filter 43. Less maintained.
[0062]
Next, an exhaust emission control device according to a sixth embodiment will be described. Since the configuration of the exhaust purification system of the sixth embodiment is the same as that of the exhaust purification system of the second embodiment, description of the configuration will be omitted and only control of the shutoff valve will be described. In the sixth embodiment, the operation of the shut-off valve 46 is controlled based on the engine output actually output from the internal combustion engine (hereinafter referred to as actual engine output). That is, when stratified combustion is being performed, the shut-off valve 46 is closed. On the other hand, when the homogeneous combustion is being executed, it is determined whether or not the actual engine output has reached the target engine output, and the operation of the shutoff valve 46 is controlled according to the determination result.
[0063]
When it is determined that the homogeneous combustion is being executed and the actual engine output has not reached the target engine output, the shut-off valve 46 is opened. According to this, since the exhaust resistance due to the exhaust purification device 22 becomes small, the output of the internal combustion engine increases, the actual engine output reaches the target engine output, or approaches the target engine output.
[0064]
On the other hand, even when the homogeneous combustion is being performed, if it is determined that the actual engine output has reached the target engine output, the shutoff valve 46 is closed. According to this, the exhaust resistance due to the exhaust purification device 22 increases, and the output of the internal combustion engine decreases, but the actual engine output is in the vicinity of the target engine output, and the particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 The amount will be kept small.
[0065]
Various specific means for determining whether or not the actual engine output has reached the target engine output can be considered. For example, the pressure of the exhaust gas upstream of the exhaust purification device 22 or the combustion chamber 5 It is possible to determine whether or not the actual engine output has reached the target engine output by using the amount of intake air.
[0066]
That is, when the pressure of the exhaust gas upstream of the exhaust purification device 22 is used, if the pressure of the exhaust gas upstream of the exhaust purification device 22 is higher than a predetermined value, the exhaust resistance caused by the exhaust purification device 22 is large, and therefore Since it is considered that the output of the internal combustion engine is decreasing, at this time, it is determined that the actual engine output has not reached the target engine output. Of course, if the pressure of the exhaust gas purification device upstream of the exhaust gas purification device 22 is lower than a predetermined value, it is determined that the actual engine output has reached the target engine output.
[0067]
Further, when the amount of air sucked into the combustion chamber 5 is used, if the amount of air sucked into the combustion chamber 5 is larger than a predetermined amount, the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine is also increased. Therefore, it is considered that the exhaust gas pressure is high and the exhaust resistance caused by the exhaust gas purification device 22 is large. Therefore, it is considered that the output of the internal combustion engine is reduced. At this time, the actual engine output becomes the target engine output. It is determined that it has not been reached. Of course, if the amount of air taken into the combustion chamber 5 is larger than a predetermined amount, it is determined that the actual engine output has reached the target engine output.
[0068]
Here, the pressure of the exhaust gas estimated from the amount of air taken into the combustion chamber 5 varies depending on the temperature of the exhaust gas. That is, even if the amount of air sucked into the combustion chamber 5 is the same, the pressure of the exhaust gas increases as the temperature of the exhaust gas increases. Therefore, if the pressure of the exhaust gas estimated from the amount of air taken into the combustion chamber 5 is corrected by the temperature of the exhaust gas, the accuracy of control for bringing the actual engine output closer to the target engine output is improved.
[0069]
Next, an exhaust emission control device according to a seventh embodiment will be described. Since the configuration of the exhaust purification system of the sixth embodiment is the same as that of the exhaust purification system of the second embodiment, description of the configuration will be omitted and only control of the shutoff valve will be described. In the seventh embodiment, the operation of the shutoff valve 46 is controlled based on the degree of stratification of the fuel injected into the combustion chamber 5 (hereinafter referred to as the stratification degree). That is, it is determined whether or not the stratification degree is higher than a predetermined degree, and the operation of the shutoff valve 46 is controlled according to the determination result.
[0070]
That is, the higher the degree of stratification, that is, the higher the degree that fuel is present around the spark plug 6b, the greater the amount of particulates discharged from the internal combustion engine. Therefore, when it is determined that the stratification degree is higher than a predetermined degree, the shutoff valve 46 is closed. According to this, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small.
[0071]
On the other hand, when it is determined that the stratification degree is lower than a predetermined degree, the shutoff valve 46 is opened. According to this, since the exhaust resistance caused by the exhaust purification device 22 is reduced, the output efficiency of the internal combustion engine is maintained high while the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small.
[0072]
The degree of stratification is estimated based on, for example, the depression amount of the accelerator pedal 40 or the air-fuel ratio in the combustion chamber 5. That is, when the depression amount of the accelerator pedal 40 is used, it is estimated that the stratification degree is lower as the depression amount of the accelerator pedal 40 is larger. Further, when the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is used, it is estimated that the degree of stratification becomes lower as the air-fuel ratio becomes closer to the stoichiometric air-fuel ratio.
[0073]
Next, an exhaust emission control device according to an eighth embodiment will be described. FIG. 12 shows an exhaust emission control device 22 of the eighth embodiment. In the eighth embodiment, an oxidation catalyst 55 capable of oxidizing and purifying hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas is disposed in the bypass passage 45. In this embodiment, the oxidation catalyst 55 may be a three-way catalyst that can simultaneously purify nitrogen oxide (NOx), HC, and CO in the exhaust gas at a high purification rate.
[0074]
The shutoff valve 46 is disposed in a region where the bypass passage 45 branches from the exhaust pipe 20, that is, in an upstream end region of the bypass passage 45. A step motor 47 is connected to the shut-off valve 46. The step motor 47 is connected to the output port 36 via a corresponding drive circuit 38.
[0075]
FIG. 13 shows the oxidation catalyst 55. FIG. 13A is an end view of the oxidation catalyst 55, and FIG. 13B is a longitudinal sectional view of the oxidation catalyst 55. As shown in FIGS. 13A and 13B, the oxidation catalyst 55 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust flow passages 56 extending in parallel to each other. A support layer made of alumina, for example, is formed on the wall surface of the partition wall 57 that defines the exhaust flow passage 56, and a noble metal catalyst such as platinum Pt is supported on the support layer.
[0076]
As indicated by the arrow in FIG. 13B, the exhaust gas flows in the exhaust flow passage 56 of the oxidation catalyst 55. That is, unlike the particulate filter 43, the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 55 flows out of the oxidation catalyst 55 only through the exhaust flow passage 56 without passing through the partition wall 57 of the oxidation catalyst 55. Therefore, the exhaust resistance caused by the oxidation catalyst 55 is much lower than the exhaust resistance caused by the particulate filter 43.
[0077]
Next, the operation of the exhaust emission control device 22 of the eighth embodiment will be described. The operation of the shut-off valve 46 of the exhaust purification device 22 of this embodiment is controlled according to the control of the shut-off valve in any of the embodiments described in this specification. However, in this embodiment, when the shut-off valve 46 is closed, all the exhaust gas flows into the particulate filter 43, but when the shut-off valve 46 is opened, all the exhaust gas flows into the oxidation catalyst 55. Inflow. Of course, in this embodiment, when the shut-off valve 46 is closed, all the exhaust gas flows into the particulate filter 43, while when the shut-off valve 46 is opened, a part of the exhaust gas is oxidized. While flowing into the catalyst 55, the remaining exhaust gas may flow into the particulate filter 43.
[0078]
According to this embodiment, when the shut-off valve 46 is opened and the exhaust gas is allowed to bypass the particulate filter 43 via the bypass passage 45, the HC and CO in the exhaust gas flowing into the bypass passage 45 can be obtained. Is oxidized and purified by the oxidation catalyst 55. Therefore, the amount of HC and CO in the exhaust gas flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small. That is, according to the present embodiment, the exhaust purification rate of the exhaust purification device 22 is maintained high as a whole.
[0079]
Of course, since the exhaust resistance caused by the oxidation catalyst 55 is much lower than the exhaust resistance caused by the particulate filter 43, the shutoff valve 46 is opened so that the exhaust gas flows into the bypass passage 45. Sometimes, the exhaust resistance caused by the exhaust purification device 22 is kept low.
[0080]
Of course, instead of the oxidation catalyst 55 of the present embodiment, a particulate filter having the same structure as the oxidation catalyst 55 may be arranged in the bypass passage 45. That is, a particulate filter configured so that the inflowing exhaust gas flows out only through the exhaust flow passage without passing through the partition may be arranged instead of the oxidation catalyst 55. The exhaust resistance caused by the particulate filter configured as described above is much lower than the exhaust resistance caused by the particulate filter 43.
[0081]
Next, an exhaust emission control device according to a ninth embodiment will be described. FIG. 14 shows an exhaust emission control device according to the ninth embodiment. In the exhaust emission control device 22 of the ninth embodiment, a particulate filter 43 is disposed in the exhaust pipe 20. The bypass passage 45 is formed in the particulate filter 43. 15 is a diagram showing the particulate filter 43, FIG. 15A is an end view of the particulate filter, and FIG. 15B is a longitudinal sectional view of the particulate filter. Is formed so as to extend from the upstream to the downstream of the center of the particulate filter 43. That is, the bypass passage 45 is formed in the particulate filter 43 and extends in parallel with the exhaust flow passages 50 and 51 of the particulate filter 43.
[0082]
A shutoff valve 46 is attached to the downstream end of the bypass passage 45. The shut-off valve 46 is urged by an urging means (not shown) so as to close the bypass passage 45. The urging force that urges the shut-off valve 46 to close is, for example, similar to the first embodiment, when the pressure of the exhaust gas flowing into the exhaust purification device 22 becomes a predetermined pressure. It is set to open.
[0083]
Of course, the exhaust purification device of this embodiment may be configured such that the shutoff valve 46 is opened or closed by the step motor.
[0084]
Next, an exhaust emission control device according to a tenth embodiment will be described. Since the configuration of the exhaust emission control device of the tenth embodiment is the same as the configuration of the exhaust emission control device of the second embodiment, the description of the configuration will be omitted, and the control of the shutoff valve of this embodiment will be described with reference to FIG. Only will be described. 16A shows the change over time in the required load L, FIG. 16B shows the change over time in the amount of particulates (exhaust particulates) PM discharged from the internal combustion engine, and FIG. Shows the operation.
[0085]
FIG. 16 shows a case where the required load L is smaller than the predetermined value Lth before time t1 and the required load L exceeds the predetermined value Lth at time t1. Before the time t1, the required load L is smaller than the predetermined value Lth, so stratified combustion is being performed. Therefore, before the time t1, the discharged particulate amount PM is relatively large. Before time t1, as shown in FIG. 16C, the shutoff valve 46 is closed to keep the amount of particulate flowing out downstream of the exhaust purification device 22 low.
[0086]
For example, when the required load L increases due to acceleration and the required load L exceeds a predetermined value Lth at time t1, the discharged particulate amount PM also temporarily increases. Here, when the required load L exceeds a predetermined value Lth, homogeneous combustion is executed. As described above, when the homogeneous combustion is being performed, the amount PM of discharged particulates is relatively small. However, when the required load L is rapidly increased as in this embodiment, the required load L increases. The discharged particulate amount PM temporarily increases. If the state where the required load L exceeds the predetermined value Lth continues, the discharged particulate amount PM becomes a relatively low amount.
[0087]
Here, according to the exhaust gas purification apparatus of the second embodiment, when the required load L exceeds the predetermined value Lth at time t1, and the combustion mode of the internal combustion engine is switched from stratified combustion to homogeneous combustion, FIG. As shown in C), the shut-off valve 46 is opened to a predetermined opening degree at a certain opening speed.
[0088]
However, in this case, when the shut-off valve 46 is opened, the discharged particulate amount PM increases at a stretch, and therefore the amount of particulate flowing out downstream of the exhaust purification device 22 increases at a stretch.
[0089]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 16D to 16F, the shutoff valve 46 is opened. That is, in the embodiment shown in FIG. 16D, even if the required load L exceeds the predetermined value Lth and the combustion mode of the internal combustion engine is switched from stratified combustion to homogeneous combustion, the shut-off valve 46 during the period a. Is opened, and the shutoff valve 46 is opened when the period a elapses. According to this, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept low.
[0090]
In the embodiment shown in FIG. 16E, when the required load L exceeds a predetermined value Lth and the combustion mode of the internal combustion engine is switched from stratified combustion to homogeneous combustion, that is, at time t1, the shut-off valve 46 is set. Although the valve is opened, during the period b, when the shut-off valve 46 is opened at a valve opening speed slower than the valve opening speed of the shut-off valve 46 in FIG. The shutoff valve 46 is opened to a predetermined degree of opening at the same valve opening speed as that of the shutoff valve 46 in FIG. According to this, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept low.
[0091]
Further, in the embodiment shown in FIG. 16F, when the required load L exceeds a predetermined value Lth and the combustion mode of the internal combustion engine is switched from stratified combustion to homogeneous combustion, that is, at time t1, the shutoff valve 46 is set. Although the valve is opened, the shut-off valve 46 is opened to a predetermined opening degree at a valve opening speed slower than the valve opening speed of the shut-off valve 46 in FIG. 16C during the period c in FIG. Like that. According to this, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept low.
[0092]
In the tenth embodiment, the period a shown in FIG. 16D corresponds to the amount PM of discharged particulates or the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device 22 when the shutoff valve 46 is opened. It is determined accordingly. Further, in the tenth embodiment, the opening speed of the shut-off valve 46 in the periods b and c shown in FIGS. 16E and 16F is also the exhaust particulate amount PM or the shut-off valve 46 is opened. Sometimes, it is appropriately determined according to the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device 22.
[0093]
Next, an exhaust emission control device according to an eleventh embodiment will be described. The configuration of the exhaust emission control device of the eleventh embodiment is the same as the configuration of the exhaust emission control device of the second embodiment except for the matters described below.
[0094]
When the operation of the internal combustion engine is started, that is, when the engine is started, a relatively large amount of unburned HC is discharged from the internal combustion engine. At this time, if the required load L is high, the shutoff valve 46 is opened, and the exhaust gas bypasses the particulate filter 43, a large amount of unburned HC flows out downstream of the exhaust purification device 22, which is not preferable. The purpose of this embodiment is to maintain a small amount of unburned HC flowing out downstream of the exhaust purification device 22 at the time of starting the engine.
[0095]
That is, in this embodiment, the particulate filter 43 carries an HC adsorbent capable of adsorbing unburned HC. The HC adsorbent of this embodiment is of a type that can capture HC by adsorbing when its temperature is lower than a certain temperature, and can release the captured HC when its temperature is higher than a certain temperature. HC adsorbent. Examples of the HC adsorbent include zeolite, mordenite, and sepilite. The released HC is oxidized and purified by the particulate filter 43.
[0096]
Therefore, according to this embodiment, when the engine is started, the unburned HC discharged from the internal combustion engine is carried by the particulate filter 43 by closing the shutoff valve 46 regardless of the required load L. Adsorbed to the HC adsorbent. For this reason, the amount of unburned HC flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small.
[0097]
When a certain period elapses after the operation of the internal combustion engine is started, the temperature of the particulate filter 43 rises and reaches a certain temperature, so that the unburned HC adsorbed on the HC adsorbent is oxidized and purified.
[0098]
However, if the temperature of the particulate filter 43 suddenly rises to reach a certain temperature and the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter 43 per unit time is relatively large, the particulate filter 43 is adsorbed by the HC adsorbent. Unburned HC is released from the adsorbent at once. In this case, unburned HC flows out of the particulate filter 43 downstream without being oxidized and purified by the HC adsorbent.
[0099]
Therefore, in this embodiment, as described above, the shutoff valve 46 is closed when the engine is started, the unburned HC discharged from the internal combustion engine is adsorbed and held by the HC adsorbent, and the temperature of the particulate filter 43 is increased. When the temperature rises to a certain temperature, the shut-off valve 46 is opened so that the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter 43 is reduced. Then, when a predetermined time elapses after the shut-off valve 46 is opened, the operation control of the shut-off valve 46 in another embodiment described in this specification is executed.
[0100]
According to this, the shutoff valve 46 is closed until the temperature of the particulate filter 43 reaches a constant temperature after the operation of the internal combustion engine is started, and the HC adsorbent carried on the particulate filter 43 is closed. Unburned HC is adsorbed. For this reason, the amount of unburned HC flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small. On the other hand, when the temperature of the particulate filter 43 reaches a certain temperature, the shut-off valve 46 is opened, the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter 43 is kept small, and the unadsorbed HC adsorbent The unburned HC adsorbed on the HC adsorbent is oxidized and purified while the fuel HC is prevented from flowing out downstream of the exhaust purification device 22 without being oxidized and purified. For this reason, the amount of unburned HC flowing out downstream of the exhaust purification device 22 is kept small.
[0101]
When the temperature of the particulate filter 43 reaches a certain temperature, the amount of unburned HC discharged from the internal combustion engine per unit time is already relatively small.
[0102]
FIG. 17 shows a flowchart executed to control the operation of the shutoff valve 46 when the engine is started in the exhaust purification device 22 of the eleventh embodiment. First, at step 10, it is judged if the engine start flag F is reset (F = 0). The engine start flag F is reset when the internal combustion engine is started, and is set when the shut-off valve 46 is opened for the first time after the engine is started.
[0103]
When it is determined at step 10 that F = 0, the routine proceeds to step 11 where it is determined whether or not the temperature TF of the particulate filter 43 is higher than the constant temperature TFth (TF> TFth). As described above, since the engine start flag F is reset when the internal combustion engine is started, the routine proceeds to step 11 immediately after the internal combustion engine is started.
[0104]
When it is determined at step 11 that TF> TFth, the routine proceeds to step 12 where the shut-off valve 46 is opened, and then at step 13, the engine start time flag F is set. Therefore, once the temperature of the particulate filter 43 becomes higher than a certain temperature and the shut-off valve 46 is opened, it is determined in step 10 that F = 1.
[0105]
On the other hand, when it is determined in step 11 that TF ≦ TFth, the routine proceeds to step 14 where the shutoff valve 46 is closed. Therefore, according to this flowchart, the shutoff valve 46 is kept closed until the engine start flag F is set in step 13.
[0106]
Next, an exhaust emission control device according to a twelfth embodiment will be described. An exhaust purification device 22 of the twelfth embodiment is shown in FIG. In the exhaust purification device 22 of the present embodiment, a bypass passage 45 is formed in the casing 23 for housing the particulate filter 43. A shutoff valve 46 is disposed in the bypass passage 45. A step motor 47 is connected to the difference 46. The step motor 47 is connected to the output port 36 via a corresponding drive circuit 38.
[0107]
In the exhaust purification device 22 of the present embodiment, since the bypass passage 45 is formed in the casing 23, there is an advantage that the overall size of the exhaust purification device 22 is reduced. As the operation control of the shut-off valve 46 of this embodiment, the control in another embodiment described in this specification is applied.
[0108]
Next, an exhaust emission control device according to a thirteenth embodiment will be described. An exhaust purification device 22 of the thirteenth embodiment is shown in FIG. In the present embodiment, the silencer 58 is the exhaust purification device 22. The silencer 58 includes an exhaust inflow pipe 70 and an exhaust outflow pipe 71. In the silencer 58, a first chamber 72, a second chamber 73, and a third chamber 74 are formed.
[0109]
The exhaust inflow pipe 70 extends from the outside to the second chamber 73 through the first chamber 72. An upstream end opening of the exhaust inflow pipe 70 is connected to the exhaust pipe 20. On the other hand, the downstream end opening of the exhaust inflow pipe 70 opens into the second chamber 73. Further, the exhaust inflow pipe 70 has a large number of holes on its side wall. These holes open into the first chamber 72. Further, the exhaust outlet pipe 71 extends from the third chamber 74 to the outside through the second chamber 72. The upstream end opening of the exhaust outlet pipe 71 opens into the third chamber 74. On the other hand, the downstream end opening of the exhaust outlet pipe 71 is connected to the exhaust pipe 20.
[0110]
Further, a bypass passage 45 is formed in the silencer 58 so as to extend from the second chamber 73 to the third chamber 74. The upstream end opening of the bypass passage 45 opens into the second chamber 73. On the other hand, the downstream end opening of the bypass passage 45 opens into the third chamber 74. Further, a shutoff valve 46 is attached to the downstream end opening of the bypass passage 45. The shut-off valve 46 is energized so as to close in the same manner as in the first embodiment, and when the pressure of the exhaust gas in the first chamber 73 becomes a certain pressure, It can be opened.
[0111]
Further, the particulate filter 43 is disposed in the silencer 58 so as to extend from the first chamber 72 to the third chamber 74. The upstream end surface of the particulate filter 43 is located in the first chamber 72. On the other hand, the downstream end face of the particulate filter 43 is located in the third chamber 74.
[0112]
In the present embodiment, the shutoff valve 46 is closed when the pressure of the silencer 58, that is, the exhaust gas flowing into the exhaust purification device 22 is lower than a predetermined pressure. At this time, as indicated by an arrow in FIG. 19A, all the exhaust gas flows out into the first chamber 72 through a large number of holes of the exhaust inflow pipe 70 and passes through the particulate filter 43 to the third chamber. 74 flows in. Thereafter, the exhaust gas in the third chamber 74 is released downstream through the exhaust outlet pipe 71.
[0113]
On the other hand, when the pressure of the exhaust gas flowing into the exhaust purification device 22 becomes higher than a certain predetermined pressure, the shutoff valve 46 is opened. At this time, a part of the exhaust gas flows into the second chamber 73 from the downstream end opening of the exhaust inflow pipe 70 as indicated by the arrow in FIG. The exhaust gas that has flowed into the second chamber 73 flows into the third chamber 73 via the bypass passage 45. On the other hand, the remaining exhaust gas flows out into the first chamber 72 through a large number of small holes of the exhaust inflow pipe 70 and flows into the third chamber 74 through the particulate filter 43. The exhaust gas in the third chamber 74 is discharged downstream through the exhaust outlet pipe 71.
[0114]
According to this embodiment, since the exhaust purification device 22 is formed in the silencer 58, the size of the exhaust purification device 22 is reduced. The operation of the shut-off valve 46 of this embodiment is the same as the operation of the shut-off valve of the first embodiment.
[0115]
Next, an exhaust emission control device according to a fourteenth embodiment will be described. The exhaust purification device 22 of the fourteenth embodiment is shown in FIG. Referring to FIG. 20A, in the exhaust gas purification device 22, the exhaust pipe 20 branches into a first exhaust branch pipe 20a and a second exhaust branch pipe 20b. The first exhaust branch pipe 20 a and the second exhaust branch pipe 20 b are connected via a particulate filter 43. In other words, the particulate filter 43 is disposed in a loop-shaped exhaust passage formed by the first exhaust branch pipe 20a and the second exhaust branch pipe 20b.
[0116]
In the exhaust branch pipe branching region where the first exhaust branch pipe 20a and the second exhaust branch pipe 20b branch, a shutoff valve 46 is disposed in the exhaust pipe 20. A step motor 47 is connected to the shut-off valve 46. The step motor 47 is connected to the output port 36 via a corresponding drive circuit 38.
[0117]
When the shutoff valve 46 is positioned at the first operating position shown in FIG. 20A, the exhaust gas flows from the exhaust pipe 20 into the first exhaust branch pipe 20a. Then, the exhaust gas flows out to the second exhaust branch pipe 20 b through the particulate filter 43. Further, the exhaust gas flows into the exhaust pipe 20 in the exhaust branch pipe branching region where the shutoff valve 46 is disposed.
[0118]
On the other hand, when the shut-off valve 46 is positioned at the second operating position shown in FIG. 20B, the exhaust gas flows from the exhaust pipe 20 into the second exhaust branch pipe 20b. Then, the exhaust gas flows out through the particulate filter 43 to the first exhaust branch pipe 20a. Further, the exhaust gas flows into the exhaust pipe 20 in the exhaust branch pipe branching region where the shutoff valve 46 is disposed.
[0119]
Therefore, the exhaust gas flowing into the particulate filter 43 is switched by switching the operation position of the shut-off valve 46 between the first operation position shown in FIG. 20A and the second operation position shown in FIG. The gas direction is reversed. By periodically switching the operation position of the shut-off valve 46, the particulates accumulated in the particulate filter 43 can be caused to flow in the particulate filter 43. And according to this, the oxidation removal of the microparticles by the active oxygen generated by the active oxygen generator described later is promoted.
[0120]
By the way, when the operation position of the shutoff valve 46 is positioned at the neutral operation position shown in FIG. 20C, the exhaust gas hardly flows into the first exhaust branch pipe 20a and the second exhaust branch pipe 20b. Almost all the exhaust gas flows into the exhaust pipe 20 downstream of the exhaust branch pipe branching region. That is, in this case, the exhaust gas bypasses the particulate filter 43.
[0121]
In the present embodiment, in the other embodiments described above, when the shut-off valve 46 is to be closed, the shut-off valve 46 is positioned at the first operating position or the second operating position, or alternatively, the first operating position and the second operating position. It is positioned alternately with the operating position. On the other hand, in this embodiment, in the other embodiments described above, when the shut-off valve 46 is to be opened, the shut-off valve 46 is positioned at the neutral operation position.
[0122]
By the way, as described above, the particulate filter 43 carries an active oxygen generator in order to continuously oxidize and remove the fine particles without generating a luminous flame. Finally, the active oxygen generator will be described.
[0123]
In the above-described embodiments, platinum Pt is used as the noble metal catalyst, and as the active oxygen generator, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, and rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca, and strontium Sr are used. At least one selected from alkaline earth metals, rare earths such as lanthanum La, yttrium Y, cerium Ce, transition metals such as iron Fe, and carbon group elements such as tin Sn is used.
[0124]
Further, as the active oxygen generator, it is preferable to use 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, and strontium Sr.
[0125]
Next, the particulate removal action by the particulate filter 43 will be described by taking as an example the case where platinum Pt and potassium K are supported on a carrier, but other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, and transition metals are used. Even if it is used, the same fine particle removing action is performed.
[0126]
When the ratio of the air and fuel supplied into the intake passage and the combustion chamber 5 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the exhaust gas flowing into the particulate filter 43 is Contains a large amount of excess air. Further, when the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean, NO is generated in the combustion chamber 5. Therefore, NO is contained in the exhaust gas. In addition, the fuel contains a sulfur component S, which reacts with oxygen in the combustion chamber 5 to react with SO.₂It becomes. Therefore, in the exhaust gas, SO₂It is included. For this reason, excess oxygen, NO and SO₂The exhaust gas containing the gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 43.
[0127]
FIGS. 21A and 21B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the peripheral wall surface of the exhaust gas inflow passage 50. In FIGS. 21A and 21B, reference numeral 60 denotes particles of platinum Pt, and reference numeral 61 denotes an active oxygen generator containing potassium K.
[0128]
As described above, when 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 43, as shown in FIG. Oxygen O₂Is O₂ ^-Or O^2-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 O^2-Reacts with NO₂(2NO + O₂→ 2NO₂). Then the generated NO₂Is oxidized on platinum Pt and held in the active oxygen generator 61, and as shown in FIG. 21 (A), nitrate ions NO while binding with potassium K._Three ^-Diffused into the active oxygen generator 61 in the form of potassium nitrate KNO_ThreeIs generated. That is, as a result, oxygen in the exhaust gas is converted to potassium nitrate KNO._ThreeIn the form of the active oxygen generator 61.
[0129]
On the other hand, as described above, SO gas is contained in the exhaust gas.₂If SO is included, this SO₂Is also held in the active oxygen generator 61 by the same mechanism as NO. That is, as described above, oxygen O₂Is O₂ ^-Or O^2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of SO₂Is O on the surface of platinum Pt.₂ ^-Or O^2-Reacts with SO_ThreeIt becomes. The generated SO is then_ThreeIs partly oxidized on the platinum Pt while being retained in the active oxygen generator 61 and bonded with potassium K to sulfate ions SO._Four ^2-Diffused into the active oxygen generator 61 in the form of potassium sulfate K₂SO_FourIs generated. That is, as a result, the oxygen in the exhaust gas is potassium sulfate K.₂SO_FourIn the form of the active oxygen generator 61.
[0130]
On the other hand, when fine particles made of carbon C are generated in the combustion chamber 5, these fine particles are contained in the exhaust gas. These fine particles contained in the exhaust gas are shown in FIG. 21B when the exhaust gas flows through the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 43 or when it passes through the pores of the partition wall 54. In contact with and adhere to the surface of the carrier layer, for example, the surface of the active oxygen generator 61, as indicated at 62 in FIG.
[0131]
When the fine particles 62 adhere to the surface of the active oxygen generating agent 61 in this way, the oxygen concentration decreases at the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generating agent 61. When the oxygen concentration is lowered, a difference in concentration occurs between the active oxygen generator 61 having a high oxygen concentration, and thus oxygen in the active oxygen generator 61 is brought into contact with the fine particles 62 and the active oxygen generator 61. Try to move towards. As a result, potassium nitrate KNO formed in the active oxygen generator 61_ThreeIs decomposed into potassium K, oxygen O, and NO, and oxygen O goes to the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generator 61, while NO is released from the active oxygen generator 61 to the outside. The NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side and is held in the active oxygen generator 61 again.
[0132]
At this time, potassium sulfate K formed in the active oxygen generator 61₂SO_FourAlso potassium K, oxygen O and SO₂Oxygen O is directed to the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generator 61, while the SO₂Is released from the active oxygen generator 61 to the outside. SO released to the outside₂Is oxidized on the platinum Pt on the downstream side and again held in the active oxygen generator 61. However, potassium sulfate K₂SO_FourIs stable and difficult to decompose, so potassium sulfate K₂SO_FourIs potassium nitrate KNO_ThreeIt is harder to release oxygen than.
[0133]
Incidentally, the oxygen O toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generator 61 is potassium nitrate KNO._ThreeAnd potassium sulfate K₂SO_FourIt is oxygen decomposed from a compound such as Thus, oxygen O decomposed from the compound has an unpaired electron and has extremely high reactivity. Therefore, oxygen toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generator 61 is active oxygen O. Similarly, the reaction process of NO and oxygen in the active oxygen generator 61 or SO₂Oxygen generated in the reaction process of oxygen with oxygen is also active oxygen. That is, the active oxygen generator 61 converts NO into nitrate ion NO._Three ^-Or when holding in the form of SO₂Sulfate ion SO_Four ^2-Even when held in the form of active oxygen is produced.
[0134]
When these active oxygens O come into contact with the fine particles 62, the fine particles 62 are oxidized without emitting a luminous flame within a short time (several seconds to several tens of minutes), and the fine particles 62 disappear completely. Therefore, the fine particles 62 are hardly deposited on the particulate filter 43. That is, the particulate filter 43 carries an oxidation catalyst.
[0135]
When the particulates deposited in a layered manner on the particulate filter 43 are removed by combustion as in the prior art, the particulate filter 43 becomes red hot and the particulates burn with a flame. Combustion with such a flame does not last unless the temperature is high. Therefore, in order to maintain the combustion with such a flame, the temperature of the particulate filter 43 must be maintained at a high temperature.
[0136]
On the other hand, in the present invention, as described above, the fine particles 62 are oxidized without generating a luminous flame. At this time, the surface of the particulate filter 43 does not become red hot. In other words, in the present invention, the fine particles 62 are removed by oxidation at a considerably lower temperature than in the prior art. 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 the conventional combustion with a flame.
[0137]
By the way, the activity of platinum Pt and the active oxygen generator 61 depends on the temperature of the particulate filter 43. Therefore, the amount of fine particles that can be removed by oxidation without generating a luminous flame per unit time in the particulate filter 43 (the amount of fine particles that can be removed by oxidation) varies depending on the temperature of the particulate filter 43. FIG. 22 shows the amount of particulates that can be removed by oxidation of the particulate filter 43.
[0138]
The solid line in FIG. 22 shows the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, which changes according to the temperature TF of the particulate filter 43 (hereinafter referred to as filter temperature) TF. The amount of fine particles flowing into the particulate filter 43 per unit time is referred to as an inflow fine particle amount M. When the inflow fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particle G, that is, when it is in the region I in FIG. When all the particulates that have flowed into the particulate filter 43 come into contact with the particulate filter 43, they are oxidized and removed on the particulate filter 43 without emitting a bright flame within a short time (several seconds to several tens of minutes).
[0139]
On the other hand, when the amount M of inflowing particulates is larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation, that is, in the region II in FIG. 22, the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the particulates. FIGS. 23A to 23C show the state of oxidation of fine particles in such a case. That is, when the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the fine particles, as shown in FIG. 23A, when the fine particles 62 adhere on the active oxygen generating agent 61, one of the fine particles 62 is obtained. Only the part is oxidized, and the fine particle part which is not sufficiently oxidized remains on the carrier layer. Subsequently, when the state where the amount of active oxygen is insufficient continues, the fine particle portion that has not been oxidized from one to the next remains on the carrier layer. As a result, as shown in FIG. Is covered with the residual fine particle portion 63.
[0140]
If the surface of the carrier layer is covered with the residual fine particle portion 63, NO, SO by platinum Pt₂It is difficult to generate the active oxygen by the active oxygen generator 61 and the active oxygen generator 61, and even if these oxidizing and generating operations are performed, most of the residual fine particle portion 63 is separated from the platinum Pt. Therefore, it is difficult to receive the oxidizing action of platinum Pt. For this reason, the residual fine particle portion 63 remains without being oxidized, and the fine particle 64 deposited on the residual fine particle portion 63 then remains without being oxidized for the same reason. Thus, as shown in FIG. 23C, other fine particles 64 are deposited on the residual fine particle portion 63 one after another. That is, the fine particles are deposited in a laminated form.
[0141]
When the fine particles are stacked in this manner, the fine particles 64 are no longer oxidized by the active oxygen O, so that further fine particles are sequentially deposited on the fine particles 64. That is, when the state where the amount M of inflowing particulates is larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation continues, particulates accumulate on the particulate filter 43 in a layered manner, and thus the exhaust gas temperature is raised to a high temperature, or The accumulated particulates cannot be ignited and combusted unless the temperature of the particulate filter 43 is set to a high temperature.
[0142]
As described above, in the region I in FIG. 22, the fine particles are oxidized on the particulate filter 43 within a short time without emitting a bright flame, and in the region II in FIG. 22, the fine particles are laminated on the particulate filter 43. To deposit. Therefore, in order to prevent the fine particles from depositing on the particulate filter 43 in a stacked manner, the inflowing fine particle amount M needs to be always smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G.
[0143]
As can be seen from FIG. 22, the particulate filter 43 of the present invention can oxidize particulates even when the filter temperature TF is considerably low. Therefore, the inflow particulate amount M and the filter temperature TF are oxidized by the inflow particulate amount M. It is always maintained to be smaller than the amount G of removable fine particles. If the inflowing particulate amount M is always smaller than the oxidizable and removable particulate amount G in this way, the particulates hardly accumulate on the particulate filter 43, and thus the back pressure hardly increases.
[0144]
On the other hand, as described above, once the fine particles are deposited in a laminated form on the particulate filter 43, the fine particles are oxidized by the active oxygen O even if the inflowing fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G. It is difficult. However, when the fine particle portion that has not been oxidized begins to remain, that is, when the amount of inflowing fine particles M is smaller than the fine particle amount G that can be removed by oxidation when the fine particles are deposited below a certain limit, the residual fine particle portion. Is oxidized and removed by the active oxygen O without generating a luminous flame.
[0145]
By the way, as described above, once the fine particles are deposited on the particulate filter 43 in a laminated form, even if the inflow fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G, the fine particles are oxidized by the active oxygen O. Have difficulty. In particular, immediately after the engine is started, the temperature TF of the particulate filter 43 is low. Therefore, at this time, the inflowing particulate amount M is larger than the oxidizable and removable particulate amount G. However, when the non-oxidized fine particle portion starts to remain, that is, when the fine particle is deposited below a certain limit, if the inflowing fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G, the residual fine particle portion Is oxidized and removed by the active oxygen O without generating a luminous flame.
[0146]
Therefore, in the present invention, the inflowing particulate amount M is usually smaller than the oxidatively removable particulate amount G, but even if the inflowing particulate amount M temporarily exceeds the oxidatively removable particulate amount G, As shown in FIG. 23 (B), the carrier layer surface is not covered by the residual fine particle portion 63, that is, when the inflowing fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G, a certain limit that can be removed by oxidation The inflow particulate amount M and the filter temperature TF are maintained so that only the following amount of particulates are stacked on the particulate filter 43.
[0147]
However, even if the inflowing particulate amount M and the filter temperature TF are controlled in this way, the particulates may be deposited on the particulate filter 43 in a laminated form. Therefore, according to the present invention, in such a case, the particulates deposited on the particulate filter 43 are oxidized without emitting a luminous flame by temporarily enriching the air-fuel ratio of a part or the whole of the exhaust gas. Like that.
[0148]
That is, if the state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean continues for a certain period, a large amount of oxygen is deposited on the platinum Pt, and the catalytic action of the platinum Pt is reduced. However, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas, oxygen is removed from the platinum Pt, and thus the catalytic action of the platinum Pt is restored. Accordingly, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, the active oxygen O is easily released from the active oxygen generator 61 to the outside at a stretch. Thus, the fine particles deposited by the active oxygen O released at once are transformed into a state in which they are easily oxidized, and the fine particles are burned and removed by the active oxygen without generating a luminous flame. Thus, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, the amount of particulates G that can be oxidized and removed increases as a whole.
[0149]
In this case, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be made rich when the particulates are deposited in a laminated form on the particulate filter 43, and the exhaust gas is periodically exhausted regardless of whether the particulates are deposited in a laminated form. The air / fuel ratio of the gas may be made rich.
[0150]
As a method for enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas, for example, when the engine load is relatively low, the throttle valve 17 is opened so that the EGR rate (EGR gas amount / (intake air amount + EGR gas amount)) is 65% or more. It is possible to use a method of controlling the injection amount so that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich at this time by controlling the degree and the opening of the EGR control valve 25.
[0151]
An example of the operation control routine of the internal combustion engine described above is shown in FIG. Referring to FIG. 24, first, at step 100, it is judged if the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 should be made rich. When it is not necessary to make the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 rich, the opening degree of the throttle valve 17 is controlled in step 101 so that the amount M of inflowing particulates is smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. The opening degree of the control valve 25 is controlled, and in step 103, the fuel injection amount is controlled.
[0152]
On the other hand, when it is determined in step 100 that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 should be rich, the opening degree of the throttle valve 17 is controlled in step 104 so that the EGR rate becomes 65% or more. In step 106, the opening of the EGR control valve 25 is controlled, and the fuel injection amount is controlled in step 106 so that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich.
[0153]
【The invention's effect】
According to the present invention, when stratified combustion is being performed, all exhaust gas is allowed to flow downstream of the exhaust purification device via the particulate filter, while when homogeneous combustion is being performed, at least some of the exhaust gas is exhausted. The gas bypasses the particulate filter and flows out downstream of the exhaust purification device. Here, generally, when stratified combustion is being performed, the amount of particulates in the exhaust gas flowing into the exhaust purification device is large, whereas when homogeneous combustion is being performed, the exhaust gas flowing into the exhaust purification device The amount of fine particles inside is small. Therefore, according to the present invention, the amount of particulates flowing out downstream of the exhaust purification device is maintained as small as possible as a whole, and the exhaust resistance due to the exhaust purification device is maintained as low as possible as a whole.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine provided with an exhaust purification device of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an exhaust emission control device of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a modified example of the exhaust purification system of the first embodiment.
FIG. 4 is a view showing a modification of the exhaust emission control device of the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a particulate filter.
FIG. 6 is a diagram showing a map used for operation control of the internal combustion engine.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the pressure of exhaust gas and the amount of fine particles discharged from an internal combustion engine.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the pressure of exhaust gas, the amount of fine particles flowing out downstream of the exhaust purification device, and the exhaust resistance caused by the exhaust purification device.
FIG. 9 is a diagram showing an exhaust emission control device of a second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing an exhaust emission control device of a third embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing an exhaust emission control device of a fourth embodiment.
FIG. 12 is a view showing an exhaust emission control device according to an eighth embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing an oxidation catalyst according to an eighth embodiment.
FIG. 14 is a view showing an exhaust emission control device of a ninth embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a particulate filter according to a ninth embodiment.
FIG. 16 is a view for explaining the operation of the shut-off valve in the exhaust purification system of the tenth embodiment.
FIG. 17 is a flowchart for executing control of a shut-off valve at the time of engine start in the exhaust gas purification apparatus of the eleventh embodiment.
FIG. 18 is a view showing an exhaust emission control device of a twelfth embodiment.
FIG. 19 is a view showing an exhaust emission control device of a thirteenth embodiment.
FIG. 20 is a view showing an exhaust emission control device according to a fourteenth embodiment.
FIG. 21 is a diagram for explaining the particulate purification action of the particulate filter.
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the temperature of a particulate filter and the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
FIG. 23 is a view for explaining the action of depositing fine particles on the particulate filter.
FIG. 24 is a flowchart for executing operation control of an internal combustion engine for purifying particulates in a particulate filter.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
5 ... Combustion chamber
6 ... Fuel injection valve
6b ... Spark plug
22 ... Exhaust gas purification device
43 ... Particulate filter
45. Bypass passage
46 ... Shut-off valve
48 ... Pressure sensor
49 ... Particulate sensor
55 ... Oxidation catalyst

Claims (3)

内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために機関排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を遮断することができる遮断弁とを具備し、内燃機関が、点火栓周りにのみ燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる成層燃焼と、燃焼室全体に燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる均質燃焼とを選択的に実行することができ、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも小さいときには成層燃焼を実行し、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも大きいときには均質燃焼を実行するようになっている排気浄化装置において、成層燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を遮断し、均質燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を開放するようになっており、均質燃焼が実行されているときであってもパティキュレートフィルタによる圧力損失が予め定められた値よりも小さいときには遮断弁がバイパス通路を遮断するようになっていることを特徴とする排気浄化装置。A particulate filter disposed in the engine exhaust passage for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, a bypass passage that bypasses the particulate filter, and a shutoff that can shut off the bypass passage Stratified combustion in which the internal combustion engine injects fuel from the fuel injection valve so that the fuel exists only around the spark plug and burns the fuel, and the fuel exists so that the fuel exists in the entire combustion chamber. It is possible to selectively execute homogeneous combustion in which fuel is injected from the injection valve and combusted. When the required load is smaller than a threshold value determined according to the engine speed, stratified combustion is executed, and the required load is reduced. When the stratified charge combustion is being performed in the exhaust gas purification apparatus configured to perform the homogeneous combustion when it is larger than a threshold value determined according to the engine speed. The shut-off valve shuts off the bypass passage, and when the homogeneous combustion is performed, the shut-off valve opens the bypass passage. Even when the homogeneous combustion is being performed, the pressure loss due to the particulate filter is reduced. exhaust purifying apparatus you characterized in that shut-off valve is adapted to shut off the bypass passage when less than a predetermined value. 内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために機関排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を遮断することができる遮断弁とを具備し、内燃機関が、点火栓周りにのみ燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる成層燃焼と、燃焼室全体に燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる均質燃焼とを選択的に実行することができ、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも小さいときには成層燃焼を実行し、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも大きいときには均質燃焼を実行するようになっている排気浄化装置において、成層燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を遮断し、均質燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を開放するようになっており、内燃機関が冷却水によって冷却されるようになっており、均質燃焼が実行されているときであっても該冷却水の温度が予め定められた温度よりも低いときには遮断弁がバイパス通路を遮断するようになっていることを特徴とする排気浄化装置。  A particulate filter disposed in the engine exhaust passage for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, a bypass passage that bypasses the particulate filter, and a shutoff that can shut off the bypass passage Stratified combustion in which the internal combustion engine injects fuel from the fuel injection valve so that the fuel exists only around the spark plug and burns the fuel, and the fuel exists so that the fuel exists in the entire combustion chamber. It is possible to selectively execute homogeneous combustion in which fuel is injected from the injection valve and combusted. When the required load is smaller than a threshold value determined according to the engine speed, stratified combustion is executed, and the required load is reduced. When the stratified charge combustion is being performed in the exhaust emission control device configured to perform homogeneous combustion when it is larger than a threshold value determined according to the engine speed. When the shut-off valve shuts off the bypass passage and homogeneous combustion is being performed, the shut-off valve opens the bypass passage, and the internal combustion engine is cooled by cooling water, so that homogeneous combustion is performed. An exhaust emission control device, wherein the shutoff valve shuts off the bypass passage when the temperature of the cooling water is lower than a predetermined temperature even when the coolant is being used. 内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために機関排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を遮断することができる遮断弁とを具備し、内燃機関が、点火栓周りにのみ燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる成層燃焼と、燃焼室全体に燃料が存在するように燃料噴射弁から燃料を噴射してこの燃料を燃焼させる均質燃焼とを選択的に実行することができ、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも小さいときには成層燃焼を実行し、要求負荷が機関回転数に応じて定まる閾値よりも大きいときには均質燃焼を実行するようになっている排気浄化装置において、成層燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を遮断し、均質燃焼が実行されているときには遮断弁がバイパス通路を開放するようになっており、内燃機関から排出される微粒子の量を検出するための微粒子量検出手段を更に具備し、該微粒子量検出手段によって検出される微粒子の量が予め定められた量よりも多いときには、均質燃焼が実行されているときであっても遮断弁がバイパス通路を遮断するようになっていることを特徴とする排気浄化装置。  A particulate filter disposed in the engine exhaust passage for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, a bypass passage that bypasses the particulate filter, and a shutoff that can shut off the bypass passage Stratified combustion in which the internal combustion engine injects fuel from the fuel injection valve so that the fuel exists only around the spark plug and burns the fuel, and the fuel exists so that the fuel exists in the entire combustion chamber. It is possible to selectively execute homogeneous combustion in which fuel is injected from the injection valve and combusted. When the required load is smaller than a threshold value determined according to the engine speed, stratified combustion is executed, and the required load is reduced. When the stratified charge combustion is being performed in the exhaust emission control device configured to perform homogeneous combustion when it is larger than a threshold value determined according to the engine speed. The shut-off valve shuts off the bypass passage, and when the homogeneous combustion is being performed, the shut-off valve opens the bypass passage, and a particulate amount detection means for detecting the amount of particulate discharged from the internal combustion engine is provided. Further, when the amount of fine particles detected by the fine particle amount detection means is larger than a predetermined amount, the shutoff valve shuts off the bypass passage even when homogeneous combustion is being performed. An exhaust emission control device characterized by that.

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