專利名稱：尾氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機的尾氣凈化裝置。
背景技術：
在現(xiàn)有技術的柴油發(fā)動機中，包含在尾氣中的顆粒是通過下述方式被除掉的在發(fā)動機的排氣通道內設置一個微粒過濾器并用該微粒過濾器收集尾氣中的顆粒，然后點燃這些收集在微粒過濾器中的顆粒并使其燃燒，目的是重復利用這種微粒過濾器。但是，收集在微粒過濾器中的顆粒只有在溫度至少約為600℃時才會點燃。但，柴油機的尾氣溫度通常遠遠低于600℃。因此，很難利用尾氣的熱量點燃收集在微粒過濾器中的微粒。為了能夠利用尾氣的熱量點燃收集在微粒過濾器中的顆粒，就需要降低顆粒的燃點。
但是，如果微粒過濾器上裝有催化劑，那么就可以降低顆粒的燃點，這在本領域內已經(jīng)是公知的。因此，在本領域內已經(jīng)有很多種帶有催化劑的公知微粒過濾器，用來降低微粒的燃點。
例如，日本已審結的專利(Kokoku)第7-106290中公開了一種微粒過濾器，其包括一個攜帶有鉑系金屬和堿土金屬氧化物的混合物的微粒過濾器。在這種微粒過濾器中，微粒可在約為350℃至400℃的較低溫度下點燃，而且能夠繼續(xù)燃燒。
概括地說，本發(fā)明所要解決的問題在于當柴油機內的載荷變得很高時，尾氣的溫度將從350℃增加至400℃，這樣，對于上述微粒過濾器，當發(fā)動機載荷變大時好象通過尾氣的熱量就可使顆粒燃燒。但在實際中，即使尾氣的溫度已達到350℃至400℃，有時仍然不能點燃微粒。此外，即使微粒被點燃，那么也僅有一些微粒燃燒，而大量的微粒仍然保持在未燃燒狀態(tài)下。
就是說，當尾氣中所含的顆粒量很小時，附著在微粒過濾器上的顆粒量也很少。這時，如果尾氣的溫度達到350至400℃，那么微粒過濾器上的顆粒就會被點燃，而且能夠繼續(xù)燃燒。
如果尾氣中所含的顆粒量較大，那么在沉積于微粒過濾器上的顆粒完全燃燒前，其它顆粒又會附著在那些顆粒上。這樣，微粒就會以多層的形式沉積在微粒過濾器上。如果微粒以這種多層方式沉積在微粒過濾器上，那么那些容易和氧接觸的顆粒就會燃燒，但未與氧接觸的其余顆粒就不會燃燒，因此就會有大量的顆粒仍然沒有燃燒。所以，如果尾氣中所含的微粒數(shù)量較大，那么就會有大量的微粒繼續(xù)沉積在微粒過濾器上。
另外，如果有大量的微粒沉積在微粒過濾器上，那么已經(jīng)沉積下來的顆粒就會變得越來越難以點燃和燃燒。由于顆粒中的碳在沉積過程中會轉變成不易燃燒的石墨，因此顆粒也就更不容易燃燒。實際上，如果有大量的微粒繼續(xù)沉積在微粒過濾器上，那么已經(jīng)沉積下來的微粒在350℃至400℃的較低溫度下就不會被點燃。要點燃已經(jīng)沉積下來的微粒，就要求使溫度高于600℃。但在柴油機中，尾氣的溫度通常不會超過600℃的高溫。因此，如果有大量的微粒繼續(xù)沉積在微粒過濾器上，那么尾氣中的熱量就很難點燃已經(jīng)沉積下來的顆粒。
此外，如果這時能夠使尾氣的溫度高達600℃以上，那么已經(jīng)沉積下來的顆粒就會被點燃，但在這種情況下又會出現(xiàn)另外一個問題。就是說，在這種情況下，如果將已沉積的微粒點燃，那么燃燒的同時，還會產(chǎn)生光焰。這時，微粒過濾器的溫度就在很長一段時間內保持在800℃以上，直到沉積下來的顆粒被完全燒光。如果微粒過濾器以這種方式長時間處于超過800℃的高溫條件下，那么微粒過濾器就會很快老化，因此就產(chǎn)生了一個問題必須經(jīng)常用新的過濾器更換舊的微粒過濾器。
發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于防止尾氣凈化裝置的微粒過濾器在沉積于過濾器上顆粒的燃燒所產(chǎn)生的熱量的作用下產(chǎn)生老化。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于發(fā)動機的尾氣凈化裝置，而發(fā)動機上設置有一個燃燒室，該凈化裝置包括一個尾氣通道；一個微粒過濾器，該過濾器設置于尾氣通道內并用于通過氧化作用除去從燃燒室排出的尾氣中的微粒；一個用于控制流入微粒過濾器中的尾氣特性(指標)的裝置；用于判斷微粒過濾器是否在顆粒氧化所產(chǎn)生的熱量作用下而導致老化的裝置，其中當判斷裝置判斷出微粒過濾器將由于熱而產(chǎn)生老化時，控制裝置就會改變流入到微粒過濾器中的尾氣特性(指標)，從而防止微粒過濾器產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，控制裝置能夠控制流入微粒過濾器中的尾氣量，而且當判斷裝置判斷出微粒過濾器將由于熱而產(chǎn)生老化時，該控制裝置將執(zhí)行能夠使流入微粒過濾器中的尾氣量小于第一極限值的第一控制操作或能夠使流入微粒過濾器中的尾氣量大于第二極限值的第二控制操作，而第二極限值大于第一極限值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，當判斷裝置判斷出微粒過濾器將由于受熱而老化時，在控制裝置改變尾氣特性(指標)之前，判斷裝置就會判斷微粒過濾器的溫度是否通過改變尾氣的特性(指標)而低于預定的溫度，尾氣中的氧濃度是否通過改變尾氣的特性(指標)而小于預定的濃度，而且控制裝置將改變尾氣的特性(指標)，以使微粒過濾器的溫度低于預定的溫度，這時，判斷裝置判斷出微粒過濾器的溫度將通過改變尾氣的特性(指標)而低于預定的溫度；控制裝置還會改變尾氣的特性(指標)，以使尾氣中的氧濃度低于預定的濃度，這時，判斷裝置就會判斷出尾氣中的氧濃度將小于預定的濃度。
參照附圖，通過如下的說明，將會更加清楚本發(fā)明的目的和特征，其中附圖圖1為內燃機的整體視圖；圖2A和2B分別示出了發(fā)動機所需扭矩、加速器踏板的下壓量及發(fā)動機轉速之間的關系圖；圖3A和3B為微粒過濾器的視圖；圖4A和4B為用于解釋微粒的氧化作用的視圖；
圖5A至5C為用于解釋微粒沉積作用的視圖；圖6為可通過氧化作用除去的微粒量和微粒過濾器的溫度之間的關系圖；圖7A和7B為可通過氧化作用除去的微粒量的視圖；圖8A至8F為可通過氧化作用除去的微粒量G的示意圖；圖9A和9B為氧的濃度和尾氣中NOX的濃度的示意圖；圖10A和10B為排出的顆粒量的視圖；圖11能夠對微粒和NOX進行同時處理的區(qū)域的視圖；圖12為用于說明通過氧化作用除去微粒的方法的視圖；圖13為產(chǎn)生的煙量的視圖；圖14A和14B為燃燒室內氣體溫度的視圖；圖15為操作區(qū)域I和II的視圖；圖16為空氣-燃料比A/F的視圖；圖17為節(jié)流閥的開啟程度的變化圖；圖18為NOX的吸入量的示意圖；圖19為處理NOX的排放標志和SOX的排放標志的流程圖；圖20和21為用于控制發(fā)動機操作的流程圖；圖22為一個旁通機構的平面圖，其中開關閥的轉動位置被設定在第一轉動位置上；圖23為圖21所示的旁通機構的側視圖；圖24為一個旁通機構的平面圖，其中開關閥的轉動位置被設定在第二轉動位置上；圖25為旁通機構的平面圖，其中開關閥的轉動位置被設定在一中間位置上；圖26示出了已經(jīng)沉積下來的微粒；圖27為用于控制開關閥的轉動位置的流程圖；圖28為執(zhí)行用于防止第一實施例產(chǎn)生熱老化的方法之流程圖；圖29A和29B為安全區(qū)域、危險區(qū)域、進入的空氣和氧的濃度之間的關系圖；
圖30為保險計算器的計算過程的流程圖；圖31為用于防止第二實施例產(chǎn)生熱老化的方法之操作流程圖；圖32為除去沉積微粒的流程圖；圖33為防止熱老化的流程圖；圖34為用于判斷是否滿足防止熱老化條件的流程圖；圖35為用于判斷是否滿足防止熱老化條件的另一實施例的流程圖。
實施本發(fā)明的最佳方式圖1示出了將本發(fā)明應用到一個壓縮點火式內燃機上的情況。應該注意本發(fā)明還可應用到火花點火式內燃機上。
參照圖1，標記1表示發(fā)動機的機體，標記2表示缸體，標記3表示缸蓋，標記4表示活塞，標記5表示燃燒室，標記6表示電控燃料噴射器，標記7表示進氣閥，標記8表示進氣口，標記9表示排氣閥，標記10表示排氣口。進氣口8通過一個相應的進氣管11與一個穩(wěn)壓罐12相連接，而穩(wěn)壓罐12又通過一個進氣管13與尾氣渦輪增壓器14的壓縮機15相連接。一個用于測量進入空氣流速的氣流計13a設置于壓縮機15之上游側的進氣管13b內。在進氣管13內設置有一節(jié)流閥17，該節(jié)流閥17被一個步進電機16所驅動。此外，一冷卻裝置18設置在進氣管13的周圍，以冷卻從進氣管13進入的空氣。在圖1所示的實施例中，發(fā)動機的冷卻水在冷卻裝置18內流動，而且進入的空氣可通過發(fā)動機的冷卻水而得以冷卻。另外，排氣口10通過一個排氣集管19和一個排氣管20與廢氣渦輪增壓器14的廢氣渦輪相連接。廢氣渦輪21的出口通過一個排氣管20a與一個容納有微粒過濾器22的殼體23相連接。
排氣集管19和穩(wěn)壓罐12通過一個尾氣再循環(huán)(EGR)通道24相互連接。在EGR通道24內設置有一個電控的EGR控制閥25。一個冷卻裝置26設置在EGR通道24的周圍，以冷卻在EGR通道24內循環(huán)流動的EGR氣體。在圖1所示的實施例中，發(fā)動機的冷卻水被導入冷卻裝置26的內部，而EGR氣體通過發(fā)動機的冷卻水得以冷卻。另外，燃料噴射器6通過燃料進送管6a與一個被稱為公共線路(common rail)27的燃料箱相連接。燃料從一個電控的可變釋放量的燃料泵28進送到公共線路27內。被進送到公共線路27內的燃料通過燃料進送管6a被輸送到燃料噴射器6內。公共線路27連接有一個燃料壓力傳感器29，用于檢測公共線路27內的燃料壓力。燃料泵28的釋放量是根據(jù)燃料壓力傳感器29的輸出信號來控制的，從而使公共線路27內的燃料壓力達到一個目標燃料壓力值。
一個電子控制單元30包括一個數(shù)字計算機，該數(shù)字計算機設置有通過一雙向總線31相互連接的一個只讀存儲器32(ROM)、一個隨機存取存儲器33(RAM)、一個微處理器(CPU)34、一個輸入端口35和一輸出端口36。燃料壓力傳感器29的輸出信號通過相應的模擬數(shù)字(AD)轉換器37輸入到輸入端口35內。此外，微粒過濾器22連接有一個用于對微粒過濾器22進行檢測的溫度傳感器39。該溫度傳感器39的輸出信號通過相應的模擬數(shù)字(AD)轉換器37輸入到輸入端口35內。氣流計13a的輸出信號通過相應的模擬數(shù)字轉換器37輸入到輸入端口35內。一個加速器踏板40連接有一個負載傳感器41，該傳感器41能夠產(chǎn)生一個與加速器踏板40的下壓量L成比例的輸出電壓。載荷傳感器41的輸出電壓通過相應的模擬數(shù)字轉換器37輸入到輸入端口35內。另外，輸入端口35還連接有一個曲柄角度傳感器42，曲柄每轉動30度，該傳感器42就產(chǎn)生一個輸出脈沖。此外，輸出端口36通過相應的驅動電路38與燃料噴射器6、用于驅動節(jié)流閥的步進電機16、EGR控制閥25及燃料泵28相連接。
圖2A示出了所需扭矩TQ、加速器踏板40的下壓量L及發(fā)動機轉速N之間的關系。應該注意到，在圖2A中示出的曲線表示等扭矩曲線。由TQ＝0示出的曲線表示扭矩為零，而其它的曲線表示所需扭矩以TQ＝a、TQ＝b、TQ＝c和TQ＝d的順序逐漸增加的曲線。在圖2A和2B中示出的所需扭矩TQ作為加速器踏板40的下壓量L和發(fā)動機轉速N的函數(shù)被預先存儲在ROM32內。在本發(fā)明的這個實施例中，首先從圖2B所示的圖形中根據(jù)加速器踏板40的下壓量L和發(fā)動機的速度N計算出所需的扭矩TQ，然后根據(jù)所需的扭矩TQ計算出燃料的噴射量等。
圖3A和3B示出了微粒過濾器22的結構。應該注意到，圖3A為微粒過濾器22的前視圖，而圖3B為微粒過濾器22的側視圖。如圖3A和3B所示，微粒過濾器22形成了一個蜂窩狀的結構并設置有多個彼此平行延伸的尾氣循環(huán)通道50、51。這些廢氣循環(huán)通道包括下游端被插塞52密封的廢氣流入通道50和上游端被插塞52密封的廢氣流出通道51。在圖3A中，陰影部分表示插塞53。因此，廢氣流入通道50和廢氣流出通道51就通過薄壁的隔板54交錯排列。換言之，廢氣流入通道50和廢氣流出通道51按下述方式排列每個廢氣流入通道50都被四個廢氣流出通道51所包圍，而且每個廢氣流出通道51都被四個廢氣流入通道50所包圍。
微粒過濾器22由多孔材料制成，例如由堇青石制成。因此，流入到廢氣流入通道50內的廢氣將會通過周圍的隔板54流入相鄰的廢氣流出通道51內，如圖3B中的箭頭所示。
在本發(fā)明的一個實施例中，一個由氧化鋁構成的載體層形成于廢氣流入通道50和廢氣流出通道51的外圍表面上，即形成于隔板54的兩個側面、隔板54上的微孔的內壁、插塞53的外端面和插塞52、53的內端面上。該載體上攜帶有貴金屬催化劑和活性氧釋放劑，而活性氧釋放劑能夠吸收氧，而且如果其周圍環(huán)境中存在有過量的氧，那么該釋放劑還能夠保存氧氣并當周圍環(huán)境中的氧濃度下降時以活性氧的形式釋放被保存起來的氧氣。
在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，鉑Pt被用作貴金屬催化劑。而活性氧釋放劑可由下述成分中的至少一種制成堿金屬，例如鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs和銣Rb；堿土金屬，例如鋇Ba、鈣Ca和鍶Sr；稀土金屬，例如鑭La、釔Y和鈰Ce；過渡金屬，例如鐵Fe；碳族元素，例如錫Sn。
應該注意到，在這種情況下，活性氧釋放劑最好使用比鈣Ca更容易產(chǎn)生電離的堿金屬或堿土金屬，即鉀K、鋰Li、銫Cs、銣Rb、鋇Ba和鍶Sr。
下面，將通過實例對通過微粒過濾器22除去尾氣中的微粒的操作加以說明，在該實例中，載體上攜帶有鉑Pt和鉀K，但是，即使采用其它貴金屬、堿金屬、堿土金屬、稀土金屬、過渡金屬和碳族元素同樣可以完成除掉顆粒的工作。
在圖1所示的壓縮點火式的內燃機中，燃燒是在有過量空氣存在的情況下進行的。因此，尾氣中含有很多過量的空氣。即，如果進送到進氣通道、燃燒室5和廢氣通道內的空氣和燃料之比被稱為廢氣的空氣-燃料比，那么在圖1所示的壓縮點火式內燃機中，廢氣的空氣-燃料比就會變小。此外，在燃燒室5內產(chǎn)生了NO，這樣廢氣中就含有NO。另外，燃料中含有硫S。這些硫S與燃燒室5中的氧發(fā)生反應，生成SO2。因此，廢氣中還含有SO2。因此，含有過量氧氣、NO和SO2的廢氣就會流入微粒過濾器22的尾氣流入通道50內。
圖4A和4B為形成于尾氣流入通道50的內周壁和隔板54的微孔內壁上的載體層表面的放大視圖。在圖4A和4B中可以看到，標記60表示微粒狀的鉑Pt，而標記61表示含有鉀K的活性氧釋放劑。
這樣，由于廢氣中含有很多過量的氧，因此，如果廢氣流入微粒過濾器22的廢氣流入通道50內，如圖4A所示，那么氧氣O2就會以O2-或O2-的形式附著在鉑Pt的表面上。此外，廢氣中的NO將與鉑Pt表面上的O2-或O2-發(fā)生反應，生成NO2()。接著，所生成的部分NO2被吸附在活性氧釋放劑61內，同時在鉑Pt上氧化并以NO3-的形式分散在活性氧釋放劑61內，如圖4A所示。部分氮離子NO3-生成了硝酸鉀KNO3。
另外，如上所述，廢氣中還含有SO2。這些SO2被與NO相似的機理吸附在活性氧釋放劑61內。即，氧氣O2以上述方式以O2-或O2-的狀態(tài)附著在鉑Pt的表面上。廢氣中的SO2與鉑Pt表面上的O2-或O2-發(fā)生反應，生成了SO3。接下來，所生成的部分SO3被吸附在活性氧釋放劑61內，同時，在鉑Pt上氧化并以硫酸根離子SO42-的形式分散到活性氧釋放劑61中，而且與鉀K結合，生成硫酸鉀K2SO4。這樣，就在活性氧釋放劑61中生成了硝酸鉀KNO3和硫酸鉀K2SO4。
此外，在燃燒室5內還生成了主要由碳構成的微粒。因此，尾氣中就包含有這些微粒。當廢氣流過微粒過濾器22的廢氣流入通道50內時或當其從廢氣流入通道50流出并進入廢氣流出通道51內時，包含在廢氣中的微粒就會與載體層的表面，例如圖4B所示的活性氧釋放劑61的表面接觸并吸附在該表面上。
如果微粒62以這種方式附著在活性氧釋放劑61的表面上，那么在微粒62的接觸表面上和活性氧釋放劑61上的氧濃度就會下降。如果氧的濃度下降，那么就會在氧濃度較高的活性氧釋放劑61的內部形成一個濃度差，這樣，活性氧釋放劑61中的氧就會朝向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面移動。這樣，形成于活性氧釋放劑61上的硝酸鉀KNO3就會分解成鉀K、氧O和NO。氧O朝向微粒62和活性氧釋放劑61的接觸表面移動，而來自活性氧釋放劑61的NO就被釋放到外部。釋放到外部的NO會在下游側的鉑Pt上氧化并再次被活性氧釋放劑61吸收。
此外，如果此時微粒過濾器22的溫度很高，那么形成于活性氧釋放劑61上的硫酸鉀K2SO4也會分解成鉀K、氧O和SO2。氧O朝向微粒62和活性氧釋放劑61的接觸表面移動，而來自活性氧釋放劑61上的SO2將被釋放到外部。被釋放到外部的SO2在位于下游側的鉑Pt上氧化并再次被活性氧釋放劑61吸收。應該注意由于硫酸鉀K2SO4是穩(wěn)定的，而且不易分解，因此硫酸鉀K2SO4的活性氧釋放量比硝酸鉀KNO3的活性氧釋放量要少。
此外，如上所述，在與氧的反應過程中當活性氧釋放劑61吸收以硝酸根離子NO3-的形式存在的NOX時，活性氧釋放劑61能夠生成活性氧并釋放活性氧。同樣，在與氧的反應過程中當活性氧釋放劑61吸收以硫酸根離子SO42-的形式存在的SO2時，活性氧釋放劑61能夠生成活性氧并釋放活性氧。
另外，朝向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面移動的氧O就是從象硝酸鉀KNO3或硫酸鉀K2SO4這樣的成分中分解出來的氧。從這些成分中分解出來的氧O具有很高的能量，而且具有很高的活性。因此，朝向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面移動的氧就成為活性氧O。同樣，在NOX或SO2與活性氧釋放劑6 1中的氧發(fā)生反應的過程中生成的氧就成為活性氧O。如果這些活性氧O接觸到微粒62，那么就會促進微粒62的氧化反應，而且微粒62能夠在幾秒到數(shù)十分鐘的時間段內不發(fā)出光焰地氧化，而且能夠被完全除掉。微粒62以這種方式被氧化的同時，其它微粒仍然繼續(xù)沉積在微粒過濾器22上。因此，在實際中，總會有一定量的微粒沉積在微粒過濾器22上。沉積下來的部分微粒通過氧化作用被除掉。這樣，沉積在微粒過濾器22上的微粒62就會以不發(fā)出光焰的方式連續(xù)燃燒。
應該注意到，我們認為NOX是以硝酸根離子NO3-的形式分布在活性氧釋放劑61內，同時與氧原子反復結合和分離。在該過程中也會生成活性氧。微粒62還被這些活性氧所氧化。另外，沉積在微粒過濾器22上的微粒62不僅可被活性氧所氧化，而且顆粒62還可被尾氣中的氧所氧化。
此外，應該注意到，活性氧釋放劑61是一種用于使微粒產(chǎn)生氧化的材料。
當沉積在微粒過濾器22上的多層微粒燃燒時，微粒過濾器22將會變得赤熱并燃燒，而且還產(chǎn)生火焰。這種帶火焰的燃燒不會繼續(xù)進行下去，除非溫度很高。因此，為能夠繼續(xù)帶火焰燃燒，微粒過濾器22的溫度必須保持很高。
與此相反，在本發(fā)明中，微粒62是以不發(fā)出光焰的方式燃燒的，如上所述。此時，微粒過濾器22的表面就不會變得赤熱。換言之，在本發(fā)明中，微粒62是通過在相當?shù)偷臏囟认逻M行的氧化反應而被除掉的。因此，根據(jù)本發(fā)明，以不發(fā)出光焰的方式通過氧化反應除去微粒62的操作與通過帶火焰燃燒除去顆粒的反應完全不同。
鉑Pt和活性氧釋放劑61的活性會隨著微粒過濾器22的溫度的升高而變大，因此活性氧釋放劑61在每個單位時間內能夠釋放出來的活性氧O的量也隨微粒過濾器22的溫度的升高而增加。當然，微粒本身的溫度越高，也就越容易通過氧化反應被除去。因此，以不發(fā)出光焰的方式通過氧化反應在每單位時間內從微粒過濾器22上除去的顆粒量也會隨著微粒過濾器22的溫度的升高而增加。
圖6中的實線示出了以不發(fā)出光焰的方式通過氧化反應在單位時間內可除去的顆粒量G。圖6的橫坐標示出了微粒過濾器22的溫度TF。應該注意到，圖6示出了在這種情況下通過氧化反應可除去的微粒量G，其中單位時間為1秒，即每秒，但是，1分鐘、10分鐘或其它時間段也可被用作單位時間。例如，當將10分鐘作為單位時間時，在每個單位時間內通過氧化反應除去的微粒量G就表示在每10分鐘內通過氧化反應可除去的微粒量G。在這種情況下，如圖6所示，隨著微粒過濾器22的溫度的升高，單位時間內以不發(fā)出光焰的方式通過氧化反應從微粒過濾器22上可除去的顆粒量G也會增加。
如果將單位時間內從燃燒室5排出的顆粒量叫做排出的顆粒量M，那么當排出的顆粒量M小于在相同的單位時間內通過氧化反應可除去的顆粒量G，或當每10分鐘內排出的顆粒量M小于每10分鐘內通過氧化反應可除去的顆粒量G，即，在圖6的區(qū)域I內，那么從燃燒室5內排出并與微粒過濾器22相接觸的顆粒都將在短時間內以在微粒過濾器22上不發(fā)出光焰的方式被連續(xù)除掉。
反之，如果排出的微粒量M大于通過氧化反應除去的微粒量G，即在圖6的區(qū)域II內，那么活性氧的量就不足以將全部微粒連續(xù)氧化掉。圖5A至5C示出了在這種情況下微粒的氧化狀態(tài)。
就是說，當活性氧的量不足以使全部顆粒連續(xù)氧化時，如果微粒62附著在活性氧釋放劑61上，如圖5A所示，那么僅有一些顆粒62被氧化掉。那些未被充分氧化的微粒仍然存在于載體層上。接著，如果活性氧的量繼續(xù)保持不充足的狀態(tài)，那么未被連續(xù)氧化的那部分微粒仍然滯留在載體層上。結果，如圖5B所示，載體層的表面就會被殘留的微粒部分63所覆蓋。
覆蓋載體層表面的這些殘留顆粒部分63會逐漸變成不易氧化的石墨，這樣，殘留的微粒部分63就會很容易地保存在過濾器上。此外，如果載體層的表面被殘留的顆粒部分63所覆蓋，那么NO和SO2通過鉑Pt的氧化反應及從活性氧釋放劑61中釋放氧氣的反應就會受到抑制。結果，如圖5C所示，其它顆粒64就會連續(xù)沉積在殘留的顆粒部分63上。即，顆粒以層狀結構沉積下來。如果顆粒以這種層狀結構的形式沉積下來，那么這些微粒就會與鉑Pt或活性氧釋放劑61間隔一定的距離，因此，即使這些顆粒是易于氧化的，它們也不能被活性氧所氧化。所以，其它微粒就會連續(xù)沉積在微粒64上。就是說，如果排出的顆粒量M大于可通過氧化反應除去的顆粒量G的這種狀態(tài)持續(xù)下去，那么顆粒就會以層狀結構沉積在微粒過濾器22上，因此，除非提高尾氣的溫度，或提高微粒過濾器22的溫度，否則根本不可能點燃沉積下來的顆粒，也不能使顆粒燃燒。
這樣，在圖6的區(qū)域I內，顆粒在短時間內以不發(fā)出光焰的方式在微粒過濾器22上燃燒。在圖6的區(qū)域II內，微粒以多層結構沉積在微粒過濾器22上。因此，為防止微粒以多層結構沉積在微粒過濾器22上，必須使排出的顆粒量M總是小于通過氧化反應可除去的顆粒量G。
從圖6中可以看出，由于采用了本發(fā)明第一實施例的微粒過濾器22，因此，即使微粒過濾器22的溫度TF很低，這些顆粒仍然可以被氧化掉。因此，在圖1所示的壓縮點火式內燃機中，可以使排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF保持下述狀態(tài)使排出的微粒量M通常小于通過氧化反應可除去的微粒量G。因此，在本發(fā)明的實施例中，被排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF保持下述狀態(tài)使排出的微粒量M通常小于通過氧化反應可除去的顆粒量G。
如果能夠保持排出的顆粒量M在通常情況下小于通過這種氧化反應可除去的微粒量G，那么微粒就不會再沉積在微粒過濾器22上。結果，就可以一個基本恒定的最小壓力損失使微粒過濾器22內的廢氣流壓力損失保持沒有很大變化的程度。因此，就可以使發(fā)動機的輸出損失保持最小。
此外，即使在相當?shù)偷臏囟认乱材軌蛲ㄟ^氧化反應除去微粒。因此，微粒過濾器22的溫度根本不會升高很多，因此也就不存在使微粒過濾器22產(chǎn)生老化的危險。另外，由于微粒不會以層狀結構沉積在微粒過濾器22上，因此，也就不存在灰分凝結成塊的危險，所以阻塞微粒過濾器22的可能性也得以降低。
然而，這種阻塞主要是由于硫酸鈣CaSO4引起的。就是說，燃料或潤滑油中含有鈣。因此，尾氣中也就含有鈣。在有SO3存在的情況下，這些鈣會生成硫酸鈣CaSO4。這些硫酸鈣CaSO4是固態(tài)的，而且即使在高溫下也不會分解。因此，如果生成了硫酸鈣CaSO4，微粒過濾器22上的微孔就會被這些硫酸鈣阻住，而且產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象。
但是，如果將電離可能性比鈣Ca大的堿金屬或堿土金屬，例如鉀用作活性氧釋放劑61時，分布在活性氧釋放劑61中的SO3就會與鉀K結合，形成硫酸鉀K2SO4。鈣Ca穿過微粒過濾器22的隔板54并在未與SO3結合的情況下流入尾氣流出通道51內。因此，微粒過濾器22的微孔就不會再出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。因此，如上所述，最好將電離的可能性比鈣Ca更大的堿金屬或堿土金屬，例如鉀K、鋰Li、銫Cs、銣Rb、鋇Ba和鍶Sr用作活性氧釋放劑61。
在本發(fā)明的一個實施例中，目的主要是在所有的操作條件下保持排出的微粒量M小于通過氧化反應可除去的微粒量G。但實際上，在所有的操作條件下保持排出的微粒量M小于通過氧化反應可除去的微粒量G是一件幾乎不可能的事。例如，當發(fā)動機起動時，微粒過濾器22的溫度通常較低。因此，此時，排出的微粒量M大于通過氧化反應可除去的顆粒量G。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，使排出的顆粒量M小于通過氧化反應可除去的微粒量G，氧化反應一般都是連續(xù)進行的，除非在特殊情況下，例如恰在發(fā)動機起動后。
應該理解如果排出的微粒量M大于通過氧化反應可除去的微粒量G，例如恰好在發(fā)動機起動后，那么不能在微粒過濾器22上被氧化掉的微粒部分仍然滯留在那里。如果排出的微粒量M小于可通過氧化反應除去的微粒量G，那么當不能以這種方式被氧化掉的那部分微粒仍然會滯留在那里，即當微粒僅在一定的極限范圍內沉積時，殘留的微粒部分可通過活性氧O的氧化作用在不發(fā)出光焰的情況下被除掉。因此，在本發(fā)明的這個實施例中，當處于特殊的操作狀態(tài)下時，例如恰好在發(fā)動機起動后，以下述方式保持排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF僅使小于一定極限量的微粒沉積在微粒過濾器22上，當排出的微粒量M小于可通過氧化反應除去的微粒量G時，這部分微?？赏ㄟ^氧化反應被除掉。
此外，有時可能還存在一些情況由于某種原因，或者即使以上述方式保持排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF，但微粒仍以層狀結構沉積在微粒過濾器22上。在這種情況下，如果部分廢氣或所有廢氣的空氣-燃料比臨時很大，那么沉積在微粒過濾器22上的微粒就會不發(fā)出光焰地被氧化掉。即，如果廢氣的空氣-燃料比很大，就是說，如果廢氣中氧的濃度很低，那么活性氧O就會立刻從活性氧釋放劑61中全部釋放到外部。被立刻全部釋放出來的活性氧O所覆蓋的微粒將在短時間內通過氧化反應被除掉，而且不發(fā)出光焰。
另外，如果空氣-燃料比保持很低，那么鉑Pt的表面就會被氧覆蓋，這樣就使鉑Pt產(chǎn)生氧中毒的現(xiàn)象。如果發(fā)生了氧中毒現(xiàn)象，那么NOX的氧化反應就會減弱，因此從活性氧釋放劑61中釋放出的活性氧的量就會降低。但是，如果空氣-燃料比很大，鉑Pt表面的氧被消耗，那么也就消除了氧中毒的現(xiàn)象。因此，如果空氣-燃料比從較高變?yōu)檩^低，那么NOX的氧化反應就會更劇烈，這樣，NOX的吸收效率也就更高，因此從活性氧釋放劑61中釋放出來的活性氧的量就會增加。
因此，當空氣-燃料比保持較低時，如果空氣-燃料比在某一時刻從較低變成較高，每次都可以消除鉑Pt的氧中毒現(xiàn)象。因此，當空氣-燃料比較低時，活性氧的釋放量增加，因此可以促進微粒在微粒過濾器22上的氧化反應。
在圖6中，可通過氧化反應除去的微粒量G被表示成一個僅與微粒過濾器22的溫度TF有關的函數(shù)，但是，可通過氧化反應除去的顆粒量G實際上是廢氣中氧的濃度、廢氣中NOX的濃度、廢氣中未燃燒的碳氫化物的濃度、微粒氧化的容易程度、廢氣在微粒過濾器22中的空間速度、廢氣的壓力等參數(shù)的函數(shù)。因此，最好在考慮到包括微粒過濾器22的溫度TF在內的所有上述因素的影響的情況下計算出可通過氧化反應除去的微粒量G。
在這些因素中，對可通過氧化反應除去的微粒量G影響最大的因素就是微粒過濾器22的溫度TF。影響較大的因素是廢氣中氧的濃度和NOX的濃度。圖7A示出了當微粒過濾器22的溫度TF和廢氣中氧的濃度變化時可通過氧化反應除去的微粒量G的變化情況。圖7B示出了當微粒過濾器22的溫度TF和廢氣中NOX的濃度變化時，可通過氧化反應除去的微粒量G的變化情況。應該注意到，在圖7A和7B中，虛線表示當廢氣中的氧濃度和NOX濃度為基準值時的情況。在圖7A中，〔O2〕1表示當尾氣中的氧濃度高于基準值時的情況，而〔O2〕2表示當氧濃度高于〔O2〕1時的情況。在圖7B中，〔NO〕1表示當尾氣中的NOX的濃度高于基準值時的情況，〔NO〕2表示當尾氣中的NOX的濃度高于〔NO〕1時的情況。
如果尾氣中的氧濃度變高，那么可通過氧化反應除去的微粒量G就增加。由于吸入活性氧釋放劑61中的氧量得到進一步增加，因此，從活性氧釋放劑61中釋放出的活性氧也會增加。因此，如圖7A所示，尾氣中氧的濃度越高，可通過氧化反應除去的微粒量G也就越多。
另外，如前所述，尾氣中的NO在鉑Pt的表面被氧化并變成NO2。這樣形成的部分NO2被吸入活性氧釋放劑61內，而其余的NO2從鉑Pt的表面游離到外部。此時，如果鉑Pt與NO2接觸，那么就會促進氧化反應。因此，如圖7B所示，尾氣中NOX的濃度越高，可通過氧化反應除掉的微粒量G也就越多。但是，僅當尾氣的溫度介于約250℃至約450℃之間時，能夠通過NO2促進微粒的氧化反應的作用才能出現(xiàn)，如圖7B所示，如果尾氣中NOX的濃度變高，那么可通過氧化反應除去的微粒量G也將增加，此時微粒過濾器22的溫度TF應該介于250℃至約450℃之間。
如上所述，最好在對所有影響可通過氧化反應除去的顆粒量G的因素進行考慮后，再計算通過氧化反應可除去的微粒量G。但在本發(fā)明的實施例中，可通過氧化反應除去的微粒量G是僅根據(jù)微粒過濾器22的溫度TF和廢氣中氧的濃度及NOX的濃度計算出來的，而溫度TF是在所有因素中對可通過氧化反應除去的微粒量G影響最大的一個因素，而廢氣中氧的濃度及NOX的濃度對微粒量G具有較大的影響。
就是說，在本發(fā)明的實施例中，如圖8A至8F所示，在不同溫度TF(200℃、250℃、300℃、350℃、400℃和450℃)下可通過氧化反應除去的微粒量G以圖形的形式預先存儲在ROM32中，而所述圖形又是有關尾氣中氧(O2)的濃度和NOX〔NO〕的濃度的函數(shù)。根據(jù)微粒過濾器22的溫度TF、氧(O2)的濃度及NOX〔NO〕的濃度，通過如圖8A至8F所示的圖形中的比例分配關系計算出可通過氧化反應除去的微粒量G。
應該知道，尾氣中氧(O2)的濃度和NOX〔NO〕的濃度可用氧濃度傳感器和NOX濃度傳感器檢測出來。但在本發(fā)明的實施例中，尾氣中氧(O2)的濃度以圖9A所示的圖形形式預先存儲在ROM32內，而該圖形又是所需扭矩TQ和發(fā)動機轉速N的函數(shù)。尾氣中NOX〔NO〕的濃度以圖9B所示的圖形形式作為所需扭矩TQ和發(fā)動機轉速N的函數(shù)被預先存儲在ROM32內。尾氣中氧(O2)的濃度和NOX〔NO〕的濃度可通過這些圖形計算出來。
另外，可通過氧化反應除去的微粒量G隨發(fā)動機類型的不同而變化，但一旦發(fā)動機的類型被確定下來，那么微粒量G就是所需扭矩TQ和發(fā)動機轉速N的函數(shù)。圖10A表示出圖1所示的內燃機的微粒排出量M。曲線M1、M2、M3、M4和M5示出了等量的微粒排出量(M1＜M2＜M3＜M4＜M5)。在圖10A所示的實施例中，所需的扭矩TQ越高，那么微粒的排出量M也就越大。應該注意到圖10A所示的微粒排出量M以圖10B所示的圖形形式作為所需扭矩TQ和發(fā)動機轉速N的函數(shù)預先存儲在ROM32中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，一個由鋁制成的載體層設置于微粒過濾器22的隔板54的兩個側面和隔板54的微孔的內壁上。貴金屬催化劑和活性氧釋放劑被放置在該載體上。另外，在本發(fā)明的該實施例中，載體攜帶有貴金屬催化劑和NOX吸收劑，這種NOX吸收劑能夠在流入微粒過濾器22中的尾氣的空氣-燃料比下降時，吸收包含在尾氣中的NOX，并當流入微粒過濾器22中的尾氣的空氣-燃料比為化學計算的空氣-燃料比或變大時，其能夠釋放被吸收的NOX。
在本發(fā)明的該實施例中，鉑Pt被用作貴金屬催化劑。而NOX吸收劑則采用下述成分中的至少一種堿金屬，例如鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs和銣Rb；堿土金屬，例如鋇Ba、鈣Ca和鍶Sr；稀土金屬，例如鑭La和釔Y。應該知道，通過與包括有上述活性氧釋放劑的金屬相比可以理解，包括NOX吸收劑的金屬和包括活性氧釋放劑的金屬在很大程度上保持一致。
這樣就可以將不同的金屬或相同的金屬用作NOX吸收劑和活性氧釋放劑。當將相同的金屬用作NOX吸收劑和活性氧釋放劑時，NOX吸收劑的作用和活性氧釋放劑的作用是同時進行的。
下面，以將鉑Pt用作貴金屬催化劑，將鉀K用作NOX吸收劑的情況作為一個實例對NOX的吸收和釋放反應加以說明。
首先，考慮NOX的吸收反應，NOX通過與圖4A所示相同的機理被吸收在NOX吸收劑中。但是，在圖4A所示的情況下，附圖標記61表示NOX吸收劑。
當流入到微粒過濾器22中的尾氣的空氣-燃料比降低時，由于在尾氣中含有很多的過量氧，如果尾氣流入微粒過濾器22的尾氣流入通道50內，如圖4A所示，那么氧O2就會以O2-或O2-的形式附著在鉑Pt的表面上。另外，尾氣中的NO與鉑Pt表面上的O2-或O2-發(fā)生反應，生成NO2()。接下來，所生成的部分NO2被吸附在NOX吸收劑61內，同時在鉑Pt表面上被氧化并以硝酸根離子NO3-的形式分布在NOX吸收劑61內，如圖4A所示，而且還與鉀K結合。某些硝酸根離子NO3-生成了硝酸鉀K2NO3。這樣，NO就被吸收在NOX吸收劑61內。
另外，當流入微粒過濾器22內的尾氣的濃度較高時，硝酸根離子NO3-就會分解成氧O和NO，接著，NO就從NOX吸收劑61上被連續(xù)釋放出來。因此，當流入微粒過濾器22的尾氣中的空氣-燃料比較高，那么NO就會在短時間內從NOX吸收劑61上釋放出來。此外，由于釋放出來的NO減少，因此不會有NO排放到大氣中去。
應該知道，在這種情況下，即使流入微粒過濾器22內的尾氣的空氣-燃料比為經(jīng)過化學計算出來的空氣-燃料比，NO仍然會從NOX吸收劑61上釋放出來。但在這種情況下，由于NO只是逐漸從NOX吸收劑61上釋放出來，因此要將所有吸收在NOX吸收劑61中的NOX釋放出來需要花費稍長的一段時間。
如上所述，也可以將不同的金屬用作NOX吸收劑和活性氧釋放劑。但在本發(fā)明的該實施例中，使用了相同的金屬作NOX吸收劑61和活性氧釋放劑。在這種情況下，如上所述，NOX吸收劑61的功能和活性氧釋放劑的功能是同時進行的。從這一點上看，同時執(zhí)行這兩種功能的介質可被稱為活性氧釋放劑/NOX吸收劑。因此，在本發(fā)明的該實施例中，圖4A中的附圖標記61表示活性氧釋放劑/NOX吸收劑。
當使用這樣的活性氧釋放劑/NOX吸收劑時，當流入微粒過濾器22內的尾氣的空氣-燃料比下降時，尾氣中所含的NO就被吸收在活性氧釋放劑/NOX吸收劑71內。如果尾氣中所含的微粒附著在活性氧釋放劑/NOX吸收劑61內，那么微粒將通過氧化反應在短時間內被尾氣中的活性氧和從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61內釋放出來的活性氧除掉。因此，這時，就可以防止將尾氣中的微粒和NOX排放到大氣中去。
另外，當流入微粒過濾器22內的尾氣的空氣-燃料比變大時，NO就會從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來。未燃燒的碳氫化合物和CO可以減少NO的量，因此這時也不會有NO被排放到大氣中去。此外，沉積在微粒過濾器22上的微?？赏ㄟ^從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來的活性氧的氧化反應而被除掉。
與參照圖6所述的內容相同，從活性氧釋放劑61釋放活性氧的反應是從微粒過濾器22的溫度相當?shù)蜁r就開始了。即使使用活性氧釋放劑/NOX吸收劑61，情況依然如此。與此相反，活性氧釋放劑/NOX吸收劑61吸收NOX的反應是在微粒過濾器22的溫度TF高于活性氧開始釋放的溫度時開始的。這是因為如果氧被硝酸鉀KNO3所消耗，而NOX的吸收反應只有在鉑Pt被激活時才能開始，那么活性氧就會被釋放。
圖11示出了當將鉀K用作活性氧釋放劑/NOX吸收劑61時可通過氧化反應除去的微粒量G和NOX的吸收率。從圖11可以看出，活性氧的釋放反應是在微粒過濾器22的溫度TF低于200℃時開始的，而NOX的吸收反應只有在微粒過濾器22的溫度TF超過200℃時才開始。
另外，微粒過濾器22的溫度TF越高，活性氧的釋放反應也就越劇烈。與此相反，當微粒過濾器22的溫度TF變高時，NOX的吸收反應就會停止。即，如果微粒過濾器22的溫度TF超過一定的溫度，在圖11的實例中為約500℃，那么硝酸根離子NO3-或硝酸鉀KNO3就會在熱的作用下分解，而且NO就會從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來。在該狀態(tài)下，NO的釋放量就會大于NOX的吸收量，如圖11所示，NOX的吸收率就會下降。
圖11示出了當用鉀作NOX吸收劑或活性氧釋放劑/NOX吸收劑61時NOX的吸收率。在這種情況下，使NOX吸收率提高的微粒過濾器22的溫度范圍會隨所用金屬的不同而不同。例如，當將鋇Ba用作NOX吸收劑或活性氧釋放劑/NOX吸收劑61時，能夠使NOX的吸收率提高的微粒過濾器的溫度范圍就比圖11所示的用鉀K的情況要窄一些。
如上所述，為了能夠通過氧化反應除去尾氣中的微粒，并不使微粒以層狀結構沉積在微粒過濾器22上，就需要使排出的微粒量M小于可通過氧化反應除去的微粒量G。但，如果恰好使排出的微粒量M小于可通過氧化反應除去的微粒量G，那么用NOX吸收劑或活性氧釋放劑/NOX吸收劑吸收NOX的反應就不會發(fā)生。為了保證用NOX吸收劑或活性氧釋放劑/NOX吸收劑吸收NOX的反應進行，需要將微粒過濾器22的溫度TF保持在使NOX的吸收反應能夠發(fā)生的溫度范圍內。在這種情況下，能夠使NOX的吸收反應發(fā)生的微粒過濾器22的溫度范圍必須是使NOX的吸收率大于一確定數(shù)值例如大于50％的溫度范圍。因此，當鉀K被用作NOX吸收劑或活性氧釋放劑/NOX吸收劑61時，從圖11可以看出，微粒過濾器22的溫度TF必須保持在250℃至500℃之間。
因此，在本發(fā)明的該實施例中，為通過氧化反應使微粒不以多層結構沉積在微粒過濾器22上的方式除去尾氣中的微粒并吸收尾氣中的NOX，排出的微粒量M應保持小于可通過氧化反應連續(xù)除去的微粒量G，而且微粒過濾器22的溫度TF應保持在使微粒過濾器22的NOX吸收率大于一定值的溫度范圍內。就是說，排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF應保持在由圖11中陰影部分所示能夠對微粒和NOX進行同時處理的區(qū)域內。
即使排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度以這種方式保持在微粒和NOX的同步處理區(qū)域內，有時，排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度仍將移出微粒和NOX的同步處理區(qū)域。這樣，在本發(fā)明的該實施例中，以下述方式控制排出的微粒量M、可通過氧化反應除去的微粒量G和微粒過濾器22的溫度TF中的至少一個參數(shù)即使排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度在微粒和NOX的同步處理區(qū)域內移動。下面將參照圖12對其進行說明。
首先，針對下述情況加以說明當排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度到達位于微粒和NOX的同步處理區(qū)域之外的點A時，如圖12所示，即排出的微粒量M大于可通過氧化反應除去的微粒量G，而且微粒過濾器22的溫度TF低于微粒和NOX的同步處理區(qū)域的下限。在這種情況下，如圖中的箭頭所示，通過升高微粒過濾器22的溫度TF，排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF可以返回微粒和NOX的同步處理區(qū)域內。
接著，將針對下述情況加以說明當排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度到達位于微粒和NOX的同步處理區(qū)域之外的點B時，如圖12所示，即排出的微粒量M大于可通過氧化反應除去的微粒量G，而且微粒過濾器22的溫度TF落入微粒和NOX的同步處理區(qū)域的范圍內。在這種情況下，如圖中的箭頭所示，可通過減少排出的微粒量M以使排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度返回到微粒和NOX的同步處理區(qū)域。
接下來，將對下述情況加以說明當排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF到達位于微粒和NOX的同步處理區(qū)域之外的點C時，如圖12所示，即排出的微粒量M大于可通過氧化反應除去的微粒量G，而且微粒過濾器22的溫度TF大于微粒和NOX的同步處理區(qū)域的上限溫度。在這種情況下，如圖中的箭頭所示，可通過減少排出的微粒量M和降低微粒過濾器22的溫度，從而使排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度返回微粒和NOX的同步處理區(qū)域內。
這樣，當排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度落在微粒和NOX的同步處理區(qū)域外時，可通過減少排出的微粒量M或提高或降低微粒過濾器22的溫度TF，而使排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度返回到微粒和NOX的同步處理區(qū)域內。應該知道，作為另外一種方法，還可以通過提高氧化反應能夠除掉的微粒量G而使排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度返回到微粒和NOX的同步處理區(qū)域內。因此，下面將對減少排出的微粒量M的方法、提高或降低微粒過濾器22的溫度TF的方法和提高氧化反應所能夠除去的微粒量G的方法加以說明。
接下來，將對通過低溫燃燒來控制排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF的方法加以說明。
在圖1所示的發(fā)動機中，如果提高廢氣的循環(huán)率-EGR率(EGR氣體量/(EGR的氣體量+吸入的空氣量))，那么所產(chǎn)生的煙量就會逐漸增加并達到最大值。如果進一步提高EGR率，那么所產(chǎn)生的煙量就迅速減少。參照附圖13，對其進行說明，圖13示出了當改變EGR氣體的冷卻程度時EGR率和煙之間的關系。應該知道，在圖13中，曲線A示出了對EGR氣體進行強制冷卻以使EGR氣體的溫度保持在90℃時的情況，曲線B示出了通過一小型冷卻設備對EGR氣體進行冷卻時的情況，曲線C示出了對EGR氣體進行非強制冷卻時的情況。
如圖13的曲線A所示，當對EGR氣體進行強制冷卻時，在EGR率略微小于50％時，所產(chǎn)生的煙量最大。在這種情況下，如果使EGR率大于55％，那么就幾乎沒有煙產(chǎn)生。另外，如圖13中的曲線B所示，當對EGR氣體進行輕微冷卻時，當EGR率略大于50％時，產(chǎn)生的煙量將達到最大值。在這種情況下，如果使EGR率大于65％，那么就幾乎沒有煙產(chǎn)生。此外，如圖13中的曲線C所示，當EGR氣體未受到強制冷卻時，EGR率在55％附近所產(chǎn)生的煙量將達到最大值。在這種情況下，當EGR率超過約70％時，幾乎沒有煙產(chǎn)生。
當EGR率大于55％時不再產(chǎn)生煙的原因在于EGR氣體的吸熱反應，燃燒時，燃料的氣體溫度及其周圍的溫度不會很高，即，在低溫燃燒過程中，碳氫化合物不會生成煙。
不論空氣-燃料比是多大，這種低溫燃燒都具有抑制煙的產(chǎn)生的特性和減少NOX的生成量的特性。就是說，當空氣-燃料比變大時，燃料就會過多，但由于燃燒溫度被控制在一個較低的溫度下，因此過剩的燃料不會生成煙，因此也就沒有煙霧產(chǎn)生。另外，此時，僅有極少量的NOX生成。此外，當平均空氣-燃料比變小時，或當空氣-燃料比為經(jīng)過化學計算的空氣-燃料比時，如果燃燒溫度較高，那么就會生成少量的煙，但在低溫燃燒條件下，燃燒溫度被控制在一個較低的溫度下，因此根本沒有煙霧產(chǎn)生，而且僅生成了極少量的NOX。
另外，如果進行低溫燃燒，那么燃料及其周圍的氣體溫度會變低，但尾氣的溫度則升高。現(xiàn)參照圖14A和14B對這一點進行說明。
圖14A中的實線示出了當進行低溫燃燒時，燃燒室5內的平均氣體溫度Tg和曲柄角之間的關系，而圖14A中的虛線示出了當進行正常燃燒時，燃燒室5內的平均氣體溫度Tg和曲柄角之間的關系。此外，圖14B中的實線示出了當進行低溫燃燒時，燃料及其周圍環(huán)境的氣體溫度之間的關系，而圖14B中的虛線示出了當進行正常燃燒時，燃料及其周圍的氣體溫度Tf與曲柄角之間的關系。
低溫燃燒時的EGR氣體量大于正常燃燒時的EGR氣體量。因此，如圖14A所示，在到達壓縮行程的上死點之前，即在壓縮行程中，由實線所示的低溫燃燒時的平均氣體溫度Tg高于由虛線所示的正常燃燒時的平均氣體溫度Tg。應該知道，此時，如圖14B所示，燃料及其周圍的氣體溫度Tf約等于平均氣體溫度Tg。
接下來，在壓縮行程的上死點附近開始燃燒。在這種情況下，在低溫燃燒過程中，如圖14B中的實線所示，由于EGR氣體的吸熱反應，燃料及其周圍環(huán)境的氣體溫度Tf不會變高。與此相反，在正常燃燒過程中，燃料周圍存在有大量的氧，如圖14B中的虛線所示，燃料及其周圍的氣體溫度Tf將變得非常高。當以這種方式進行正常燃燒時，燃料及其周圍的氣體溫度Tf與低溫燃燒時的情況相比將變得非常高，但與低溫燃燒的情況相比，進行正常燃燒時氣體的溫度較低，這與大部分情況不同。因此，如圖14A所示，在壓縮行程的上死點附近，低溫燃燒時燃燒室5內的平均氣體溫度Tg高于正常燃燒時燃燒室內的平均溫度Tg。這樣，如圖14A所示，當燃燒結束時，在低溫燃燒情況下燃燒室5內已燃氣體的溫度高于正常燃燒時的溫度。因此，在低溫燃燒過程中，尾氣的溫度變高。
如果以這種方式進行低溫燃燒，那么所產(chǎn)生的煙霧量，即排出的顆粒量M較少，而尾氣的溫度將會升高。因此，在發(fā)動機的工作過程中，當從正常燃燒變換到低溫燃燒時，排出的微粒量M將減少，而微粒過濾器22的溫度TF將升高。與此相反，當從低溫燃燒切換到正常燃燒時，微粒過濾器的溫度TF將下降。但此時，排出的微粒量M增加。不論屬于哪種情況，都可以通過在正常燃燒和低溫燃燒之間進行切換來控制排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度。
如果發(fā)動機的所需扭矩TQ變大，即如果燃料的噴射量變大，那么燃燒時燃料及其周圍的氣體溫度將會較高，這樣就使低溫燃燒變得很困難。就是說，只有當發(fā)動機以中等載荷或低載荷操作時才可能進行低溫燃燒，而發(fā)動機在中等載荷或低載荷操作時，由燃燒產(chǎn)生的熱量較少。在圖15中，區(qū)域I示出了第一燃燒的操作區(qū)域，在第一燃燒過程中，與產(chǎn)生的煙灰最多的情況相比，燃燒室5內存在有更多的惰性氣體，即，在該區(qū)域內，能夠進行低溫燃燒；而區(qū)域II示出了第二燃燒的操作區(qū)域，在第二燃燒過程中，與產(chǎn)生的煙灰最多的情況相比，燃燒室5內存在較少的惰性氣體，即，在該區(qū)域內可以進行正常燃燒。
圖16示出了在操作區(qū)域I內進行低溫燃燒時的目標空氣-燃料比A/F，而圖17示出了當在操作區(qū)域I內進行低溫燃燒時，根據(jù)所需扭矩TQ確定的節(jié)流閥17的開啟程度、EGR控制閥25的開啟程度、EGR率、空氣-燃料比、噴射開始時刻θS、噴射結束時刻θE和噴射量。應該注意到，圖17還示出了節(jié)流閥17在操作區(qū)域II內進行正常燃燒時的開啟程度。
從圖16和17可以理解當在操作區(qū)域I內執(zhí)行低溫操作時，EGR率大于55％，空氣-燃料比A/F是約為15.5至18的較低空氣-燃料比。如上所述，當在操作區(qū)域I內執(zhí)行低溫燃燒時，即使空氣-燃料比很高，也幾乎沒有煙霧生成。
下面將對用于提高尾氣中氧濃度從而提高通過氧化反應可除去的微粒量G的方法加以說明。如果尾氣中的氧濃度增加，那么被活性氧釋放劑61吸收的氧量也增加，從而使從活性氧釋放劑61中釋放出來的活性氧的量也增加，因此通過氧化反應除去的微粒量G也就增加。
作為執(zhí)行該方法的一種方法，將涉及到控制EGR率的方法。即，當需要提高通過氧化反應除去的微粒量G時，應減小EGR控制閥25的開啟程度，從而使EGR率下降。EGR率的下降意味著在吸入空氣中吸入空氣量的比率升高。因此，如果EGR率下降，那么尾氣中氧的濃度就會升高。結果，排出的微粒量M就會增加。此外，如上所述，如果EGR率下降，那么排出的微粒量M下降。因此，如果EGR率下降，那么排出的微粒量M迅速低于可通過氧化反應除去的微粒量G。
如上所述，當尾氣中空氣-燃料比較低時，尾氣中的NOX就會被吸收在活性氧釋放劑/NOX吸收劑61內。但，NOX吸收劑61對NOX的吸收能力存在一個限度。在活性氧釋放劑/NOX吸收劑61的NOX的吸收能力達到飽和之前，需要從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出NOX。因此，就需要估計被活性氧釋放劑/NOX吸收劑61吸收的NOX的量。因此，在本發(fā)明的該實施例中，以圖18所示的圖形形式作為所需扭矩TQ和發(fā)動機轉速N的函數(shù)預先設定了每單位時間內NOX的吸收量。通過對每單位時間內的NOX吸收量進行累加，可以估算出被活性氧釋放劑/NOX吸收劑61吸收的NOX量∑NOX。
此外，在本發(fā)明的該實施例中，當NOX的吸收量∑NOX超過一個預定的最大允許值MAXN時，進入活性氧釋放劑/NOx吸收劑61內的尾氣的空氣-燃料比就會臨時變大。因此，NOX就會從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來。
但是，尾氣中還含有SOX?；钚匝踽尫艅?NOX吸收劑61不僅要吸收NOX，而且還要吸收SOX?；钚匝踽尫艅?NOX吸收劑61吸收SOX的機理與吸收NOX的機理相同。
現(xiàn)結合在載體上攜帶有鉑Pt和鉀K的實例對其機理進行說明，其機理與吸收NOX的機理相同，即如上所述，當尾氣中的空氣-燃料比較低時，氧O2以O2-或O2-的形式附著在鉑Pt的表面上。尾氣中的SO2與鉑Pt表面上的O2-或O2-反應，生成SO3。接著，所生成的部分SO3被活性氧釋放劑61所吸收，同時在鉑Pt上氧化并以硫酸根離子SO42-的形式分布在活性氧釋放劑/NOX吸收劑61內，而且還與鉑Pt結合，生成硫酸鹽K2SO4。
這種硫酸鹽K2SO4是穩(wěn)定的，而且不易分解。如上所述，即使尾氣中的空氣-燃料比很高，以使NOX從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來，硫酸鹽K2SO4仍然保持穩(wěn)定，而不會分解。因此，隨著時間的推移，活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中的硫酸鹽K2SO4將會逐漸增加。因此，活性氧釋放劑/NOX吸收劑61能夠吸收的NOX量將會隨著時間的推移而下降。
當活性氧釋放劑/NOX吸收劑61的溫度超過由活性氧釋放劑/NOX吸收劑61決定的某一溫度時，例如約為600℃時，硫酸鹽K2SO4將會分解。此時，如果流入活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中的尾氣的空氣-燃料比很高，那么SOX就會從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來。但是，與NOX從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來的情況相比，SOX從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來需要花費相當長的時間。
因此，在本發(fā)明的該實施例中，當SOX將從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來時，活性氧釋放劑/NOX吸收劑61的溫度將升高到600℃，同時保持空氣-燃料比較低，而且排出的微粒量M少于通過氧化反應可除去的微粒量G，然后SOX就可以從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來，而流向活性氧釋放劑/NOX吸收劑61的尾氣的空氣-燃料比會在較高和較低之間變換。
此外，當活性氧釋放劑/NOX吸收劑61的溫度TF升高到約600℃時，空氣-燃料比將保持很低的狀態(tài)，而排出的微粒量M少于通過氧化反應可除去的微粒量G。因此，這時即使微粒沉積在微粒過濾器22上，沉積下來的微粒也能夠在活性氧釋放劑/NOX吸收劑61的溫度TF升高到約600℃時通過氧化反應除掉。
此外，還有多種不同的方法用于將流入活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中的尾氣的空氣-燃料比升高到能夠使NOX或SOX從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來的程度。例如，當進行低溫燃燒時，通過在低溫燃燒過程中使燃燒室5中的空氣-燃料比保持很高，可使流入活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中的尾氣的空氣-燃料比很高。
另外，如上所述，當使尾氣中的空氣-燃料比很高時，活性氧將立刻從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中全部釋放出來。因此，沉積在微粒過濾器22上的微粒可被迅速氧化。但是，此后，如果尾氣中的空氣-燃料比繼續(xù)保持很高，那么氧就不會存儲在活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中。而且，在尾氣中幾乎不存在氧。因此，微粒就會以多層結構沉積在微粒過濾器22上，而不會被氧化掉。
因此，在本發(fā)明的該實施例中，當釋放SOX時，需要空氣-燃料比長時間保持很高的水平，流入活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中的尾氣的空氣-燃料比就會以上述方式在高和低之間交替變換。這樣，當尾氣中的空氣-燃料比較低時，微粒過濾器22上的微粒就可被尾氣中的活性氧或從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來的活性氧通過氧化反應除掉。因此就可以防止微粒以層狀結構沉積在微粒過濾器22上。
下面，將參照圖26對NOX將從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來時NOX釋放標志的設定和SOX將從活性氧釋放劑/NOX吸收劑61中釋放出來時SOX釋放標志的設定的處理程序加以說明。應該知道，該程序是在每個固定時間間隔內間斷執(zhí)行的。
參照圖19，首先，在步驟100，由圖18的圖形計算出每個單位時間內NOX的吸收量A。接著，在步驟101，將A加到NOX的吸收量∑NOX中。然后，在步驟102，判斷NOX的吸收量∑NOX是否大于最大允許值MAXN。當∑NOX＞MAXN時，程序就會轉入步驟103，設定用于表明NOX將要釋放的NOX釋放標志。接著，程序轉入步驟104。
在步驟104，常量k與噴射量Q的乘積K·Q與∑SOX相加。由于燃料中含有一定量的硫S，因此，被活性氧釋放劑/NOX吸收劑61所吸收的SOX量可由表達式kQ表示。因此，通過將kQ連續(xù)地加在一起得出的∑SOX就表示將被活性氧釋放劑/NOX吸收劑61所吸收的SOX估算量。在步驟105，判斷SOX的量∑SOX是否超過最大允許值MAXS。當∑SOX＞MAXS時，程序轉入步驟106，在該步驟106設定SOX的釋放標志。
下面，將參照圖27和28對操作的控制加以說明。
參照圖20和21，首先，在步驟200，判斷是否設定了SOX的釋放標志。當沒有設定SOX的釋放標志時，程序就會轉入步驟201，在該步驟中，判斷微粒過濾器22的溫度TF是否低于在圖11中由陰影部分表示的微粒和NOX同步處理區(qū)域的溫度的下限Tmin，例如250℃。當TF＜Tmin時，程序轉入步驟202，在該步驟中，執(zhí)行一種用于升高微粒過濾器22的溫度TF的方法。接著，程序轉入步驟207。
另外，當在步驟201中判斷出TF≥Tmin時，程序將轉入步驟203，該步驟將判斷微粒過濾器22的溫度TF是否高于在圖11中由陰影部分表示的微粒和NOX同步處理區(qū)域的溫度的上限Tmax，例如500℃。當TF＞Tmax時，程序轉入步驟204，該步驟執(zhí)行一種用于降低微粒過濾器22的溫度TF的方法。接下來，程序轉入步驟207。
此外，當在步驟203中判斷出TF≤Tmax時，程序轉入步驟205，該步驟判斷出排出的微粒量M是否大于通過氧化反應可除去的微粒量G。當M＞G時，程序轉入步驟206，在該步驟中，一種用于降低排出的微粒量M的方法或一種用于提高通過氧化反應可除去的微粒量G的方法被執(zhí)行。接著，程序轉入步驟207。
另外，當在步驟205判斷出M≤G時，程序轉入步驟207。在步驟207，判斷出是否設定了NOX標志。當NOX釋放標志已經(jīng)設定時，程序轉入步驟208，在該步驟中，對節(jié)流閥17的開啟程度進行控制，接著轉入步驟209，對EGR控制閥25的開啟程度進行控制。接著，在步驟210，對燃料的噴射進行控制。
與此相反，當在步驟207中判斷出已經(jīng)設定了NOX釋放標志時，那么程序轉入步驟211，在該步驟中，對節(jié)流閥17的開啟程度進行控制。接著，在步驟212中，對EGR控制閥25的開啟程度進行控制。接下來，在步驟213，一種用于使尾氣中的空氣-燃料比臨時變高的方法被執(zhí)行，以釋放NOX并重新設定NOX釋放標志。
此外，當在步驟200判斷出SOX釋放標志已經(jīng)設定時，程序轉入步驟214，在該步驟中，判斷微粒過濾器22的溫度TF是否大于SOX能夠釋放的溫度，例如600℃。當TF≤600℃時，程序轉入步驟215，對節(jié)流閥17的開啟程度進行控制，然后在步驟216，對EGR控制閥25的開啟程度進行控制。
接下來，在步驟217，判斷出排出的微粒量M是否大于通過氧化反應可除去的微粒量G。當M＞G時，程序轉入步驟218，在該步驟中，一種用于降低排出的微粒量M的方法或一種用于提高通過氧化反應可除去的微粒量G的方法被執(zhí)行。接著，在步驟219，一種用于將微粒過濾器22的溫度TF升高到約600℃的方法被執(zhí)行。
另外，當在步驟214判斷出TF＞600℃時，程序轉入步驟220，在該步驟中，對節(jié)流閥17的開啟程度進行控制，接著，在步驟221，對EGR控制閥25的開啟程度進行控制。然后，在步驟222，通過使尾氣中的空氣-燃料比在高和低之間切換，來控制SOX的釋放，以使SOX從活性氧釋放劑/SOX吸收劑61中釋放出來。
接著，在步驟223，從SOX的總量∑SOX中減去SOX的釋放量ΔSOX。SOX的釋放量ΔSOX可以等于一個確定的數(shù)值或根據(jù)發(fā)動機的操作狀態(tài)而變化。接著，在步驟224，判斷出SOX的總量∑SOX是否為負。當∑SOX＜0時，程序轉入步驟225，在該步驟中，重新設定NOX的釋放標志和SOX的釋放標志。
總之，在內燃機中，當發(fā)動機以低載荷運轉時，尾氣的溫度較低。因此，有時很難使通過氧化反應除去微粒的量G大于排出的微粒量M。但，如果執(zhí)行上述的低溫燃燒，那么排出的微粒量M就會極少。另外，由于尾氣的溫度很高，因此微粒過濾器22的溫度TF也變高。因此，即使在發(fā)動機的低載荷運轉過程中，也可以很容易地增加排出的微粒量M。因此，可以說，低溫燃燒非常適合本發(fā)明的尾氣凈化裝置。
如上所述，這種低溫燃燒僅在圖15所示的下側操作區(qū)域I內進行，而且不會在高載荷側的操作區(qū)域II內進行。因此，即使當執(zhí)行低溫燃燒時，也僅當發(fā)動機的操作狀態(tài)處于圖15中的操作區(qū)域I內時才會進行低溫燃燒。當發(fā)動機的操作狀態(tài)超出邊界X(N)并變換到操作區(qū)域II時，低溫燃燒也就變成了正常燃燒。就是說，低溫燃燒是在操作區(qū)域I內進行的，而正常燃燒是在操作區(qū)域II內進行的。
參照圖22至25，對該實施例的旁通(分流)機構加以說明。排氣管20a與一個尾氣流換向管80相連接。該尾氣流換向管80具有三個開口。這些開口分別與第一尾氣支管81a、第二尾氣支管81b和排氣管82相連接。
就是說，在尾氣流換向管80內，成對的第一和第二尾氣支管81a、81b從排氣管20a分叉。第一尾氣支管81a與微粒過濾器22的一端相連接。另外，第二尾氣支管81b與微粒過濾器22的另一端相連接。就是說，第一和第二尾氣支管81a、81b相互連接，從而形成一個環(huán)形的尾氣通道。
微粒過濾器22設置于該環(huán)形尾氣通道內。下面，為便于說明，將微粒過濾器22上與第一尾氣支管81a相連接的那端稱為第一端，將微粒過濾器22上與第二尾氣支管81b相連接的那端稱為第二端。
一個開關閥80a設置在尾氣流換向管80內。通過改變開關閥80a的轉動位置，使尾氣的流入可在下述兩種方式之間變換通過第一尾氣支管81a使尾氣流入微粒過濾器22的第一端和通過第二尾氣支管81b使尾氣流入微粒過濾器22的第二端；而且尾氣可以不經(jīng)過微粒過濾器22而直接流入到排氣管80內。
當開關閥80a定位于圖22所示的第一轉動位置上時，尾氣流換向管80上游的尾氣通過第一尾氣支管81a在第一端流入微粒過濾器22內，如圖22中的箭頭所示。在第一端流入微粒過濾器22的尾氣在第二端流出微粒過濾器22并通過第二尾氣支管81b流向尾氣流換向管80下游的排氣管82。
此外，當開關閥80a定位于圖24所示的第二轉動位置上時，位于尾氣流換向管80上游的尾氣在第二端通過第二尾氣支管81b流入微粒過濾器22。在第二端流入微粒過濾器22的尾氣在第一端從微粒過濾器22流出并通過第一尾氣支管81a進入位于尾氣流向開關閥80之下游的排氣管82內。
在該實施例中，具體細節(jié)如下所述，開關閥80a的轉動位置每隔一段時間就在第一和第二轉動位置之間交替變化一次，以改變尾氣流入微粒過濾器22的方向。因此，微粒將流入微粒過濾器22內或其隔板54內，從而通過氧化反應除去微粒。
當開關閥80a定位于恰好位于第一和第二轉動位置之間的一個中間位置上時，如圖25所示，位于尾氣流換向管80之上游的尾氣不經(jīng)過微粒過濾器22直接流入位于尾氣流換向管80之下游的排氣管82內，如圖25中的箭頭所示。
在該中間位置上，微粒過濾器22之第一端上的尾氣壓力基本等于微粒過濾器22之第二端上的尾氣壓力，因此，大部分尾氣都不會流入微粒過濾器22。因此，尾氣被迫繞過微粒過濾器22，以使流入微粒過濾器22的尾氣量基本為零。
即使通過上述的尾氣凈化方法在微粒過濾器22中以氧化反應除去微粒，但微粒有時仍然會沉積在微粒過濾器22的表面上。如果微粒仍然沉積在微粒過濾器22上，那么沉積下來的微粒將覆蓋微粒過濾器22的表面，這樣，尾氣就不能穿過微粒過濾器22。
因此，在該實施例中，當沉積在微粒過濾器22的表面上的微粒量大于預定的量，那么就會使沉積下來的微粒進行強制氧化或逐漸燃燒，以從微粒過濾器22上除去微粒?？梢酝ㄟ^將微粒過濾器22的溫度升高到一定的溫度值(例如，能夠使微粒氧化的溫度)而使沉積下來的微粒氧化或逐漸燃燒。
例如，可通過向微粒過濾器22進送氧和碳氫化合物并使氧和碳氫化合物在微粒過濾器22內燃燒的方法來提高微粒過濾器22的溫度。
此外，當發(fā)動機處于低溫燃燒狀態(tài)下時，就會有高溫廢氣從發(fā)動機內排出，還可以通過進行低溫燃燒來提高微粒過濾器22的溫度。
在該實施例中，當沉積下來的微粒量較多時，能夠使微粒過濾器22的溫度升高到一定溫度(例如微粒氧化溫度)的升溫程序就會被執(zhí)行，以對沉積下來的微粒進行強制氧化或使其逐漸燃燒。
但是，在溫度升高的過程中，沉積下來的微?？赡苋繒⒖倘紵?。此外，在不執(zhí)行升溫程序的情況下，當微粒過濾器22的溫度超過一個能夠使微粒被點燃并立刻以發(fā)出光焰的形式完全燃燒的溫度時，沉積下來的全部微粒就會立刻燃燒起來。在這種情況下，微粒過濾器22的溫度就會迅速升高。
因此，微粒過濾器22的局部就可能被熔化，而且可能被微粒燃燒所產(chǎn)生的熱量損壞。另外，安裝在微粒過濾器22上的活性氧釋放劑也可能由于微粒燃燒所產(chǎn)生的熱量而老化。為防止微粒過濾器22熔化或防止活性氧釋放劑產(chǎn)生老化，最好能夠防止沉積下來的微粒燃燒。
但是，如果沉積下來的微粒不燃燒，那么沉積下來的微粒量就會逐漸增加，從而就抑制了微粒過濾器22上的微粒的氧化反應。因此，微粒過濾器就不能通過氧化反應除去微粒。此外，如果微粒過濾器22的隔板54上的微孔被沉積下來的微粒塞住，那么廢氣就不能流過微粒過濾器22。
在該實施例中，可以判斷出微粒過濾器22是否產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象。當判斷出微粒過濾器22將產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象時，開關閥80a的轉動位置可被設定在中間位置上，以迫使尾氣繞過微粒過濾器22。這樣，氧就不會進送到微粒過濾器22內，因此，沉積下來的微粒也就不會燃燒。
此外，當判斷出微粒過濾器22不會產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象時，開關閥80a的轉動位置就被定位在第一或第二位置上，以使尾氣流入微粒過濾器22。這樣，氧就被進送到微粒過濾器22內，從而對沉積下來的微粒實施強制氧化或逐漸燃燒措施。
下面將根據(jù)該實施例對用于判斷微粒過濾器是否將被熱損壞的方法加以說明。通常情況下，沉積下來的微粒量越大，那么由沉積微粒全部立刻燃燒所產(chǎn)生的熱量也就越大。因此，當沉積微粒的量很大時，微粒過濾器22產(chǎn)生熱老化的可能性也就越大。就是說，可根據(jù)沉積下來的微粒量來判斷微粒過濾器22是否將產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象。
我們認為，可以根據(jù)微粒過濾器22的上游和下游尾氣的壓力差(壓力損失)來估算沉積下來的微粒量。根據(jù)最新的研究結果，我們發(fā)現(xiàn)即使壓力損失很小，沉積下來的微粒量有時也會很多。
這是因為微粒PM沉積在隔板54上，如圖26所示，因此，沉積微粒不會堵住隔板54的微孔入口。使微粒過濾器22產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象的原因主要有兩個，即由沉積下來的微粒燃燒所產(chǎn)生的大量的熱和從微粒過濾器22散發(fā)出去的熱量很少。
流入微粒過濾器22的氧數(shù)量越多，由沉積微粒的燃燒所產(chǎn)生的熱量也就越多。而且流入微粒過濾器22的尾氣量越少，從微粒過濾器22散發(fā)出去的熱量也就越少。
在該實施例中，如果微粒過濾器22的溫度高于微粒的燃點，那么當流入微粒過濾器22的氧氣量很大，或者流入微粒過濾器22的尾氣量很小時，就可以判斷出微粒過濾器22將被熱損壞。
另外，當流入微粒過濾器22的氧氣量很少，或者流入微粒過濾器22的尾氣量很大，即使微粒過濾器22的溫度超過微粒的燃點，也可以判斷出微粒過濾器22不會受到熱損壞。
這樣，如果考慮到微粒過濾器22產(chǎn)生熱老化的可能性，那么就可以在不使微粒過濾器22產(chǎn)生熱老化的前提下從微粒過濾器22上除去沉積下來的微粒。
下面，將參照圖27至29，對用于控制開關閥的方法，包括上述用于防止微粒過濾器產(chǎn)生熱老化的方法和使沉積下來的微粒產(chǎn)生氧化反應的方法加以詳細說明。
對開關閥80a的轉動位置進行控制，以根據(jù)圖27的流程圖使其從第一轉動位置變換到第二轉動位置，或從第二轉動位置變換到第一轉動位置。
首先，在步驟250，判斷出是否處于改變開關閥80a的轉動位置的時間。時間可以是一個每次已經(jīng)經(jīng)歷過的恒定周期，或者是流入微粒過濾器22內的微?？偭窟_到一個恒定量的時間，或者是發(fā)動機減速時的時間。
在步驟250，當判斷出是應該改變開關閥80a的轉動位置的時間時，程序轉入步驟251，在該步驟中，開關閥80a的轉動位置被改變。
另外，在步驟250，當判斷出不是應該改變開關閥80a的轉動位置的時間時，在不改變開關閥80a的轉動位置的前提下，程序轉入步驟252。
在步驟252，判斷流入微粒過濾器22的微粒量Apm(在下文中稱之為微粒的流入量)是否超過一個預定量ApmTH(Apm＞ApmTH)。微粒的流入量可用排出的微粒的累加量，或者可用通過微粒過濾器22所產(chǎn)生的壓力損失(如果在微粒過濾器22的上游和下游之間存在壓力損失)，或者利用氧化反應除去的微粒量和排出的微粒量之間的差值，或者利用設置在微粒過濾器22的下游用于檢測微粒濃度的傳感器的輸出值來計算。
在步驟252，當判斷出Apm＞ApmTH時，程序轉入步驟253，在該步驟中，執(zhí)行溫度升高程序，用于將微粒過濾器22的溫度升高到微粒的氧化溫度，以使沉積下來的微粒產(chǎn)生氧化。
另外，在步驟252中，當判斷出Apm≤ApmTH時，程序轉入步驟254，而不是執(zhí)行升溫程序。
在步驟254，根據(jù)流程圖28執(zhí)行用于防止產(chǎn)生熱老化的程序。
下面將參照圖28對防止產(chǎn)生熱老化的程序加以說明。首先，在步驟300，判斷出微粒過濾器22的溫度是否超過一個預定的溫度值(例如微粒的點燃溫度)TFTH(TF＞TFTH)。
在步驟300，當判斷出TF≤TFTH時，我們認為微粒過濾器22不會產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象。接著，結束該程序。
另外，在步驟300，當判斷出TF＞TFTH時，程序轉入步驟301，在該步驟中，根據(jù)圖29A和29B判斷本發(fā)動機的操作狀態(tài)A是否位于區(qū)域D(A＝D)內。在圖29A和29B的圖形中，區(qū)域D是一個將使微粒過濾器22產(chǎn)生熱損壞的危險區(qū)域，而區(qū)域S是一個不會使微粒過濾器22產(chǎn)生熱損壞的安全區(qū)域。
圖29A示出了當發(fā)動機在空氣-燃料比較低的情況下的操作時所采用的圖形。根據(jù)圖29A的圖形，吸入的空氣量越少，那么經(jīng)過微粒過濾器22的尾氣量也越少。因此，當從微粒過濾器22散發(fā)出來的熱量很小時，發(fā)動機的操作狀態(tài)A處于危險區(qū)域D內的可能性就很高。
此外，尾氣中氧的濃度Co越高，那么流入微粒過濾器22內的氧氣量也越大。因此，當尾氣中氧的濃度Co很大時，發(fā)動機的操作狀態(tài)A處于危險區(qū)域D內的可能性也很高。
當尾氣中碳氫化合物(HC)的濃度Chc變大時，一條用于將危險區(qū)域D與安全區(qū)域S分開的曲線Lds將朝向安全區(qū)域S移動。就是說，當尾氣中HC的濃度Chc變大時，發(fā)生熱老化的可能性也變大。
此外，圖29B示出了在空氣-燃料比接近經(jīng)化學計算得出的較低空氣-燃料比時，或者在其空氣-燃料比基本等于經(jīng)化學計算得到的空氣-燃料比時，或者在較高的空氣-燃料比時，發(fā)動機操作所用的圖形。
根據(jù)圖29B的圖形，吸入的空氣量越少，那么發(fā)動機的操作狀態(tài)A落入危險區(qū)域D內的可能性也就越大。
另外，尾氣中氧的濃度Co越高，那么發(fā)動機的操作狀態(tài)A落入危險區(qū)域D的可能性也就越大。
當尾氣中碳氫化合物(HC)的濃度Chc變大時，一條用于將危險區(qū)域D與安全區(qū)域S分開的曲線Lds將朝向危險區(qū)域D移動。就是說，當尾氣中HC的濃度Chc變小時，發(fā)生熱老化的可能性變大。
根據(jù)空氣-燃料比，隨著尾氣中HC濃度的變化而使熱老化的可能性變化的原因如下所述。
當發(fā)動機在較低的空氣-燃料比的情況下操作時，尾氣中氧的濃度很高。因此，即使尾氣中的HC濃度變大，尾氣中的氧與HC反應從而被消耗，殘留在尾氣中的氧氣量仍然足以在短時間內使沉積在微粒過濾器22上的微粒燃燒。
另外，如果尾氣中的HC濃度變大，那么與氧反應的HC量也變大。因此，微粒過濾器22的溫度將通過HC與氧的反應而急劇升高，從而使熱老化的可能性變大。
此外，當發(fā)動機在空氣-燃料比接近經(jīng)化學計算得出的較低空氣-燃料比的情況下，或者在其空氣-燃料比等于經(jīng)化學計算得到的空氣-燃料比的情況下，或者在較高的空氣-燃料比下操作時，尾氣中氧氣量最初很少。因此，當尾氣中的HC濃度變大，而且尾氣中的HC與氧反應時，殘留在尾氣中的氧氣量不足以使所有的沉積微粒立刻燃燒，這樣，與發(fā)動機在空氣-燃料比偏低的情況下工作狀態(tài)相比，產(chǎn)生熱老化的可能性就變小。
在步驟301，當判斷出A＝D時，我們認為微粒過濾器22將產(chǎn)生熱老化，程序轉入步驟302，在該步驟中，對開關閥進行控制，以使開關閥的轉動位置位于中間位置上，接著，程序轉入步驟303。
在步驟303，判斷發(fā)動機的操作狀態(tài)A是否位于安全區(qū)域S內(A＝S)。在步驟303，當判斷出A＝S時，程序轉入步驟304。此外，在步驟303，當判斷出A≠S，即A＝D時，繼續(xù)執(zhí)行步驟303，直到在步驟303判斷出A＝S。因此，在開關閥80a的轉動位置在步驟302定位于中間位置上時，開關閥80a的轉動位置被固定在中間位置上，直到在步驟303判斷出A＝S。
在步驟301，如果判斷出A≠D，即A＝S時，就可以認為微粒過濾器22不會產(chǎn)生熱老化，接著程序轉入步驟304。
可以認為當在步驟303判斷出A＝S，微粒過濾器22不會產(chǎn)生熱老化，如圖27所示，即使程序終止對開關閥進行控制，微粒過濾器22也不會產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象。但是，在該流程圖中，在步驟304后面添加了一些步驟，以有效防止微粒過濾器22產(chǎn)生熱老化。
就是說，既使在步驟303中判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)A落入安全區(qū)域S內時，微粒過濾器22的溫度TF仍然高于預定的溫度TFTH。此外，既使當微粒過濾器22的溫度TF低于預定的溫度TFTH時，微粒過濾器22的溫度TF仍然可能在局部很高。
在這些情況下，如果圖28中的程序已經(jīng)結束，而且開關閥80a的轉動位置可在第一和第二轉動位置之間變換，尾氣的流入方向將會通過改變開關閥80a的轉動位置而反復倒轉，因此，熱量就會集中在微粒過濾器22的中央部分上，這樣，沉積下來的全部微粒就可能立刻燃燒。
在該實施例中，為避免沉積下來的全部微粒立刻燃燒，應根據(jù)尾氣的溫度和數(shù)量及流入微粒過濾器22中的氧氣量和HC量，估算能夠表明微粒過濾器22不會產(chǎn)生熱老化的安全程度，僅當安全程度變大時，圖28的程序才會結束，而且程序返回圖27所示的程序。
為此，在步驟303，當判斷出A＝S，從而微粒過濾器22不會產(chǎn)生熱老化時，程序轉入步驟304，在該步驟中，開關閥80a的轉動位置被定位在第一或第二轉動位置上，接下來，程序轉入步驟305。
在步驟305，可判斷安全計算器CS是否大于預定值CSTH(CS＞CSTH)，而安全計算器又是根據(jù)圖30的流程來進行計算的。
根據(jù)圖30的流程圖，首先，在步驟400，判斷出流入微粒過濾器22的尾氣溫度Tex是否低于一個預定的溫度TexTH(Tex＜TexTH)。
在步驟400，當判斷出Tex＜TexTH時，程序轉入步驟401，在該步驟中，安全計算器CS執(zhí)行計算操作，接著轉入步驟402。另外，在步驟400，當判斷出Tex≥TexTH時，程序直接轉入步驟402。
在步驟402，判斷出流入微粒過濾器22的尾氣量Gex是否大于一個預定量Gex(Gex＞GexTH)。
在步驟402，當判斷出Gex＞GexTH時，程序轉入步驟403，在該步驟中，安全計算器CS執(zhí)行計算操作，接著轉入步驟404。另外，當判斷出Gex≤GexTH時，程序直接轉入步驟404。
在步驟404，判斷出流入微粒過濾器22的尾氣中的氧量Co是否小于一個預定的量CoTH(Co＜CoTH)。
在步驟404，當判斷出Co＜CoTH時，程序轉入步驟405，在該步驟中，安全計算器CS執(zhí)行累加操作，接著轉入步驟406。此外，在步驟404，當判斷出Co≥CoTH，程序直接轉入步驟406。
在步驟406，判斷出流入微粒過濾器22的尾氣中HC的濃度Chc是否小于一個預定的濃度ChcTH(Chc＜ChcTH)。在步驟406，當判斷出Chc＜ChcTH時，程序轉入步驟407，在該步驟中，安全計算器CS執(zhí)行累加操作，接著程序終止。此外，在步驟406中，當判斷出Chc≥ChcTH時，程序終止。
在圖28的步驟305，根據(jù)安全計算器CS如上所述的計算，當判斷出CS＜CSTH時，就可以認為沉積下來的全部微粒立刻燃燒的可能性幾乎為零，而程序轉入步驟306，在該步驟中，安全計算器CS復位，接著程序終止。
此外，在步驟305，當判斷出CS≤CSTH時，可以認為沉積下來的全部微粒將會立刻燃燒，而程序返回步驟301。即，在沉積下來的全部微粒能夠立刻燃燒的情況下，發(fā)動機的操作狀態(tài)A可能進入危險區(qū)域D，因此程序返回步驟301，這樣，即使當發(fā)動機的操作狀態(tài)A進入危險區(qū)域D時，也可有效防止微粒過濾器22的熱老化。
在上述用于防止產(chǎn)生熱老化的方法中，在步驟304，當開關閥80a的轉動位置定位在第一或第二轉動位置上后，開關閥80a的轉動位置就被固定，直到在發(fā)動機現(xiàn)在的操作狀態(tài)下安全程度大于一定的限度。
但是，設置于排氣管內的噴射器可能會向微粒過濾器22噴水或噴射氮氣，以迫使微粒過濾器22的溫度降低，從而使安全程度大于一定的限度?；蛘?，可以僅使用微粒過濾器22的溫度來替代安全程度，當微粒過濾器22的溫度TF低于預定的溫度TFTH時，或低于一個小于預定溫度TFTH的溫度時，程序可能返回圖27的流程圖。
下面，將對本發(fā)明的第二實施例用于防止熱老化的方法加以說明。在該實施例中，恰在判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)落入危險區(qū)域內后，使尾氣不能繞過微粒過濾器。
在該實施例中，判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)是否將移入安全區(qū)域的一個范圍內，在該范圍內，可以對下述因素作出考慮例如，當發(fā)動機的操作狀態(tài)改變時，燃料的成本或所需的發(fā)動機扭矩。當其判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)將進入安裝區(qū)域的允許范圍內時，可以改變發(fā)動機的操作狀態(tài)，以使發(fā)動機的操作狀態(tài)進入安全區(qū)域。
用于確定發(fā)動機的操作狀態(tài)是否落入安全區(qū)域或危險區(qū)域的參數(shù)是微粒過濾器22的溫度、尾氣中氧的濃度、吸入的空氣量和尾氣中HC的濃度。
因此，為將發(fā)動機的操作狀態(tài)移到安全區(qū)域內，當發(fā)動機在空氣-燃料比較大的情況下工作時，降低微粒過濾器22的溫度，或者降低尾氣中氧的濃度，或者增加吸入的空氣量，或者降低尾氣中HC的濃度。此外，當發(fā)動機在空氣-燃料比較低的情況下工作時，可提高尾氣中HC的濃度。
為降低微粒過濾器22的溫度，例如可提高燃料噴射器的燃料噴射壓力并延長噴射時間。
為增加吸入的空氣量，例如可降低EGR率，或者如果需要，可將EGR率降低到零，或者如果發(fā)動機包括一個自動齒輪比的傳動機構，那么可相對于EGR率來說通過提高傳動齒輪比來提高發(fā)動機的轉速。
當EGR率被降低到零時，燃燒室5內的燃料燃燒速度就會變得非常快，而且由燃料的燃燒而產(chǎn)生的噪音水平也高于允許值，因此，可在將燃料噴射到燃燒室5內之前，最好進行導向噴射，以預先噴射少量的燃料；或者降低燃料噴射的壓力，以抑制由燃料的燃燒而產(chǎn)生的噪音水平的提高。
為降低尾氣中氧的濃度，可降低空氣-燃料比，或提高EGR率。
當發(fā)動機在空氣-燃料比較小的情況下工作時，例如在低溫燃燒時，或者除了在燃料噴射過程中噴射用于使發(fā)動機工作的燃料外，還要在燃燒沖程噴射燃料時，最好降低空氣-燃料比。
這樣，當發(fā)動機的操作條件改變時，就可以避免包含有微粒的尾氣不經(jīng)過微粒過濾器22而直接排放到外部空氣中。即使發(fā)動機的操作條件發(fā)生改變，但當發(fā)動機的操作狀態(tài)沒有進入安全區(qū)域時，可以執(zhí)行一種與第一實施例類似的方法來防止熱老化，從而使尾氣繞過微粒過濾器22。
圖31示出了第二實施例中用于防止產(chǎn)生熱老化的方法的流程圖。在圖31所示的流程圖中，除步驟501a和501b外，其它步驟500-506與圖28中的步驟300-306相同。
在圖31所示的流程圖中，在步驟501，當判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)A落入危險區(qū)域D內(A＝D)時，程序轉入步驟501a，在該步驟，判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)A是否將通過改變發(fā)動機的操作條件而移入安全區(qū)域S內。
在步驟501a，當判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)A將移入安全區(qū)域S內時，程序轉入步驟501b，在該步驟中，發(fā)動機的操作條件被改變，以使發(fā)動機的操作狀態(tài)A進入安全區(qū)域S。
另外，在步驟501a，當判斷出發(fā)動機的操作狀態(tài)A不能移到安全區(qū)域S內時，程序轉入步驟502。其余的步驟與圖31所示的那些步驟相同，因此省去了對這些步驟的說明。
當流入微粒過濾器22的尾氣量減少時，為使沉積在微粒過濾器22上的微粒逐漸燃燒，而不是全部立刻燃燒，可采用圖22至25所示的旁通機構使少量的尾氣進入微粒過濾器22。
在這種情況下，開關閥80的轉動位置被定位在一個相對中間位置朝向第一或第二轉動位置略有偏移的位置上。這樣，就在微粒過濾器22的第一和第二端之間產(chǎn)生了壓力差，從而使少量的尾氣能夠流入微粒過濾器22。
下面，將參照圖32，對用于通過第三實施例的氧化反應除去沉積微粒的方法，包括防止微粒過濾器產(chǎn)生熱老化的方法加以說明。在該實施例中，用于防止微粒過濾器產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象的方法采用了第一和第二實施例中的一些內容，而且還包括用于從微粒過濾器中除去SOX的方法。
在圖32所示的流程圖中，首先，在步驟600，判斷出沉積下來的微粒量Apm是否大于一個預定的量ApmTH(Apm＞ApmTH)。沉積下來的微粒量Apm可通過對每單位時間內沉積下來的微粒量進行累加的方法來計算，而單位時間內沉積下來的微粒量又是通過實驗在先得出的，它是發(fā)動機轉速N和所需發(fā)動機載荷L的函數(shù)。
在步驟600，當判斷出Apm＞ApmTH時，即判斷出沉積下來的微粒應該通過氧化反應除掉時，程序轉入步驟601，在該步驟中執(zhí)行溫度升高程序，以將微粒過濾器22的溫度升高到可使微粒氧化的溫度，接著程序轉入步驟602。
例如，為升高微粒過濾器的溫度，可進行低溫燃燒?；蛘?，為升高微粒過濾器的溫度，可關閉設置在排氣通道內的尾氣節(jié)流閥提高發(fā)動機所需的負荷，從而提高燃料的噴射量。
此外，為提高微粒過濾器的溫度，除了用于使發(fā)動機工作的燃料外，可在燃燒沖程中噴射少量的燃料并使其燃燒，從而提高尾氣的溫度。
此外，在步驟600，判斷出Apm≤ApmTH，程序直接轉入步驟602。
在步驟602，根據(jù)圖33所示的流程圖執(zhí)行防止熱老化的程序。在圖33所示的流程圖中，首先在步驟605，判斷出是否滿足執(zhí)行防止熱老化程序的條件(防止熱老化的條件)。此外，還可根據(jù)圖34的流程圖，判斷是否滿足條件。
在圖34所示的流程圖中，首先在步驟700，判斷出微粒過濾器22的溫度TF是否高于預定的溫度TFTH(TF＞TFTH)。預定的溫度可被設定為微粒的燃點。
在步驟700，當判斷出TF＞TFTH時，程序轉入步驟701，在該步驟中，判斷出防止熱老化的條件已經(jīng)得到滿足。
此外，在步驟700，當判斷出TF≤TFTH時，其將判斷出防止熱老化的條件沒有得到滿足，接著程序結束。
在圖33的步驟605，當防止熱老化的條件得到滿足時，程序轉入步驟606，在該步驟中執(zhí)行用于防止熱老化的程序。
在用于防止熱老化的程序中，尾氣被迫繞過微粒過濾器22，以使流入微粒過濾器22的尾氣量低于第一限值，最好基本為零，或者減少空氣的吸入量，以使流入微粒過濾器22的尾氣量低于第一限值，或者提高發(fā)動機的轉速，以使流入微粒過濾器22的尾氣量大于第二限值。
第一限值就是足夠小以抑制沉積微粒燃燒的尾氣量。第二限值就是足夠大使沉積微粒燃燒產(chǎn)生的熱量輻射出去，以防止微粒過濾器22熱老化的尾氣量。
在經(jīng)過預定的時間段后，用于防止熱老化的程序停止運行，接著開始執(zhí)行正常程序。預定的時間段可以是足以將微粒過濾器22的溫度降低到接近微粒的氧化溫度所需的時間。
在圖32的步驟603，判斷附著在微粒過濾器22上的硫S的量As是否大于一個預定的量AsTH(As＞AsTH)。
尾氣中的硫S附著在微粒過濾器22的表面上。當微粒過濾器22包括具有吸收和釋放NOX的能力的NOX吸收劑，當周圍環(huán)境中存在有過量的氧時，其能夠吸收并保持NOX，當周圍環(huán)境中的氧濃度下降時，其能夠釋放出被保存的NOX，附著的硫降低了NOX吸收和釋放能力。
因此，在該流程圖中，在步驟603，當判斷出附著的硫S的量較大時，執(zhí)行用于將附著的硫S從微粒過濾器22上除去的程序。
應該知道，可將鉑Pt這樣的貴金屬用作活性氧釋放劑。此外，活性氧釋放劑可由下述成分中的至少一種構成堿金屬，例如鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs和銣Rb；堿土金屬，例如鋇Ba、鈣Ca和鍶Sr；稀土金屬，例如鑭La、釔Y和鈰Ce；過渡金屬，例如鐵Fe；碳族元素，例如錫Sn。
具體而言，在步驟603，當判斷出As＞AsTH時，程序轉入步驟604，在該步驟中，發(fā)動機在空氣-燃料比較高的情況下工作，從而使尾氣的空氣-燃料比高于經(jīng)化學計算得出的空氣-燃料比。因此，當尾氣中的碳氫化合物與氧氣反應時，微粒過濾器22中的氧濃度就會降低，從而升高微粒過濾器22的溫度。因此，就可將附著在微粒過濾器22上的硫S從微粒過濾器22上分解。
從微粒過濾器22上分解硫的溫度高于微粒的氧化溫度，因此出于能量效率角度的考慮，當在步驟601將微粒過濾器22的溫度升高到微粒的氧化溫度后，微粒過濾器22的溫度最好被升高到硫的分離溫度。
如上所述，在該實施例中，當沉積下來的微粒量大于預定量時，執(zhí)行提高溫度的程序?；蛘?，可在微粒過濾器22的上游和下游的尾氣壓力差大于一個預定的水平時(如果存在壓力損失的話)，執(zhí)行提高溫度的程序。
此外，如上所述，在該實施例中，其判斷出根據(jù)微粒過濾器22的溫度是否應該執(zhí)行防止熱老化的程序?；蛘?，除了微粒過濾器22的溫度外，還可使用流入燃燒室內的吸入空氣量，或流入微粒過濾器22的尾氣量(流入的尾氣量)來判斷是否應該執(zhí)行防止熱老化的程序。
圖35示出了用于根據(jù)微粒過濾器22的溫度和流入的尾氣量Gex來判斷防止熱老化的條件是否得到滿足的另一實施例的流程圖。
在圖35所示的流程圖中，首先在步驟800，其判斷出微粒過濾器22的溫度是否高于預定的溫度TFTH(TF＞TFTH)。
在步驟800，當判斷出TF＞TFTH時，程序轉入步驟801，在該步驟中，判斷流入的尾氣量Gex是否大于最小量GexMin并小于最大量GexMax(GexMin＜Gex＜GexMax)。
在步驟801，當判斷出GexMin＜Gex＜GexMa時，即當判斷出微粒過濾器22的溫度高于微粒的燃點，而且流入的尾氣量不足以使沉積微粒燃燒所產(chǎn)生的熱量迅速輻射出來，而且流入的氧氣量足以促進沉積微粒的燃燒時，可以認為微粒過濾器22的熱老化情況可以被防止，這樣，程序轉入步驟802，在該步驟中，其判斷出防止熱老化的條件已經(jīng)滿足。
應該知道，本發(fā)明還可應用到尾氣凈化裝置上，在該尾氣凈化裝置中，將氧化催化劑放置在位于微粒過濾器上游的尾氣通道內，通過該氧化催化劑可將尾氣中的NO轉化成NO2，并使NO2與沉積在微粒過濾器上的微粒反應，利用NO2來氧化微粒。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，可在微粒過濾器上連續(xù)氧化并除去尾氣中的微粒，同時還可很好地凈化尾氣中的NOX。
盡管已參照說明性的特定實施例對本發(fā)明作出了說明，但應該清楚在本發(fā)明的基本構思和保護范圍內，本領域的技術人員可作出多種不同的變形和修改。
權利要求
1.一種尾氣凈化裝置，用于設置有燃燒室的發(fā)動機上，其包括一個尾氣通道；一個微粒過濾器，其設置于尾氣通道內并用于通過氧化反應除掉從燃燒室排出的尾氣中的微粒；一個用于控制流入微粒過濾器內的尾氣特性的裝置，和用于判斷微粒過濾器是否會被微粒氧化反應產(chǎn)生的熱量而熱老化的裝置，其中當判斷裝置判斷出微粒過濾器將被熱老化時，控制裝置就會改變流入微粒過濾器的尾氣特性，從而防止微粒過濾器產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象。
2.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述控制裝置能夠控制流入微粒過濾器中的尾氣量；而且當判斷裝置判斷出微粒過濾器將被熱損壞時，該控制裝置能夠執(zhí)行使流入微粒過濾器的尾氣量小于第一限值的第一控制操作和能夠使流入微粒過濾器的尾氣量大于一個第二限值的第二控制操作，其中第二限值大于第一限值。
3.根據(jù)權利要求2所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述裝置還包括一個旁通機構，用于使至少部分尾氣繞過微粒過濾器；而且所述控制裝置能夠通過旁通機構使至少部分尾氣繞過微粒過濾器的方式使流入微粒過濾器的尾氣量小于第一限值。
4.根據(jù)權利要求2所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述控制裝置能夠通過減少吸入燃燒室內的空氣量而使流入微粒過濾器的尾氣量小于第一限值，并能夠通過增加吸入燃燒室內的空氣量而使流入微粒過濾器的尾氣量大于第二限值。
5.根據(jù)權利要求4所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述控制裝置可通過降低發(fā)動機轉速而減少吸入燃燒室內的空氣量，并可通過增加發(fā)動機的轉速來增加吸入燃燒室內的空氣量。
6.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述判斷裝置能夠在微粒過濾器的溫度高于一個預定溫度時，判斷出微粒過濾器將會被熱損壞。
7.根據(jù)權利要求6所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述預定的溫度是微粒的燃點。
8.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述判斷裝置能夠在微粒過濾器的溫度高于一個預定溫度，而且尾氣中的氧濃度高于一個預定濃度時，判斷出微粒過濾器將被熱損壞。
9.根據(jù)權利要求8所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述預定溫度為微粒的燃點。
10.根據(jù)權利要求8所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述預定濃度以下述方式設定當尾氣的空氣-燃料比較低時，能夠隨著尾氣中碳氫化合物濃度的變大而變小，而且當尾氣的空氣-燃料比等于經(jīng)化學方法計算出來的結果或較高時，能夠隨著尾氣中碳氫化合物濃度的變大而變大。
11.根據(jù)權利要求8所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述預定的濃度被設定為隨著吸入燃燒室內的空氣量變大而變大。
12.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于當判斷裝置判斷出微粒過濾器將被熱所損壞時，在通過控制裝置改變尾氣的特性之前，判斷裝置判斷出通過改變尾氣的特性是否能夠使微粒過濾器的溫度低于預定溫度，而且判斷出通過改變尾氣的特性是否能夠使尾氣中的氧氣濃度小于預定的濃度；當判斷裝置判斷出通過改變尾氣的特性將使微粒過濾器的溫度低于預定的溫度時，所述控制裝置就會改變尾氣的特性，以使微粒過濾器的溫度低于預定的溫度；當判斷裝置判斷出尾氣中的氧氣濃度將小于預定濃度時，所述控制裝置能夠改變尾氣的特性，以使尾氣中氧氣的濃度低于預定的濃度。
13.根據(jù)權利要求12所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述控制裝置通過控制發(fā)動機的操作條件來控制尾氣的特性。
14.根據(jù)權利要求12所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述裝置還包括一個用于使至少部分尾氣繞過微粒過濾器的旁通機構，而且當判斷裝置判斷出通過改變尾氣的特性將使微粒過濾器的溫度不低于預定的溫度，而且尾氣中的氧氣濃度不小于預定的濃度時，所述控制裝置能夠通過該旁通機構使至少部分尾氣繞過微粒過濾器。
15.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述裝置還包括一個用于使流入微粒過濾器的尾氣的流入方向換向的倒轉機構。
16.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于一種貴金屬催化劑被裝在微粒過濾器上。
17.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于一種活性氧釋放劑裝在微粒過濾器上，當周圍的環(huán)境中存在有過量的氧時，所述活性氧釋放劑能夠吸收氧并保存氧，當周圍環(huán)境中的氧氣濃度下降時，所述活性氧釋放劑能夠以活性氧的形式釋放出先前保存的氧；當微粒附著在微粒過濾器上時，活性氧能夠從活性氧釋放劑中釋放出來，而且附著在微粒過濾器上的微?？杀贿@些活性氧所氧化。
18.根據(jù)權利要求17所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述活性氧釋放劑由下述金屬中的至少一種構成堿金屬、堿土金屬、稀土金屬、過渡金屬和碳族元素。
19.根據(jù)權利要求18所述的尾氣凈化裝置，其特征在于所述堿金屬和堿土金屬由比鈣更易于電離的金屬構成。
20.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于附著在微粒過濾器上的微粒可通過臨時使部分或全部尾氣的空氣-燃料比較高而被氧化掉。
21.根據(jù)權利要求1所述的尾氣凈化裝置，其特征在于一種NOX吸收劑被裝在微粒過濾器上，當周圍環(huán)境存在過量的氧時，該NOX吸收劑能夠吸收尾氣中的NOX，當周圍環(huán)境中的氧濃度下降時，該NOX吸收劑能夠釋放出已經(jīng)吸收的NOX；當從控制裝置改變尾氣特性的時刻開始經(jīng)歷一個預定的時間段后，流入微粒過濾器中的尾氣特性將恢復到最初的特性，而且附著在微粒過濾器上的硫通過使部分或全部尾氣的空氣-燃料比很高而從微粒過濾器上分離出來。
全文摘要
一種尾氣凈化裝置,用于設置有燃燒室的發(fā)動機上,其包括:一個尾氣通道;一個微粒過濾器,其設置于尾氣通道內并用于通過氧化反應除掉從燃燒室排出的尾氣中的微粒;一個用于控制流入微粒過濾器內的尾氣特性的裝置,其中:當判斷裝置判斷出微粒過濾器將產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象時,控制裝置就會改變流入微粒過濾器的尾氣特性,從而防止微粒過濾器產(chǎn)生熱損壞。
文檔編號B01D53/94GK1386161SQ01802142
公開日2002年12月18日 申請日期2001年7月23日 優(yōu)先權日2000年7月24日
發(fā)明者廣田信也, 田中俊明, 伊藤和浩, 淺沼孝充, 中谷好一郎, 木村光壱 申請人:豐田自動車株式會社