CN100398789C

CN100398789C - 排气净化方法和排气净化装置

Info

Publication number: CN100398789C
Application number: CNB018002358A
Authority: CN
Inventors: 伊藤和浩; 田中俊明; 广田信也; 木村光壱; 中谷好一郎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: US20020155039A1; AU3231301A; DE60110155T2; EP1172531A4; AU751248B2; US6769245B2; CN1363010A; EP1172532A4; CN1304737C; DE60111689T2; EP1172532B1; EP1172531A1; WO2001061160A1; CN1363011A; AU3231201A; DE60110155D1; KR100478739B1; US6786041B2; KR100478740B1; ES2240402T3

Abstract

在内燃机的排气通路内配置微粒过滤器(22)。当每单位时间内燃烧室(5)排出的微粒量超过每单位时间内在微粒过滤器(22)上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量时，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，由此使排气中的微粒在微粒过滤器(22)上可不发生火焰地连续地被氧化除去。

Description

排气净化方法和排气净化装置

技术领域

本发明涉及一种排气净化方法和排气净化装置。

背景技术

过去以来，为了除去柴油发动机排气中含有的微粒，在发动机排气通路内配置微粒过滤器，一旦排气微粒被该微粒过滤器捕集，就要通过使微粒过滤器上捕集的微粒着火燃烧来再生微粒过滤器。但是，微粒过滤器上捕集的微粒如果达不到600℃左右以上的高温就不会着火，而柴油发动机的排气温度通常比600℃低得多。因此，难以利用排气热使微粒过滤器上捕集的微粒着火，为了利用排气热使微粒过滤器上捕集的微粒着火，就必须降低微粒的着火温度。

可是，过去已知如果在微粒过滤器上载带催化剂就可以降低微粒的着火温度，因此，过去以来，为了使微粒的着火温度降低而载带催化剂的各种微粒过滤器已为人们所公知。

例如，特公平7-106290号公报中公开了一种在微粒过滤器上载带铂族金属和碱土金属氧化物的混合物的微粒过滤器。在该微粒过滤器中，能够维持在大约350℃～400℃的较低温度下使微粒着火，接着连续燃烧。

如果柴油发动机的负荷提高，排气温度就会达到350℃～400℃，因此，在上述的微粒过滤器中，乍一看时，似乎发动机负荷提高时，排气热可使微粒着火燃烧。但实际上，会产生这样一些问题：有时即使排气温度达到350℃～400℃，微粒也没有着火，而且即使微粒着火，也只能使一部分微粒燃烧，而大量的微粒残留下来。

也就是说，当排气中含有的微粒量少时，微粒过滤器上附着的微粒量也就少，如果此时排气温度达到350℃～400℃，就能使微粒过滤器上的微粒着火，接着连续燃烧。

但是，如果排气中含有的微粒量多时，则微粒过滤器上附着的微粒在完全燃烧之前，该微粒之上会堆积其他的微粒，其结果，微粒积层状地堆积到微粒过滤器上。这样一来，如果微粒积层状地堆积在微粒过滤器上，虽然能够使易与氧接触的那部分微粒燃烧，但不能使接触不到氧气的其他微粒燃烧，于是大量的微粒就残留下来。因此，一旦排气中含有的微粒量增多，微粒过滤器上就会继续堆积大量微粒。

另一方面，如果大量的微粒堆积到微粒过滤器上，这些堆积着的微粒就变得不那么容易逐渐地着火燃烧。这种不易燃烧被认为是由于堆积着的微粒中的碳变成不易燃烧的石墨等。事实上，一旦大量的微粒继续堆积到微粒过滤器上，在350℃～400℃的较低温度下，堆积着的微粒不会着火，为了使堆积着的微粒着火，需要600℃以上的高温。但是，柴油发动机中，排气温度通常达不到600℃以上的高温，因此，一旦大量的微粒继续堆积到微粒过滤器上，则排气热难以使堆积着的微粒着火。

另一方面，如果能够使此时的排气温度达到600℃以上的高温，堆积着的微粒就会着火，但该场合下还会产生其他的问题。即，该场合下，如果能使堆积着的微粒着火，则发生火焰而燃烧，此时微粒过滤器的温度在堆积着的微粒燃烧完了的长时间内维持在800℃以上。但是，如果象这样使微粒过滤器长时间地处于800℃以上的高温下，则微粒过滤器会提前劣化，于是就产生必须提前更新微粒过滤器的问题。

另外，一旦使堆积着的微粒燃烧，则灰分凝结成大疙瘩，这些灰粒会造成微粒过滤器的细孔堵塞。堵塞的细孔数随着时间的推移而逐渐增多，于是就使微粒过滤器中的排气流的压力降逐渐增大。一旦排气流的压力降增大，则发动机的输出功率降低，从这一点考虑，也会产生必须提前更新微粒过滤器的问题。

一旦大量的微粒积层状地堆积起来，就会产生如上所述的各种问题，因此，考虑到使排气中含有的微粒量与微粒过滤器上能够燃烧的微粒量达到平衡，必须不使大量的微粒积层状地堆积。但是，上述公报中记载的微粒过滤器中，对于排气中含有的微粒量与微粒过滤器上能够燃烧的微粒量的平衡没有任何考虑，于是就产生如上所述的各种问题。

而且，上述公报中记载的微粒过滤器中，如果排气温度在350℃以下，就不能使微粒着火，于是微粒就会堆积到微粒过滤器上。该场合下，如果堆积量少，当排气温度达到350℃～400℃时，就会使堆积着的微粒燃烧，而一旦大量的微粒积层状地堆积，当排气温度达到350℃～400℃时，不会使堆积着的微粒着火，即使着火，也会由于一部分微粒不燃烧而残留下来。

该场合下，如果在大量微粒积层状地堆积之前提高排气温度，就能使堆积着的微粒燃烧而不会残留下来，但上述的公报中记载的微粒过滤器中，对这些问题没有任何考虑，于是在大量微粒积层状地堆积的场合下，只要不使排气温度上升到600℃以上，就不能使堆积着的全部微粒燃烧。

发明的公开

本发明的目的在于，提供一种能够在微粒过滤器上连续地将排气中的微粒氧化除去的排气净化方法和排气净化装置。

另外，本发明的其他目的在于，提供一种能够在微粒过滤器上连续地将排气中的微粒氧化除去且能够同时除去排气中的NO_x的排气净化方法和排气净化装置。

本发明提供一种排气净化方法。该方法中，作为用于除去燃烧室排气中的微粒的微粒过滤器，使用这样一种微粒过滤器，当每单位时间内从燃烧室排出的微粒量少于每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量时，一旦排气中的微粒进入微粒过滤器，就会不发生火焰地被氧化除去。该方法中，当排出的微粒量超过可被氧化除去的微粒量时，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。

进一步地，本发明还提供一种排气净化装置。在该装置中，在发动机排气通路内配置用于除去燃烧室排气中的微粒的微粒过滤器，作为微粒过滤器，使用这样一种微粒过滤器，当每单位时间内从燃烧室排出的微粒量少于每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量时，一旦排气中的微粒进入微粒过滤器，就会不发生火焰地被氧化除去。该排气净化装置具有这样一种控制手段：当排出的微粒量超过可被氧化除去的微粒量时，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，本发明还提供一种排气净化方法。该方法中，作为用于除去燃烧室排出的废气中的微粒的微粒过滤器，使用这样一种微粒过滤器，当每单位时间内从燃烧室排出的微粒量少于每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量时，一旦排气中的微粒进入微粒过滤器，就会不发生火焰地被氧化除去，并且该微粒过滤器还具有这样一种功能：当进入微粒过滤器的排气的空燃比稀(lean)时，就吸收排气中的NO_x，一旦进入微粒过滤器的排气的空燃比达到理论空燃比或变浓(rich)时，就释放出所吸收NO_x。该方法中，当排出的微粒量超过可被氧化除去的微粒量时，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。

进一步地，本发明还提供一种排气净化装置。该装置中，在发动机排气通路内配置用于除去燃烧室排出的废气中的微粒的微粒过滤器，作为微粒过滤器，使用这样一种微粒过滤器，当每单位时间内从燃烧室排出的微粒量少于每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量时，一旦排气中的微粒进入微粒过滤器，就会不发生火焰地被氧化除去，并且该微粒过滤器还具有这样一种功能：当进入微粒过滤器的排气的空燃比稀时，就吸收排气中的NO_x，一旦进入微粒过滤器的排气的空燃比达到理论空燃比或变浓时，就释放出所吸收的NO_x。该排气净化装置具备这样一种控制手段：当排出的微粒量超过可被氧化除去的微粒量时，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。

对附图的简单说明

图1为内燃机的整体图，图2A、2B为示出发动机要求扭矩的图，图3A、3B为示出微粒过滤器的图，图4A、4B为用于说明微粒氧化作用的图，图5A～5C为用于说明微粒堆积作用的图，图6为示出可被氧化除去的微粒量与微粒过滤器温度之关系的图，图7A、7B为示出可被氧化除去的微粒量的图，图8A～8F为示出可被氧化除去的微粒量G的图象的图，图9A、9B为示出排气中的氧浓度和NO_x浓度的图象的图；图10A、10B为示出排出微粒量的图；图11为用于控制发动机运转的流程图；图12为用于说明喷射控制的图；图13为示出黑烟发生量的图；图14A、14B为示出燃烧室内的气体温度等的图；图15为示出内燃机的其他实施例的整体图；图16为示出内燃机的另一实施例的整体图；图17为示出内燃机的又一实施例的整体图；图18为示出内燃机的另一其他实施例的整体图；图19为示出内燃机的又一其他实施例的整体图；图20A～20C为示出微粒堆积浓度等的图；图21为用于控制发动机运转的流程图。

实施发明的最佳方案

图1示出将本发明适用于压缩着火式内燃机的场合。应予说明，本发明也可适用于火花点火式内燃机。

参照图1进行说明。图中，1为发动机主体，2为汽缸体，3为汽缸盖，4为活塞，5为燃烧室，6为电子控制式燃烧喷射阀，7为吸气阀，8为吸气口，9为排气阀，10为排气口。吸气口8通过对应的吸气支管11连接到缓冲罐(surge tank)12上，缓冲罐12通过吸气罐13连接到废气涡轮增压器14的压缩机15上。吸气罐13内配置由步进马达16驱动的节流阀17，进一步在吸气罐13的周围配置冷却装置18，用以冷却进入吸气罐13内的进气。图1所示的实施例中，将发动机冷却水导入冷却装置18内，用发动机冷却水冷却进气。另外，排气口10通过排气歧管19和排气管20连接到废气涡轮增压器14的排气叶轮机21上，排气叶轮机21的出口连接到内置微粒过滤器22的壳体23上。

排气歧管19和缓冲罐12通过废气再循环(以下称为EGR)通路24而相互连接起来，EGR通路24内配置电子控制式EGR控制阀25。另外，在EGR通路24的周围配置冷却装置26，用以冷却流经EGR通路24内的EGR气体。图1所示的实施例中，将发动机冷却水导入冷却装置26内，用发动机冷却水冷却EGR气体。另外，各燃料喷射阀6通过燃料供给管6a连接到燃油箱和共轨(common rail)27上。从供油量可调的电子控制式燃料泵28向该共轨27内供给燃料，供给到共轨27内的燃料通过各燃料供给管6a而被供给到燃料喷射阀6中。共轨27中安装有燃料压力传感器29，用以检测共轨27内的燃料压力，根据燃料压力传感器29的输出信号来控制燃料泵28的供油量，以使共轨27的燃料压力达到目标燃料压力。

电子控制单元30由数字计算机构成，具有由双向总线31相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入接口35和输出接口36。燃料压力传感器29的输出信号通过对应的AD变换器37输入到输入接口35中。另外，微粒过滤器22中安装有温度传感器39，用以检测微粒过滤器22的温度，该温度传感器39的输出信号通过对应的AD变换器37输入到输入接口35中。油门踏板40上连接有负荷传感器41，其产生的输出电压与油门踏板40的踏板位移量L成正比，负荷传感器41的输出电压通过对应的AD变换器37输入到输入接口35中。进一步地，输入接口35上还连接着曲轴每旋转例如30°就会产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。另外，输出接口36通过对应的驱动电路38连接到燃料喷射阀6、节流阀驱动用步进马达16、EGR控制阀25和燃料泵28上。

图2A示出要求扭矩TQ、油门踏板40的踏板位移量L和发动机转速N的关系。应予说明，图2A中，各曲线表示等扭矩曲线，TQ＝0所示的曲线表示扭矩为零，其余的曲线按TQ＝a、TQ＝b、TQ＝c、TQ＝d的顺序，要求扭矩逐渐提高。图2A中示出的要求扭矩TQ，如图2B所示，作为油门踏板40的踏板位移量L与发动机转速N的函数，以图象的形式被预先存储在ROM32内。本发明的实施例中，首先由图2B示出的图象计算出与油门踏板40的踏板位移量L和发动机转速N相对应的要求扭矩TQ，再基于该要求扭矩TQ计算出燃料喷射量等。

图3A和3B中示出微粒过滤器22的结构。应予说明，图3A示出微粒过滤器22的正面图，图3B示出微粒过滤器22的侧剖面图。如图3A和3B所示，微粒过滤器22为蜂窝结构，具有复数个相互平行延伸的排气流通路50、51。这些排气流通路由下游端用塞子52堵塞的排气流入通路50和上游端用塞子53堵塞的排气流出通路51构成。应予说明，图3A中，带有剖面线的部分表示塞子53。因此，排气流入通路50和排气流出通路51通过很薄的隔板54交替地配置。换句话说，排气流入通路50和排气流出通路51是这样配置的：各排气流入通路50被4个排气流出通路51包围，各排气流出通路51被4个排气流入通路50包围。

微粒过滤器22由例如堇青石等多孔质材料形成，因此，进入排气流入通路50内的排气，如图3B中箭头所示，穿过周围的隔板54，进入相邻的排气流出通路51内。

本发明的实施例中，在各排气流入通路50和各排气流出通路51的四周壁面，即各隔板54的两侧表面上以及隔板54内的细孔内壁面上形成一层由例如氧化铝构成的载体层，在该载体上载带有贵金属催化剂和这样一种活性氧释放剂，当周围存在过剩的氧气，这种活性氧释放剂就会吸入并保持氧气，一旦周围的氧气浓度降低，它就会将所保持的氧气以活性氧的形式释放出来。

该场合下，本发明的实施例中，作为贵金属催化剂使用铂Pt，作为活性氧释放剂，可使用选自钾K、钠Na、锂Li、铯Cs、铷Rb等碱金属；钡Ba、钙Ca、锶Sr等碱土金属；镧La、钇Y、铈Ce等稀土类；以及锡Sn、铁Fe等过渡金属中的至少一种。

另外，作为该场合下的活性氧释放剂，优选使用离子化倾向比钙Ca还要高的碱金属或碱土金属，即钾K、锂Li、铯Cs、铷Rb、钡Ba、锶Sr，或使用铈Ce。

以下，以在载体上载带铂Pt和钾K的场合为例，说明微粒过滤器22的除去排气中的微粒的作用，但也可以使用其他的贵金属、碱金属、碱土金属、稀土类、过渡金属来进行同样的微粒除去作用。

图1所示的压缩着火式内燃机中，在空气过剩的条件下进行燃烧，因此排气中含有大量的过剩空气。即，将供给到进气通路、燃烧室5和排气通路内的空气与燃料之比称为排气的空燃比，在图1示出的压缩着火式内燃机中，排气的空燃比变稀。另外，由于在燃烧室5内产生NO，因此排气中含有NO。另外，燃料中含有硫S，硫S在燃烧室5内与氧发生反应，形成SO₂。因此，排气中含有SO₂。因此，含过剩氧气、NO和SO₂的排气就会进入微粒过滤器22的排气流入通路50内。

图4A和4B模式地示出排气流入通路50的内表面以及隔板54内的细孔内壁面上形成的载体层的表面放大图。应予说明，图4A和4B中，60为铂Pt的颗粒，61为含有钾K的活性氧释放剂。

如上所述，由于排气中含有大量的过剩氧气，一旦排气进入微粒过滤器22的排气流入通路50内，如图4A所示，这些氧气O₂就会以O₂ ^-或O^2-的形式附着到铂Pt的表面上。另一方面，排气中的NO在铂Pt的表面上与O₂ ^-或O^2-反应，形成NO₂(2NO+O₂→2NO₂)。接着，一部分生成的NO₂在铂Pt上被氧化，并被吸收到活性氧释放剂61内，与钾K结合，并如图4A所示，以硝酸根离子NO₃ ^-的形式扩散到活性氧释放剂61内，一部分硝酸根离子NO₃ ^-生成硝酸钾KNO₃。

另外，上述的排气中还含有SO₂，SO₂也按照与NO同样的机理被吸收到活性氧释放剂61内。即，上述的氧O₂以O₂ ^-或O^2-的形式附着到铂Pt的表面上，排气中的SO₂在铂Pt的表面上与O₂ ^-或O^2-反应，生成SO₃。接着，一部分生成的SO₃在铂Pt上进一步被氧化并被吸收到活性氧释放剂61内，与钾K结合，同时以硫酸根离子SO₄ ^2-的形式扩散到活性氧释放剂61内，生成硫酸钾K₂SO₄。象这样，活性氧释放催化剂61内就生成了硝酸钾KNO₃和硫酸钾K₂SO₄。

另一方面，燃烧室5内主要生成由碳C构成的微粒，因此，排气中含有这些微粒。当排气进入微粒过滤器22的排气流入通路50内时，或者从排气流入通路50进入排气流出通路51时，排气中含有的这些微粒，如图4B中以62表示的那样，接触并附着到载体层的表面，例如活性氧释放剂61的表面上。

一旦微粒62附着到活性氧释放剂61的表面上，则在微粒62与活性氧释放剂61的接触面处，氧的浓度降低。氧浓度一降低，与氧浓度高的活性氧释放剂61之间就会产生浓度差，于是活性氧释放剂61内的氧就会朝着微粒62与活性氧释放剂61的接触面移动。其结果，活性氧释放剂61内形成的硝酸钾KNO₃被分解成钾K、氧O和NO，氧O朝着微粒62与活性氧释放剂61的接触面移动，NO从活性氧释放剂61中被释放到外部。被释放到外部的NO在下游侧的铂Pt上被氧化，再次被吸收到活性氧释放剂61内。

另一方面，此时活性氧释放剂61内形成的硫酸钾K₂SO₄也被分解成钾K、氧O和SO₂，氧O朝着微粒62与活性氧释放剂61的接触面移动，SO₂从活性氧释放剂61中被释放到外部。被释放到外部的SO₂在下游侧的铂Pt上被氧化，再次被吸收到活性氧释放剂61内。

另一方面，朝着微粒62与活性氧释放剂61的接触面移动的氧O是由硝酸钾KNO₃和硫酸钾K₂SO₄等化合物分解出来的氧。由化合物分解出的氧O具有高能量，从而具有极高的活性。因此，朝着微粒62与活性氧释放剂61的接触面移动的氧就形成活性氧。一旦这些活性氧O与微粒62接触，就会促进微粒62的氧化作用，从而使微粒62在几分钟到几十分钟的短时间内不发生火焰地氧化。在使微粒62氧化的期间，其他的微粒不断地附着到微粒过滤器22上。因此，实际上，微粒过滤器22上经常堆积着一定量的微粒，要使堆积着的微粒中的一部分微粒氧化而被除去。这样一来，就能使微粒过滤器22上附着的微粒62不发生火焰地连续燃烧。

应予说明，考虑到NO_x反复地与氧原子进行结合和分离，又以硝酸根离子NO₃ ^-的形式在活性氧释放剂61内扩散，这个过程中也会产生活性氧。这种活性氧也会使微粒62氧化。另外，附着在微粒过滤器22上的微粒62可被活性氧氧化，但这些微粒62也可被排气中的氧氧化。

在使积层状地堆积在微粒过滤器22上的微粒燃烧时，微粒过滤器22赤热，并伴随着火焰进行燃烧。这种伴随火焰的燃烧如果不是高温就不能持续燃烧，因此，为了使这种伴随火焰的燃烧持续，必须将微粒过滤器22的温度维持在高温下。

与此相反，本发明中，可使微粒62不象上述那样发生火焰地氧化，此时微粒过滤器22的表面也不赤热。换句话说，本发明中，可以维持在相当低的温度下使微粒62氧化而被除去。因此，本发明的使微粒62不发生火焰地氧化的微粒除去作用，与伴随火焰燃烧的微粒除去作用完全不同。

但是，微粒过滤器22的温度越高，铂Pt和活性氧释放剂61的活性越高，因此，微粒过滤器22的温度越高，每单位时间内活性氧释放剂61释放出的活性氧O的量就越多。当然，微粒本身的温度越高，就越容易被氧化除去。因此，微粒过滤器22的温度越高，每单位时间内在微粒过滤器22上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量就越多。

图6的实线表示每单位时间内可不发生火焰地被氧化除去的微粒量G，图6的横轴表示微粒过滤器22的温度TF。应予说明，图6表示在每单位时间为1秒的场合下、即每1秒的可被氧化除去的微粒量G，作为该每单位时间，也可以采用1分钟、10分钟等任意的时间。例如，每单位时间采用10分钟的场合下，每单位时间内的可被氧化除去的微粒量G就表示每10分钟的可被氧化除去的微粒量G，该场合下，如图6所示，微粒过滤器22的温度越高，每单位时间内在微粒过滤器22上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量G就越多。

再说，将每单位时间内从燃烧室5排出的微粒量称为排出微粒量M，那么在相同的每单位时间内，排出的微粒量M比可被氧化除去的微粒量G少时，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少时，或者每10分钟的排出微粒量M比每10分钟的可被氧化除去的微粒量G少时，即图6的区域I中，从燃烧室5排出的全部微粒可在短时间内在微粒过滤器22上不发生火焰地依次被氧化除去。

与此相反，排出的微粒量M多于可被氧化除去的微粒量G时，即图6的区域II中，用来将全部微粒依次氧化的活性氧的量不足。图5A～5C示出这种场合下的微粒的氧化状态。

即，当用于将全部微粒依次氧化的活性氧的量不足时，如图5A所示，一旦微粒62附着到活性氧释放剂61上，则微粒62只有一部分被氧化，未被充分氧化的微粒部分残留在载体层上。接着，如果活性氧的量不足的状态持续下去，则未被氧化的微粒部分一次又一次地残留在载体层上，其结果，如图5B所示，载体层的表面就会被残留的微粒部分63所覆盖。

覆盖载体层表面的残留微粒部分63逐渐转变成难以被氧化的碳质，于是残留微粒部分63就很容易原封不动地残留下去。而且，一旦载体层的表面被残留微粒部分63覆盖，就会抑制铂Pt对NO、SO₂的氧化作用和活性氧释放剂61的活性氧释放作用。其结果，如图5C所示那样，在残留的微粒部分63之上，一次又一次地堆积其他的微粒64。也就是说，微粒就会积层状地堆积起来。一旦微粒积层状地堆积起来，这些微粒就会与铂Pt或活性氧释放剂61隔开一定距离，即使是易被氧化的微粒，也已经不会被活性氧氧化，因此，该微粒64上一次又一次地堆积其他的微粒。也就是说，一旦排出的微粒量M多于可被氧化除去的微粒量G的状态持续下去，微粒就会在微粒过滤器22上积层状地堆积起来，于是只要不提高排气温度，或是不提高微粒过滤器22的温度，就不能使堆积着的微粒着火燃烧。

这样，在图6的区域I中，微粒能够在短时间内在微粒过滤器22上不发生火焰地被氧化，在图6的区域II中，微粒在微粒过滤器22上积层状地堆积起来。因此，为了不使微粒积层状地堆积到微粒过滤器22上，必须使排出的微粒量M少于通常可被氧化除去的微粒量G。

从图6可看出，在本发明的实施例中使用的微粒过滤器22中，即使微粒过滤器22的温度TF相当低，也能使微粒氧化，因此，图1所示的压缩着火式内燃机中，可以维持排出的微粒量M和微粒过滤器22的温度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，本发明的实施例中，基本上维持排出的微粒量M和微粒过滤器22的温度TF，以使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。

这样，如果将排出的微粒量M维持少于可被氧化除去的微粒量G，则微粒就不会积层状地堆积到微粒过滤器22上。其结果，微粒过滤器22中的排气流的压力降完全可以说几乎没有变化地维持在一定的最小压力降。于是就可以将发动机的输出降低维持在最小的限度。

另外，利用微粒氧化的微粒除去作用可维持在相当低的温度下进行。因此，微粒过滤器22的温度上升得不那么高，于是微粒过滤器22就几乎没有劣化的危险性。而且，由于微粒过滤器22上没有积层状地堆积着微粒，灰分凝结的危险性小，因此，微粒过滤器22通道堵塞的危险性减小。

但是，微粒过滤器的通道堵塞主要是由硫酸钙CaSO₄造成的。也就是说，燃料或润滑油中含有钙Ca，因此排气中含有钙Ca。如果存在SO₃，钙Ca就会与其生成CaSO₄。硫酸钙CaSO₄是固体，即使在高温下也不会热分解。因此，生成硫酸钙CaSO₄后，微粒过滤器22的细孔就会被硫酸钙CaSO₄堵塞而造成通道堵塞。

但是，该场合下，如果活性氧释放剂61使用离子化倾向比钙Ca还要高的碱金属或碱土金属，例如钾K，那么在活性氧释放剂61内扩散的SO₃就会与钾K结合形成硫酸钾K₂SO₄，而钙Ca就不会与SO₃结合地穿过微粒过滤器22的隔板54，进入排气流出通路51内。因此，微粒过滤器22的细孔就不会被堵塞。因此，如上所述，作为活性氧释放剂61，优选使用离子化倾向比钙Ca还要高的碱金属或碱土金属，即钾K、锂Li、铯Cs、铷Rb、钡Ba、锶Sr。

再说，本发明的实施例中，基本上在全部的运转状态下，将排出的微粒量M维持少于可被氧化除去的微粒量G。但实际上，在这种全部的运转状态下，即使将排出的微粒量M维持少于可被氧化除去的微粒量G，有时也会由于发动机运转状态的急剧变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开始残留在微粒过滤器22上。

此时，如果排出的微粒量M多于可被氧化除去的微粒量G的状态持续下去，如上所述，微粒就会积层状地堆积到微粒过滤器22上。但是，这种未被氧化的微粒部分刚开始残留时，也就是微粒只是在一定限度以下堆积时，一旦排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G，那么残留的微粒部分就会不发生火焰地被活性氧O氧化除去。也就是说，即使排出的微粒量M变得比可被氧化除去的微粒量G多，只要在微粒积层状地堆积之前，使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G，那么微粒就不会积层状地堆积起来。

因此，本发明的实施例中，当排出的微粒量M变得多于可被氧化除去的微粒量G时，应设法使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G。

应予说明，当排出的微粒量M变得多于可被氧化除去的微粒量G时，即使设法使排出的微粒量M少于可被氧化除去的微粒量G，有时也会因某些理由而使微粒在微粒过滤器22上积层状地堆积起来。但是，即使在这种场合下，如果瞬时使排气的一部分或全部的空燃比变浓，就可使微粒过滤器22上堆积的微粒不发生火焰地被氧化。也就是说，一旦使排气的空燃比变浓，也就是使排气中的氧浓度降低，活性氧释放剂61就会一下子将活性氧O释放到外部，这些一下子释放出的活性氧O可在短时间内使堆积的微粒不发生火焰地燃烧而被除去。

另一方面，如果维持稀空燃比，则铂Pt的表面被氧覆盖，造成所谓铂Pt的氧中毒。一旦引起这种氧中毒，则由于对NO_x的氧化作用降低，使NO_x的吸收效率降低，于是就使活性氧释放剂61的活性氧释放量降低。但如果使空燃比变浓，则由于铂Pt表面上的氧被消耗掉，从而解除了氧中毒，因此，一旦将浓空燃比切换成稀空燃比，由于对NO_x的氧化作用增强，NO_x的吸收效率就会提高，于是活性氧释放剂61的活性氧释放量就会增大。

因此，在维持稀空燃比时，如果偶尔将其切换成浓空燃比，每次都能解除铂Pt的氧中毒，因此，稀空燃比时的活性氧释放量增大，于是就能促进微粒过滤器22上的微粒的氧化作用。

另外，铈Ce具有这样一种功能：稀空燃比时吸入氧(Ce₂O₃→2CeO₂)，一旦空燃比变浓，就释放出活性氧(2CeO₂→CeO₃)。因此，如果作为活性氧释放剂61使用铈Ce，则稀空燃比时，微粒附着在微粒过滤器22上，活性氧释放剂61释放出的活性氧就会将微粒氧化，一旦空燃比变浓，则由于活性氧释放剂61释放出大量的活性氧，而使微粒氧化。因此，作为活性氧释放剂61使用铈的场合下，瞬时将稀空燃比切换成浓空燃比时，也能促进微粒过滤器22上的微粒的氧化反应。

再说，图6中，可被氧化除去的微粒量G表示为微粒过滤器22的温度TF的函数，但该可被氧化除去的微粒量G实际上也是排气中的氧浓度、排气中的NO_x浓度、排气中的未燃HC浓度、微粒氧化进展的难易程度、微粒过滤器22内的排气流空速、排气压力等的函数。因此，优选将包括微粒过滤器22的温度TF在内的上述全部因素的影响考虑在内后，计算出可被氧化除去的微粒量G。

但是，这些因素中，对可被氧化除去的微粒量G影响最大的是微粒过滤器22的温度TF，对其影响较大的是排气中的氧浓度和NO_x浓度。图7A示出微粒过滤器22的温度TF和排气中的氧浓度发生变化时可被氧化除去的微粒量G的变化，图7B示出微粒过滤器22的温度TF和排气中的NO_x浓度发生变化时可被氧化除去的微粒量G的变化。应予说明，图7A和7B中，虚线表示排气中的氧浓度和NO_x浓度为基准值时，图7A中，[O₂]₁表示排气中的氧浓度高于基准值时，[O₂]₂表示氧浓度比[O₂]₁还要高时，图7B中，[NO]₁表示排气中的NO_x浓度高于基准值时，[NO]₂表示NO_x浓度比[NO]₁还要高时。

只要提高排气中的氧浓度，就可使可被氧化除去的微粒量G增大，被吸入活性氧释放剂61内的氧量增大，因此，活性氧释放剂61释放出的活性氧也随之增多。因此，如图7A所示，排气中的氧浓度越高，可被氧化除去的微粒量G就越大。

另一方面，如上所述，排气中的NO在铂Pt表面上被氧化而形成NO₂。这样生成的NO₂的一部分被吸收到活性氧释放剂61内，其余的NO₂脱离铂Pt的表面到外部。此时，一旦微粒与NO₂接触，氧化反应就得到促进，因此，如图7B所示，排气中的NO_x浓度越高，可被氧化除去的微粒量G就越大。但是，NO₂对微粒的氧化促进作用只是在排气温度约250℃～约450℃之间起作用，因此，如图7B所示，当排气中的NO_x浓度提高和微粒过滤器22的温度TF在约250℃～约450℃之间时，可被氧化除去的微粒量G就会增多。

如上所述，优选将对可被氧化除去的微粒量有影响的全部因素考虑在内后，计算出可被氧化除去的微粒量G。但本发明的实施例中，只基于这些因素中对可被氧化除去的微粒量G影响最大的微粒过滤器22的温度TF和对其影响较大的排气中的氧浓度以及NO_x浓度，计算出可被氧化除去的微粒量G。

也就是说，本发明的实施例中，如图8A～8F所示，微粒过滤器22的各温度TF(200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃)下可被氧化除去的微粒量G分别作为排气中的氧浓度[O₂]和排气中的NO_x浓度[NO]的函数，以图象的形式被预先存储在ROM32内，与微粒过滤器22的各温度TF、氧浓度[O₂]以及NO_x浓度[NO]相对应的可被氧化除去的微粒量G可由图8A～8F所示的图象按比例分配计算出来。

应予说明，排气中的氧浓度[O₂]和NO_x浓度[NO]可以用氧浓度传感器和NO_x浓度传感器检测。但本发明的实施例中，排气中的氧浓度[O₂]作为要求扭矩TQ和发动机转速N的函数，以图9A所示图象的形式被预先存储在ROM32内，排气中的NO_x浓度[NO]也作为要求扭矩TQ和发动机转速N的函数，以图9B所示图象的形式被预先存储在ROM32内，由这些图象计算出排气中的氧浓度[O₂]和NO_x浓度[NO]。

另一方面，排出的微粒量M根据发动机的型式而有所变化，如果发动机的型式固定，就变成要求扭矩TQ和发动机转速N的函数。图10A表示图1示出的内燃机的排出微粒量M，各曲线M₁、M₂、M₃、M₄、M₅表示等排出微粒量(M₁＜M₂＜M₃＜M₄＜M₅)。图10A示出的例子中，要求扭矩TQ越高，排出的微粒量M越多。应予说明，图10A示出的排出微粒量M作为要求扭矩TQ和发动机转速N的函数，以图10B示出图象的形式被预先存储在ROM32内。

如上所述，本发明的实施例中，当排出的微粒量M超过可被氧化除去的微粒量G时，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。

应予说明，排出的微粒量M即使比可被氧化除去的微粒量G稍多，微粒过滤器22上堆积的微粒量也没有那么多。因此，当排出的微粒量M大于可被氧化除去的微粒量G加上小定值α得出的容许量(G+α)时，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。

下面参照图11来说明运行的控制方法。

参照图11，首先在步骤100中控制节流阀17的开度，然后在步骤101中控制EGR控制阀25的开度。接着在步骤102中对燃料喷射阀6的喷射进行控制。进而在步骤103中根据图10B所示的图象算出排出的微粒量M。然后在步骤104中根据图8A～8F所示的图象算出与微粒过滤器22的温度TF、排气中的氧浓度[O₂]和排气中的NO_x浓度[NO]相对应的可被氧化除去的微粒量G。

然后在步骤105中对表示排出的微粒量M大于可被氧化除去的微粒量G的标记是否建立作出判别。当该标记没有建立时，就进入步骤106，对排出的微粒量M是否大于可被氧化除去的微粒量G作出判别。当M≤G时，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时，处理循环就结束了。

与此相对照，当在步骤106中判别出M＞G时，也就是排出的微粒量M大于可被氧化除去的微粒量G时，就进入步骤107以建立标记，然后再进入步骤108。在建立了标记之后的处理循环中就可以从步骤105跳至步骤108。

在步骤108中，对排出的微粒量M与从可被氧化除去的微粒量G中扣除一个定值β后得出的控制解除值(G-β)进行比较。当M≥G-β时，也就是排出的微粒量M大于控制解除值(G-β)时，就进入步骤109的控制，以便使得在微粒过滤器22中，微粒的连续氧化作用能继续进行。也就是说，对排出的微粒量M和可被氧化除去的微粒量G中的至少一方进行控制，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，在步骤108中如果判断出M＜G-β，也就是排出的微粒量M小于控制解除值(G-β)，就进入步骤110的控制，以便使原来的运行状态得以逐渐恢复，并使标记复位。

在图11的步骤109中进行的连续氧化继续控制和在图11的步骤110中进行的复位控制有多种方法，因此，下面对连续氧化继续控制和复位控制的各种方法顺次地加以说明。

当M＞G时，作为用于使排出的微粒量M变成少于可被氧化除去的微粒量G的方法之一，可以举出将微粒过滤器22的温度TF提高的方法。此处首先对用于使微粒过滤器22的温度TF提高的方法进行说明。

为了提高微粒过滤器22的温度TF，其有效方法之一是将燃料的喷射时期推迟至压缩上止点以后的方法。也就是说，通常是象图12的(I)中所示那样，使主燃料Q_m在压缩上止点附近喷射。在此情况下，如图12的(II)所示那样，当主燃料Q_m的喷射时期推迟时，后燃烧时期就会延长，如此就能使排气的温度上升。当排气的温度提高时，微粒过滤器22的温度TF也会随之提高，其结果就成为M＜G的状态。

另外，为了提高微粒过滤器22的温度TF，也可以象图12的(III)所示那样，采用除了喷射主燃料Q_m之外，还在进气上止点附近喷射辅助燃料Q_v的方法。这样，当追加地喷射辅助燃料Q_v时，由于增加了用于使辅助燃料Q_v成分燃烧的燃料，从而使排气的温度上升，这样就使微粒过滤器22的温度TF随之上升。

另一方面，当象上述那样在进气上止点附近喷射辅助燃料Q_v时，就会在压缩行程中由于压缩热的作用而导致辅助燃料Q_v生成例如醛、酮、过氧化物、一氧化碳等的中间产物，由于这些中间产物的作用，从而加速了主燃料Q_m的反应。因此，在该情况下，象图12的(III)所示那样，即使主燃料Q_m的喷射时期大幅度地推迟，也能获得不会造成熄火的良好的燃烧状态。也就是说，如上所述，由于主燃料Q_m的喷射时期可以大幅度地推迟，因此使排气的温度大大地提高，从而使得微粒过滤器22的温度TF迅速升高。

另外，为了提高微粒过滤器22的温度TF，还可以象图12的(IV)所示那样，采用除了喷射主燃料Q_m之外，还在膨胀过程或排气过程中喷射辅助燃料Q_p的方法。也就是说，在此情况下，大部分的辅助燃料Q_p还没有燃烧，它以未燃HC的形式排出到排气通路内。这些未燃的HC在微粒过滤器22上被过剩的氧氧化，由于这时产生的氧化反应热的作用，导致了微粒过滤器22的温度TF升高。

在上面已说明的例子中，例如象图12的(I)所示那样，在喷射主燃料Q_m时，当在图11的步骤106中判断出M＞G时，就在图11的步骤109中象图12的(II)、(III)或(IV)所示那样进行喷射控制。然后，当在图11的步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中按照图12的(I)所示的喷射方法进行控制以便使其复位。

下面说明为了达到M＜G的状态而采用低温燃烧的方法。

也就是说，已知的是，当EGR率增大时，黑烟的产生量就逐渐增大并达到峰值，而在此后进一步提高EGR率时，黑烟的产生量就迅速降低。下面参照图13来说明在改变EGR气体的冷却程度时，EGR率与黑烟之间的关系。应予说明，在图13中，曲线A表示通过对EGR气体进行强力冷却来使EGR气体温度大体上维持在90℃的情况，曲线B表示利用小型冷却装置来冷却EGR气体的情况，曲线C表示不对EGR气体进行强制性冷却的情况。

如图13的曲线A所示，在对EGR气体进行强力冷却的情况下，当EGR率稍低于50％时，黑烟产生量达到了峰值，在此情况下，如果EGR率达到约55％以上，则黑烟就几乎不会产生。另一方面，如图13的曲线B所示，在对EGR气体稍加冷却的情况下，当EGR率稍高于50％时，黑烟产生量达到了峰值，在此情况下，如果EGR率达到约65％以上，则黑烟就几乎不会发生。另外，如图13的曲线C所示，在不对EGR气体进行强制性冷却的情况下，当EGR率处于55％附近时，黑烟的产生量达到了峰值，在此情况下，如果EGR率达到约70％以上，则黑烟就几乎不会发生。

如上所述，当EGR率达到55％以上时，黑烟就不会产生，其原因是，由于EGR气体的吸热作用，使得在燃烧时，燃料及其周围的气体温度就不会那样高，也就是进行低温燃烧，其结果使得烃类不会转变成积炭。

这种低温燃烧的特征是，不管空燃比的数值是多少，皆能抑制黑烟的产生，同时还能降低NO_x的产生量。也就是说，当空燃比为浓时，燃料变得过剩，这样可将燃烧温度抑制成较低温度，因此使得过剩的燃料不会转变成积炭，所以不会产生黑烟。另外，这时的NO_x产生量也极少。另一方面，当平均空燃比为稀时，或者，即便在空燃比等于理论空燃比的情况下，虽然在燃烧温度较高时会生成少量的积炭，但是在低温燃烧下，由于可以将燃烧温度抑制成较低温度，因此完全不产生黑烟，而且NO_x的产生量也极少。

另外，在进行该低温燃烧时，燃料及其周围气体的温度变低，但是排气的温度却上升了。关于这一点，下面分别参照图14A和图14B进行说明。

图14A的实线表示，在进行低温燃烧时，在燃烧室5内的平均气体温度Tg与曲轴转角的关系，图14A的虚线表示，在进行常规燃烧时，燃烧室5内的平均气体温度Tg与曲轴转角的关系。另外，图14B的实线表示，在进行低温燃烧时，燃料及其周围气体的温度Tf与曲轴转角的关系，图14B的虚线表示，在进行常规燃烧时，燃料及其周围气体的温度Tf与曲轴转角的关系。

与进行常规燃烧时的情况相比，在进行低温燃烧时所产生的EGR气体量较多，因此，如图14A所示，在压缩上止点之前，也就是在压缩工序中以实线表示的在进行低温燃烧时的平均气体温度Tg要高于以虚线表示的在进行常规燃烧时的平均气体温度Tg。另外，如图14B所示，这时的燃料及其周围的气体温度Tf与平均气体温度Tg大体上相同。

接着，在压缩上止点的附近开始燃烧，但是在此情况下，在进行低温燃烧时，燃料及其周围气体的温度Tf就不象图14B的实线所示那么高。与此相反，在进行常规燃烧时，由于燃料周围存在大量的氧，因此，象图14B的虚线所示那样，燃料及其周围气体的温度Tf就变得很高。如上所述，在进行常规燃烧时，燃料及其周围气体的温度Tf比在进行低温燃烧时的相应温度高，但是，对于占大部分的处于上述区域之外的气体的温度来说，在进行常规燃烧的气体温度要低于在进行低温燃烧时的气体温度，因此，如图14A所示，就处于压缩上止点附近的燃烧室5内的平均气体温度Tg而言，在进行低温燃烧时的气体温度Tg要高于在进行常规燃烧时的气体温度Tg。其结果，如图14A所示，就燃烧结束后在燃烧室5内的燃烧废气的温度而言，在进行低温燃烧时的废气温度要高于在进行常规燃烧时的废气温度，因此使得在进行低温燃烧时的排气气温增高。

如上所述，在进行低温燃烧时，黑烟的产生量变少，也就是排出的微粒量M变少，并且排气的气温上升。因此，当M＞G时，就将燃烧条件由常规燃烧切换成低温燃烧，这时的排出微粒量M就随之减少，而且微粒过滤器22的温度TF也随之上升，因此使得可氧化除去的微粒量G增大，从而容易使其转变成M＜G的状态。在采用该低温燃烧的情况下，当在图11的步骤106中判断出M＞G时，就在步骤109中切换成低温燃烧，接着，当在步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中切换成常规的燃烧。

为了达到M＜G的状态而提高微粒过滤器22的温度TF，还可以采用另一种方法，下面对这种方法进行说明。图15示出适用于实施该方法的内燃机。现在参照图15，在该内燃机的排气管20内配置有烃的供给装置70。按照该方法，当在图11的步骤106中判别出M＞G时，就在步骤109中指令烃供给装置70将烃供给到排气管20内。这些烃在微粒过滤器22上被过剩的氧氧化，由于这时产生的氧化反应热的作用，导致了微粒过滤器22的温度TF上升。接着，当在图11的步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中指令烃供给装置70停止烃的供给。应予说明，该烃供给装置70只需配置在微粒过滤器22与排气口11之间即可。

为了达到M＜G的状态而提高微粒过滤器22的温度TF，还可以采用另一种方法，下面对该方法进行说明。图16示出适用于实施该方法的内燃机。现在参照图16，在该内燃机中，在微粒过滤器22下游的排气管71内配置有由制动器72驱动的排气控制阀73。

按照该方法，当在图11的步骤106中判别出M＞G时，就在步骤109中指令控制阀73大体上完全关闭，这时，为了阻止由于排气控制阀73大体上完全关闭而引起的设备输出扭矩的降低，可以采用增大主燃料Q_m的喷射量的方法。当排气控制阀76大体上完全关闭时，在排气控制阀73上游的排气通路内的压力，也就是背压，就随之上升。当背压上升时，废气由燃烧室5内排出到排气口10内时的排气压力就不会降低那么多，因此其温度也就不会降低那么多。而且由于这时主燃料Q_m的喷射量增大，因此导致燃烧室5内的废气温度增高，从而使得排出到排气口10内的废气的温度变得相当高。结果使得微粒过滤器22的温度迅速上升。

接着，当在图11的步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中指令排气控制阀73完全打开，并停止主燃料Q_m的喷射量的增量作用。

另外，为了达到M＜G的状态而提高微粒过滤器22的温度TF，还可以采用另一种方法，下面对该方法进行说明。图17示出适用于实施该方法的内燃机。现在参照图17，在该内燃机中，在绕过排气叶轮机21的排气旁路74内配置有一个由致动器75控制的废气排放阀76。由该致动器75控制废气排放阀76的开度，以便使缓冲罐12内的压力，也就是由于增压所导致增加的压力，维持在不超过一定的压力以上。

按照该方法，当在图11的步骤106中判断出M＞G时，就在步骤109中指令废气排放阀76完全打开。当排气通过排气叶轮机21时，虽然其温度有所降低，但是当废气排放阀76完全打开时，大部分的度气就从排气旁路74内流过，因此其温度并不降低。这样就导致了微粒过滤器22的温度上升。然后，当在图11的步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中指令废气排放阀76关闭并控制废气排放阀76的开度，以便将增加的压力控制在不超过一定的压力范围内。

下面说明为了达到M＜G的状态而降低排出微粒量M的方法。也就是说，喷射燃料与空气混合得越充分，即，在喷射燃料周围的空气量越多，喷射燃料的燃烧就越好，因此不会产生微粒。因此，为了降低排出的微粒量，可以采用将喷射燃料与空气更充分地混合的方法。但是，当使喷射燃料与空气充分混合时，燃烧就更旺盛，因此使得NO_x的产生量增大。因此，作为使排出的微粒量M降低的方法，如果用别的说法表示的话，可以称为使NO_x的产生量增大的方法。

总之，用于使排出微粒量PM降低的方法有许多种，下面对这些方法顺次地加以说明。

作为用于使排出微粒量PM降低的方法，可以使用上升低温燃烧的方法，但是，作为其他有效的方法，可以举出对燃料的喷射进行控制的方法。例如将燃料的喷射量降低以便使喷射燃料的周围有足够的空气存在，这样就能减少了排出的微粒量M。

另外，将喷射时期提前以便使喷射燃料的周围存在充足的空气，这样也能减少排出的微粒量。另外，通过提高共轨27内的燃料压，也就是喷射压，也能使喷射燃料分散，从而使喷射燃料与空气的混合变得良好，这样也能减少排出的微粒量M。另外，在即将喷射主燃料Q_m之前的压缩行程的末期喷射辅助燃料的情况下，也就在进行所谓引导喷射的情况下，由于辅助燃料的燃烧需要消耗氧气，因此使得在主燃料Q_m周围的空气不够充分。因此在该情况下，通过停止引导喷射就可以减少排出的微粒量M。

也就是说，在通过控制燃料喷射来减少排出的微粒量M的情况下，当在图11的步骤106中判断出M＞G时，就在步骤109中降低燃料喷射量、或者将燃料喷射时期提前，或者将喷射压增高、或者停止引导喷射，这几种方法都能减少排出的微粒量。然后，当在图11的步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中恢复原来的燃料喷射状态。

下面说明为了达到M＜G而使排出的微粒量M减少的另一种方法。按照该方法，当在图11的步骤106中判别出M＞G时，就在步骤109中减小EGR控制阀25的开度，以便降低EGR率。当EGR率降低时，喷射燃料周围的空气量就增大，这样也能减少排出的微粒量M。然后，当在图11的步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中将EGR率提高至原来的EGR率。

下面说明为了达到M＜G而使排出的微粒量M减少的另一种方法。按照该方法，当在图11的步骤106中判别出M＞G时，就在步骤109中减小节流阀76(图17)的开度，以便增大增压压力。在增大了增压压力时，在喷射燃料周围的空气量就随之增大，这样就能减少排出的微粒量M。然后，当在图11的步骤108中判断出M＜G-β时，就在步骤110中将增压压力恢复至原来的数值。

下面说明为了达到M＜G而使排气中的氧浓度增大的方法。只需增大排气中的氧浓度，就能使可被氧化除去的微粒量G增大，另外还能使活性氧释放剂61内的活化氧量增大，因此使得由活性氧释放剂61中放出的活性氧量增大，这样就能使可被氧化除去的微粒量G增大。

作为用于实施该方法的方法，可以举出控制EGR率的方法。也就是说，当在图11的步骤106中判明M＞G时，就在步骤109中减小EGR控制阀25的开度，以便降低EGR率。所谓EGR率降低，就是指在吸入的空气中，吸入空气量的比例增大，这样就能使EGR率降低和使排气中的氧浓度上升。结果就增大了可被氧化除去的微粒量G。另外，如上所述，当EGR率降低时，排出的微粒量M就随之减少。因此，通过使EGR率降低，就能迅速地达到M＜G。然后，当在图11的步骤108中判明M＜G-β时，就在步骤110中将EGR率恢复至原来的EGR率。

下面说明为了增大排气中的氧浓度而使用二次空气的方法。在图18示出的例子中，处于排气叶轮机21和微粒过滤器22之间的排气管77通过二次空气供给导管78而与吸气罐13相连接，而在该二次空气供给导管78内配置有供给控制阀79。另外，在图19示出的例子中，二次空气供给导管78与由机器驱动的空气泵80相连接。应予说明，向排气通路内供给二次空气的位置只需处于微粒过滤器22和排气口10之间即可。

在图18或图19示出的内燃机中，当在图11的步骤106中判明M＞G时，就在步骤109中打开供给控制阀79。其结果，二次空气就由二次空气供给导管78供入排气管77中，这样就能使排气中的氧浓度增大。然后，当在图11的步骤108中判明M＜G-β时，就在步骤110中关闭供给阀79。

然后逐次算出在微粒过滤器22上每单位时间内被氧化除去的微粒量GG，当排出的微粒量M超过了算出的被氧化除去的微粒量GG时，就对排出的微粒量M和可被氧化除去的微粒量G中的至少一方进行控制，以便达到M＜GG。下面对有关控制方法的实施例进行说明。

如上所述，当微粒附着在微粒过滤器22上时，该微粒虽然会在短时间内被氧化，但是在该微粒被完全氧化除去之前，其他的微粒会一次接一次地附着到微粒过滤器22上。因此，实际上，在微粒过滤器22上经常堆积有一定数量的微粒，在这些堆积的微粒中，一部分微粒要被氧化除去。在此情况下，如果每单位时间内被氧化除去的微粒量GG与排出的微粒量M相同，就表明了排气中的全部微粒都在微粒过滤器22上被氧化除去。然而，当排出的微粒量M多于每单位时间内被氧化除去的微粒量GG时，在微粒过滤器22上堆积的微粒量就逐渐增大，最终这些微粒就以积层状堆积在一起，以致于在较低的温度下不能点火。

这样，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，就能使排气中的全部微粒在微粒过滤器22上被氧化除去。因此，在该实施例中，当排出的微粒量M超过被氧化除去的微粒量GG时，就对微粒过滤器22的温度TF或排出的微粒量M等进行控制，以便达到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是常数，E是活化能，R是气体常数，T是微粒过滤器22的温度TF，[PM]是在微粒过滤器22上的微粒的堆积浓度(mol/cm²)，[O₂]是排气中的氧浓度，[NO]是排气中的NO_x浓度。

应予说明，被氧化除去的微粒量GG尽管与排气中的未燃HC浓度、微粒被氧化的容易程度、在微粒过滤器22内排气气流的空速、排气压力等的参数有关，但是可以认为，它实际上不受这些参数的影响。

如上式所示，被氧化除去的微粒量GG随着微粒过滤器22的温度TF的上升而按指数关系增大。另外，如果微粒的堆积浓度[PM]增大，则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，随着微粒堆积浓度[PM]的增高，堆积在不容易氧化的位置上的微粒量也随之增大，因此使得被氧化除去的微粒量GG的增大率逐渐减少。因此，微粒的堆积浓度[PM]与上式中的[PM]1的关系便成为如图20A所示那样的关系。

另一方面，如上所述，随着排气中氧浓度[O₂]的增高，被氧化除去的微粒量GG也随之增大，并且能进一步地导致从活性氧释放剂61释放出的活性氧量增大。因此，当排气中的氧浓度[O₂]增高时，被氧化除去的微粒量GG也按该比例增大，如此便使得排气中的氧浓度[O₂]与上式中的[O₂]^m的关系成为图20B所示的关系。

另一方面，如上所述，当排气中的NO_x浓度[NO]增高时，NO₂的产生量也增大，因此，被氧化除去的微粒量GG也随之增大。然而，如上所述，当排气温度在约250℃～约450℃之间时，由NO转变成NO₂的反应就不会发生。因此，当排气温度处于约250℃～约450℃之间时，排气中的NO_x浓度[NO]与上式中的[NO]ⁿ之间的关系就象图20C的实线[NO]ⁿ ₁所示那样，[NO]ⁿ随着[NO]的增大而增大，但是，当排气温度处于约250℃以下或约450℃以上时，就象图20C的实线[NO]ⁿ _o所示那样，不管[NO]的值是多大，[NO]ⁿ ₀的值都大体上为零。

在该实施例中，每过一定的时间，就可以根据上式算出被氧化除去的微粒量GG。这时，如以PM(g)表示堆积着的微粒量，则在该微粒中，有相当于被氧化除去的微粒量GG的微粒被除去，又有相当于排出的微粒量M的微粒重新附着在微粒过滤器22上。因此，最终的微粒堆积量可按下式表示。

PM+M-GG

下面参照图21来说明运行控制方法。

现在参照图21，首先在步骤200中控制节流阀17的开度，接着在步骤201中控制EGR控制阀25的开度。然后在步骤202中对燃料喷射阀6进行喷射控制。接着在步骤103中根据图10B所示的图象算出排出的微粒量。然后在步骤204中根据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)

接着在步骤205中根据下式算出最终的微粒堆积量PM。

PM←PM+M-GG

然后在步骤206中判别是否建立了排出的微粒量M大于被氧化除去的微粒量的标记。如果没有建立该标记，就进入步骤207，判别排出的微粒量M是否大于可被氧化除去的微粒量GG。当M≤GG时，也就是在排出的微粒量M小于被氧化除去的微粒量GG时，处理循环就结束了。

与此相反，当在步骤207中判明M＞GG时，也就是在排出的微粒量M多于被氧化除去的微粒量GG时，就进入步骤208并建立标记，然后进入步骤209。一旦建立了标记，在以后的处理循环中就能从步骤206直接跳到步骤209。

在步骤209中，把排出的微粒量M与从被氧化除去的微粒量GG中扣除一定值β后获得的控制解除值(GG-β)进行比较。当M≥GG-β时，也就是在排出的微粒量M大于控制解除值(GG-β)时，就进入步骤210，对微粒过滤器22进行控制，以便使微粒的连续氧化作用能够继续进行，也就是象上述那样，对提高微粒过滤器22的温度TF进行控制，或者对降低排出的微粒量M进行控制，或者对提高排气中的氧浓度进行控制。

然后在步骤209中，当判明M＜GG-β时，也就是在排出的微粒量M小于控制解除值(GG-β)时，就进入步骤211，对慢慢地恢复原来的运行状态进行控制并建立标记。

在上述的所有实施例中，在微粒过滤器22的各隔板54的两个侧面上和在隔板54内的细孔内壁面上皆形成了例如由氧化铝构成的载体层，在该载体层上载带有贵金属催化剂和活性氧释放剂。在此情况下，在该载体上还可以载带一种NO_x吸收剂，当进入微粒过滤器22中的排气的空燃比稀时，所说NO_x吸收剂就吸收排气中所含的NO_x，而当进入微粒过滤器22中的排气的空燃比为理论空燃比或者为浓时，所说NO_x吸收剂就释放出NO_x。

在此情况下，作为贵金属，如上所述，可以使用铂Pt；作为NO_x吸收剂，可以使用选自例如钾K、钠Na、锂Li、铯Cs、铷Rb等的碱金属；例如钡Ba、钙Ca、锶Sr等的碱土类；例如镧La、钇Y等的稀土类中的至少一种。应予说明，当与构成上述活性氧释放剂的金属进行比较时，可以发现，构成NO_x吸收剂的金属与构成活性氧释放剂的金属中的大部分是一致的。

在此情况下，作为NO_x吸收剂和作为活性氧释放剂，可以使用互不相同的金属，也可以使用同一种金属。当使用同一种金属作为NO_x吸收剂和活性氧释放剂时，这种金属就同时起到作为NO_x吸收剂和作为活性氧释放剂的双重功能。

下面以使用铂Pt作为贵金属催化剂和使用钾作为NO_x吸收剂的情况作为例子来说明对NO_x的吸收释放作用。

首先讨论对NO_x的吸收作用，NO_x按照与图4A所示机理相同的机理被NO_x吸收剂吸收。在此情况下，在图4A中，符号61表示NO_x吸收剂。

也就是说，当进入微粒过滤器22中的排气的空燃比稀时，排气中含有大量的过剩氧，因此，当排气进入微粒过滤器22的排气流入通路50内时，就象图4A所示那样，这些氧O₂就以O₂ ^-或O^2-的形式吸附到铂Pt的表面上。另一方面，排气中的NO要与铂Pt表面上的O₂ ^-或O^2-反应，生成NO₂(2NO+O₂→2NO₂)。然后，生成的NO₂的一部分在铂Pt上被氧化并不断被吸收到NO_x吸收剂61中，它一边与钾K结合，一边象图4A所示那样以硝酸根离子NO₃ ^-的形式在NO_x吸收剂61内扩散，一部分硝酸根离子NO₃ ^-生成了硝酸钾KNO₃。这样，NO就被吸收到NO_x吸收剂61内。

另一方面，当进入微粒过滤器22中的排气空燃比变浓时，硝酸根离子NO₃ ^-就分解成氧、O和NO，然后不断地从NO_x吸收剂61中释放出NO。因此，当进入微粒过滤器22中的排气的空燃比变浓时，在很短时间内就从NO_x吸收剂61中释放出NO，而且这些释放出的NO被还原，因此没有NO排出到大气中。

应予说明，即便是在进入到微粒过滤器22中的排气的空燃比等于理论空燃比的情况下，也会从NO_x吸收剂61中释放出NO。然而，在此情况下，NO只能从NO_x吸收剂61中慢慢地释放出，因此要使被吸收到吸收剂61中的全部NO_x都释放出就需要较长时间。

如上所述，作为NO_x吸收剂和活性氧释放剂，可以使用互不相同的金属，也可以使用同一种金属。在使用同一种金属作为NO_x吸收剂和活性氧释放剂的情况下，如上所述，这种金属就同时起到作为NO_x吸收剂和作为活性氧释放剂的双重功能，下面就将这种同时起两种功能的试剂称为活性氧释放·NO_x吸收剂。在此情况下，在图4A中的符号61就表示活性氧释放·NO_x吸收剂。

在使用这样的活性氧释放·NO_x吸收剂61的情况下，当进入微粒过滤器22中的排气的空燃比变浓时，在排气中所含的NO就被活性氧释放·NO_x吸收剂61吸收，而在排气中所含的微粒就被吸附在活性氧释放·NO_x吸收剂61上，并且这些微粒就被由活性氧释放·NO_x吸收剂61释放的活性氧等在短时间内氧化除去。因此，这时就能够同时阻止排气中的微粒和NO_x二者排出到大气中。

另一方面，当进入微粒过滤器22的排气的空燃比变浓时，就从活性氧释放·NO_x吸收剂61中释放出NO。这些释放出的NO被未燃的HC和CO还原，于是这时就没有NO排出到大气中。另外，这时当微粒堆积在微粒过滤器22上的情况下，这些微粒可以被从活性氧释放·NO_x吸收剂61中释放出的活性氧氧化除去。

应予说明，在使用NO_x吸收剂或活性氧释放·NO_x吸收剂的情况下，在NO_x吸收剂或活性氧释放·NO_x吸收剂对NO_x的吸收能力达到饱和之前，由于从NO_x吸收剂或活性氧释放·NO_x吸收剂中释放出NO_x，因此使得进入微粒过滤器22中的排气的空燃比很快便成为浓的状态。也就是说，稀空燃比的原料在进行燃烧时，其瞬时空燃比可以很快地变浓。

另外，本发明也适用于在形成于微粒过滤器22两个侧面上的载体层上只载带有例如铂等贵金属的情况。但是，在该情况下，代表可被氧化除去的微粒量G的实线要比图5所示的实线稍微向右移动。在此情况下，活性氧就从保持在铂Pt表面上的NO_x或SO₃中释放出来。

另外，作为活性氧释放剂，可以使用那些能够吸附和保持NO₂或SO₃而且能从这些被吸附的NO₂或SO₃中释放出活性氧的催化剂。

另外，本发明也适用于废气净化装置，在该装置的微粒过滤器上游的排气通路内配置有氧化催化剂，利用该氧化催化剂来把废气中的NO转变成NO₂，而该NO₂进而与堆积在微粒过滤器中的微粒反应，因此使得这些微粒被上述的NO₂氧化。

Claims

1.一种排气净化方法，其中，作为用于除去燃烧室排气中的微粒的微粒过滤器，使用这样一种微粒过滤器，当每单位时间内从燃烧室排出的微粒量少于每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量时，一旦排气中的微粒进入微粒过滤器，就会不发生火焰地被氧化除去；计算出每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量，当排出的微粒量超过可被氧化除去的微粒量时，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.权利要求1中所述的排气净化方法，其中，在微粒过滤器上载带贵金属催化剂。

3.权利要求2中所述的排气净化方法，其中，在微粒过滤器上载带这样一种活性氧释放剂：一旦周围存在过剩的氧，就吸收并保持氧，当周围的氧浓度降低时，就以活性氧的形式释放出所保持的氧；当微粒附着在微粒过滤器上时，活性氧释放剂释放出活性氧，被放出的活性氧使微粒过滤器上附着的微粒氧化。

4.权利要求3中所述的排气净化方法，其中，上述活性氧释放剂由碱金属或碱土金属或稀土类或过渡金属构成。

5.权利要求4中所述的排气净化方法，其中，上述碱金属和碱土金属由离子化倾向比钙还要高的金属构成。

6.权利要求3中所述的排气净化方法，其中，上述活性氧释放剂具有这样一种功能：进入微粒过滤器的排气的空燃比稀时，就吸收排气中的NO_x，一旦进入微粒过滤器的排气的空燃比达到理论空燃比或变浓时，就释放出所吸收的NO_x。

7.权利要求1中所述的排气净化方法，其中，该可被氧化除去的微粒量为微粒过滤器温度的函数。

8.权利要求7中所述的排气净化方法，其中，该可被氧化除去的微粒量，除了微粒过滤器的温度以外，还是排气中的氧浓度或NO_x浓度中至少一个的函数。

9.权利要求7中所述的排气净化方法，其中，该可被氧化除去的微粒量至少作为微粒过滤器温度的函数被预先存储。

10.权利要求1中所述的排气净化方法，其中，该排出的微粒量超过预先设定的该可被氧化除去的微粒量时，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.权利要求1中所述的排气净化方法，其中，通过提高微粒过滤器的温度来使该排出的微粒量少于该可被氧化除去的微粒量。

12.权利要求1中所述的排气净化方法，其中，通过减少该排出的微粒量来使排出的微粒量少于该可被氧化除去的微粒量。

13.权利要求1中所述的排气净化方法，其中，通过提高排气中的氧浓度来使该排出的微粒量少于该可被氧化除去的微粒量。

14.权利要求1中所述的排气净化方法，其中，所述的微粒过滤器具有这样一种功能：当进入微粒过滤器的排气的空燃比稀时，就吸收排气中的NO_x，当进入微粒过滤器的排气的空燃比达到理论空燃比或变浓时，就释放出所吸收的NO_x。

15.一种排气净化装置，其中，在发动机排气通路内配置有用于除去燃烧室排气中的微粒的微粒过滤器，作为该微粒过滤器，使用这样一种微粒过滤器，当每单位时间内从燃烧室排出的微粒量少于每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量时，一旦排气中的微粒进入微粒过滤器，就会不发生火焰地被氧化除去；该装置中具备以下两种手段：计算出每单位时间内在微粒过滤器上可不发生火焰地被氧化除去的微粒量的计算手段、以及当排出的微粒量超过可被氧化除去的微粒量时，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.权利要求15中所述的排气净化装置，其中，在微粒过滤器上载带贵金属催化剂。

17.权利要求16中所述的排气净化装置，其中，在微粒过滤器上载带这样一种活性氧释放剂：一旦周围存在过剩的氧，就吸收并保持氧，当周围的氧浓度降低时，就以活性氧的形式释放出所保持的氧；当微粒附着在微粒过滤器上时，活性氧释放剂释放出活性氧，被放出的活性氧使微粒过滤器上附着的微粒氧化。

18.权利要求17中所述的排气净化装置，其中，上述活性氧释放剂由碱金属或碱土金属或稀土类或过渡金属构成。

19.权利要求18中所述的排气净化装置，其中，上述碱金属和碱土金属由离子化倾向比钙还要高的金属构成。

20.权利要求17中所述的排气净化装置，其中，上述活性氧释放剂具有这样一种功能：当进入微粒过滤器的排气的空燃比稀时，就吸收排气中的NO_x，一旦进入微粒过滤器的排气的空燃比达到理论空燃比或变浓时，就释放出所吸收的NO_x。

21.权利要求15中所述的排气净化装置，其中，该可被氧化除去的微粒量是微粒过滤器温度的函数。

22.权利要求21中所述的排气净化装置，其中，该可被氧化除去的微粒量除了微粒过滤器的温度以外，还是排气中的氧浓度或NO_x浓度中至少一个的函数。

23.权利要求21中所述的排气净化装置，其中，该装置具有这样一种存储手段：该可被氧化除去的微粒量以至少是微粒过滤器温度的函数的形式被预先存储。

24.权利要求15中所述的排气净化装置，其中，当该排出的微粒量超过预先设定的该可被氧化除去的微粒量时，上述控制手段是通过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，以使该排出的微粒量少于该可被氧化除去的微粒量。

25.权利要求15中所述的排气净化装置，其中，上述控制手段是通过提高微粒过滤器的温度来使该排出的微粒量少于该可被氧化除去的微粒量。

26.权利要求25中所述的排气净化装置，其中，上述控制手段是通过控制燃料喷射量或燃料喷射时期中的至少一方来使排气温度上升并因此使微粒过滤器的温度上升。

27.权利要求26中所述的排气净化装置，其中，上述控制手段是通过使主燃料的喷射时期延迟、或除了喷射主燃料以外还喷射辅助燃料的方法来使排气温度上升。

28.权利要求25中所述的排气净化装置，其中，发动机是由当再循环排气量增大时积炭的发生量逐渐增大并达到峰值，进一步增大再循环排气量时就几乎不发生积炭的发动机构成，上述控制手段通过使再循环排气量多于积炭发生量达到峰值的再循环排气量来使排气温度上升，由此使微粒过滤器的温度上升。

29.权利要求25中所述的排气净化装置，其中，在微粒过滤器上游的排气通路内配置有烃供给装置，通过由该烃供给装置向排气通路内供给烃来使微粒过滤器的温度上升。

30.权利要求25中所述的排气净化装置，其中，在微粒过滤器下游的排气通路内配置有排气控制阀，通过关闭排气控制阀来使微粒过滤器的温度上升。

31.权利要求25中所述的排气净化装置，其中，具备带有用于控制绕过排气叶轮机的排气量的排气排放阀的排气涡轮增压器，通过打开排气排放阀来使微粒过滤器的温度上升。

32.权利要求15中所述的排气净化装置，其中，上述控制手段是通过减少该排出的微粒量来使该排出的微粒量少于该可被氧化除去的微粒量。

33.权利要求32中所述的排气净化装置，其中，上述控制手段通过控制燃料喷射量或燃料喷射时期或燃料喷射压力或辅助燃料的喷射来使排出的微粒量减少。

34.权利要求32中所述的排气净化装置，其中，具备用于使进气增压的增压手段，上述控制手段通过增大增压压力来减少排出的微粒量。

35.权利要求32中所述的排气净化装置，其中，具备用于使排气在进气通路内再循环的排气再循环装置，上述控制手段通过减少排气再循环率来减少排出的微粒量。

36.权利要求15中所述的排气净化装置，其中，上述控制手段通过提高排气中的氧浓度来使该排出的微粒量少于该可被氧化除去的微粒量。

37.权利要求36中所述的排气净化装置，其中，具备用于使排气在进气通路内再循环的排气再循环装置，上述控制手段通过减少排气再循环率来提高排气中的氧浓度。

38.权利要求36中所述的排气净化装置，其中，具备用于向微粒过滤器上游的排气通路内供给2次空气的2次空气供给装置，上述控制手段通过向微粒过滤器上游的排气通路内供给2次空气来提高排气中的氧浓度。

39.权利要求15中所述的排气净化装置，其中，所述的微粒过滤器具有这样一种功能：当进入微粒过滤器的排气的空燃比稀时，就吸收排气中的NO_x，一旦进入微粒过滤器的排气的空燃比达到理论空燃比或变浓时，就释放出所吸收的NO_x。