專利名稱：排氣凈化方法和排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣凈化方法和排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
過去以來，為了除去柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中含有的微粒，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路內(nèi)配置微粒過濾器，一旦排氣微粒被該微粒過濾器捕集，就要通過使微粒過濾器上捕集的微粒著火燃燒來再生微粒過濾器。但是，微粒過濾器上捕集的微粒如果達(dá)不到600℃左右以上的高溫就不會(huì)著火，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度通常比600℃低得多。因此，難以利用排氣熱使微粒過濾器上捕集的微粒著火，為了利用排氣熱使微粒過濾器上捕集的微粒著火，就必須降低微粒的著火溫度。
可是，過去已知如果在微粒過濾器上載帶催化劑就可以降低微粒的著火溫度，因此，過去以來，為了使微粒的著火溫度降低而載帶催化劑的各種微粒過濾器已為人們所公知。
例如，特公平7-106290號(hào)公報(bào)中公開了一種在微粒過濾器上載帶鉑族金屬和堿土金屬氧化物的混合物的微粒過濾器。在該微粒過濾器中，能夠維持在大約350℃～400℃的較低溫度下使微粒著火，接著連續(xù)燃燒。
如果柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷提高，排氣溫度就會(huì)達(dá)到350℃～400℃，因此，在上述的微粒過濾器中，乍一看時(shí)，似乎發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷提高時(shí)，排氣熱可使微粒著火燃燒。但實(shí)際上，會(huì)產(chǎn)生這樣一些問題有時(shí)即使排氣溫度達(dá)到350℃～400℃，微粒也沒有著火，而且即使微粒著火，也只能使一部分微粒燃燒，而大量的微粒殘留下來。
也就是說，當(dāng)排氣中含有的微粒量少時(shí)，微粒過濾器上附著的微粒量也就少，如果此時(shí)排氣溫度達(dá)到350℃～400℃，就能使微粒過濾器上的微粒著火，接著連續(xù)燃燒。
但是，如果排氣中含有的微粒量多時(shí)，則微粒過濾器上附著的微粒在完全燃燒之前，該微粒之上會(huì)堆積其他的微粒，其結(jié)果，微粒積層狀地堆積到微粒過濾器上。這樣一來，如果微粒積層狀地堆積在微粒過濾器上，雖然能夠使易與氧接觸的那部分微粒燃燒，但不能使接觸不到氧氣的其他微粒燃燒，于是大量的微粒就殘留下來。因此，一旦排氣中含有的微粒量增多，微粒過濾器上就會(huì)繼續(xù)堆積大量微粒。
另一方面，如果大量的微粒堆積到微粒過濾器上，這些堆積著的微粒就變得不那么容易逐漸地著火燃燒。這種不易燃燒被認(rèn)為是由于堆積著的微粒中的碳變成不易燃燒的石墨等。事實(shí)上，一旦大量的微粒繼續(xù)堆積到微粒過濾器上，在350℃～400℃的較低溫度下，堆積著的微粒不會(huì)著火，為了使堆積著的微粒著火，需要600℃以上的高溫。但是，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣溫度通常達(dá)不到600℃以上的高溫，因此，一旦大量的微粒繼續(xù)堆積到微粒過濾器上，則排氣熱難以使堆積著的微粒著火。
另一方面，如果能夠使此時(shí)的排氣溫度達(dá)到600℃以上的高溫，堆積著的微粒就會(huì)著火，但該場(chǎng)合下還會(huì)產(chǎn)生其他的問題。即，該場(chǎng)合下，如果能使堆積著的微粒著火，則發(fā)生火焰而燃燒，此時(shí)微粒過濾器的溫度在堆積著的微粒燃燒完了的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持在800℃以上。但是，如果象這樣使微粒過濾器長(zhǎng)時(shí)間地處于800℃以上的高溫下，則微粒過濾器會(huì)提前劣化，于是就產(chǎn)生必須提前更新微粒過濾器的問題。
另外，一旦使堆積著的微粒燃燒，則灰分凝結(jié)成大疙瘩，這些灰粒會(huì)造成微粒過濾器的細(xì)孔堵塞。堵塞的細(xì)孔數(shù)隨著時(shí)間的推移而逐漸增多，于是就使微粒過濾器中的排氣流的壓力降逐漸增大。一旦排氣流的壓力降增大，則發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率降低，從這一點(diǎn)考慮，也會(huì)產(chǎn)生必須提前更新微粒過濾器的問題。
一旦大量的微粒積層狀地堆積起來，就會(huì)產(chǎn)生如上所述的各種問題，因此，考慮到使排氣中含有的微粒量與微粒過濾器上能夠燃燒的微粒量達(dá)到平衡，必須不使大量的微粒積層狀地堆積。但是，上述公報(bào)中記載的微粒過濾器中，對(duì)于排氣中含有的微粒量與微粒過濾器上能夠燃燒的微粒量的平衡沒有任何考慮，于是就產(chǎn)生如上所述的各種問題。
而且，上述公報(bào)中記載的微粒過濾器中，如果排氣溫度在350℃以下，就不能使微粒著火，于是微粒就會(huì)堆積到微粒過濾器上。該場(chǎng)合下，如果堆積量少，當(dāng)排氣溫度達(dá)到350℃～400℃時(shí)，就會(huì)使堆積著的微粒燃燒，而一旦大量的微粒積層狀地堆積，當(dāng)排氣溫度達(dá)到350℃～400℃時(shí)，不會(huì)使堆積著的微粒著火，即使著火，也會(huì)由于一部分微粒不燃燒而殘留下來。
該場(chǎng)合下，如果在大量微粒積層狀地堆積之前提高排氣溫度，就能使堆積著的微粒燃燒而不會(huì)殘留下來，但上述的公報(bào)中記載的微粒過濾器中，對(duì)這些問題沒有任何考慮，于是在大量微粒積層狀地堆積的場(chǎng)合下，只要不使排氣溫度上升到600℃以上，就不能使堆積著的全部微粒燃燒。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠在微粒過濾器上連續(xù)地將排氣中的微粒氧化除去的排氣凈化方法和排氣凈化裝置。
另外，本發(fā)明的其他目的在于，提供一種能夠在微粒過濾器上連續(xù)地將排氣中的微粒氧化除去且能夠同時(shí)除去排氣中的NOx的排氣凈化方法和排氣凈化裝置。
本發(fā)明提供一種排氣凈化方法。該方法中，作為用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去。該方法中，當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種排氣凈化裝置。在該裝置中，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路內(nèi)配置用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，作為微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去。該排氣凈化裝置具有這樣一種控制手段當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
另外，本發(fā)明還提供一種排氣凈化方法。該方法中，作為用于除去燃燒室排出的廢氣中的微粒的微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去，并且該微粒過濾器還具有這樣一種功能當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比稀(lean)時(shí)，就吸收排氣中的NOx，一旦進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比達(dá)到理論空燃比或變濃(rich)時(shí)，就釋放出所吸收NOx。該方法中，當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種排氣凈化裝置。該裝置中，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路內(nèi)配置用于除去燃燒室排出的廢氣中的微粒的微粒過濾器，作為微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去，并且該微粒過濾器還具有這樣一種功能當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比稀時(shí)，就吸收排氣中的NOx，一旦進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比達(dá)到理論空燃比或變濃時(shí)，就釋放出所吸收的NOx。該排氣凈化裝置具備這樣一種控制手段當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1為內(nèi)燃機(jī)的整體圖，圖2A、2B為示出發(fā)動(dòng)機(jī)要求扭矩的圖，圖3A、3B為示出微粒過濾器的圖，圖4A、4B為用于說明微粒氧化作用的圖，圖5A～5C為用于說明微粒堆積作用的圖，圖6為示出可被氧化除去的微粒量與微粒過濾器溫度之關(guān)系的圖，圖7A、7B為示出可被氧化除去的微粒量的圖，圖8A～8F為示出可被氧化除去的微粒量G的圖象的圖，圖9A、9B為示出排氣中的氧濃度和NOx濃度的圖象的圖；圖10A、10B為示出排出微粒量的圖；圖11為用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的流程圖；圖12為用于說明噴射控制的圖；圖13為示出黑煙發(fā)生量的圖；圖14A、14B為示出燃燒室內(nèi)的氣體溫度等的圖；圖15為示出內(nèi)燃機(jī)的其他實(shí)施例的整體圖；圖16為示出內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖；圖17為示出內(nèi)燃機(jī)的又一實(shí)施例的整體圖；圖18為示出內(nèi)燃機(jī)的另一其他實(shí)施例的整體圖；圖19為示出內(nèi)燃機(jī)的又一其他實(shí)施例的整體圖；圖20A～20C為示出微粒堆積濃度等的圖；圖21為用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的流程圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案圖1示出將本發(fā)明適用于壓縮著火式內(nèi)燃機(jī)的場(chǎng)合。應(yīng)予說明，本發(fā)明也可適用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。
參照?qǐng)D1進(jìn)行說明。圖中，1為發(fā)動(dòng)機(jī)主體，2為汽缸體，3為汽缸蓋，4為活塞，5為燃燒室，6為電子控制式燃燒噴射閥，7為吸氣閥，8為吸氣口，9為排氣閥，10為排氣口。吸氣口8通過對(duì)應(yīng)的吸氣支管11連接到緩沖罐(surge tank)12上，緩沖罐12通過吸氣罐13連接到廢氣渦輪增壓器14的壓縮機(jī)15上。吸氣罐13內(nèi)配置由步進(jìn)馬達(dá)16驅(qū)動(dòng)的節(jié)流閥17，進(jìn)一步在吸氣罐13的周圍配置冷卻裝置18，用以冷卻進(jìn)入吸氣罐13內(nèi)的進(jìn)氣。圖1所示的實(shí)施例中，將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水導(dǎo)入冷卻裝置18內(nèi)，用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水冷卻進(jìn)氣。另外，排氣口10通過排氣歧管19和排氣管20連接到廢氣渦輪增壓器14的排氣葉輪機(jī)21上，排氣葉輪機(jī)21的出口連接到內(nèi)置微粒過濾器22的殼體23上。
排氣歧管19和緩沖罐12通過廢氣再循環(huán)(以下稱為EGR)通路24而相互連接起來，EGR通路24內(nèi)配置電子控制式EGR控制閥25。另外，在EGR通路24的周圍配置冷卻裝置26，用以冷卻流經(jīng)EGR通路24內(nèi)的EGR氣體。圖1所示的實(shí)施例中，將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水導(dǎo)入冷卻裝置26內(nèi)，用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水冷卻EGR氣體。另外，各燃料噴射閥6通過燃料供給管6a連接到燃油箱和共軌(common rail)27上。從供油量可調(diào)的電子控制式燃料泵28向該共軌27內(nèi)供給燃料，供給到共軌27內(nèi)的燃料通過各燃料供給管6a而被供給到燃料噴射閥6中。共軌27中安裝有燃料壓力傳感器29，用以檢測(cè)共軌27內(nèi)的燃料壓力，根據(jù)燃料壓力傳感器29的輸出信號(hào)來控制燃料泵28的供油量，以使共軌27的燃料壓力達(dá)到目標(biāo)燃料壓力。
電子控制單元30由數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成，具有由雙向總線31相互連接的ROM(只讀存儲(chǔ)器)32、RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)33、CPU(微處理器)34、輸入接口35和輸出接口36。燃料壓力傳感器29的輸出信號(hào)通過對(duì)應(yīng)的AD變換器37輸入到輸入接口35中。另外，微粒過濾器22中安裝有溫度傳感器39，用以檢測(cè)微粒過濾器22的溫度，該溫度傳感器39的輸出信號(hào)通過對(duì)應(yīng)的AD變換器37輸入到輸入接口35中。油門踏板40上連接有負(fù)荷傳感器41，其產(chǎn)生的輸出電壓與油門踏板40的踏板位移量L成正比，負(fù)荷傳感器41的輸出電壓通過對(duì)應(yīng)的AD變換器37輸入到輸入接口35中。進(jìn)一步地，輸入接口35上還連接著曲軸每旋轉(zhuǎn)例如30°就會(huì)產(chǎn)生輸出脈沖的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42。另外，輸出接口36通過對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路38連接到燃料噴射閥6、節(jié)流閥驅(qū)動(dòng)用步進(jìn)馬達(dá)16、EGR控制閥25和燃料泵28上。
圖2A示出要求扭矩TQ、油門踏板40的踏板位移量L和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的關(guān)系。應(yīng)予說明，圖2A中，各曲線表示等扭矩曲線，TQ＝0所示的曲線表示扭矩為零，其余的曲線按TQ＝a、TQ＝b、TQ＝c、TQ＝d的順序，要求扭矩逐漸提高。圖2A中示出的要求扭矩TQ，如圖2B所示，作為油門踏板40的踏板位移量L與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖象的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)。本發(fā)明的實(shí)施例中，首先由圖2B示出的圖象計(jì)算出與油門踏板40的踏板位移量L和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N相對(duì)應(yīng)的要求扭矩TQ，再基于該要求扭矩TQ計(jì)算出燃料噴射量等。
圖3A和3B中示出微粒過濾器22的結(jié)構(gòu)。應(yīng)予說明，圖3A示出微粒過濾器22的正面圖，圖3B示出微粒過濾器22的側(cè)剖面圖。如圖3A和3B所示，微粒過濾器22為蜂窩結(jié)構(gòu)，具有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行延伸的排氣流通路50、51。這些排氣流通路由下游端用塞子52堵塞的排氣流入通路50和上游端用塞子53堵塞的排氣流出通路51構(gòu)成。應(yīng)予說明，圖3A中，帶有剖面線的部分表示塞子53。因此，排氣流入通路50和排氣流出通路51通過很薄的隔板54交替地配置。換句話說，排氣流入通路50和排氣流出通路51是這樣配置的各排氣流入通路50被4個(gè)排氣流出通路51包圍，各排氣流出通路51被4個(gè)排氣流入通路50包圍。
微粒過濾器22由例如堇青石等多孔質(zhì)材料形成，因此，進(jìn)入排氣流入通路50內(nèi)的排氣，如圖3B中箭頭所示，穿過周圍的隔板54，進(jìn)入相鄰的排氣流出通路51內(nèi)。
本發(fā)明的實(shí)施例中，在各排氣流入通路50和各排氣流出通路51的四周壁面，即各隔板54的兩側(cè)表面上以及隔板54內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)壁面上形成一層由例如氧化鋁構(gòu)成的載體層，在該載體上載帶有貴金屬催化劑和這樣一種活性氧釋放劑，當(dāng)周圍存在過剩的氧氣，這種活性氧釋放劑就會(huì)吸入并保持氧氣，一旦周圍的氧氣濃度降低，它就會(huì)將所保持的氧氣以活性氧的形式釋放出來。
該場(chǎng)合下，本發(fā)明的實(shí)施例中，作為貴金屬催化劑使用鉑Pt，作為活性氧釋放劑，可使用選自鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs、銣Rb等堿金屬；鋇Ba、鈣Ca、鍶Sr等堿土金屬；鑭La、釔Y、鈰Ce等稀土類；以及錫Sn、鐵Fe等過渡金屬中的至少一種。
另外，作為該場(chǎng)合下的活性氧釋放劑，優(yōu)選使用離子化傾向比鈣Ca還要高的堿金屬或堿土金屬，即鉀K、鋰Li、銫Cs、銣Rb、鋇Ba、鍶Sr，或使用鈰Ce。
以下，以在載體上載帶鉑Pt和鉀K的場(chǎng)合為例，說明微粒過濾器22的除去排氣中的微粒的作用，但也可以使用其他的貴金屬、堿金屬、堿土金屬、稀土類、過渡金屬來進(jìn)行同樣的微粒除去作用。
圖1所示的壓縮著火式內(nèi)燃機(jī)中，在空氣過剩的條件下進(jìn)行燃燒，因此排氣中含有大量的過?？諝?。即，將供給到進(jìn)氣通路、燃燒室5和排氣通路內(nèi)的空氣與燃料之比稱為排氣的空燃比，在圖1示出的壓縮著火式內(nèi)燃機(jī)中，排氣的空燃比變稀。另外，由于在燃燒室5內(nèi)產(chǎn)生NO，因此排氣中含有NO。另外，燃料中含有硫S，硫S在燃燒室5內(nèi)與氧發(fā)生反應(yīng)，形成SO2。因此，排氣中含有SO2。因此，含過剩氧氣、NO和SO2的排氣就會(huì)進(jìn)入微粒過濾器22的排氣流入通路50內(nèi)。
圖4A和4B模式地示出排氣流入通路50的內(nèi)表面以及隔板54內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)壁面上形成的載體層的表面放大圖。應(yīng)予說明，圖4A和4B中，60為鉑Pt的顆粒，61為含有鉀K的活性氧釋放劑。
如上所述，由于排氣中含有大量的過剩氧氣，一旦排氣進(jìn)入微粒過濾器22的排氣流入通路50內(nèi)，如圖4A所示，這些氧氣O2就會(huì)以O(shè)2-或O2-的形式附著到鉑Pt的表面上。另一方面，排氣中的NO在鉑Pt的表面上與O2-或O2-反應(yīng)，形成NO2()。接著，一部分生成的NO2在鉑Pt上被氧化，并被吸收到活性氧釋放劑61內(nèi)，與鉀K結(jié)合，并如圖4A所示，以硝酸根離子NO3-的形式擴(kuò)散到活性氧釋放劑61內(nèi)，一部分硝酸根離子NO3-生成硝酸鉀KNO3。
另外，上述的排氣中還含有SO2，SO2也按照與NO同樣的機(jī)理被吸收到活性氧釋放劑61內(nèi)。即，上述的氧O2以O(shè)2-或O2-的形式附著到鉑Pt的表面上，排氣中的SO2在鉑Pt的表面上與O2-或O2-反應(yīng)，生成SO3。接著，一部分生成的SO3在鉑Pt上進(jìn)一步被氧化并被吸收到活性氧釋放劑61內(nèi)，與鉀K結(jié)合，同時(shí)以硫酸根離子SO42-的形式擴(kuò)散到活性氧釋放劑61內(nèi)，生成硫酸鉀K2SO4。象這樣，活性氧釋放催化劑61內(nèi)就生成了硝酸鉀KNO3和硫酸鉀K2SO4。
另一方面，燃燒室5內(nèi)主要生成由碳C構(gòu)成的微粒，因此，排氣中含有這些微粒。當(dāng)排氣進(jìn)入微粒過濾器22的排氣流入通路50內(nèi)時(shí)，或者從排氣流入通路50進(jìn)入排氣流出通路51時(shí)，排氣中含有的這些微粒，如圖4B中以62表示的那樣，接觸并附著到載體層的表面，例如活性氧釋放劑61的表面上。
一旦微粒62附著到活性氧釋放劑61的表面上，則在微粒62與活性氧釋放劑61的接觸面處，氧的濃度降低。氧濃度一降低，與氧濃度高的活性氧釋放劑61之間就會(huì)產(chǎn)生濃度差，于是活性氧釋放劑61內(nèi)的氧就會(huì)朝著微粒62與活性氧釋放劑61的接觸面移動(dòng)。其結(jié)果，活性氧釋放劑61內(nèi)形成的硝酸鉀KNO3被分解成鉀K、氧O和NO，氧O朝著微粒62與活性氧釋放劑61的接觸面移動(dòng)，NO從活性氧釋放劑61中被釋放到外部。被釋放到外部的NO在下游側(cè)的鉑Pt上被氧化，再次被吸收到活性氧釋放劑61內(nèi)。
另一方面，此時(shí)活性氧釋放劑61內(nèi)形成的硫酸鉀K2SO4也被分解成鉀K、氧O和SO2，氧O朝著微粒62與活性氧釋放劑61的接觸面移動(dòng)，SO2從活性氧釋放劑61中被釋放到外部。被釋放到外部的SO2在下游側(cè)的鉑Pt上被氧化，再次被吸收到活性氧釋放劑61內(nèi)。
另一方面，朝著微粒62與活性氧釋放劑61的接觸面移動(dòng)的氧O是由硝酸鉀KNO3和硫酸鉀K2SO4等化合物分解出來的氧。由化合物分解出的氧O具有高能量，從而具有極高的活性。因此，朝著微粒62與活性氧釋放劑61的接觸面移動(dòng)的氧就形成活性氧。一旦這些活性氧O與微粒62接觸，就會(huì)促進(jìn)微粒62的氧化作用，從而使微粒62在幾分鐘到幾十分鐘的短時(shí)間內(nèi)不發(fā)生火焰地氧化。在使微粒62氧化的期間，其他的微粒不斷地附著到微粒過濾器22上。因此，實(shí)際上，微粒過濾器22上經(jīng)常堆積著一定量的微粒，要使堆積著的微粒中的一部分微粒氧化而被除去。這樣一來，就能使微粒過濾器22上附著的微粒62不發(fā)生火焰地連續(xù)燃燒。
應(yīng)予說明，考慮到NOx反復(fù)地與氧原子進(jìn)行結(jié)合和分離，又以硝酸根離子NO3-的形式在活性氧釋放劑61內(nèi)擴(kuò)散，這個(gè)過程中也會(huì)產(chǎn)生活性氧。這種活性氧也會(huì)使微粒62氧化。另外，附著在微粒過濾器22上的微粒62可被活性氧氧化，但這些微粒62也可被排氣中的氧氧化。
在使積層狀地堆積在微粒過濾器22上的微粒燃燒時(shí)，微粒過濾器22赤熱，并伴隨著火焰進(jìn)行燃燒。這種伴隨火焰的燃燒如果不是高溫就不能持續(xù)燃燒，因此，為了使這種伴隨火焰的燃燒持續(xù)，必須將微粒過濾器22的溫度維持在高溫下。
與此相反，本發(fā)明中，可使微粒62不象上述那樣發(fā)生火焰地氧化，此時(shí)微粒過濾器22的表面也不赤熱。換句話說，本發(fā)明中，可以維持在相當(dāng)?shù)偷臏囟认率刮⒘?2氧化而被除去。因此，本發(fā)明的使微粒62不發(fā)生火焰地氧化的微粒除去作用，與伴隨火焰燃燒的微粒除去作用完全不同。
但是，微粒過濾器22的溫度越高，鉑Pt和活性氧釋放劑61的活性越高，因此，微粒過濾器22的溫度越高，每單位時(shí)間內(nèi)活性氧釋放劑61釋放出的活性氧O的量就越多。當(dāng)然，微粒本身的溫度越高，就越容易被氧化除去。因此，微粒過濾器22的溫度越高，每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器22上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量就越多。
圖6的實(shí)線表示每單位時(shí)間內(nèi)可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量G，圖6的橫軸表示微粒過濾器22的溫度TF。應(yīng)予說明，圖6表示在每單位時(shí)間為1秒的場(chǎng)合下、即每1秒的可被氧化除去的微粒量G，作為該每單位時(shí)間，也可以采用1分鐘、10分鐘等任意的時(shí)間。例如，每單位時(shí)間采用10分鐘的場(chǎng)合下，每單位時(shí)間內(nèi)的可被氧化除去的微粒量G就表示每10分鐘的可被氧化除去的微粒量G，該場(chǎng)合下，如圖6所示，微粒過濾器22的溫度越高，每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器22上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量G就越多。
再說，將每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室5排出的微粒量稱為排出微粒量M，那么在相同的每單位時(shí)間內(nèi)，排出的微粒量M比可被氧化除去的微粒量G少時(shí)，例如每1秒的排出微粒量M比每1秒的可被氧化除去的微粒量G少時(shí)，或者每10分鐘的排出微粒量M比每10分鐘的可被氧化除去的微粒量G少時(shí)，即圖6的區(qū)域I中，從燃燒室5排出的全部微粒可在短時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器22上不發(fā)生火焰地依次被氧化除去。
與此相反，排出的微粒量M多于可被氧化除去的微粒量G時(shí)，即圖6的區(qū)域II中，用來將全部微粒依次氧化的活性氧的量不足。圖5A～5C示出這種場(chǎng)合下的微粒的氧化狀態(tài)。
即，當(dāng)用于將全部微粒依次氧化的活性氧的量不足時(shí)，如圖5A所示，一旦微粒62附著到活性氧釋放劑61上，則微粒62只有一部分被氧化，未被充分氧化的微粒部分殘留在載體層上。接著，如果活性氧的量不足的狀態(tài)持續(xù)下去，則未被氧化的微粒部分一次又一次地殘留在載體層上，其結(jié)果，如圖5B所示，載體層的表面就會(huì)被殘留的微粒部分63所覆蓋。
覆蓋載體層表面的殘留微粒部分63逐漸轉(zhuǎn)變成難以被氧化的碳質(zhì)，于是殘留微粒部分63就很容易原封不動(dòng)地殘留下去。而且，一旦載體層的表面被殘留微粒部分63覆蓋，就會(huì)抑制鉑Pt對(duì)NO、SO2的氧化作用和活性氧釋放劑61的活性氧釋放作用。其結(jié)果，如圖5C所示那樣，在殘留的微粒部分63之上，一次又一次地堆積其他的微粒64。也就是說，微粒就會(huì)積層狀地堆積起來。一旦微粒積層狀地堆積起來，這些微粒就會(huì)與鉑Pt或活性氧釋放劑61隔開一定距離，即使是易被氧化的微粒，也已經(jīng)不會(huì)被活性氧氧化，因此，該微粒64上一次又一次地堆積其他的微粒。也就是說，一旦排出的微粒量M多于可被氧化除去的微粒量G的狀態(tài)持續(xù)下去，微粒就會(huì)在微粒過濾器22上積層狀地堆積起來，于是只要不提高排氣溫度，或是不提高微粒過濾器22的溫度，就不能使堆積著的微粒著火燃燒。
這樣，在圖6的區(qū)域I中，微粒能夠在短時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器22上不發(fā)生火焰地被氧化，在圖6的區(qū)域II中，微粒在微粒過濾器22上積層狀地堆積起來。因此，為了不使微粒積層狀地堆積到微粒過濾器22上，必須使排出的微粒量M少于通?？杀谎趸サ奈⒘Ａ縂。
從圖6可看出，在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的微粒過濾器22中，即使微粒過濾器22的溫度TF相當(dāng)?shù)?，也能使微粒氧化，因此，圖1所示的壓縮著火式內(nèi)燃機(jī)中，可以維持排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF，以使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。因此，本發(fā)明的實(shí)施例中，基本上維持排出的微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF，以使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。
這樣，如果將排出的微粒量M維持少于可被氧化除去的微粒量G，則微粒就不會(huì)積層狀地堆積到微粒過濾器22上。其結(jié)果，微粒過濾器22中的排氣流的壓力降完全可以說幾乎沒有變化地維持在一定的最小壓力降。于是就可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出降低維持在最小的限度。
另外，利用微粒氧化的微粒除去作用可維持在相當(dāng)?shù)偷臏囟认逻M(jìn)行。因此，微粒過濾器22的溫度上升得不那么高，于是微粒過濾器22就幾乎沒有劣化的危險(xiǎn)性。而且，由于微粒過濾器22上沒有積層狀地堆積著微粒，灰分凝結(jié)的危險(xiǎn)性小，因此，微粒過濾器22通道堵塞的危險(xiǎn)性減小。
但是，微粒過濾器的通道堵塞主要是由硫酸鈣CaSO4造成的。也就是說，燃料或潤(rùn)滑油中含有鈣Ca，因此排氣中含有鈣Ca。如果存在SO3，鈣Ca就會(huì)與其生成CaSO4。硫酸鈣CaSO4是固體，即使在高溫下也不會(huì)熱分解。因此，生成硫酸鈣CaSO4后，微粒過濾器22的細(xì)孔就會(huì)被硫酸鈣CaSO4堵塞而造成通道堵塞。
但是，該場(chǎng)合下，如果活性氧釋放劑61使用離子化傾向比鈣Ca還要高的堿金屬或堿土金屬，例如鉀K，那么在活性氧釋放劑61內(nèi)擴(kuò)散的SO3就會(huì)與鉀K結(jié)合形成硫酸鉀K2SO4，而鈣Ca就不會(huì)與SO3結(jié)合地穿過微粒過濾器22的隔板54，進(jìn)入排氣流出通路51內(nèi)。因此，微粒過濾器22的細(xì)孔就不會(huì)被堵塞。因此，如上所述，作為活性氧釋放劑61，優(yōu)選使用離子化傾向比鈣Ca還要高的堿金屬或堿土金屬，即鉀K、鋰Li、銫Cs、銣Rb、鋇Ba、鍶Sr。
再說，本發(fā)明的實(shí)施例中，基本上在全部的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，將排出的微粒量M維持少于可被氧化除去的微粒量G。但實(shí)際上，在這種全部的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，即使將排出的微粒量M維持少于可被氧化除去的微粒量G，有時(shí)也會(huì)由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的急劇變化等某些理由而使排出的微粒量M多于可被氧化除去的微粒量G。如果排出的微粒M多于可被氧化除去的微粒量G，如上所述，未被氧化的微粒部分就開始?xì)埩粼谖⒘＿^濾器22上。
此時(shí)，如果排出的微粒量M多于可被氧化除去的微粒量G的狀態(tài)持續(xù)下去，如上所述，微粒就會(huì)積層狀地堆積到微粒過濾器22上。但是，這種未被氧化的微粒部分剛開始?xì)埩魰r(shí)，也就是微粒只是在一定限度以下堆積時(shí)，一旦排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G，那么殘留的微粒部分就會(huì)不發(fā)生火焰地被活性氧O氧化除去。也就是說，即使排出的微粒量M變得比可被氧化除去的微粒量G多，只要在微粒積層狀地堆積之前，使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G，那么微粒就不會(huì)積層狀地堆積起來。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)排出的微粒量M變得多于可被氧化除去的微粒量G時(shí)，應(yīng)設(shè)法使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。
應(yīng)予說明，當(dāng)排出的微粒量M變得多于可被氧化除去的微粒量G時(shí)，即使設(shè)法使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G，有時(shí)也會(huì)因某些理由而使微粒在微粒過濾器22上積層狀地堆積起來。但是，即使在這種場(chǎng)合下，如果瞬時(shí)使排氣的一部分或全部的空燃比變濃，就可使微粒過濾器22上堆積的微粒不發(fā)生火焰地被氧化。也就是說，一旦使排氣的空燃比變濃，也就是使排氣中的氧濃度降低，活性氧釋放劑61就會(huì)一下子將活性氧O釋放到外部，這些一下子釋放出的活性氧O可在短時(shí)間內(nèi)使堆積的微粒不發(fā)生火焰地燃燒而被除去。
另一方面，如果維持稀空燃比，則鉑Pt的表面被氧覆蓋，造成所謂鉑Pt的氧中毒。一旦引起這種氧中毒，則由于對(duì)NOx的氧化作用降低，使NOx的吸收效率降低，于是就使活性氧釋放劑61的活性氧釋放量降低。但如果使空燃比變濃，則由于鉑Pt表面上的氧被消耗掉，從而解除了氧中毒，因此，一旦將濃空燃比切換成稀空燃比，由于對(duì)NOx的氧化作用增強(qiáng)，NOx的吸收效率就會(huì)提高，于是活性氧釋放劑61的活性氧釋放量就會(huì)增大。
因此，在維持稀空燃比時(shí)，如果偶爾將其切換成濃空燃比，每次都能解除鉑Pt的氧中毒，因此，稀空燃比時(shí)的活性氧釋放量增大，于是就能促進(jìn)微粒過濾器22上的微粒的氧化作用。
另外，鈰Ce具有這樣一種功能稀空燃比時(shí)吸入氧(Ce2O3→2CeO2)，一旦空燃比變濃，就釋放出活性氧(2CeO2→CeO3)。因此，如果作為活性氧釋放劑61使用鈰Ce，則稀空燃比時(shí)，微粒附著在微粒過濾器22上，活性氧釋放劑61釋放出的活性氧就會(huì)將微粒氧化，一旦空燃比變濃，則由于活性氧釋放劑61釋放出大量的活性氧，而使微粒氧化。因此，作為活性氧釋放劑61使用鈰的場(chǎng)合下，瞬時(shí)將稀空燃比切換成濃空燃比時(shí)，也能促進(jìn)微粒過濾器22上的微粒的氧化反應(yīng)。
再說，圖6中，可被氧化除去的微粒量G表示為微粒過濾器22的溫度TF的函數(shù)，但該可被氧化除去的微粒量G實(shí)際上也是排氣中的氧濃度、排氣中的NOx濃度、排氣中的未燃HC濃度、微粒氧化進(jìn)展的難易程度、微粒過濾器22內(nèi)的排氣流空速、排氣壓力等的函數(shù)。因此，優(yōu)選將包括微粒過濾器22的溫度TF在內(nèi)的上述全部因素的影響考慮在內(nèi)后，計(jì)算出可被氧化除去的微粒量G。
但是，這些因素中，對(duì)可被氧化除去的微粒量G影響最大的是微粒過濾器22的溫度TF，對(duì)其影響較大的是排氣中的氧濃度和NOx濃度。圖7A示出微粒過濾器22的溫度TF和排氣中的氧濃度發(fā)生變化時(shí)可被氧化除去的微粒量G的變化，圖7B示出微粒過濾器22的溫度TF和排氣中的NOx濃度發(fā)生變化時(shí)可被氧化除去的微粒量G的變化。應(yīng)予說明，圖7A和7B中，虛線表示排氣中的氧濃度和NOx濃度為基準(zhǔn)值時(shí)，圖7A中，[O2]1表示排氣中的氧濃度高于基準(zhǔn)值時(shí)，[O2]2表示氧濃度比[O2]1還要高時(shí)，圖7B中，[NO]1表示排氣中的NOx濃度高于基準(zhǔn)值時(shí)，[NO]2表示NOx濃度比[NO]1還要高時(shí)。
只要提高排氣中的氧濃度，就可使可被氧化除去的微粒量G增大，被吸入活性氧釋放劑61內(nèi)的氧量增大，因此，活性氧釋放劑61釋放出的活性氧也隨之增多。因此，如圖7A所示，排氣中的氧濃度越高，可被氧化除去的微粒量G就越大。
另一方面，如上所述，排氣中的NO在鉑Pt表面上被氧化而形成NO2。這樣生成的NO2的一部分被吸收到活性氧釋放劑61內(nèi)，其余的NO2脫離鉑Pt的表面到外部。此時(shí)，一旦微粒與NO2接觸，氧化反應(yīng)就得到促進(jìn)，因此，如圖7B所示，排氣中的NOx濃度越高，可被氧化除去的微粒量G就越大。但是，NO2對(duì)微粒的氧化促進(jìn)作用只是在排氣溫度約250℃～約450℃之間起作用，因此，如圖7B所示，當(dāng)排氣中的NOx濃度提高和微粒過濾器22的溫度TF在約250℃～約450℃之間時(shí)，可被氧化除去的微粒量G就會(huì)增多。
如上所述，優(yōu)選將對(duì)可被氧化除去的微粒量有影響的全部因素考慮在內(nèi)后，計(jì)算出可被氧化除去的微粒量G。但本發(fā)明的實(shí)施例中，只基于這些因素中對(duì)可被氧化除去的微粒量G影響最大的微粒過濾器22的溫度TF和對(duì)其影響較大的排氣中的氧濃度以及NOx濃度，計(jì)算出可被氧化除去的微粒量G。
也就是說，本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖8A～8F所示，微粒過濾器22的各溫度TF(200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃)下可被氧化除去的微粒量G分別作為排氣中的氧濃度[O2]和排氣中的NOx濃度[NO]的函數(shù)，以圖象的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)，與微粒過濾器22的各溫度TF、氧濃度[O2]以及NOx濃度[NO]相對(duì)應(yīng)的可被氧化除去的微粒量G可由圖8A～8F所示的圖象按比例分配計(jì)算出來。
應(yīng)予說明，排氣中的氧濃度[O2]和NOx濃度[NO]可以用氧濃度傳感器和NOx濃度傳感器檢測(cè)。但本發(fā)明的實(shí)施例中，排氣中的氧濃度[O2]作為要求扭矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖9A所示圖象的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)，排氣中的NOx濃度[NO]也作為要求扭矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖9B所示圖象的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)，由這些圖象計(jì)算出排氣中的氧濃度[O2]和NOx濃度[NO]。
另一方面，排出的微粒量M根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的型式而有所變化，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的型式固定，就變成要求扭矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)。圖10A表示圖1示出的內(nèi)燃機(jī)的排出微粒量M，各曲線M1、M2、M3、M4、M5表示等排出微粒量(M1＜M2＜M3＜M4＜M5)。圖10A示出的例子中，要求扭矩TQ越高，排出的微粒量M越多。應(yīng)予說明，圖10A示出的排出微粒量M作為要求扭矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖10B示出圖象的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)。
如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)排出的微粒量M超過可被氧化除去的微粒量G時(shí)，控制排出的微粒量M或可被氧化除去的微粒量G中的至少一方，以使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。
應(yīng)予說明，排出的微粒量M即使比可被氧化除去的微粒量G稍多，微粒過濾器22上堆積的微粒量也沒有那么多。因此，當(dāng)排出的微粒量M大于可被氧化除去的微粒量G加上小定值α得出的容許量(G+α)時(shí)，控制排出的微粒量M以及可被氧化除去的微粒量G中的至少一方，以使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。
下面參照?qǐng)D11來說明運(yùn)行的控制方法。
參照?qǐng)D11，首先在步驟100中控制節(jié)流閥17的開度，然后在步驟101中控制EGR控制閥25的開度。接著在步驟102中對(duì)燃料噴射閥6的噴射進(jìn)行控制。進(jìn)而在步驟103中根據(jù)圖10B所示的圖象算出排出的微粒量M。然后在步驟104中根據(jù)圖8A～8F所示的圖象算出與微粒過濾器22的溫度TF、排氣中的氧濃度[O2]和排氣中的NOx濃度[NO]相對(duì)應(yīng)的可被氧化除去的微粒量G。
然后在步驟105中對(duì)表示排出的微粒量M大于可被氧化除去的微粒量G的標(biāo)記是否建立作出判別。當(dāng)該標(biāo)記沒有建立時(shí)，就進(jìn)入步驟106，對(duì)排出的微粒量M是否大于可被氧化除去的微粒量G作出判別。當(dāng)M≤G時(shí)，也就是排出的微粒量M等于或小于可被氧化除去的微粒量G時(shí)，處理循環(huán)就結(jié)束了。
與此相對(duì)照，當(dāng)在步驟106中判別出M＞G時(shí)，也就是排出的微粒量M大于可被氧化除去的微粒量G時(shí)，就進(jìn)入步驟107以建立標(biāo)記，然后再進(jìn)入步驟108。在建立了標(biāo)記之后的處理循環(huán)中就可以從步驟105跳至步驟108。
在步驟108中，對(duì)排出的微粒量M與從可被氧化除去的微粒量G中扣除一個(gè)定值β后得出的控制解除值(G-β)進(jìn)行比較。當(dāng)M≥G-β時(shí)，也就是排出的微粒量M大于控制解除值(G-β)時(shí)，就進(jìn)入步驟109的控制，以便使得在微粒過濾器22中，微粒的連續(xù)氧化作用能繼續(xù)進(jìn)行。也就是說，對(duì)排出的微粒量M和可被氧化除去的微粒量G中的至少一方進(jìn)行控制，以便使得排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。
然后，在步驟108中如果判斷出M＜G-β，也就是排出的微粒量M小于控制解除值(G-β)，就進(jìn)入步驟110的控制，以便使原來的運(yùn)行狀態(tài)得以逐漸恢復(fù)，并使標(biāo)記復(fù)位。
在圖11的步驟109中進(jìn)行的連續(xù)氧化繼續(xù)控制和在圖11的步驟110中進(jìn)行的復(fù)位控制有多種方法，因此，下面對(duì)連續(xù)氧化繼續(xù)控制和復(fù)位控制的各種方法順次地加以說明。
當(dāng)M＞G時(shí)，作為用于使排出的微粒量M變成少于可被氧化除去的微粒量G的方法之一，可以舉出將微粒過濾器22的溫度TF提高的方法。此處首先對(duì)用于使微粒過濾器22的溫度TF提高的方法進(jìn)行說明。
為了提高微粒過濾器22的溫度TF，其有效方法之一是將燃料的噴射時(shí)期推遲至壓縮上止點(diǎn)以后的方法。也就是說，通常是象圖12的(I)中所示那樣，使主燃料Qm在壓縮上止點(diǎn)附近噴射。在此情況下，如圖12的(II)所示那樣，當(dāng)主燃料Qm的噴射時(shí)期推遲時(shí)，后燃燒時(shí)期就會(huì)延長(zhǎng)，如此就能使排氣的溫度上升。當(dāng)排氣的溫度提高時(shí)，微粒過濾器22的溫度TF也會(huì)隨之提高，其結(jié)果就成為M＜G的狀態(tài)。
另外，為了提高微粒過濾器22的溫度TF，也可以象圖12的(III)所示那樣，采用除了噴射主燃料Qm之外，還在進(jìn)氣上止點(diǎn)附近噴射輔助燃料Qv的方法。這樣，當(dāng)追加地噴射輔助燃料Qv時(shí)，由于增加了用于使輔助燃料Qv成分燃燒的燃料，從而使排氣的溫度上升，這樣就使微粒過濾器22的溫度TF隨之上升。
另一方面，當(dāng)象上述那樣在進(jìn)氣上止點(diǎn)附近噴射輔助燃料Qv時(shí)，就會(huì)在壓縮行程中由于壓縮熱的作用而導(dǎo)致輔助燃料Qv生成例如醛、酮、過氧化物、一氧化碳等的中間產(chǎn)物，由于這些中間產(chǎn)物的作用，從而加速了主燃料Qm的反應(yīng)。因此，在該情況下，象圖12的(III)所示那樣，即使主燃料Qm的噴射時(shí)期大幅度地推遲，也能獲得不會(huì)造成熄火的良好的燃燒狀態(tài)。也就是說，如上所述，由于主燃料Qm的噴射時(shí)期可以大幅度地推遲，因此使排氣的溫度大大地提高，從而使得微粒過濾器22的溫度TF迅速升高。
另外，為了提高微粒過濾器22的溫度TF，還可以象圖12的(IV)所示那樣，采用除了噴射主燃料Qm之外，還在膨脹過程或排氣過程中噴射輔助燃料Qp的方法。也就是說，在此情況下，大部分的輔助燃料Qp還沒有燃燒，它以未燃HC的形式排出到排氣通路內(nèi)。這些未燃的HC在微粒過濾器22上被過剩的氧氧化，由于這時(shí)產(chǎn)生的氧化反應(yīng)熱的作用，導(dǎo)致了微粒過濾器22的溫度TF升高。
在上面已說明的例子中，例如象圖12的(I)所示那樣，在噴射主燃料Qm時(shí)，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷出M＞G時(shí)，就在圖11的步驟109中象圖12的(II)、(III)或(IV)所示那樣進(jìn)行噴射控制。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中按照?qǐng)D12的(I)所示的噴射方法進(jìn)行控制以便使其復(fù)位。
下面說明為了達(dá)到M＜G的狀態(tài)而采用低溫燃燒的方法。
也就是說，已知的是，當(dāng)EGR率增大時(shí)，黑煙的產(chǎn)生量就逐漸增大并達(dá)到峰值，而在此后進(jìn)一步提高EGR率時(shí)，黑煙的產(chǎn)生量就迅速降低。下面參照?qǐng)D13來說明在改變EGR氣體的冷卻程度時(shí)，EGR率與黑煙之間的關(guān)系。應(yīng)予說明，在圖13中，曲線A表示通過對(duì)EGR氣體進(jìn)行強(qiáng)力冷卻來使EGR氣體溫度大體上維持在90℃的情況，曲線B表示利用小型冷卻裝置來冷卻EGR氣體的情況，曲線C表示不對(duì)EGR氣體進(jìn)行強(qiáng)制性冷卻的情況。
如圖13的曲線A所示，在對(duì)EGR氣體進(jìn)行強(qiáng)力冷卻的情況下，當(dāng)EGR率稍低于50％時(shí)，黑煙產(chǎn)生量達(dá)到了峰值，在此情況下，如果EGR率達(dá)到約55％以上，則黑煙就幾乎不會(huì)產(chǎn)生。另一方面，如圖13的曲線B所示，在對(duì)EGR氣體稍加冷卻的情況下，當(dāng)EGR率稍高于50％時(shí)，黑煙產(chǎn)生量達(dá)到了峰值，在此情況下，如果EGR率達(dá)到約65％以上，則黑煙就幾乎不會(huì)發(fā)生。另外，如圖13的曲線C所示，在不對(duì)EGR氣體進(jìn)行強(qiáng)制性冷卻的情況下，當(dāng)EGR率處于55％附近時(shí)，黑煙的產(chǎn)生量達(dá)到了峰值，在此情況下，如果EGR率達(dá)到約70％以上，則黑煙就幾乎不會(huì)發(fā)生。
如上所述，當(dāng)EGR率達(dá)到55％以上時(shí)，黑煙就不會(huì)產(chǎn)生，其原因是，由于EGR氣體的吸熱作用，使得在燃燒時(shí)，燃料及其周圍的氣體溫度就不會(huì)那樣高，也就是進(jìn)行低溫燃燒，其結(jié)果使得烴類不會(huì)轉(zhuǎn)變成積炭。
這種低溫燃燒的特征是，不管空燃比的數(shù)值是多少，皆能抑制黑煙的產(chǎn)生，同時(shí)還能降低NOx的產(chǎn)生量。也就是說，當(dāng)空燃比為濃時(shí)，燃料變得過剩，這樣可將燃燒溫度抑制成較低溫度，因此使得過剩的燃料不會(huì)轉(zhuǎn)變成積炭，所以不會(huì)產(chǎn)生黑煙。另外，這時(shí)的NOx產(chǎn)生量也極少。另一方面，當(dāng)平均空燃比為稀時(shí)，或者，即便在空燃比等于理論空燃比的情況下，雖然在燃燒溫度較高時(shí)會(huì)生成少量的積炭，但是在低溫燃燒下，由于可以將燃燒溫度抑制成較低溫度，因此完全不產(chǎn)生黑煙，而且NOx的產(chǎn)生量也極少。
另外，在進(jìn)行該低溫燃燒時(shí)，燃料及其周圍氣體的溫度變低，但是排氣的溫度卻上升了。關(guān)于這一點(diǎn)，下面分別參照?qǐng)D14A和圖14B進(jìn)行說明。
圖14A的實(shí)線表示，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，在燃燒室5內(nèi)的平均氣體溫度Tg與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系，圖14A的虛線表示，在進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)，燃燒室5內(nèi)的平均氣體溫度Tg與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。另外，圖14B的實(shí)線表示，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，燃料及其周圍氣體的溫度Tf與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系，圖14B的虛線表示，在進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)，燃料及其周圍氣體的溫度Tf與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。
與進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)的情況相比，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)所產(chǎn)生的EGR氣體量較多，因此，如圖14A所示，在壓縮上止點(diǎn)之前，也就是在壓縮工序中以實(shí)線表示的在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的平均氣體溫度Tg要高于以虛線表示的在進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)的平均氣體溫度Tg。另外，如圖14B所示，這時(shí)的燃料及其周圍的氣體溫度Tf與平均氣體溫度Tg大體上相同。
接著，在壓縮上止點(diǎn)的附近開始燃燒，但是在此情況下，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，燃料及其周圍氣體的溫度Tf就不象圖14B的實(shí)線所示那么高。與此相反，在進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)，由于燃料周圍存在大量的氧，因此，象圖14B的虛線所示那樣，燃料及其周圍氣體的溫度Tf就變得很高。如上所述，在進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)，燃料及其周圍氣體的溫度Tf比在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的相應(yīng)溫度高，但是，對(duì)于占大部分的處于上述區(qū)域之外的氣體的溫度來說，在進(jìn)行常規(guī)燃燒的氣體溫度要低于在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的氣體溫度，因此，如圖14A所示，就處于壓縮上止點(diǎn)附近的燃燒室5內(nèi)的平均氣體溫度Tg而言，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的氣體溫度Tg要高于在進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)的氣體溫度Tg。其結(jié)果，如圖14A所示，就燃燒結(jié)束后在燃燒室5內(nèi)的燃燒廢氣的溫度而言，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的廢氣溫度要高于在進(jìn)行常規(guī)燃燒時(shí)的廢氣溫度，因此使得在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的排氣氣溫增高。
如上所述，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，黑煙的產(chǎn)生量變少，也就是排出的微粒量M變少，并且排氣的氣溫上升。因此，當(dāng)M＞G時(shí)，就將燃燒條件由常規(guī)燃燒切換成低溫燃燒，這時(shí)的排出微粒量M就隨之減少，而且微粒過濾器22的溫度TF也隨之上升，因此使得可氧化除去的微粒量G增大，從而容易使其轉(zhuǎn)變成M＜G的狀態(tài)。在采用該低溫燃燒的情況下，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷出M＞G時(shí)，就在步驟109中切換成低溫燃燒，接著，當(dāng)在步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中切換成常規(guī)的燃燒。
為了達(dá)到M＜G的狀態(tài)而提高微粒過濾器22的溫度TF，還可以采用另一種方法，下面對(duì)這種方法進(jìn)行說明。圖15示出適用于實(shí)施該方法的內(nèi)燃機(jī)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D15，在該內(nèi)燃機(jī)的排氣管20內(nèi)配置有烴的供給裝置70。按照該方法，當(dāng)在圖11的步驟106中判別出M＞G時(shí)，就在步驟109中指令烴供給裝置70將烴供給到排氣管20內(nèi)。這些烴在微粒過濾器22上被過剩的氧氧化，由于這時(shí)產(chǎn)生的氧化反應(yīng)熱的作用，導(dǎo)致了微粒過濾器22的溫度TF上升。接著，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中指令烴供給裝置70停止烴的供給。應(yīng)予說明，該烴供給裝置70只需配置在微粒過濾器22與排氣口11之間即可。
為了達(dá)到M＜G的狀態(tài)而提高微粒過濾器22的溫度TF，還可以采用另一種方法，下面對(duì)該方法進(jìn)行說明。圖16示出適用于實(shí)施該方法的內(nèi)燃機(jī)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D16，在該內(nèi)燃機(jī)中，在微粒過濾器22下游的排氣管71內(nèi)配置有由制動(dòng)器72驅(qū)動(dòng)的排氣控制閥73。
按照該方法，當(dāng)在圖11的步驟106中判別出M＞G時(shí)，就在步驟109中指令控制閥73大體上完全關(guān)閉，這時(shí)，為了阻止由于排氣控制閥73大體上完全關(guān)閉而引起的設(shè)備輸出扭矩的降低，可以采用增大主燃料Qm的噴射量的方法。當(dāng)排氣控制閥76大體上完全關(guān)閉時(shí)，在排氣控制閥73上游的排氣通路內(nèi)的壓力，也就是背壓，就隨之上升。當(dāng)背壓上升時(shí)，廢氣由燃燒室5內(nèi)排出到排氣口10內(nèi)時(shí)的排氣壓力就不會(huì)降低那么多，因此其溫度也就不會(huì)降低那么多。而且由于這時(shí)主燃料Qm的噴射量增大，因此導(dǎo)致燃燒室5內(nèi)的廢氣溫度增高，從而使得排出到排氣口10內(nèi)的廢氣的溫度變得相當(dāng)高。結(jié)果使得微粒過濾器22的溫度迅速上升。
接著，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中指令排氣控制閥73完全打開，并停止主燃料Qm的噴射量的增量作用。
另外，為了達(dá)到M＜G的狀態(tài)而提高微粒過濾器22的溫度TF，還可以采用另一種方法，下面對(duì)該方法進(jìn)行說明。圖17示出適用于實(shí)施該方法的內(nèi)燃機(jī)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D17，在該內(nèi)燃機(jī)中，在繞過排氣葉輪機(jī)21的排氣旁路74內(nèi)配置有一個(gè)由致動(dòng)器75控制的廢氣排放閥76。由該致動(dòng)器75控制廢氣排放閥76的開度，以便使緩沖罐12內(nèi)的壓力，也就是由于增壓所導(dǎo)致增加的壓力，維持在不超過一定的壓力以上。
按照該方法，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷出M＞G時(shí)，就在步驟109中指令廢氣排放閥76完全打開。當(dāng)排氣通過排氣葉輪機(jī)21時(shí)，雖然其溫度有所降低，但是當(dāng)廢氣排放閥76完全打開時(shí)，大部分的廢氣就從排氣旁路74內(nèi)流過，因此其溫度并不降低。這樣就導(dǎo)致了微粒過濾器22的溫度上升。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中指令廢氣排放閥76關(guān)閉并控制廢氣排放閥76的開度，以便將增加的壓力控制在不超過一定的壓力范圍內(nèi)。
下面說明為了達(dá)到M＜G的狀態(tài)而降低排出微粒量M的方法。也就是說，噴射燃料與空氣混合得越充分，即，在噴射燃料周圍的空氣量越多，噴射燃料的燃燒就越好，因此不會(huì)產(chǎn)生微粒。因此，為了降低排出的微粒量，可以采用將噴射燃料與空氣更充分地混合的方法。但是，當(dāng)使噴射燃料與空氣充分混合時(shí)，燃燒就更旺盛，因此使得NOx的產(chǎn)生量增大。因此，作為使排出的微粒量M降低的方法，如果用別的說法表示的話，可以稱為使NOx的產(chǎn)生量增大的方法。
總之，用于使排出微粒量PM降低的方法有許多種，下面對(duì)這些方法順次地加以說明。
作為用于使排出微粒量PM降低的方法，可以使用上升低溫燃燒的方法，但是，作為其他有效的方法，可以舉出對(duì)燃料的噴射進(jìn)行控制的方法。例如將燃料的噴射量降低以便使噴射燃料的周圍有足夠的空氣存在，這樣就能減少了排出的微粒量M。
另外，將噴射時(shí)期提前以便使噴射燃料的周圍存在充足的空氣，這樣也能減少排出的微粒量。另外，通過提高共軌27內(nèi)的燃料壓，也就是噴射壓，也能使噴射燃料分散，從而使噴射燃料與空氣的混合變得良好，這樣也能減少排出的微粒量M。另外，在即將噴射主燃料Qm之前的壓縮行程的末期噴射輔助燃料的情況下，也就在進(jìn)行所謂引導(dǎo)噴射的情況下，由于輔助燃料的燃燒需要消耗氧氣，因此使得在主燃料Qm周圍的空氣不夠充分。因此在該情況下，通過停止引導(dǎo)噴射就可以減少排出的微粒量M。
也就是說，在通過控制燃料噴射來減少排出的微粒量M的情況下，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷出M＞G時(shí)，就在步驟109中降低燃料噴射量、或者將燃料噴射時(shí)期提前，或者將噴射壓增高、或者停止引導(dǎo)噴射，這幾種方法都能減少排出的微粒量。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中恢復(fù)原來的燃料噴射狀態(tài)。
下面說明為了達(dá)到M＜G而使排出的微粒量M減少的另一種方法。按照該方法，當(dāng)在圖11的步驟106中判別出M＞G時(shí)，就在步驟109中減小EGR控制閥25的開度，以便降低EGR率。當(dāng)EGR率降低時(shí)，噴射燃料周圍的空氣量就增大，這樣也能減少排出的微粒量M。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中將EGR率提高至原來的EGR率。
下面說明為了達(dá)到M＜G而使排出的微粒量M減少的另一種方法。按照該方法，當(dāng)在圖11的步驟106中判別出M＞G時(shí)，就在步驟109中減小節(jié)流閥76(圖17)的開度，以便增大增壓壓力。在增大了增壓壓力時(shí)，在噴射燃料周圍的空氣量就隨之增大，這樣就能減少排出的微粒量M。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷出M＜G-β時(shí)，就在步驟110中將增壓壓力恢復(fù)至原來的數(shù)值。
下面說明為了達(dá)到M＜G而使排氣中的氧濃度增大的方法。只需增大排氣中的氧濃度，就能使可被氧化除去的微粒量G增大，另外還能使活性氧釋放劑61內(nèi)的活化氧量增大，因此使得由活性氧釋放劑61中放出的活性氧量增大，這樣就能使可被氧化除去的微粒量G增大。
作為用于實(shí)施該方法的方法，可以舉出控制EGR率的方法。也就是說，當(dāng)在圖11的步驟106中判明M＞G時(shí)，就在步驟109中減小EGR控制閥25的開度，以便降低EGR率。所謂EGR率降低，就是指在吸入的空氣中，吸入空氣量的比例增大，這樣就能使EGR率降低和使排氣中的氧濃度上升。結(jié)果就增大了可被氧化除去的微粒量G。另外，如上所述，當(dāng)EGR率降低時(shí)，排出的微粒量M就隨之減少。因此，通過使EGR率降低，就能迅速地達(dá)到M＜G。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判明M＜G-β時(shí)，就在步驟110中將EGR率恢復(fù)至原來的EGR率。
下面說明為了增大排氣中的氧濃度而使用二次空氣的方法。在圖18示出的例子中，處于排氣葉輪機(jī)21和微粒過濾器22之間的排氣管77通過二次空氣供給導(dǎo)管78而與吸氣罐13相連接，而在該二次空氣供給導(dǎo)管78內(nèi)配置有供給控制閥79。另外，在圖19示出的例子中，二次空氣供給導(dǎo)管78與由機(jī)器驅(qū)動(dòng)的空氣泵80相連接。應(yīng)予說明，向排氣通路內(nèi)供給二次空氣的位置只需處于微粒過濾器22和排氣口10之間即可。
在圖18或圖19示出的內(nèi)燃機(jī)中，當(dāng)在圖1 1的步驟106中判明M＞G時(shí)，就在步驟109中打開供給控制閥79。其結(jié)果，二次空氣就由二次空氣供給導(dǎo)管78供入排氣管77中，這樣就能使排氣中的氧濃度增大。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判明M＜G-β時(shí)，就在步驟110中關(guān)閉供給閥79。
然后逐次算出在微粒過濾器22上每單位時(shí)間內(nèi)被氧化除去的微粒量GG，當(dāng)排出的微粒量M超過了算出的被氧化除去的微粒量GG時(shí)，就對(duì)排出的微粒量M和可被氧化除去的微粒量G中的至少一方進(jìn)行控制，以便達(dá)到M＜GG。下面對(duì)有關(guān)控制方法的實(shí)施例進(jìn)行說明。
如上所述，當(dāng)微粒附著在微粒過濾器22上時(shí)，該微粒雖然會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被氧化，但是在該微粒被完全氧化除去之前，其他的微粒會(huì)一次接一次地附著到微粒過濾器22上。因此，實(shí)際上，在微粒過濾器22上經(jīng)常堆積有一定數(shù)量的微粒，在這些堆積的微粒中，一部分微粒要被氧化除去。在此情況下，如果每單位時(shí)間內(nèi)被氧化除去的微粒量GG與排出的微粒量M相同，就表明了排氣中的全部微粒都在微粒過濾器22上被氧化除去。然而，當(dāng)排出的微粒量M多于每單位時(shí)間內(nèi)被氧化除去的微粒量GG時(shí)，在微粒過濾器22上堆積的微粒量就逐漸增大，最終這些微粒就以積層狀堆積在一起，以致于在較低的溫度下不能點(diǎn)火。
這樣，只要排出的微粒量M等于或小于可被氧化除去的微粒量GG，就能使排氣中的全部微粒在微粒過濾器22上被氧化除去。因此，在該實(shí)施例中，當(dāng)排出的微粒量M超過被氧化除去的微粒量GG時(shí)，就對(duì)微粒過濾器22的溫度TF或排出的微粒量M等進(jìn)行控制，以便達(dá)到M＜GG。
可被氧化除去的微粒量GG可用下式表示。
GG(g/sec)＝C·EXP(-E/RT)·[PM]1·([O2]m+[NO]n)其中，C是常數(shù)，E是活化能，R是氣體常數(shù)，T是微粒過濾器22的溫度TF，[PM]是在微粒過濾器22上的微粒的堆積濃度(mol/cm2)，[O2]是排氣中的氧濃度，[NO]是排氣中的NOx濃度。
應(yīng)予說明，被氧化除去的微粒量GG盡管與排氣中的未燃HC濃度、微粒被氧化的容易程度、在微粒過濾器22內(nèi)排氣氣流的空速、排氣壓力等的參數(shù)有關(guān)，但是可以認(rèn)為，它實(shí)際上不受這些參數(shù)的影響。
如上式所示，被氧化除去的微粒量GG隨著微粒過濾器22的溫度TF的上升而按指數(shù)關(guān)系增大。另外，如果微粒的堆積濃度[PM]增大，則被氧化除去的微粒量也增大，因此，[PM]值增大得越多，被氧化除去的微粒量GG也增大得越多，然而，隨著微粒堆積濃度[PM]的增高，堆積在不容易氧化的位置上的微粒量也隨之增大，因此使得被氧化除去的微粒量GG的增大率逐漸減少。因此，微粒的堆積濃度[PM]與上式中的[PM]1的關(guān)系便成為如圖20A所示那樣的關(guān)系。
另一方面，如上所述，隨著排氣中氧濃度[O2]的增高，被氧化除去的微粒量GG也隨之增大，并且能進(jìn)一步地導(dǎo)致從活性氧釋放劑61釋放出的活性氧量增大。因此，當(dāng)排氣中的氧濃度[O2]增高時(shí)，被氧化除去的微粒量GG也按該比例增大，如此便使得排氣中的氧濃度[O2]與上式中的[O2]m的關(guān)系成為圖20B所示的關(guān)系。
另一方面，如上所述，當(dāng)排氣中的NOx濃度[NO]增高時(shí)，NO2的產(chǎn)生量也增大，因此，被氧化除去的微粒量GG也隨之增大。然而，如上所述，當(dāng)排氣溫度在約250℃～約450℃之間時(shí)，由NO轉(zhuǎn)變成NO2的反應(yīng)就不會(huì)發(fā)生。因此，當(dāng)排氣溫度處于約250℃～約450℃之間時(shí)，排氣中的NOx濃度[NO]與上式中的[NO]n之間的關(guān)系就象圖20C的實(shí)線[NO]n1所示那樣，[NO]n隨著[NO]的增大而增大，但是，當(dāng)排氣溫度處于約250℃以下或約450℃以上時(shí)，就象圖20C的實(shí)線[NO]n0所示那樣，不管[NO]的值是多大，[NO]n0的值都大體上為零。
在該實(shí)施例中，每過一定的時(shí)間，就可以根據(jù)上式算出被氧化除去的微粒量GG。這時(shí)，如以PM(g)表示堆積著的微粒量，則在該微粒中，有相當(dāng)于被氧化除去的微粒量GG的微粒被除去，又有相當(dāng)于排出的微粒量M的微粒重新附著在微粒過濾器22上。因此，最終的微粒堆積量可按下式表示。
PM+M-GG下面參照?qǐng)D21來說明運(yùn)行控制方法。
現(xiàn)在參照?qǐng)D21，首先在步驟200中控制節(jié)流閥17的開度，接著在步驟201中控制EGR控制閥25的開度。然后在步驟202中對(duì)燃料噴射閥6進(jìn)行噴射控制。接著在步驟103中根據(jù)圖10B所示的圖象算出排出的微粒量。然后在步驟204中根據(jù)下式算出被氧化除去的微粒量GG。
GG＝C·EXP(-E/RT)·[PM]1·([O2]m+[NO]n)接著在步驟205中根據(jù)下式算出最終的微粒堆積量PM。
PM←PM+M-GG然后在步驟206中判別是否建立了排出的微粒量M大于被氧化除去的微粒量的標(biāo)記。如果沒有建立該標(biāo)記，就進(jìn)入步驟207，判別排出的微粒量M是否大于可被氧化除去的微粒量GG。當(dāng)M≤GG時(shí)，也就是在排出的微粒量M小于被氧化除去的微粒量GG時(shí)，處理循環(huán)就結(jié)束了。
與此相反，當(dāng)在步驟207中判明M＞GG時(shí)，也就是在排出的微粒量M多于被氧化除去的微粒量GG時(shí)，就進(jìn)入步驟208并建立標(biāo)記，然后進(jìn)入步驟209。一旦建立了標(biāo)記，在以后的處理循環(huán)中就能從步驟206直接跳到步驟209。
在步驟209中，把排出的微粒量M與從被氧化除去的微粒量GG中扣除一定值β后獲得的控制解除值(GG-β)進(jìn)行比較。當(dāng)M≥GG-β時(shí)，也就是在排出的微粒量M大于控制解除值(GG-β)時(shí)，就進(jìn)入步驟210，對(duì)微粒過濾器22進(jìn)行控制，以便使微粒的連續(xù)氧化作用能夠繼續(xù)進(jìn)行，也就是象上述那樣，對(duì)提高微粒過濾器22的溫度TF進(jìn)行控制，或者對(duì)降低排出的微粒量M進(jìn)行控制，或者對(duì)提高排氣中的氧濃度進(jìn)行控制。
然后在步驟209中，當(dāng)判明M＜GG-β時(shí)，也就是在排出的微粒量M小于控制解除值(GG-β)時(shí)，就進(jìn)入步驟211，對(duì)慢慢地恢復(fù)原來的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制并建立標(biāo)記。
在上述的所有實(shí)施例中，在微粒過濾器22的各隔板54的兩個(gè)側(cè)面上和在隔板54內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)壁面上皆形成了例如由氧化鋁構(gòu)成的載體層，在該載體層上載帶有貴金屬催化劑和活性氧釋放劑。在此情況下，在該載體上還可以載帶一種NOx吸收劑，當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器22中的排氣的空燃比稀時(shí)，所說NOx吸收劑就吸收排氣中所含的NOx，而當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器22中的排氣的空燃比為理論空燃比或者為濃時(shí)，所說NOx吸收劑就釋放出NOx。
在此情況下，作為貴金屬，如上所述，可以使用鉑Pt；作為NOx吸收劑，可以使用選自例如鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs、銣Rb等的堿金屬；例如鋇Ba、鈣Ca、鍶Sr等的堿土類；例如鑭La、釔Y等的稀土類中的至少一種。應(yīng)予說明，當(dāng)與構(gòu)成上述活性氧釋放劑的金屬進(jìn)行比較時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成NOx吸收劑的金屬與構(gòu)成活性氧釋放劑的金屬中的大部分是一致的。
在此情況下，作為NOx吸收劑和作為活性氧釋放劑，可以使用互不相同的金屬，也可以使用同一種金屬。當(dāng)使用同一種金屬作為NOx吸收劑和活性氧釋放劑時(shí)，這種金屬就同時(shí)起到作為NOx吸收劑和作為活性氧釋放劑的雙重功能。
下面以使用鉑Pt作為貴金屬催化劑和使用鉀作為NOx吸收劑的情況作為例子來說明對(duì)NOx的吸收釋放作用。
首先討論對(duì)NOx的吸收作用，NOx按照與圖4A所示機(jī)理相同的機(jī)理被NOx吸收劑吸收。在此情況下，在圖4A中，符號(hào)61表示NOx吸收劑。
也就是說，當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器22中的排氣的空燃比稀時(shí)，排氣中含有大量的過剩氧，因此，當(dāng)排氣進(jìn)入微粒過濾器22的排氣流入通路50內(nèi)時(shí)，就象圖4A所示那樣，這些氧O2就以O(shè)2-或O2-的形式吸附到鉑Pt的表面上。另一方面，排氣中的NO要與鉑Pt表面上的O2-或O2-反應(yīng)，生成NO2()。然后，生成的NO2的一部分在鉑Pt上被氧化并不斷被吸收到NOx吸收劑61中，它一邊與鉀K結(jié)合，一邊象圖4A所示那樣以硝酸根離子NO3-的形式在NOx吸收劑61內(nèi)擴(kuò)散，一部分硝酸根離子NO3-生成了硝酸鉀KNO3。這樣，NO就被吸收到NOx吸收劑61內(nèi)。
另一方面，當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器22中的排氣空燃比變濃時(shí)，硝酸根離子NO3-就分解成氧、O和NO，然后不斷地從NOx吸收劑61中釋放出NO。因此，當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器22中的排氣的空燃比變濃時(shí)，在很短時(shí)間內(nèi)就從NOx吸收劑61中釋放出NO，而且這些釋放出的NO被還原，因此沒有NO排出到大氣中。
應(yīng)予說明，即便是在進(jìn)入到微粒過濾器22中的排氣的空燃比等于理論空燃比的情況下，也會(huì)從NOx吸收劑61中釋放出NO。然而，在此情況下，NO只能從NOx吸收劑61中慢慢地釋放出，因此要使被吸收到吸收劑61中的全部NOx都釋放出就需要較長(zhǎng)時(shí)間。
如上所述，作為NOx吸收劑和活性氧釋放劑，可以使用互不相同的金屬，也可以使用同一種金屬。在使用同一種金屬作為NOx吸收劑和活性氧釋放劑的情況下，如上所述，這種金屬就同時(shí)起到作為NOx吸收劑和作為活性氧釋放劑的雙重功能，下面就將這種同時(shí)起兩種功能的試劑稱為活性氧釋放·NOx吸收劑。在此情況下，在圖4A中的符號(hào)61就表示活性氧釋放·NOx吸收劑。
在使用這樣的活性氧釋放·NOx吸收劑61的情況下，當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器22中的排氣的空燃比變濃時(shí)，在排氣中所含的NO就被活性氧釋放·NOx吸收劑61吸收，而在排氣中所含的微粒就被吸附在活性氧釋放·NOx吸收劑61上，并且這些微粒就被由活性氧釋放·NOx吸收劑61釋放的活性氧等在短時(shí)間內(nèi)氧化除去。因此，這時(shí)就能夠同時(shí)阻止排氣中的微粒和NOx二者排出到大氣中。
另一方面，當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器22的排氣的空燃比變濃時(shí)，就從活性氧釋放·NOx吸收劑61中釋放出NO。這些釋放出的NO被未燃的HC和CO還原，于是這時(shí)就沒有NO排出到大氣中。另外，這時(shí)當(dāng)微粒堆積在微粒過濾器22上的情況下，這些微粒可以被從活性氧釋放·NOx吸收劑61中釋放出的活性氧氧化除去。
應(yīng)予說明，在使用NOx吸收劑或活性氧釋放·NOx吸收劑的情況下，在NOx吸收劑或活性氧釋放·NOx吸收劑對(duì)NOx的吸收能力達(dá)到飽和之前，由于從NOx吸收劑或活性氧釋放·NOx吸收劑中釋放出NOx，因此使得進(jìn)入微粒過濾器22中的排氣的空燃比很快便成為濃的狀態(tài)。也就是說，稀空燃比的原料在進(jìn)行燃燒時(shí)，其瞬時(shí)空燃比可以很快地變濃。
另外，本發(fā)明也適用于在形成于微粒過濾器22兩個(gè)側(cè)面上的載體層上只載帶有例如鉑等貴金屬的情況。但是，在該情況下，代表可被氧化除去的微粒量G的實(shí)線要比圖5所示的實(shí)線稍微向右移動(dòng)。在此情況下，活性氧就從保持在鉑Pt表面上的NOx或SO3中釋放出來。
另外，作為活性氧釋放劑，可以使用那些能夠吸附和保持NO2或SO3而且能從這些被吸附的NO2或SO3中釋放出活性氧的催化劑。
另外，本發(fā)明也適用于廢氣凈化裝置，在該裝置的微粒過濾器上游的排氣通路內(nèi)配置有氧化催化劑，利用該氧化催化劑來把廢氣中的NO轉(zhuǎn)變成NO2，而該NO2進(jìn)而與堆積在微粒過濾器中的微粒反應(yīng)，因此使得這些微粒被上述的NO2氧化。
權(quán)利要求
1.一種排氣凈化方法，該方法中，作為用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去；該方法中，當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
2.權(quán)利要求1中所述的排氣凈化方法，其中，在微粒過濾器上載帶貴金屬催化劑。
3.權(quán)利要求2中所述的排氣凈化方法，其中，在微粒過濾器上載帶這樣一種活性氧釋放劑一旦周圍存在過剩的氧，就吸收并保持氧，當(dāng)周圍的氧濃度降低時(shí)，就以活性氧的形式釋放出所保持的氧；當(dāng)微粒附著在微粒過濾器上時(shí)，活性氧釋放劑釋放出活性氧，被放出的活性氧使微粒過濾器上附著的微粒氧化。
4.權(quán)利要求3中所述的排氣凈化方法，其中，上述活性氧釋放劑由堿金屬或堿土金屬或稀土類或過渡金屬構(gòu)成。
5.權(quán)利要求4中所述的排氣凈化方法，其中，上述堿金屬和堿土金屬由離子化傾向比鈣還要高的金屬構(gòu)成。
6.權(quán)利要求3中所述的排氣凈化方法，其中，上述活性氧釋放劑具有這樣一種功能進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比稀時(shí)，就吸收排氣中的NOx，一旦進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比達(dá)到理論空燃比或變濃時(shí)，就釋放出所吸收的NOx。
7.權(quán)利要求1中所述的排氣凈化方法，其中，該可被氧化除去的微粒量為微粒過濾器溫度的函數(shù)。
8.權(quán)利要求7中所述的排氣凈化方法，其中，該可被氧化除去的微粒量，除了微粒過濾器的溫度以外，還是排氣中的氧濃度或NOx濃度中至少一個(gè)的函數(shù)。
9.權(quán)利要求7中所述的排氣凈化方法，其中，該可被氧化除去的微粒量至少作為微粒過濾器溫度的函數(shù)被預(yù)先存儲(chǔ)。
10.權(quán)利要求1中所述的排氣凈化方法，其中，該排出的微粒量超過預(yù)先設(shè)定的該可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量和可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
11.權(quán)利要求1中所述的排氣凈化方法，其中，通過提高微粒過濾器的溫度來使該排出的微粒量少于該可被氧化除去的微粒量。
12.權(quán)利要求1中所述的排氣凈化方法，其中，通過減少該排出的微粒量來使排出的微粒量少于該可被氧化除去的微粒量。
13.權(quán)利要求1中所述的排氣凈化方法，其中，通過提高排氣中的氧濃度來使該排出的微粒量少于該可被氧化除去的微粒量。
14.一種排氣凈化方法，其中，作為用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去；計(jì)算出每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量，當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
15.一種排氣凈化方法，其中，作為用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去，并且該微粒過濾器還具有這樣一種功能當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比稀時(shí)，就吸收排氣中的NOx，一旦進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比達(dá)到理論空燃比或變濃時(shí)，就釋放出所吸收的NOx；當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
16.一種排氣凈化裝置，其中，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路內(nèi)配置有用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，作為該微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去；該裝置中具備這樣一種控制手段當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
17.權(quán)利要求16中所述的排氣凈化裝置，其中，在微粒過濾器上載帶貴金屬催化劑。
18.權(quán)利要求17中所述的排氣凈化裝置，其中，在微粒過濾器上載帶這樣一種活性氧釋放劑一旦周圍存在過剩的氧，就吸收并保持氧，當(dāng)周圍的氧濃度降低時(shí)，就以活性氧的形式釋放出所保持的氧；當(dāng)微粒附著在微粒過濾器上時(shí)，活性氧釋放劑釋放出活性氧，被放出的活性氧使微粒過濾器上附著的微粒氧化。
19.權(quán)利要求18中所述的排氣凈化裝置，其中，上述活性氧釋放劑由堿金屬或堿土金屬或稀土類或過渡金屬構(gòu)成。
20.權(quán)利要求19中所述的排氣凈化裝置，其中，上述堿金屬和堿土金屬由離子化傾向比鈣還要高的金屬構(gòu)成。
21.權(quán)利要求18中所述的排氣凈化裝置，其中，上述活性氧釋放劑具有這樣一種功能當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比稀時(shí)，就吸收排氣中的NOx，一旦進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比達(dá)到理論空燃比或變濃時(shí)，就釋放出所吸收的NOx。
22.權(quán)利要求16中所述的排氣凈化裝置，其中，該可被氧化除去的微粒量是微粒過濾器溫度的函數(shù)。
23.權(quán)利要求22中所述的排氣凈化裝置，其中，該可被氧化除去的微粒量除了微粒過濾器的溫度以外，還是排氣中的氧濃度或NOx濃度中至少一個(gè)的函數(shù)。
24.權(quán)利要求22中所述的排氣凈化裝置，其中，該裝置具有這樣一種存儲(chǔ)手段該可被氧化除去的微粒量以至少是微粒過濾器溫度的函數(shù)的形式被預(yù)先存儲(chǔ)。
25.權(quán)利要求16中所述的排氣凈化裝置，其中，當(dāng)該排出的微粒量超過預(yù)先設(shè)定的該可被氧化除去的微粒量時(shí)，上述控制手段是通過控制排出的微粒量和可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使該排出的微粒量少于該可被氧化除去的微粒量。
26.權(quán)利要求16中所述的排氣凈化裝置，其中，上述控制手段是通過提高微粒過濾器的溫度來使該排出的微粒量少于該可被氧化除去的微粒量。
27.權(quán)利要求26中所述的排氣凈化裝置，其中，上述控制手段是通過控制燃料噴射量或燃料噴射時(shí)期中的至少一方來使排氣溫度上升并因此使微粒過濾器的溫度上升。
28.權(quán)利要求27中所述的排氣凈化裝置，其中，上述控制手段是使主燃料的噴射時(shí)期延遲、或通過除了噴射主燃料以外還噴射輔助燃料的方法來使排氣溫度上升。
29.權(quán)利要求26中所述的排氣凈化裝置，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)是由當(dāng)再循環(huán)廢氣量增大時(shí)積炭的發(fā)生量逐漸增大并達(dá)到峰值，進(jìn)一步增大再循環(huán)廢氣量時(shí)就幾乎不發(fā)生積炭的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成，上述控制手段通過使再循環(huán)廢氣量多于積炭發(fā)生量達(dá)到峰值的再循環(huán)廢氣量來使排氣溫度上升，由此使微粒過濾器的溫度上升。
30.權(quán)利要求26中所述的排氣凈化裝置，其中，在微粒過濾器上游的排氣通路內(nèi)配置有烴供給裝置，通過由該烴供給裝置向排氣通路內(nèi)供給烴來使微粒過濾器的溫度上升。
31.權(quán)利要求26中所述的排氣凈化裝置，其中，在微粒過濾器下游的排氣通路內(nèi)配置有排氣控制閥，通過關(guān)閉排氣控制閥來使微粒過濾器的溫度上升。
32.權(quán)利要求26中所述的排氣凈化裝置，其中，具備帶有用于控制繞過排氣葉輪機(jī)的排氣量的廢氣排放閥的廢氣渦輪增壓器，通過打開廢氣排放閥來使微粒過濾器的溫度上升。
33.權(quán)利要求16中所述的排氣凈化裝置，其中，上述控制手段是通過減少該排出的微粒量來使該排出的微粒量少于該可被氧化除去的微粒量。
34.權(quán)利要求33中所述的排氣凈化裝置，其中，上述控制手段通過控制燃料噴射量或燃料噴射時(shí)期或燃料噴射壓力或輔助燃料的噴射來使排出的微粒量減少。
35.權(quán)利要求33中所述的排氣凈化裝置，其中，具備用于使進(jìn)氣增壓的增壓手段，上述控制手段通過增大增壓壓力來減少排出的微粒量。
36.權(quán)利要求33中所述的排氣凈化裝置，其中，具備用于使廢氣在進(jìn)氣通路內(nèi)再循環(huán)的廢氣再循環(huán)裝置，上述控制手段通過減少廢氣再循環(huán)率來減少排出的微粒量。
37.權(quán)利要求16中所述的排氣凈化裝置，其中，上述控制手段通過提高排氣中的氧濃度來使該排出的微粒量少于該可被氧化除去的微粒量。
38.權(quán)利要求37中所述的排氣凈化裝置，其中，具備用于使廢氣在進(jìn)氣通路內(nèi)再循環(huán)的廢氣再循環(huán)裝置，上述控制手段通過減少廢氣再循環(huán)率來提高排氣中的氧濃度。
39.權(quán)利要求37中所述的排氣凈化裝置，其中，具備用于向微粒過濾器上游的排氣通路內(nèi)供給2次空氣的2次空氣供給裝置，上述控制手段通過向微粒過濾器上游的排氣通路內(nèi)供給2次空氣來提高排氣中的氧濃度。
40.一種排氣凈化裝置，其中，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路內(nèi)配置有用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，作為該微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去；該裝置中具備以下兩種手段計(jì)算出每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量的計(jì)算手段、以及當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
41.一種排氣凈化裝置，其中，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路內(nèi)配置有用于除去燃燒室排氣中的微粒的微粒過濾器，作為該微粒過濾器，使用這樣一種微粒過濾器，當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的微粒量少于每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí)，一旦排氣中的微粒進(jìn)入微粒過濾器，就會(huì)不發(fā)生火焰地被氧化除去，并且該微粒過濾器還具有這樣一種功能當(dāng)進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比稀時(shí)，就吸收排氣中的NOx，一旦進(jìn)入微粒過濾器的排氣的空燃比達(dá)到理論空燃比或變濃時(shí)，就釋放出所吸收的NOx；該裝置中具備這樣一種控制手段當(dāng)排出的微粒量超過可被氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方，以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量。
全文摘要
在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)配置微粒過濾器(22)。當(dāng)每單位時(shí)間內(nèi)燃燒室(5)排出的微粒量超過每單位時(shí)間內(nèi)在微粒過濾器(22)上可不發(fā)生火焰地被氧化除去的微粒量時(shí),控制排出的微粒量或可被氧化除去的微粒量中的至少一方,以使排出的微粒量少于可被氧化除去的微粒量,由此使排氣中的微粒在微粒過濾器(22)上可不發(fā)生火焰地連續(xù)地被氧化除去。
文檔編號(hào)F01N3/023GK1363010SQ01800235
公開日2002年8月7日 申請(qǐng)日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月16日
發(fā)明者伊藤和浩, 田中俊明, 廣田信也, 木村光壱, 中谷好一郎 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社