專(zhuān)利名稱：廢氣凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢氣凈化方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了除去含在廢氣中的微粒，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路內(nèi)配置顆粒過(guò)濾器，借助這種顆粒過(guò)濾器暫時(shí)捕集廢氣中的微粒，通過(guò)使被捕集在顆粒過(guò)濾器上的微粒著火燃燒將顆粒過(guò)濾器再生。但是，被捕集在顆粒過(guò)濾器上的微粒必須在約600℃以上的高溫下才能點(diǎn)火，而與此相對(duì)地，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣溫度通常遠(yuǎn)低于600℃。從而很難利用廢氣的熱量使捕集在顆粒過(guò)濾器上的微粒點(diǎn)火，為利用廢氣的熱量使捕集在顆粒過(guò)濾器上的微粒著火必須降低微粒的點(diǎn)火溫度。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知如果在顆粒過(guò)濾器上載置觸媒的話，可降低微粒的點(diǎn)火溫度，從而在現(xiàn)有技術(shù)中為降低微粒的點(diǎn)火溫度載置觸媒的各種顆粒過(guò)濾器是公知的。
例如，在特公平7-106290號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一種其上載置鉑族金屬及堿土金屬氧化物的混合物的顆粒過(guò)濾器。在這種顆粒過(guò)濾器中，利用大約350℃到400℃的較低溫度就可使微粒點(diǎn)火，然后進(jìn)行連續(xù)的燃燒。
在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中當(dāng)負(fù)荷變大時(shí)廢氣溫度可達(dá)350℃至400℃，從而在上述顆粒過(guò)濾器中，乍一看來(lái)似乎當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變大時(shí)可利用廢氣的熱量使微粒點(diǎn)火燃燒。然而，在實(shí)際上，即使廢氣溫度達(dá)到350℃至400℃時(shí)，微粒也有時(shí)不著火，同時(shí)，即使微粒著火，也存在著只有一部分微粒燃燒，而大量的微粒不能完全燃燒的問(wèn)題。
即，當(dāng)含在廢氣中的微粒的量少時(shí)，附著在顆粒過(guò)濾器上的微粒量也少，這時(shí)，當(dāng)廢氣溫度達(dá)到350℃至400℃時(shí)，顆粒過(guò)濾器上的微粒點(diǎn)火，然后連續(xù)地進(jìn)行燃燒。
但當(dāng)含在廢氣中的微粒的量變多時(shí)，在附著于顆粒過(guò)濾器上的微粒完全燃燒之前，其它的微粒堆積在這些粒子上，結(jié)果是微粒以疊層狀堆積在顆粒過(guò)濾器上。這樣，當(dāng)微粒以疊層狀堆積在顆粒過(guò)濾器上時(shí)，容易與氧接觸的一部分微粒燃燒，而不易接觸氧的剩下的微粒不燃燒，這樣，許多微粒成為不能完全燃燒的。從而，當(dāng)含在廢氣中的微粒的量變多時(shí)，微粒會(huì)繼續(xù)堆積在顆粒過(guò)濾器上。
另一方面，當(dāng)大量的微粒堆積到顆粒過(guò)濾器上時(shí)，這些堆積的微粒依次變成不易點(diǎn)火燃燒的。這種不容易燃燒大概是由于在堆積期間，微粒中的碳變成不易燃燒的石墨等造成的。事實(shí)上，當(dāng)大量的微粒連續(xù)堆積在顆粒過(guò)濾器上時(shí)，在350℃至400℃的低溫下，堆積的微粒不能點(diǎn)火，為使堆積的粒子點(diǎn)火，需要600℃以上的高溫。但是，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，廢氣溫度通常不能達(dá)到600℃以上的高溫，從而當(dāng)大量的微粒連續(xù)堆積時(shí)，借助廢氣的熱量很難使堆積的微粒點(diǎn)火。
另一方面，這時(shí)，當(dāng)廢氣溫度能夠達(dá)到600℃以上的高溫時(shí)，堆積的微粒會(huì)點(diǎn)火，但這時(shí)會(huì)出現(xiàn)其它問(wèn)題。即，在這種情況下，當(dāng)使堆積的微粒著火時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光焰進(jìn)行燃燒，這時(shí)，顆粒過(guò)濾器的溫度直到堆積的微粒燃燒完畢，在一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)一直維持800℃以上。但是，當(dāng)顆粒過(guò)濾器這樣長(zhǎng)時(shí)間暴露在800℃以上的高溫時(shí)，顆粒過(guò)濾器會(huì)提前老化，從而存在著必須提前更換新的顆粒過(guò)濾器的問(wèn)題。
此外，當(dāng)使堆積的微粒燃燒時(shí)灰分會(huì)凝縮成大的塊，這些灰塊會(huì)將顆粒過(guò)濾器的細(xì)孔堵塞。被堵塞的細(xì)孔的數(shù)目隨著時(shí)間逐漸增多，這樣一來(lái)在顆粒過(guò)濾器處的廢氣氣流的壓力損失會(huì)逐漸變大。當(dāng)廢氣氣流的壓力損失增大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率下降，這樣，從這一觀點(diǎn)出發(fā)，也存在必須提前更換新的顆粒過(guò)濾器的問(wèn)題。
這樣，一旦當(dāng)大量的微粒以疊層狀堆積起來(lái)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如上所述的各種問(wèn)題，從而，考慮到含在廢氣中的微粒的量與在顆粒過(guò)濾器上能夠燃燒的微粒的量之間的平衡，不應(yīng)使大量的微粒以疊層狀的方式進(jìn)行堆積。但是在上面所述的公報(bào)中所描述的顆粒過(guò)濾器中，根本沒(méi)有考慮到含在廢氣中的微粒的量與可在顆粒過(guò)濾器上燃燒的微粒的量之間的平衡，從而出現(xiàn)了上面所說(shuō)的各種問(wèn)題。
同時(shí)，在上述公報(bào)中所描述的顆粒過(guò)濾器中，當(dāng)廢氣溫度在350℃以下時(shí)，微粒不點(diǎn)火，這樣，微粒堆積在顆粒過(guò)濾器上。在這種情況下，如果堆積量少的話，當(dāng)廢氣溫度達(dá)到350℃至400℃時(shí)，可使堆積的微粒燃燒，但當(dāng)大量的微粒以疊層的方式堆積時(shí)，廢氣溫度達(dá)到350℃至400℃時(shí)，堆積的微粒也不會(huì)點(diǎn)火，而且，即使點(diǎn)火其中一部分微粒也不燃燒，因而殘留下來(lái)。
在這種情況下，如果在大量微粒堆積成疊層狀之前使廢氣溫度升高的話，可使堆積微粒完全燃燒，但在上述公報(bào)中描述的顆粒過(guò)濾器中，根本未進(jìn)行這種考慮，從而，在大量微粒堆積成疊層狀時(shí)，除非廢氣的溫度上升到600℃以上，否則就不能使堆積的全部微粒燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種可將廢氣中的微粒在顆粒過(guò)濾器上連續(xù)地氧化除去的廢氣凈化方法。
同時(shí)，本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種可將廢氣中的微粒在顆粒過(guò)濾器上連續(xù)地氧化除去的同時(shí)，還可以將廢氣中的NOx除去的廢氣凈化方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種廢氣凈化方法，所述方法包括，在用于除去從燃燒室中排出的廢氣中的微粒的顆粒過(guò)濾器上載置活性氧放出劑，所述活性氧放出劑在周?chē)嬖谶^(guò)剩的氧時(shí)吸入氧并保持氧，而當(dāng)周?chē)难鯘舛冉档蜁r(shí)則以活性氧的形式放出所保持的氧，通常將流入顆粒過(guò)濾器內(nèi)的廢氣的空燃比保持在稀混合比狀態(tài)，而同時(shí)，當(dāng)有時(shí)暫時(shí)切換到濃混合比而把廢氣的空燃比切換成濃混合比時(shí)，利用從活性氧放出劑放出的活性氧促進(jìn)顆粒過(guò)濾器上的微粒氧化反應(yīng)，借此，在不發(fā)生光焰的情況下將顆粒過(guò)濾器上的微粒氧化除去。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種廢氣凈化方法，其中，在除去從燃燒室排出的廢氣中的微粒用的顆粒過(guò)濾器上載置活性氧放出·NOx吸收劑，所述活性氧放出·NOx吸收劑在周?chē)嬖谶^(guò)剩的氧時(shí)吸入氧并加以保持，而在周?chē)难鯘舛冉档蜁r(shí)將所保持的氧以活性氧的形式放出，同時(shí)，當(dāng)流入顆粒過(guò)濾器的廢氣的空燃比稀時(shí)，吸收廢氣中的NOx，而流入顆粒過(guò)濾器的廢氣的空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驗(yàn)闈饣旌媳葧r(shí)，放出所吸收的NOx，而且，所述方法在通常將流入顆粒過(guò)濾器的廢氣的空燃比維持在稀混合比的狀態(tài)的同時(shí)，在有時(shí)暫時(shí)切換成濃混合比而將廢氣的空燃比切換成濃混合比時(shí)，從活性氧放出·NOx吸收劑放出活性氧，借此在促進(jìn)顆粒過(guò)濾器上的微粒的氧化反應(yīng)的同時(shí)，還使從活性氧放出·NOx吸收劑放出的NOx還原，從而使顆粒過(guò)濾器上的微粒不發(fā)生光焰而將其氧化除去，與此同時(shí)使廢氣中的NOx除去。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的總體圖，圖2A，2B是表示發(fā)動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)矩的圖示，圖3A，3B是表示顆粒過(guò)濾器的圖示，圖4A，4B是用于說(shuō)明微粒氧化作用的圖示，圖5A至5C是用于說(shuō)明微粒的堆積作用的圖示，圖6是表示可氧化除去的微粒的量與顆粒過(guò)濾器的溫度的關(guān)系的圖示，圖7A，7B是表示可氧化除去的微粒的量的圖示，圖8A至8F是表示可氧化除去的微粒的量G的映象的圖示，圖9A，9B是表示廢氣中的氧的濃度及NOx的濃度的映象的圖示，圖10A，10B是表示排出的微粒的量的圖示，圖11是控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行用的流程圖，圖12是用于說(shuō)明噴射控制的圖示，圖13是表示煙霧產(chǎn)生量的圖示，圖14A，14B是表示燃燒室內(nèi)的氣體溫度的圖示，圖15是表示內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的另外一個(gè)實(shí)施例的總體圖，圖16是表示內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的再一個(gè)實(shí)施例的總體圖，圖17是表示內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的另外一個(gè)實(shí)施例的總體圖，圖18是表示內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的再一個(gè)實(shí)施例的總體圖，圖19是表示內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的再一個(gè)實(shí)施例的總體圖，
圖20A至20C是表示微粒的堆積濃度等的圖示，圖21是控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行用的流程圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳形式圖1表示將本發(fā)明應(yīng)用于壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。此外，本發(fā)明也可應(yīng)用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
參照?qǐng)D1，1為發(fā)動(dòng)機(jī)主體，2為氣缸體，3為氣缸蓋，4為活塞，5為燃燒室，6為電控制式燃料噴射閥，7為進(jìn)氣閥，8為進(jìn)氣口，9為排氣閥，10為排氣口。進(jìn)氣口8經(jīng)由對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣歧管11連接到平衡箱12上，平衡箱12經(jīng)由進(jìn)氣導(dǎo)管13連接到排氣蝸輪增壓器14的壓縮機(jī)15上。在進(jìn)氣導(dǎo)管13內(nèi)配置由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)16驅(qū)動(dòng)的節(jié)流閥17，進(jìn)而，在進(jìn)氣導(dǎo)管13的周?chē)渲美鋮s流入進(jìn)氣導(dǎo)管13內(nèi)的吸入的空氣用的冷卻裝置18。在圖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)冷卻水冷卻吸入的空氣。另一方面，排氣口10經(jīng)由排氣歧管19及排氣管20連接到排氣蝸輪增壓器14的排氣蝸輪21上，排氣蝸輪21的出口連接到內(nèi)裝顆粒過(guò)濾器22的箱體23上。
排氣歧管19與平衡箱12經(jīng)過(guò)廢氣再循環(huán)(下面稱之為EGR)通路24相互連接，在EGR通路24內(nèi)配置電控制式EGR控制閥25。同時(shí)，在EGR通路24的周?chē)渲美鋮s流入EGR通路24內(nèi)的EGR氣(再循環(huán)廢氣)用冷卻裝置26。在圖1所示的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水被導(dǎo)入冷卻裝置26內(nèi)，用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水冷卻EGR氣。另一方面，各燃料噴射閥6經(jīng)過(guò)燃料供應(yīng)管6a連接到燃料箱即所謂的高壓儲(chǔ)油筒(commonrail)27上。由電控制式排出量可變的燃料泵28向該高壓儲(chǔ)油筒27內(nèi)供應(yīng)燃料，供應(yīng)到高壓儲(chǔ)油筒27內(nèi)的燃料經(jīng)過(guò)各燃燒供應(yīng)管6a供應(yīng)給燃料噴射閥6。在高壓儲(chǔ)油筒27內(nèi)安裝檢測(cè)高壓儲(chǔ)油筒27內(nèi)的燃料壓力用的燃料壓力傳感器29，根據(jù)燃料壓力傳感器29的輸出信號(hào)控制燃料泵28的排出量使高壓儲(chǔ)油筒27內(nèi)的燃料壓力成為所需燃料壓力。
電子控制裝置30由數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成，它備有由雙向總線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，輸入端口35及輸出端口36。燃料壓力傳感器29的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的AD變換器37輸入到輸入端口35內(nèi)。此外，在顆粒過(guò)濾器22上安裝用于檢測(cè)顆粒過(guò)濾器22的溫度的溫度傳感器39，該溫度傳感器39的輸出信號(hào)經(jīng)由對(duì)應(yīng)的AD變換器37輸入到輸入端口35內(nèi)。在油門(mén)踏板40上連接有產(chǎn)生與油門(mén)踏板40的踩下量L成正比的輸出電壓的負(fù)荷傳感器41，負(fù)荷傳感器41的輸出電壓經(jīng)由對(duì)應(yīng)的AD變換器37輸入到輸入端口35中。進(jìn)而，在輸入端口35上連接有曲柄軸每旋轉(zhuǎn)例如30°時(shí)產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖的曲柄角傳感器42。另一方面，輸出端口36經(jīng)由對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)回路38連接到燃料噴射閥6、節(jié)流閥驅(qū)動(dòng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)16、EGR控制閥25以及燃料泵28上。
圖2A表示所需轉(zhuǎn)矩TQ與油門(mén)踏板40的踩下量L以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N之間的關(guān)系。此外，在圖2A中，各曲線表示等轉(zhuǎn)矩曲線，用TQ＝0所示的曲線表示轉(zhuǎn)矩為零時(shí)的情況，其余的曲線TQ＝a，TQ＝b，TQ＝c，TQ＝d依次表示所需轉(zhuǎn)矩逐漸變大。圖2A中所示的所需轉(zhuǎn)矩TQ，如圖2B所示，作為油門(mén)踏板40的踩下量L與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)以映象的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，首先從圖2B所示的映象中初步計(jì)算出按照油門(mén)踏板40的踩下量L及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N所要求的轉(zhuǎn)矩TQ，然后再根據(jù)這一所需的轉(zhuǎn)矩TQ計(jì)算出燃料噴射量等。
圖3A和3B表示顆粒過(guò)濾器22的結(jié)構(gòu)。其中，圖3A表示顆粒過(guò)濾器22的正視圖，圖3B表示顆粒過(guò)濾器22的側(cè)視剖面圖。如圖3A和3B所示，顆粒過(guò)濾器22具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，具有相互平行延伸的多個(gè)廢氣流通路50、51。這些廢氣流通路由其下游端用栓52閉塞的廢氣流入通路50以及其上游端用栓53閉塞的廢氣流出通路51構(gòu)成。同時(shí)，在圖3A中用加有陰影線的部分表示栓53。從而，廢氣流入通路50及廢氣流出通路51經(jīng)過(guò)薄的間隔壁54交互地配置。換句話說(shuō)，廢氣流入通路50和廢氣流出通路51的配置方式為，每個(gè)廢氣流入通路50由四個(gè)廢氣流出通路51包圍，每個(gè)廢氣流出通路51由四個(gè)廢氣流入通路50包圍。
顆粒過(guò)濾器22由例如像堇青石這樣的多孔質(zhì)材料形成，從而，流入廢氣流入通路50內(nèi)的廢氣如圖3B中的箭頭所示的那樣，通過(guò)周?chē)拈g隔壁54的內(nèi)部流到鄰接的廢氣流出通路51內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，在各廢氣流入通路50及各廢氣流出通路51的周壁面，即，各間隔壁54的兩側(cè)表面上和間隔壁54內(nèi)的細(xì)孔的內(nèi)壁面上，形成例如由氧化鋁構(gòu)成的載體層，在該載體上載置貴金屬觸媒以及活性氧放出劑，其中，所述活性氧放出劑在周?chē)嬖谶^(guò)剩的氧時(shí)吸入氧氣并保持氧氣，而當(dāng)周?chē)难鯘舛冉档蜁r(shí)，將所保持的氧以活性氧的形式放出來(lái)。
在這種情況下，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，作為貴金屬觸媒，采用鉑Pt，作為活性氧放出劑從以下各種金屬中選用其中的至少一種，這些金屬是鉀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(lèi)金屬以及錫Sn，鐵Fe等過(guò)渡金屬。
此外，作為這種情況下的活性氧放出劑，優(yōu)選采用比鈣Ca具有更高離子化傾向的堿金屬或堿土金屬，即，采用鉀K，鋰Li，銫Cs，銣Rb，鋇Ba，鍶Sr或者采用鈰Ce。
下面以在載體上載置鉑Pt及鉀K的情況為例說(shuō)明用顆粒過(guò)濾器22除掉廢氣中的微粒的作用，但采用其它的貴金屬，堿金屬，堿土金屬，稀土類(lèi)金屬及過(guò)渡金屬也具有同樣的除掉微粒的作用。
在如圖1所示的壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中在空氣過(guò)剩的條件下進(jìn)行燃燒，從而廢氣含有大量的過(guò)?？諝?。即，當(dāng)把供應(yīng)給進(jìn)氣通路、燃燒室5以及排氣通路內(nèi)的空氣及燃料之比稱作廢氣的空燃比時(shí)，在圖1所示的壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的廢氣空燃比是稀混合比的。同時(shí)，由于在燃燒室5內(nèi)產(chǎn)生NO，所以在廢氣中含有NO。此外，在燃料中含有硫S，這些硫S在燃燒室5內(nèi)與氧反應(yīng)生成SO2。從而在廢氣中含有SO2。因此，含有過(guò)剩的氧、NO及SO2的廢氣流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣流入通路50內(nèi)。
圖4A及4B是示意地表示形成于廢氣流入通路50的內(nèi)周面及間隔壁54內(nèi)的細(xì)孔的內(nèi)壁面上的載體層的表面的放大圖。此外，在圖4A及4B中，60表示鉑Pt的粒子，61表示含有鉀K的活性氧放出劑。
如上所述，由于在廢氣中含有大量的過(guò)剩的氧氣，所以當(dāng)廢氣流入到顆粒過(guò)濾器22的廢氣流入通路50內(nèi)時(shí)，如圖4A所示，這些氧O2以O(shè)2-或O2-的形式附著在鉑Pt的表面上。另一方面，廢氣中的NO在鉑Pt表面上與O2-或O2-反應(yīng)，變成NO2()。然后，所生成的NO2的一部分一面在鉑Pt上氧化一面被吸收到活性氧放出劑61內(nèi)，并且一面與鉀K結(jié)合一面如圖4A所示以硝酸離子NO3-的形式在活性氧放出劑61內(nèi)擴(kuò)散，一部分硝酸離子NO3-生成硝酸鉀KNO3。
另一方面，如上面所述，廢氣中也含有SO2，這些SO2也通過(guò)與NO同樣的機(jī)理被吸收在活性氧放出劑61內(nèi)。即，如上面所述，氧O2以O(shè)2-或O2-的形式附著在鉑Pt表面上，廢氣中的SO2在鉑Pt表面上與O2-或O2-反應(yīng)變成SO3。然后，生成的SO3的一部分在鉑Pt上一面進(jìn)一步氧化一面被吸收在活性氧放出劑61內(nèi)，一面與鉀K結(jié)合一面以硫酸離子SO42-的形式在活性氧放出劑61內(nèi)擴(kuò)散，生成硫酸鉀K2SO4。這樣，在活性氧放出觸媒61內(nèi)生成硝酸鉀KNO3和硫酸鉀K2SO4。
另一方面，在燃燒室5內(nèi)生成以碳C為主構(gòu)成的微粒，從而廢氣中含有這些微粒。含于廢氣中的這些微粒在廢氣流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣流入通路50內(nèi)時(shí)，或者從廢氣流入通路50流向廢氣流出通路51時(shí)，如圖4B中用62所表示的那樣，所述微粒與載體層的表面，例如活性氧放出劑61的表面接觸并附著于該表面上。
這樣，當(dāng)微粒62附著在活性氧放出劑61的表面上時(shí)，在微粒62與活性氧放出劑61的接觸面處氧濃度下降。當(dāng)氧濃度下降時(shí)，與氧濃度高的活性氧放出劑61的內(nèi)部之間產(chǎn)生濃度差，這樣，活性氧放出劑61內(nèi)的氧向微粒62與活性氧放出劑61的接觸面移動(dòng)。結(jié)果，在活性氧放出劑61內(nèi)形成的硝酸鉀KNO3分解成鉀K、氧O以及NO，氧O移向微粒62與活性氧放出劑61的接觸面，NO從活性氧放出劑61排出到外部。排出到外部的NO在下游側(cè)的鉑Pt上被氧化，再次被吸收到活性氧放出劑61內(nèi)。
另一方面，這時(shí)形成于活性氧放出劑61內(nèi)的硫酸鉀K2SO4也分解成鉀K、氧O與SO2，氧O移向微粒62與活性氧放出劑61的接觸面，SO2從活性氧放出劑61排出到外部。排出到外部的SO2在下游側(cè)的鉑Pt處被氧化，再次被吸收到活性氧放出劑61內(nèi)。
另一方面，移向微粒62與活性氧放出劑61的接觸面處的氧O是從硝酸鉀KNO3及硫酸鉀K2SO4這樣的化合物分解出來(lái)的氧。從化合物分解出來(lái)的氧O具有高的能量，并具有極高的活性。從而，移向微粒62與活性氧放出劑61的接觸面的氧成為活性氧O。當(dāng)這些活性氧O與微粒62接觸時(shí)，促進(jìn)微粒62的氧化作用，使微粒62在幾分鐘到幾十分鐘的短時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生光焰地進(jìn)行氧化。這樣，在使微粒62氧化的期間另外的微粒不斷地附著在顆粒過(guò)濾器22上。從而，實(shí)際上總是有一定量的微粒堆積在顆粒過(guò)濾器22上，這些堆積的微粒中的一部分微粒被氧化去掉。從而使附著在顆粒過(guò)濾器22上的微粒62不產(chǎn)生光焰地連續(xù)燃燒。
同時(shí)，可以認(rèn)為，NOx一面反復(fù)地與氧原子結(jié)合及分離一面在活性氧放出劑61內(nèi)以硝酸離子NO3-的形式擴(kuò)散，在此期間產(chǎn)生活性氧。微粒62被這種活性氧氧化。此外，附著在顆粒過(guò)濾器22上的微粒62以這種方式被活性氧氧化，而且這些微粒62也被廢氣中的氧氧化。
在使疊層狀堆積在顆粒過(guò)濾器22上的微粒燃燒時(shí)，顆粒過(guò)濾器22變成紅熱的，伴有火焰進(jìn)行燃燒。這種伴有火焰的燃燒必須在高溫下才能持續(xù)，從而，為了使這種伴有火焰的燃燒持續(xù)，必須將顆粒過(guò)濾器22的溫度維持在高溫。
與此相反，在本發(fā)明中，微粒62如上面所述在不產(chǎn)生光焰的情況下被氧化，這時(shí)顆粒過(guò)濾器22的表面不是紅熱的。即，換言之，在本發(fā)明中，在相當(dāng)?shù)偷臏囟认卵趸ノ⒘?2。從而，根據(jù)本發(fā)明的不產(chǎn)生光焰利用氧化除去微粒62的除掉微粒的作用與伴有火焰的燃燒而除去微粒的作用完全不同。
其中，由于鉑Pt和活性氧放出劑61在顆粒過(guò)濾器22的溫度越高時(shí)活性越高，所以，顆粒過(guò)濾器22的溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)活性氧放出劑61放出的活性氧O的量越大。同時(shí)，不言而喻，微粒本身的溫度越高，微粒也越容易被氧化除去。從而，在顆粒過(guò)濾器22上，單位時(shí)間內(nèi)不發(fā)生光焰可氧化除去的可氧化除去的微粒的量隨著顆粒過(guò)濾器22的溫度的升高而增大。
圖6的實(shí)線表示單位時(shí)間內(nèi)在不發(fā)生光焰的情況下可被氧化除去的可氧化除去的微粒的量G，圖6的橫軸表示顆粒過(guò)濾器22的溫度TF。其中，在圖6中表示單位時(shí)間為1秒鐘的情況，即，表示每一秒鐘可氧化除去的微粒的量G，但作為單位時(shí)間，可以采用一分鐘、10分鐘等任意時(shí)間。例如，在單位時(shí)間采用10分鐘時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)可氧化除去的微粒的量G表示每10分鐘可氧化除去的微粒的量G，在這種情況下，在顆粒過(guò)濾器22上單位時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生光焰而可被氧化除去的可氧化除去的微粒的量G也和圖6所示的一樣，顆粒過(guò)濾器22的溫度越高，G越大。
同時(shí)，當(dāng)把單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室5排出的微粒的量稱作排出微粒量M時(shí)，如果該排出微粒量M少于在同樣的單位時(shí)間內(nèi)可氧化除去的微粒的量G時(shí)，例如，當(dāng)每秒鐘配置的排出微粒量M少于每秒鐘可氧化除去的微粒的量G時(shí)，或者每10分鐘的排出微粒量M少于每10分鐘可氧化除去的微粒的量G時(shí)，即，在圖6的區(qū)域I內(nèi)，從燃燒室5排出的全部微粒在顆粒過(guò)濾器22上不產(chǎn)生光焰地依次在短時(shí)間內(nèi)被氧化除去。
與此相對(duì)，當(dāng)排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G時(shí)，即，在圖6的區(qū)域II內(nèi)，在依次氧化全部微粒時(shí)，活性氧量不足。在圖5A～5C中表示出了在這種情況下微粒的氧化形式。
即，在依次氧化全部微粒時(shí)活性氧量不足的情況下，如圖5A所示，微粒62附著在活性氧放出劑61上時(shí)，微粒62僅有一部分被氧化，未充分氧化的微粒部分殘留在載體層上。然后，當(dāng)活性氧的量不足的狀態(tài)繼續(xù)時(shí)，未氧化的微粒部分不斷地殘留在載體層上，其結(jié)果如圖5B所示，載體層的表面被殘留的微粒部分63所覆蓋。
覆蓋載體層表面的這種殘留微粒部分63逐漸變成不容易氧化的碳質(zhì)，從而殘留微粒部分63容易原封不動(dòng)地殘留下來(lái)。同時(shí)，載體層的表面被殘留微粒部分63覆蓋時(shí)，會(huì)抑制鉑Pt對(duì)NO、SO2的氧化作用以及從活性氧放出劑61放出活性氧的作用。其結(jié)果是，如圖5C所示，在殘留微粒部分63上逐漸地堆積另外的微粒64。即，微粒堆積成疊層狀。這樣，當(dāng)微粒堆積成疊層狀時(shí)，由于微粒離開(kāi)鉑Pt和活性氧放出劑61一定的距離，所以，即使是原來(lái)容易被氧化的微粒也已經(jīng)不能被活性氧氧化，從而在這種微粒64上進(jìn)一步逐漸地堆積另外的微粒。即，當(dāng)排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G的狀態(tài)繼續(xù)時(shí)，微粒在顆粒過(guò)濾器22上堆積成疊層狀，這樣除非使廢氣溫度變?yōu)楦邷鼗蛘呤诡w粒過(guò)濾器22的溫度變成高溫，否則就不能使堆積的微粒點(diǎn)火燃燒。
這樣，在圖6的區(qū)域I內(nèi)，微粒在顆粒過(guò)濾器22上在很短的時(shí)間內(nèi)在不產(chǎn)生光焰的情況下氧化，而在圖6的區(qū)域II內(nèi)微粒在顆粒過(guò)濾器22上堆積成疊層狀。從而，為了不使微粒在顆粒過(guò)濾器22上堆積成疊層狀，排出微粒量M必須總是少于可氧化除去的微粒的量G。
如從圖6可以看出的，在本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的顆粒過(guò)濾器22上，即使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF相當(dāng)?shù)?，也能夠使微粒氧化，從而在圖1所示的壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中能夠維持排出微粒量M以及顆粒過(guò)濾器22的溫度TF，使得排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。從而，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，基本上將排出微粒量M和顆粒過(guò)濾器22的溫度TF維持在使得排出微粒量M少于可氧化除去的微粒量G的狀態(tài)。
這樣，當(dāng)把排出微粒量M維持在少于可氧化除去的微粒量G的狀態(tài)時(shí)，顆粒過(guò)濾器22上的微粒不會(huì)堆積成疊層狀。其結(jié)果是，在顆粒過(guò)濾器22上的廢氣氣流的壓力損失維持在一個(gè)基本上恒定的最小的壓力損失值，可以說(shuō)達(dá)到了幾乎沒(méi)有變化的程度。這樣，可將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率的降低保持在最低限度。
此外，利用微粒的氧化除去微粒的作用是在相當(dāng)?shù)偷臏囟认逻M(jìn)行的。從而顆粒過(guò)濾器22的溫度不必過(guò)高，這樣，顆粒過(guò)濾器22幾乎沒(méi)有劣化的危險(xiǎn)。同時(shí)，由于微粒不在顆粒過(guò)濾器22上堆積成疊層狀，從而灰分凝聚的危險(xiǎn)性小，因此堵塞顆粒過(guò)濾器22的危險(xiǎn)性小。
同時(shí)，這種堵塞主要是由硫酸鈣CaSO4造成的。即，燃料和潤(rùn)滑油含有鈣Ca，從而，廢氣中含有鈣Ca。當(dāng)存在SO3時(shí)，這種鈣Ca會(huì)生成硫酸鈣CaSO4。這種硫酸鈣CaSO4為固體，即使在高溫下也不會(huì)熱分解。從而，生成硫酸鈣CaSO4，當(dāng)這種硫酸鈣CaSO4閉塞顆粒過(guò)濾器22的細(xì)孔時(shí)，造成堵塞。
但是在這種情況下，當(dāng)作為活性氧放出劑61使用比鈣Ca具有更高的離子化傾向的堿金屬或堿土金屬例如鉀K時(shí)，在活性氧放出劑61內(nèi)擴(kuò)散的SO3與鉀K結(jié)合形成硫酸鉀K2SO4，鈣Ca不與SO3結(jié)合而通過(guò)顆粒過(guò)濾器22的間隔壁54流到廢氣流出通路51內(nèi)。從而，不會(huì)將顆粒過(guò)濾器22的細(xì)孔堵塞。因此，如前所述，作為活性氧放出劑61優(yōu)選地采用比鈣Ca離子化傾向高的堿金屬或堿土金屬，即，鉀K，鋰Li，銫Cs，銣Rb，鋇Ba，鍶Sr。
同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，基本上在整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)將排出微粒量M維持在少于可氧化除去的微粒的量G的狀態(tài)。然而，實(shí)際上即使這樣在整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)將排出微粒量M維持在少于可氧化除去的微粒的量G的狀態(tài)，也有時(shí)會(huì)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的急劇的變化等任何一種原因，排出微粒量M會(huì)多于可氧化除去的微粒量G。這樣，當(dāng)排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G時(shí)，如前面所述，未氧化的微粒部分開(kāi)始?xì)埩粼陬w粒過(guò)濾器22上。
這時(shí)，當(dāng)排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G的狀態(tài)繼續(xù)時(shí)，則如前面所述，微粒在顆粒過(guò)濾器22上堆積成疊層狀。但是，當(dāng)未被氧化的微粒部分這樣開(kāi)始?xì)埩魰r(shí)，即當(dāng)微粒只堆積到一定限度以下時(shí)，如果排出微粒量M變得少于可氧化除去的微粒量G，這種殘留的微粒部分由活性氧O在不發(fā)生光焰的情況下氧化除掉。就是說(shuō)，即使排出微粒量M比可氧化除去的微粒的量G多，如果在微粒堆積成疊層狀之前排出微粒量M變得少于可氧化除去的微粒的量G的話，微粒不會(huì)堆積成疊層狀。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)排出微粒量M變得多于可氧化除去的微粒的量G時(shí)，使排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。
此外，當(dāng)這樣排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G時(shí)，即使令排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G，但在有的情況下也會(huì)由于某種原因使微粒疊層狀地堆積在顆粒過(guò)濾器22上。但是，即使在這種情況下，當(dāng)令廢氣的一部分或全部的空燃比暫時(shí)變?yōu)闈饣旌媳葧r(shí)，可使堆積在顆粒過(guò)濾器22上的微粒不產(chǎn)生光焰地氧化。即，當(dāng)使廢氣的空燃比變成濃混合比時(shí)，也就是令廢氣中的氧濃度降低時(shí)，活性氧O一下子從活性氧放出劑61中放出到外部，利用這種一下子被放出來(lái)的活性氧O將堆積的微粒在不發(fā)生光焰的情況下于很短的時(shí)間內(nèi)燃燒除掉。
另一方面，當(dāng)把空燃比維持在稀混合比時(shí)，鉑Pt表面被氧覆蓋產(chǎn)生所謂的鉑Pt的氧中毒。當(dāng)產(chǎn)生這種氧中毒時(shí)，由于對(duì)NOx的氧化作用降低，所以NOx的吸收效率降低，從而從活性氧放出劑61中放出的活性氧的量降低。但是，當(dāng)空燃比變成濃混合比時(shí)，由于鉑Pt表面的氧被消耗掉，解除氧中毒現(xiàn)象，從而當(dāng)空燃比從濃混合比向稀混合比切換時(shí)，對(duì)于NOx的氧化作用增強(qiáng)，所以NOx的吸收效率變高，從而活性氧放出劑61放出的活性氧量增大。
從而，當(dāng)把空燃比維持在稀混合比時(shí)，一旦空燃比偶爾從稀混合比暫時(shí)被切換到濃混合比，由于每次都消除鉑Pt的氧中毒，所以當(dāng)空燃比為稀混合比時(shí)，活性氧的放出量增大，因而可以促進(jìn)顆粒過(guò)濾器22上的微粒的氧化作用。
此外，鈰Ce具有在空燃比為稀混合比時(shí)吸入氧(Ce2O3→2CeO2)、在空燃比變成濃混合比時(shí)放出活性氧(2CeO2→CeO3)的功能。從而在使用鈰Ce作為活性氧放出劑61、空燃比為稀混合比時(shí)，一旦微粒附著在顆粒過(guò)濾器22上，微粒被從活性氧放出劑61中放出的活性氧所氧化，當(dāng)空燃比變成濃混合比時(shí)，由于從活性氧放出劑61放出大量的活性氧，所以微粒被氧化。從而，在作為活性氧放出劑61使用鈰Ce時(shí)，空燃比偶爾從稀混合比暫時(shí)切換到濃混合比時(shí)，可促進(jìn)顆粒過(guò)濾器22上的微粒的氧化反應(yīng)。
同時(shí)，在圖6中，可氧化除去的微粒的量G僅作為顆粒過(guò)濾器22的溫度TF的函數(shù)表示出來(lái)，但實(shí)際上這種可氧化除去的微粒的量G也是廢氣中氧的濃度、廢氣中NOx的濃度、廢氣中未燃燒的HC的濃度、微粒的氧化難易程度、在顆粒過(guò)濾器22內(nèi)廢氣氣流的空速以及廢氣氣壓等的函數(shù)。從而，優(yōu)選可氧化除去的微粒的量G應(yīng)在考慮到包括顆粒過(guò)濾器22的溫度TF在內(nèi)的上述全部因素的影響的前提下計(jì)算出來(lái)。
但是，在這些因素中，對(duì)可氧化除去的微粒的量G影響最大的是顆粒過(guò)濾器22的溫度TF，影響較大的是廢氣中氧的濃度及NOx的濃度。圖7A表示顆粒過(guò)濾器22的溫度TF及廢氣中的氧變化時(shí)，可氧化除去的微粒的量G的變化，圖7B表示顆粒過(guò)濾器22的溫度TF及廢氣中NOx的濃度變化時(shí)，可氧化除去的微粒的量G的變化。此外，在圖7A及7B中，虛線表示廢氣中的氧濃度及NOx的濃度為基準(zhǔn)值時(shí)的情況，在圖7A中〔O2〕1是表示廢氣中的氧濃度比基準(zhǔn)值高時(shí)的情況，〔O2〕2則表示氧濃度比〔O2〕1更高時(shí)的情況，在圖7B中，〔NO〕1表示廢氣中的NOx的濃度高于基準(zhǔn)值時(shí)的情況，〔NO〕2表示NOx的濃度高于〔NO〕1時(shí)的情況。
當(dāng)廢氣中的氧濃度變高時(shí)，與之相應(yīng)地可氧化除去的微粒的量G也增加，同時(shí)由于吸入到活性氧放出劑61中的氧的量增加，所以從活性氧放出劑61中放出的活性氧也增多。從而，如圖7A所示，廢氣中氧濃度越高，可氧化除去的微粒的量G也越大。
另一方面，如前面所述，廢氣中的NO在鉑Pt的表面上被氧化，變成NO2。這樣生成的NO2的一部分被吸收到活性氧放出劑61內(nèi)，剩余的NO2從鉑Pt的表面脫離跑到外部。這時(shí)，當(dāng)與NO2接觸時(shí)，微粒的氧化反應(yīng)被促進(jìn)，從而如圖7B所示，廢氣中的NOx的濃度越高，可氧化除去的微粒的量G越大。但是，由于由這種NO2引起的微粒的氧化促進(jìn)作用只發(fā)生在廢氣溫度約250℃至450℃之間，所以如圖7B所示，當(dāng)廢氣中的NOx濃度提高時(shí)，在顆粒過(guò)濾器22的溫度TF大約為250℃至450℃之間時(shí)，可氧化除去的微粒的量G增大。
如前面所述，可氧化除去的微粒的量G優(yōu)選在考慮到對(duì)可氧化除去的微粒的量G有影響的全部因素的情況下計(jì)算出來(lái)。但是在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，則僅基于這些因素中對(duì)可氧化除去的微粒的量G給予最大影響的顆粒過(guò)濾器22的溫度TF、影響較大的廢氣中氧的濃度以及NOx的濃度計(jì)算出可氧化除去的微粒的量G。
即，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖8A至8F所示，將在顆粒過(guò)濾器22的各種溫度TF(200℃，250℃，300℃，350℃，400℃，450℃)時(shí)的可氧化除去的微粒的量G分別作為廢氣中的氧的濃度〔O2〕和廢氣中的NOx的濃度〔NO〕的函數(shù)以映象的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)，利用比例分配從圖8A至8F中所示的映象計(jì)算出對(duì)應(yīng)于各顆粒過(guò)濾器22的溫度TF、氧濃度〔O2〕以及NOx的濃度〔NO〕的可氧化除去的微粒的量G。
此外，廢氣中的氧濃度〔O2〕以及NOx濃度〔NO〕可以用氧濃度傳感器及NOx濃度傳感器檢測(cè)出來(lái)。然而在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，廢氣中的氧濃度〔O2〕作為所要求的轉(zhuǎn)矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)以圖9A所示的映象的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)，廢氣中的NOx的濃度〔NO〕也作為所需的轉(zhuǎn)矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)以圖9B所示的映象的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)，由這些映象計(jì)算出廢氣中的氧濃度〔O2〕和NOx的濃度〔NO〕。
另一方面，排出微粒量M因發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)不同而變化，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)一定時(shí)，它是所要求的轉(zhuǎn)矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)。圖10A表示圖1所示的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排出微粒量M，各曲線M1、M2、M3、M4、M5等表示排出微粒的量(M1＜M2＜M3＜M4＜M5)。在圖10A所示的例子中，所需轉(zhuǎn)矩TQ越高，排出微粒量M越大。此外，圖10A所示的排出微粒量M作為所需轉(zhuǎn)矩TQ和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)以圖10B所示的映象的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)。
如前面所述，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)排出微粒量M超過(guò)可氧化除去的微粒的量G時(shí)，至少對(duì)排出微粒量M或可氧化除去的微粒的量G中之一進(jìn)行控制，以便使排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。
同時(shí)，即使排出微粒量M稍多于可氧化除去的微粒的量G，堆積在顆粒過(guò)濾器22上的微粒的量也并不是很多。從而，當(dāng)排出微粒量M大于在可氧化除去的微粒的量G上加上一個(gè)小的固定值α的允許量(G+α)時(shí)，可以控制排出微粒量M和可氧化除去微粒的量G至少其中之一，使得排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。
下面參照?qǐng)D11對(duì)運(yùn)行控制方法進(jìn)行說(shuō)明。
在參照?qǐng)D11時(shí)，首先，最初在步驟100中控制節(jié)流閥17的開(kāi)度，然后在步驟101中控制EGR控制閥25的開(kāi)度。接著在步驟102中進(jìn)行對(duì)燃料噴射閥6的噴射控制。然后在步驟103中從圖10B所示的映象計(jì)算出排出微粒量M。然后在步驟104中從圖8A至8F所示的映象計(jì)算出對(duì)應(yīng)于顆粒過(guò)濾器22的溫度TF、廢氣中的氧濃度〔O2〕以及廢氣中的NOx的濃度〔NO〕的可氧化除去的微粒的量G。
接著，在步驟105中判斷表示排出微粒量M大于可氧化除去的微粒的量G的標(biāo)志是否置值。當(dāng)標(biāo)志沒(méi)有置值時(shí)，進(jìn)入步驟106，判斷排出微粒量M是否大于可氧化除去的微粒的量G。當(dāng)M≤G時(shí)，即，排出微粒量M等于可氧化除去的微粒的量G或少于可氧化除去的微粒的量G時(shí)，處理循環(huán)完畢。
與此相反，當(dāng)在步驟106中判斷出M＞G時(shí)，即，排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G時(shí)，進(jìn)入步驟107，標(biāo)志置值，然后進(jìn)入步驟108。當(dāng)標(biāo)志被置值時(shí)，在其后的處理循環(huán)中，從步驟105跳到步驟108。
在步驟108中將排出微粒量M與從可氧化除去的微粒的量G中減去一定的值β的解除控制值(G-β)進(jìn)行比較。當(dāng)M≥G-β時(shí)，即排出微粒量M大于解除控制值(G-β)時(shí)，進(jìn)入步驟109，進(jìn)行用于繼續(xù)在顆粒過(guò)濾器22上微粒的連續(xù)氧化作用的控制。即，控制至少排出微粒量M和可氧化除去的微粒的量G中之一，使得排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。
其次，在步驟108中，當(dāng)判斷為M＜G-β時(shí)，即，當(dāng)排出微粒量M少于解除控制值(G-β)時(shí)，進(jìn)入步驟110，進(jìn)行逐漸恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的控制，標(biāo)志置值。
在圖11的步驟109中進(jìn)行的連續(xù)氧化繼續(xù)進(jìn)行控制以及在圖11的步驟110中所進(jìn)行的復(fù)原控制有各種各樣的方法，從而下面依次對(duì)這些連續(xù)氧化繼續(xù)進(jìn)行控制及復(fù)原控制的各種方法進(jìn)行說(shuō)明。
當(dāng)M＞G時(shí)，使排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G的方法之一是使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升的方法。因此，首先對(duì)使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升的方法進(jìn)行說(shuō)明。
使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升的有效的方法之一是使燃料噴射時(shí)間角滯后到壓縮上止點(diǎn)以后的方法。即，通常主燃料Qm如圖12中的(I)所示在壓縮上止點(diǎn)附近噴射。這時(shí)，當(dāng)如圖12的(II)所示在主燃料Qm的噴射時(shí)間角滯后時(shí)，繼燃時(shí)間加長(zhǎng)，這樣，廢氣溫度上升。當(dāng)廢氣溫度升高時(shí)，與此相應(yīng)地，顆粒過(guò)濾器22的溫度TF增高，結(jié)果變成M＜G的狀態(tài)。
此外，為使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升，如圖12的(III)所示，也可以除主燃料Qm之外，在進(jìn)氣上止點(diǎn)附近噴射輔助燃料Qv。這樣當(dāng)追加地噴射輔助燃料Qv時(shí)，由于增加了輔助燃料Qv那么多的燃燒的燃料，所以廢氣溫度上升，從而顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升。
另一方面，當(dāng)如上所述在進(jìn)氣上止點(diǎn)附近噴射輔助燃料Qv時(shí)，由于在壓縮沖程中的壓縮熱，會(huì)由這種輔助燃料Qv生成醛、酮、過(guò)氧化物、一氧化碳等中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物會(huì)加速主燃料Qm的反應(yīng)。從而，在這種情況下，如圖12的(III)所示，即使大幅度推遲主燃料Qm的噴射時(shí)間，也不會(huì)產(chǎn)生不點(diǎn)火的現(xiàn)象而得到良好的燃燒。即，由于可以大幅度地延遲主燃料Qm的噴射時(shí)間，所以廢氣溫度變得相當(dāng)高，這樣可以使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF迅速上升。
此外，為了使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升，如圖12的(IV)所示，除主燃料Qm之外，也可以在膨脹沖程中或排氣沖程中噴射輔助燃料Qp。即，在這種情況下，大部分輔助燃料Qp不燃燒，以未燃燒的HC形式排出到排氣通路內(nèi)。這種未燃燒的HC在顆粒過(guò)濾器22上被過(guò)剩的氧所氧化，借助這時(shí)所產(chǎn)生的氧化反應(yīng)熱使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升。
在到此為止所說(shuō)明的例子中，例如如圖12的(I)所示，在噴射主燃料Qm時(shí)，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，在圖11的步驟109中進(jìn)行如圖12的(II)或者(III)或者(IV)所示的噴射控制。然后，在圖11的步驟108中，當(dāng)判斷為M＜G-β時(shí)，進(jìn)行控制使得在步驟110中恢復(fù)到圖12的(I)所示的噴射方法。
下面說(shuō)明為了達(dá)到M＜G的狀態(tài)所采用的低溫燃燒方法。
即，當(dāng)EGR率增大時(shí)，煙的產(chǎn)生量逐漸增大，當(dāng)達(dá)到峰值、EGR率進(jìn)一步提高時(shí)，煙的發(fā)生量急劇下降，這是公知的。下面參照表示EGR氣(再循環(huán)廢氣)的冷卻程度變化時(shí)的EGR率與煙的關(guān)系的圖13對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。其中，在圖13中，曲線A表示強(qiáng)力冷卻EGR氣體而將EGR氣的溫度維持在90℃左右時(shí)的情況，曲線B表示用小型冷卻裝置冷卻EGR氣的情況，曲線C表示不進(jìn)行強(qiáng)制冷卻EGR氣時(shí)的情況。
如圖13的曲線A所示，在強(qiáng)力冷卻EGR氣的情況下，當(dāng)EGR率稍低于50％時(shí)，煙產(chǎn)生量達(dá)到峰值，在這種情況下，如果EGR率大致在55％以上時(shí)，幾乎不產(chǎn)生煙。另一方面，如圖13的曲線B所示，在對(duì)EGR氣稍加冷卻時(shí)，在EGR率稍高于50％時(shí)，煙產(chǎn)生量達(dá)到峰值，在這種情況下，當(dāng)EGR率大約在65％以上時(shí)，幾乎不發(fā)生煙。同時(shí)，如圖13的曲線C所示，在不對(duì)EGR氣進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的情況下，在EGR率為55％附近，煙發(fā)生量達(dá)到峰值，在這種情況下，當(dāng)EGR率在約70％以上時(shí)，幾乎不產(chǎn)生煙。
之所以當(dāng)EGR率(廢氣再循環(huán)率)達(dá)到55％以上時(shí)不會(huì)產(chǎn)生煙，是由于EGR氣的吸熱作用，燃燒時(shí)的燃料及周?chē)鷼怏w的溫度并不太高，即進(jìn)行低溫燃燒，從而烴不會(huì)變成黑煙的緣故。
這種低溫燃燒具有不管空燃比如何均可在抑制煙的產(chǎn)生的同時(shí)還降低NOx產(chǎn)生量的特征。即，當(dāng)空燃比為濃混合比時(shí)，燃料過(guò)剩，但由于燃燒溫度被控制在低溫，所以過(guò)剩的燃料不會(huì)生成黑煙，這樣不會(huì)產(chǎn)生煙。此外，這時(shí)也只產(chǎn)生極少量的NOx。另一方面，當(dāng)平均空燃比為稀混合比時(shí)，或者空燃比為理論空燃比時(shí)，如果提高燃燒溫度，則會(huì)生成少量黑煙，但在低溫燃燒時(shí)，由于將燃燒溫度抑制在低的溫度，所以一點(diǎn)兒都不會(huì)產(chǎn)生煙，也只產(chǎn)生極少量的NOx。
另一方面，當(dāng)進(jìn)行這種低溫燃燒時(shí)，燃料及其周?chē)臍怏w溫度降低，但廢氣溫度上升。下面參照?qǐng)D14A及14B對(duì)此加以說(shuō)明。
圖14A的實(shí)線表示在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，燃燒室5內(nèi)的平均氣體溫度Tg與曲柄角的關(guān)系，圖14A的虛線表示在進(jìn)行通常的燃燒時(shí)，燃燒室5內(nèi)的平均氣體溫度Tg與曲柄角的關(guān)系。同時(shí)，圖14B的實(shí)線表示進(jìn)行低溫燃燒時(shí)燃料及其周?chē)鷼怏w的溫度Tf與曲柄角的關(guān)系，圖14B的虛線表示進(jìn)行通常的燃燒時(shí)，燃料及其周?chē)臍怏w的溫度Tf與曲柄角的關(guān)系。
在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，與進(jìn)行通常燃燒時(shí)相比，EGR氣體的量大，從而如圖14A所示，在壓縮上止點(diǎn)之前，即，在壓縮沖程中，用實(shí)線表示的低溫燃燒時(shí)的平均氣溫Tg高于用虛線表示的在通常燃燒時(shí)的平均氣溫Tg。此外，這時(shí)如圖14B所示，燃料及其周?chē)臍怏w溫度Tf變成大致等同于平均氣體溫度Tg。
其次，在壓縮上止點(diǎn)附近燃燒開(kāi)始，但這時(shí)，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，如圖14B的實(shí)線所示，燃料及其周?chē)臍怏w的溫度Tf并不很高。與此相反，在進(jìn)行通常燃燒時(shí)，由于在燃料周?chē)嬖谥罅康难酰?，如圖14B的虛線所示，燃料及其周?chē)臍怏w溫度Tf變得非常高。這樣，在進(jìn)行通常燃燒的情況下，燃料及其周?chē)臍怏w的溫度Tf與進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的情況相比變得相當(dāng)高，但占據(jù)絕大部分的除此之外的氣體的溫度與進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的情況相比，在進(jìn)行通常燃燒時(shí)，溫度較低，從而如圖14A所示，在壓縮上止點(diǎn)附近，燃燒室5內(nèi)的平均氣體溫度Tg，與進(jìn)行通常燃燒時(shí)相比，進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的Tg高。結(jié)果是，如圖14A所示，在燃燒結(jié)束后，燃燒室5內(nèi)已燃?xì)怏w的溫度，與進(jìn)行通常燃燒時(shí)的情況相比，進(jìn)行低溫燃燒時(shí)所述已燃?xì)怏w的溫度高，從而進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，廢氣溫度增高。
這樣，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，煙產(chǎn)生量即排出微粒量M少，廢氣溫度上升。從而，當(dāng)M＞G時(shí)，如果從通常燃燒切換到低溫燃燒，排出微粒量M減少，而且顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升，可氧化除去的微粒量G增大，所以可很容易地變成M＜G的狀態(tài)。在利用這種低溫燃燒時(shí)，在圖11的步驟106中，如果判斷為M＞G，則在步驟109中切換成低溫燃燒狀態(tài)，然后當(dāng)在步驟108中判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中切換成通常燃燒。
下面說(shuō)明為達(dá)到M＜G的狀態(tài)而使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升所采用的另外的方法。圖15表示適合于實(shí)施這種方法的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。參照?qǐng)D15，在這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，在排氣管20內(nèi)配置烴供應(yīng)裝置70。在該方法中，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，于步驟109中從烴供應(yīng)裝置70向排氣管20內(nèi)供應(yīng)烴。這種烴在顆粒過(guò)濾器22上被過(guò)剩的氧所氧化，利用這時(shí)的氧化反應(yīng)熱使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升。然后，在圖11的步驟108中，當(dāng)判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中停止從烴供應(yīng)裝置70供應(yīng)烴。同時(shí)，這種烴供應(yīng)裝置70，只要位于顆粒過(guò)濾器22與排氣口10之間，可以配置在任意部位。
下面說(shuō)明為達(dá)到M＜G的狀態(tài)而使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF升高的另外的方法。圖16表示適合于實(shí)施這一方法的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。參照?qǐng)D16，在該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，于顆粒過(guò)濾器22的下游的排氣管71內(nèi)配置由促動(dòng)器72驅(qū)動(dòng)的排氣控制閥73。
在這種方法中，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，在步驟109中使排氣控制閥73幾乎全閉，為了阻止由于使排氣控制閥73幾乎全閉造成的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的降低，增大主燃料Qm的噴射量。當(dāng)把排氣控制閥73幾乎全閉時(shí)，排氣控制閥73上游的排氣通路內(nèi)的壓力，即背壓上升。當(dāng)背壓上升時(shí)，當(dāng)廢氣從燃燒室5內(nèi)排放到排氣口10內(nèi)時(shí)，廢氣的壓力并不是很低，從而溫度也并不變得很低。而且，由于這時(shí)的主燃料Qm噴射量增大，所以燃燒室5內(nèi)的已燃?xì)怏w的溫度升高，從而排放到排氣口10內(nèi)的廢氣溫度變得相當(dāng)高。結(jié)果是，顆粒過(guò)濾器22的溫度急劇上升。
其次，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中排氣控制閥73全開(kāi)，主燃料Qm的噴射量的增量作用停止。
下面對(duì)于為了變成M＜G的狀態(tài)而使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升的另外的方法進(jìn)行說(shuō)明。圖17表示適合于實(shí)施這一方法的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。參照?qǐng)D17，在這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，在使排氣蝸輪21迂回的排氣旁通通路74內(nèi)配置由促動(dòng)器75控制的廢氣旁通閥76。該促動(dòng)器75根據(jù)通常平衡箱12內(nèi)的壓力，即根據(jù)增壓控制廢氣旁通閥76的開(kāi)度，使增壓不超過(guò)一定的壓力。
在這種方法中，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，在步驟109中使廢氣旁通閥76全開(kāi)。當(dāng)廢氣通過(guò)排氣蝸輪21時(shí)，溫度降低，但當(dāng)把廢氣旁通閥76全部打開(kāi)時(shí)，由于大部分廢氣流到廢氣旁通通路74內(nèi)，所以溫度并不降低。從而顆粒過(guò)濾器22的溫度上升。然后，在圖11的步驟108中當(dāng)判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中關(guān)閉廢氣旁通閥76，調(diào)節(jié)廢氣旁通閥76的開(kāi)度使得增壓不超過(guò)一定的壓力。
下面說(shuō)明為達(dá)到M＜G的狀態(tài)降低排出微粒量M的方法。即，如果噴射燃料與空氣的混合越充分，即噴射燃料周?chē)目諝饬吭蕉啵瑖娚淙剂先紵迷胶?，所以不產(chǎn)生微粒。從而，為降低排出微粒量M，噴射燃料與空氣最好更進(jìn)一步充分混合。但是，由于噴射燃料與空氣的混合良好時(shí)，燃燒活潑地進(jìn)行，所以NOx的產(chǎn)生量增大。從而，降低排出微粒量M的方法換一種說(shuō)法就是使NOx的產(chǎn)生量增大的方法。
總之，降低排出微粒的量PM的方法也有各種各樣的方法，下面對(duì)這些方法依次進(jìn)行說(shuō)明。
作為降低排出微粒的量PM的方法也可以采用前面所述的低溫燃燒，但作為另外的有效方法，可以列舉出控制燃料噴射的方法。例如，當(dāng)燃料噴射量降低時(shí)，噴射燃料周?chē)嬖诔渥愕目諝?，從而降低排出微粒量M。
同時(shí)，當(dāng)使噴射時(shí)間為提前角時(shí)，會(huì)使噴射燃料周?chē)嬖诔渥愕目諝猓瑥亩档团懦鑫⒘Ａ縈。此外，當(dāng)高壓儲(chǔ)油筒27內(nèi)的燃料壓力，即噴射壓高時(shí)，噴射燃料充分分散開(kāi)來(lái)，所以噴射燃料與空氣的混合良好，從而降低排出微粒量M。同時(shí)，在即將噴射主燃料Qm之前的壓縮沖程的末期噴射輔助燃料的情況下，即在進(jìn)行所謂引燃噴射時(shí)，由于輔助燃料的燃燒消耗氧，從而使得主燃料Qm周?chē)目諝獠蛔?。從而，在這種情況下，通過(guò)停止引燃噴射，降低排出微粒量M。
即，在借助控制燃料噴射降低排出微粒量M的情況下，在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，在步驟109中，降低燃料噴射量，或使燃料噴射時(shí)間為提前角，或提高噴射壓，或停止引燃噴射，借此使排出微粒量M降低。然后，在圖11的步驟108中，當(dāng)判斷為M＜G-β時(shí)，于步驟110中恢復(fù)到原來(lái)的燃料噴射狀態(tài)。
下面說(shuō)明為使M＜G降低排出微粒量M的另外的方法。在該方法中，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，為了在步驟109中降低EGR率，減小EGR控制閥25的開(kāi)度。當(dāng)EGR率降低時(shí)，噴射燃料周?chē)目諝饬吭龃?，從而排出微粒量M減少。然后在圖11的步驟108中當(dāng)判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中使EGR率上升到原來(lái)的EGR率。
下面說(shuō)明為了使M＜G而降低排出微粒量M的另外的方法。在該方法中，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，在步驟109中為增大增壓，使廢氣旁通閥76(圖17)的開(kāi)度減小。當(dāng)增壓增大時(shí)，噴射燃料周?chē)目諝饬吭龃?，從而減少排出微粒量M。然后在圖11的步驟108中當(dāng)判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中使增壓返回到原來(lái)的增壓。
下面，說(shuō)明為達(dá)到M＜G而增加廢氣中的氧濃度的方法。當(dāng)廢氣中氧濃度增大時(shí)，與此相應(yīng)地，可氧化除去的微粒的量G增加，進(jìn)而由于吸入到活性氧放出劑61內(nèi)的氧氣量增加，所以從活性氧放出劑61放出的活性氧的量增加，從而可氧化除去的微粒的量G增大。
作為用于實(shí)施這一方法的方法，可列舉出控制EGR率的方法。即，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，在步驟109中減少EGR控制閥25的開(kāi)度以便降低EGR率。所謂降低EGR率意味著增大在吸入空氣中的吸入空氣量的比例，從而當(dāng)降低EGR率時(shí)廢氣中的氧濃度上升。其結(jié)果是，可氧化除去的微粒的量G增大。同時(shí)，當(dāng)降低EGR率時(shí)，如前面所述，排出微粒量M減少。從而，當(dāng)EGR率降低時(shí)，很快地變?yōu)镸＜G。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中EGR率恢復(fù)到原來(lái)的EGR率。
下面說(shuō)明為增大廢氣中的氧濃度采用二次空氣的方法。在圖18所示的例子中，位于排氣蝸輪21與顆粒過(guò)濾器22之間的排氣管77經(jīng)過(guò)二次空氣供應(yīng)導(dǎo)管78連接到進(jìn)氣導(dǎo)管13上，在二次空氣供應(yīng)導(dǎo)管78內(nèi)配置供應(yīng)控制閥79。此外，在圖19所示的例子中，二次空氣供應(yīng)導(dǎo)管78連接到發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣泵80上。此外，向排氣通路內(nèi)供應(yīng)二次空氣的位置只要是在顆粒過(guò)濾器22和排氣口10之間，任意位置都可以。
在圖18或圖19所示的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)在圖11的步驟106中判斷為M＞G時(shí)，在步驟109中使供應(yīng)控制閥79打開(kāi)。其結(jié)果是，從二次空氣供應(yīng)導(dǎo)管78向排氣管77內(nèi)供應(yīng)二次空氣，這樣，使廢氣中的氧濃度增加。然后，當(dāng)在圖11的步驟108中判斷為M＜G-β時(shí)，在步驟110中關(guān)閉供應(yīng)控制閥79。
下面說(shuō)明這樣一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，逐次計(jì)算出在顆粒過(guò)濾器22上每單位時(shí)間氧化的氧化除去的微粒的量GG，當(dāng)排出微粒量M超過(guò)計(jì)算出來(lái)的氧化除去的微粒的量GG時(shí)，為使M＜GG，對(duì)排出微粒量M或可氧化除去的微粒的量G中至少一個(gè)進(jìn)行控制。
如前面所述，當(dāng)微粒附著在顆粒過(guò)濾器22上時(shí)，使所述微粒在短時(shí)間內(nèi)氧化，但在使該微粒被完全氧化除去之前，另外的微粒會(huì)逐漸地附著在顆粒過(guò)濾器22上。從而實(shí)際上，在顆粒過(guò)濾器22上總是堆積一定量的微粒，這種堆積的微粒中的一部分微粒被氧化除去。在這種情況下，如果單位時(shí)間內(nèi)被氧化除去的微粒GG與排出微粒量M相同，廢氣中全部微粒都在顆粒過(guò)濾器22上被氧化除去。但是當(dāng)排出微粒量M多于單位時(shí)間內(nèi)被氧化除去的微粒的量GG時(shí)，在顆粒過(guò)濾器22上的堆積微粒的量逐漸增大，最終微粒堆積成疊層狀，在低溫下不能點(diǎn)火。
這樣，如果排出微粒量M等于氧化除去的微粒的量GG或少于氧化除去的微粒的量GG的話，廢氣中的全部微粒都可在顆粒過(guò)濾器22上被氧化除去。從而在該實(shí)施例中，當(dāng)排出微粒量M超過(guò)氧化除去的微粒的量GG時(shí)，為了使得M＜GG，需要控制顆粒過(guò)濾器22的溫度TF以及排出微粒量M等。
其中，氧化除去的微粒的量GG可由下式表示。
GG(g/sec)＝C·EXP(-E/RT)·〔PM〕1·(〔O2〕m+〔NO〕n)這里，C為常數(shù)，E是活化能，R為氣體常數(shù)，T為顆粒過(guò)濾器22的溫度TF，〔PM〕為顆粒過(guò)濾器22上的微粒堆積濃度(mol/cm2)，〔O2〕為廢氣中的氧濃度，〔NO〕為廢氣中的NOx的濃度。
此外，氧化除去的微粒的量GG實(shí)際上也是廢氣中未燃燒的HC的濃度、微粒的氧化難易程度、廢氣流在顆粒過(guò)濾器22內(nèi)的空速以及廢氣氣壓等的函數(shù)，但在這里沒(méi)有考慮這些影響。
如從上式可以看出的，氧化除去的微粒的量GG當(dāng)顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升時(shí)，以指數(shù)函數(shù)的形式增大。此外，由于如果微粒的堆積濃度〔PM〕增大的話，氧化除去的微粒增加，所以〔PM〕越增大，氧化除去的微粒的量GG越增加。但是，由于微粒堆積濃度〔PM〕越高，堆積在難以氧化的位置上的微粒的量越增加，所以氧化除去的微粒的量GG的增大率逐漸減少。從而，微粒的堆積濃度〔PM〕與上式中的〔PM〕1的關(guān)系如圖20A所示。
另一方面，如果廢氣中的氧濃度〔O2〕高的話，如前面所述，與此相應(yīng)地，氧化除去的微粒的量GG增大，進(jìn)而從活性氧放出劑61放出的活性氧量增大。從而，當(dāng)廢氣中的氧濃度〔O2〕增加時(shí)，氧化除去的微粒的量GG與之成比例地增大，從而，廢氣中的氧濃度〔O2〕與上式中的〔O2〕m的關(guān)系如圖20B所示。
另一方面，當(dāng)廢氣中的NOx的濃度〔NO〕增大時(shí)，如前面所述，NO2的產(chǎn)生量也增大，所以氧化除去的微粒的量GG增大。但是，如前面所述，從NO向NO2的轉(zhuǎn)換只在廢氣溫度為約250℃至450℃之間發(fā)生。從而，廢氣中的NOx的濃度〔NO〕與上式中的〔NO〕n的關(guān)系在廢氣溫度為約250℃至450℃之間時(shí)如圖20C的實(shí)線〔NO〕n1所示，隨著〔NO〕的增加，〔NO〕n增大，但在廢氣溫度在大約250℃以下或大約450℃以上時(shí)，如圖20C的實(shí)線〔NO〕n0所示的那樣，無(wú)論〔NO〕是多少，〔NO〕n0都幾乎為零。
在該實(shí)施例中，每經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間根據(jù)上式計(jì)算出氧化除去的微粒的量GG。這時(shí)，當(dāng)把堆積的微粒的量作為PM(g)時(shí)，從這些微粒中除去相當(dāng)于氧化除去的微粒的量GG的微粒，新的相當(dāng)于排出微粒量M的微粒附著在顆粒過(guò)濾器22上。從而，最后微粒的堆積量以下式表示。
PM+M-GG下面參照?qǐng)D21對(duì)運(yùn)行控制方法進(jìn)行說(shuō)明。
參照?qǐng)D21，首先在開(kāi)始的步驟200中控制節(jié)流閥17的開(kāi)度，然后在步驟201中控制EGR控制閥25的開(kāi)度。然后在步驟202中進(jìn)行對(duì)燃料噴射閥6的噴射控制。然后在步驟203中從圖10B所示的映象中計(jì)算出排出微粒量M。然后在步驟204中根據(jù)下式計(jì)算出氧化除去的微粒的量GG。
GG＝C·EXP(-E/RT)·〔PM〕1·(〔O2〕m+〔NO〕n)然后在步驟205中根據(jù)下式計(jì)算出最終的微粒堆積量PM。
PM←PM+M-GG然后在步驟206中判斷表示排出微粒量M大于氧化除去的微粒的量GG的標(biāo)志是否置值。當(dāng)標(biāo)志未置值時(shí)，進(jìn)入步驟207判斷排出微粒量M是否大于可氧化除去的微粒的量GG。當(dāng)M≤GG時(shí)，即，當(dāng)排出微粒量M少于氧化除去的微粒的量GG時(shí)，處理循環(huán)結(jié)束。
與此相對(duì)地，在步驟207中，當(dāng)判斷出M＞GG時(shí)，即排出微粒量M多于氧化除去的微粒的量GG時(shí)，進(jìn)入步驟208，標(biāo)志置值，然后進(jìn)入步驟209。當(dāng)標(biāo)志置值時(shí)，在其以后的處理循環(huán)中從步驟206跳到步驟209。
在步驟209中，將排出微粒量M與從氧化除去的微粒的量GG中扣除一定的值β的解除控制值(GG-β)進(jìn)行比較。當(dāng)M≥GG-β時(shí)，即，排出微粒量M大于解除控制值(GG-β)時(shí)，進(jìn)入步驟210進(jìn)行繼續(xù)在顆粒過(guò)濾器22上使微粒連續(xù)氧化的控制，即，如前面所述，進(jìn)行使顆粒過(guò)濾器22的溫度TF上升的控制，或者進(jìn)行使排出微粒量M降低的控制或者進(jìn)行使廢氣中的氧濃度提高的控制。
然后，當(dāng)在步驟209中判斷為M＜GG-β時(shí)，即，排出微粒量M少于解除控制值(GG-β)時(shí)，進(jìn)入步驟211，進(jìn)行逐漸地恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的控制，標(biāo)志置值。
這里，到目前為止所述的實(shí)施例中，在顆粒過(guò)濾器22的各間隔壁54的兩個(gè)側(cè)面上以及間隔壁54內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)壁面上形成例如由氧化鋁制成的載體層，在該載體層上載置貴金屬觸媒及活性氧放出劑。在這種情況下，在該載體上可以載置NOx吸收劑，在流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣的空燃比為稀混合比時(shí)，所述NOx吸收劑吸收含在廢氣中的NOx，當(dāng)流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣的空燃比變成理論空燃比或濃混合比時(shí)，所述NOx吸收劑放出它所吸收的NOx。
這時(shí)，作為貴金屬，可采用前面所述的鉑Pt，作為NOx吸收劑可采用鉀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等稀土金屬中選擇出來(lái)的至少一種。此外，如果與構(gòu)成前面所述的活性氧放出劑的金屬進(jìn)行比較的話，可以看出，構(gòu)成NOx吸收劑的金屬與構(gòu)成活性氧放出劑的金屬大部分是一致的。
在這種情況下作為NOx吸收劑和活性氧放出劑可分別采用不同的金屬，也可以采用同一種金屬。在作為NOx吸收劑和活性氧放出劑采用同一種金屬的場(chǎng)合，同時(shí)發(fā)揮作為NOx吸收劑的功能和作為活性氧放出劑的功能的雙重功能。
下面以采用鉑Pt作為貴金屬觸媒、以鉀K作為NOx吸收劑的情況為例對(duì)NOx的吸收、放出作用進(jìn)行說(shuō)明。
首先，當(dāng)開(kāi)始研究NOx吸收作用時(shí)，NOx以和圖4A所示的機(jī)理相同的機(jī)理被吸收到NOx吸收劑上。但這時(shí)，在圖4A中，符號(hào)61表示NOx吸收劑。
即，在流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣的空燃比為稀混合比時(shí)，由于在廢氣中含有大量的過(guò)剩氧，所以當(dāng)廢氣流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣流入通路50內(nèi)時(shí)，如圖4A所示，這些氧O2以O(shè)2-或O2-的形式附著在鉑Pt的表面上。另一方面，廢氣中的NO與鉑Pt表面上的O2-或O2-反應(yīng)生成NO2()。然后，所生成的NO2的一部分一面在鉑Pt上被氧化一面被吸收到NOx吸收劑61內(nèi)，一面與鉀K結(jié)合一面如圖4A所示以硝酸離子NO3-的形式在NOx吸收劑61內(nèi)擴(kuò)散，一部分硝酸離子NO3-生成硝酸鉀KNO3。這樣一來(lái)，NO被吸收在NOx吸收劑61內(nèi)。
另一方面，當(dāng)流入顆粒過(guò)濾器22內(nèi)的廢氣變?yōu)闈饣旌媳葧r(shí)，硝酸離子NO3-分解成氧O與NO，逐漸地從NOx吸收劑61中放出NO。從而，當(dāng)流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣的空燃比變?yōu)闈饣旌媳葧r(shí)，在短時(shí)間內(nèi)從NOx吸收劑61放出NO，由于這種放出的NO被還原，所以NO不會(huì)排出到大氣中。
此外，在這種情況下，即使流入顆粒過(guò)濾器22中的廢氣的空燃比為理論空燃比，NO也從NOx吸收劑61中放出。但在這種情況下由于NO只能從NOx吸收劑61中緩緩地放出，所以，為了將被吸收到NOx吸收劑61中的全部NOx放出需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
其中，如前面所述，作為NOx吸收劑和活性氧放出劑，可以采用不同的金屬，而作為NOx吸收劑和活性氧放出劑也可采用同一種金屬。在采用同一種金屬作為NOx吸收劑和活性氧放出劑時(shí)，如前面所述，它同時(shí)發(fā)揮作為NOx吸收劑的功能和作為活性氧放出劑的功能的雙重功能，對(duì)這種同時(shí)發(fā)揮雙重功能的情況，下面稱之為活性氧放出·NOx吸收劑。在這種情況下，圖4A中的符號(hào)61表示活性氧放出·NOx放出劑。
在利用這種活性氧放出·NOx吸收劑61的情況下，流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣的空燃比為稀混合比時(shí)，含在廢氣中的NO被吸收到活性氧放出·NOx吸收劑61內(nèi)，含在廢氣中的微粒附著在活性氧放出·NOx吸收劑61上時(shí)，該微粒被活性氧放出·NOx吸收劑61放出的活性氧等在短時(shí)間內(nèi)氧化除去。從而這時(shí)可以阻止廢氣中的微粒及NOx兩者排出到大氣中。
另一方面，當(dāng)流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣的空燃比為濃混合比時(shí)，由活性氧放出·NOx吸收劑61放出NO。該NO被未燃燒的HC、CO還原，從而，這時(shí)NO也不會(huì)排放到大氣中。此外，這時(shí)，在微粒堆積在顆粒過(guò)濾器22上的情況下，該微粒被從活性氧放出·NOx吸收劑61放出的活性氧氧化除去。
此外，在利用NOx吸收劑或活性氧放出·NOx吸收劑的場(chǎng)合，在NOx吸收劑或活性氧放出·NOx吸收劑的NOx吸收能力飽和之前，由于從NOx吸收劑或活性氧放出·NOx吸收劑放出NOx，所以流入顆粒過(guò)濾器22的廢氣的空燃比暫時(shí)被變成濃混合比。即，在稀空燃比的基礎(chǔ)上進(jìn)行燃燒時(shí)，有時(shí)空燃比暫時(shí)地被變成濃混合比。
此外，本發(fā)明也適用于在顆粒過(guò)濾器22的兩個(gè)側(cè)面上形成的載體層上僅載置鉑Pt那樣的貴金屬的情況。但是，在這種情況下表示可氧化除去的微粒的量G的實(shí)線比起圖5所示的實(shí)線來(lái)向右側(cè)移動(dòng)一定的距離。在這種情況下，從保持在鉑Pt表面上的NO2或SO3放出活性氧。
同時(shí)，作為活性氧放出劑也可以采用能夠吸附保持NO2或SO3、并從這些吸附的NO2或SO3中放出活性氧的觸媒。
進(jìn)而，本發(fā)明也適用于在顆粒過(guò)濾器上游的排氣通路內(nèi)配置氧化觸媒、利用這種氧化觸媒將廢氣中的NO變成NO2、使NO2與堆積在顆粒過(guò)濾器上的微粒進(jìn)行反應(yīng)、利用這種NO2將微粒氧化的廢氣凈化裝置。
權(quán)利要求
1.廢氣凈化方法，其中，在除去從燃燒室排出的廢氣中的微粒用的顆粒過(guò)濾器上載置活性氧放出劑，所述活性氧放出劑當(dāng)周?chē)嬖谶^(guò)剩的氧時(shí)，吸入氧并保持氧而在周?chē)难鯘舛冉档蜁r(shí)將所保持的氧以活性氧的形式放出，在將流入顆粒過(guò)濾器的廢氣的空燃比通常維持在稀混合比的同時(shí)，當(dāng)偶爾暫時(shí)切換到濃混合比而將廢氣空燃比切換到濃混合比時(shí)，利用從活性氧放出劑放出的活性氧促進(jìn)顆粒過(guò)濾器上的微粒的氧化反應(yīng)，借此將顆粒過(guò)濾器上的微粒在不產(chǎn)生光焰的情況下氧化除去。
2.廢氣凈化方法，其中，在除去從燃燒室排出的廢氣中的微粒用的顆粒過(guò)濾器上的載置活性氧放出·NOx吸收劑，所述活性氧放出·NOx吸收劑當(dāng)周?chē)嬖谶^(guò)剩的氧時(shí)吸收氧并保持氧，而當(dāng)周?chē)鯘舛冉档蜁r(shí)將所保持的氧以活性氧的形式放出，與此同時(shí)，在流入顆粒過(guò)濾器的廢氣的空燃比為稀混合比時(shí)吸收廢氣中的NOx，當(dāng)流入顆粒過(guò)濾器的廢氣空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驖饣旌媳葧r(shí)，它放出所吸收的NOx，流入顆粒過(guò)濾器的廢氣的空燃比通常被維持在稀混合比的同時(shí)，當(dāng)偶爾暫時(shí)切換成濃混合比而將廢氣的空燃比切換成濃混合比時(shí)，利用從活性氧放出·NOx吸收劑放出的活性氧促進(jìn)顆粒過(guò)濾器上的微粒的氧化反應(yīng)，與此同時(shí)，還原從活性氧放出·NOx吸收劑放出的NOx，借此在不發(fā)生光焰的情況下氧化除去顆粒過(guò)濾器上的微粒，同時(shí)也除去廢氣中的NOx。
3.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化方法，其中，當(dāng)上述顆粒過(guò)濾器在單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室排出的排出微粒量少于在顆粒過(guò)濾器上單位時(shí)間內(nèi)在不產(chǎn)生光焰的情況下可氧化除去的可氧化除去微粒量時(shí)，將微粒在顆粒過(guò)濾器上不產(chǎn)生光焰地氧化除去，即使當(dāng)所述排出微粒量超出所述可氧化除去的微粒量，通過(guò)將廢氣空燃比偶爾暫時(shí)切換成濃混合比，維持所述排出微粒量和所述可氧化除去的微粒量，使微粒在顆粒過(guò)濾器上不產(chǎn)生光焰地氧化除去。
4.如權(quán)利要求3所述的廢氣凈化方法，其中，可氧化除去的微粒量是顆粒過(guò)濾器的溫度的函數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的廢氣凈化方法，其中，可氧化除去的微粒量除了是顆粒過(guò)濾器的溫度的函數(shù)之外，還是廢氣中的氧濃度或NOx濃度中至少一個(gè)的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的廢氣凈化方法，其中，可氧化除去的微粒量作為至少顆粒過(guò)濾器的溫度的函數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)。
7.如權(quán)利要求3所述的廢氣凈化方法，當(dāng)所述排出微粒量超過(guò)可氧化除去的微粒量時(shí)，控制排出微粒量和可氧化除去的微粒量中至少一個(gè)，使得所述排出微粒量少于所述可氧化除去的微粒量。
8.如權(quán)利要求7所述的廢氣凈化方法，當(dāng)所述排出微粒量超過(guò)所述可氧化除去的微粒量至少預(yù)定的數(shù)量時(shí)，控制排出微粒量和可氧化除去的微粒量中至少一個(gè)，使得所述排出微粒量少于可氧化除去的微粒量。
9.如權(quán)利要求7所述的廢氣凈化方法，通過(guò)提高顆粒過(guò)濾器的溫度，使所述排出微粒量少于可氧化除去的微粒量。
10.如權(quán)利要求7所述的廢氣凈化方法，通過(guò)減少所述排出微粒量，使所述排出微粒量少于所述可氧化除去的微粒量。
11.如權(quán)利要求7所述的廢氣凈化方法，通過(guò)提高廢氣中的氧濃度，使所述排出微粒量少于所述可氧化除去的微粒量。
12.如權(quán)利要求3所述的廢氣凈化方法，計(jì)算出在顆粒過(guò)濾器上單位時(shí)間內(nèi)無(wú)光焰氧化除去的氧化除去的微粒量，當(dāng)所述排出微粒量超過(guò)所述氧化除去的微粒量時(shí)，控制所述排出微粒量或可氧化除去的微粒量中至少一個(gè)，使得所述排出微粒量少于所述氧化除去的微粒量。
13.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化方法，在顆粒過(guò)濾器上載置貴金屬觸媒。
14.如權(quán)利要求13所述的廢氣凈化方法，在顆粒過(guò)濾器上除貴金屬觸媒之外，還載置堿金屬或堿土金屬或稀土金屬或過(guò)渡金屬。
15.如權(quán)利要求14所述的廢氣凈化方法，其中，上述堿金屬及堿土金屬為比鈣的離子化傾向高的金屬。
全文摘要
在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路內(nèi)配置顆粒過(guò)濾器(22),所述顆粒過(guò)濾器載置有在周?chē)嬖谶^(guò)剩氧時(shí)吸入氧并保持氧、而在周?chē)鯘舛鹊蜁r(shí)將所保持的氧以活性氧的形式放出的活性氧放出劑。流入顆粒過(guò)濾器(22)的廢氣的空燃比通常維持在稀的混合比,有時(shí)暫時(shí)地切換成濃混合比。當(dāng)把廢氣的空燃比切換成濃混合比時(shí),利用從活性氧放出劑放出的氧促進(jìn)顆粒過(guò)濾器上的微粒的氧化反應(yīng),借此使廢氣中的微粒在顆粒過(guò)濾器(22)上無(wú)光焰地被連續(xù)氧化除去。
文檔編號(hào)F01N3/023GK1363011SQ01800238
公開(kāi)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(chē)株式會(huì)社