CN1363011A

CN1363011A - 废气净化方法

Info

Publication number: CN1363011A
Application number: CN01800238A
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: 2002-08-07
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: CA2369651A1; AU3231301A; EP1172531A1; US20030072702A1; AU753460B2; WO2001061159A1; EP1172531B1; EP1172532B1; US20020155039A1; CA2369651C; AU751248B2; WO2001061160A1; JP3700056B2; CN1363010A; CN1304737C; CA2369661A1; JP3702847B2; DE60110155D1; US6769245B2; ES2240402T3

Abstract

在内燃发动机的排气通路内配置颗粒过滤器(22),所述颗粒过滤器载置有在周围存在过剩氧时吸入氧并保持氧、而在周围氧浓度低时将所保持的氧以活性氧的形式放出的活性氧放出剂。流入颗粒过滤器(22)的废气的空燃比通常维持在稀的混合比,有时暂时地切换成浓混合比。当把废气的空燃比切换成浓混合比时,利用从活性氧放出剂放出的氧促进颗粒过滤器上的微粒的氧化反应,借此使废气中的微粒在颗粒过滤器(22)上无光焰地被连续氧化除去。

Description

废气净化方法

技术领域

本发明涉及废气净化方法。

背景技术

在现有的柴油发动机中，为了除去含在废气中的微粒，在发动机排气通路内配置颗粒过滤器，借助这种颗粒过滤器暂时捕集废气中的微粒，通过使被捕集在颗粒过滤器上的微粒着火燃烧将颗粒过滤器再生。但是，被捕集在颗粒过滤器上的微粒必须在约600℃以上的高温下才能点火，而与此相对地，柴油发动机的废气温度通常远低于600℃。从而很难利用废气的热量使捕集在颗粒过滤器上的微粒点火，为利用废气的热量使捕集在颗粒过滤器上的微粒着火必须降低微粒的点火温度。

在现有技术中，已知如果在颗粒过滤器上载置触媒的话，可降低微粒的点火温度，从而在现有技术中为降低微粒的点火温度载置触媒的各种颗粒过滤器是公知的。

例如，在特公平7-106290号公报中公开了一种其上载置铂族金属及碱土金属氧化物的混合物的颗粒过滤器。在这种颗粒过滤器中，利用大约350℃到400℃的较低温度就可使微粒点火，然后进行连续的燃烧。

在柴油发动机中当负荷变大时废气温度可达350℃至400℃，从而在上述颗粒过滤器中，乍一看来似乎当发动机负荷变大时可利用废气的热量使微粒点火燃烧。然而，在实际上，即使废气温度达到350℃至400℃时，微粒也有时不着火，同时，即使微粒着火，也存在着只有一部分微粒燃烧，而大量的微粒不能完全燃烧的问题。

即，当含在废气中的微粒的量少时，附着在颗粒过滤器上的微粒量也少，这时，当废气温度达到350℃至400℃时，颗粒过滤器上的微粒点火，然后连续地进行燃烧。

但当含在废气中的微粒的量变多时，在附着于颗粒过滤器上的微粒完全燃烧之前，其它的微粒堆积在这些粒子上，结果是微粒以叠层状堆积在颗粒过滤器上。这样，当微粒以叠层状堆积在颗粒过滤器上时，容易与氧接触的一部分微粒燃烧，而不易接触氧的剩下的微粒不燃烧，这样，许多微粒成为不能完全燃烧的。从而，当含在废气中的微粒的量变多时，微粒会继续堆积在颗粒过滤器上。

另一方面，当大量的微粒堆积到颗粒过滤器上时，这些堆积的微粒依次变成不易点火燃烧的。这种不容易燃烧大概是由于在堆积期间，微粒中的碳变成不易燃烧的石墨等造成的。事实上，当大量的微粒连续堆积在颗粒过滤器上时，在350℃至400℃的低温下，堆积的微粒不能点火，为使堆积的粒子点火，需要600℃以上的高温。但是，在柴油发动机中，废气温度通常不能达到600℃以上的高温，从而当大量的微粒连续堆积时，借助废气的热量很难使堆积的微粒点火。

另一方面，这时，当废气温度能够达到600℃以上的高温时，堆积的微粒会点火，但这时会出现其它问题。即，在这种情况下，当使堆积的微粒着火时，会产生光焰进行燃烧，这时，颗粒过滤器的温度直到堆积的微粒燃烧完毕，在一个很长的时间内一直维持800℃以上。但是，当颗粒过滤器这样长时间暴露在800℃以上的高温时，颗粒过滤器会提前老化，从而存在着必须提前更换新的颗粒过滤器的问题。

此外，当使堆积的微粒燃烧时灰分会凝缩成大的块，这些灰块会将颗粒过滤器的细孔堵塞。被堵塞的细孔的数目随着时间逐渐增多，这样一来在颗粒过滤器处的废气气流的压力损失会逐渐变大。当废气气流的压力损失增大时，发动机的输出功率下降，这样，从这一观点出发，也存在必须提前更换新的颗粒过滤器的问题。

这样，一旦当大量的微粒以叠层状堆积起来时，会产生如上所述的各种问题，从而，考虑到含在废气中的微粒的量与在颗粒过滤器上能够燃烧的微粒的量之间的平衡，不应使大量的微粒以叠层状的方式进行堆积。但是在上面所述的公报中所描述的颗粒过滤器中，根本没有考虑到含在废气中的微粒的量与可在颗粒过滤器上燃烧的微粒的量之间的平衡，从而出现了上面所说的各种问题。

同时，在上述公报中所描述的颗粒过滤器中，当废气温度在350℃以下时，微粒不点火，这样，微粒堆积在颗粒过滤器上。在这种情况下，如果堆积量少的话，当废气温度达到350℃至400℃时，可使堆积的微粒燃烧，但当大量的微粒以叠层的方式堆积时，废气温度达到350℃至400℃时，堆积的微粒也不会点火，而且，即使点火其中一部分微粒也不燃烧，因而残留下来。

在这种情况下，如果在大量微粒堆积成叠层状之前使废气温度升高的话，可使堆积微粒完全燃烧，但在上述公报中描述的颗粒过滤器中，根本未进行这种考虑，从而，在大量微粒堆积成叠层状时，除非废气的温度上升到600℃以上，否则就不能使堆积的全部微粒燃烧。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可将废气中的微粒在颗粒过滤器上连续地氧化除去的废气净化方法。

同时，本发明的另外一个目的是提供一种可将废气中的微粒在颗粒过滤器上连续地氧化除去的同时，还可以将废气中的NO_x除去的废气净化方法。

根据本发明，提供一种废气净化方法，所述方法包括，在用于除去从燃烧室中排出的废气中的微粒的颗粒过滤器上载置活性氧放出剂，所述活性氧放出剂在周围存在过剩的氧时吸入氧并保持氧，而当周围的氧浓度降低时则以活性氧的形式放出所保持的氧，通常将流入颗粒过滤器内的废气的空燃比保持在稀混合比状态，而同时，当有时暂时切换到浓混合比而把废气的空燃比切换成浓混合比时，利用从活性氧放出剂放出的活性氧促进颗粒过滤器上的微粒氧化反应，借此，在不发生光焰的情况下将颗粒过滤器上的微粒氧化除去。

此外，根据本发明，提供一种废气净化方法，其中，在除去从燃烧室排出的废气中的微粒用的颗粒过滤器上载置活性氧放出·NO_x吸收剂，所述活性氧放出·NO_x吸收剂在周围存在过剩的氧时吸入氧并加以保持，而在周围的氧浓度降低时将所保持的氧以活性氧的形式放出，同时，当流入颗粒过滤器的废气的空燃比稀时，吸收废气中的NO_x，而流入颗粒过滤器的废气的空燃比变为理论空燃比或为浓混合比时，放出所吸收的NO_x，而且，所述方法在通常将流入颗粒过滤器的废气的空燃比维持在稀混合比的状态的同时，在有时暂时切换成浓混合比而将废气的空燃比切换成浓混合比时，从活性氧放出·NO_x吸收剂放出活性氧，借此在促进颗粒过滤器上的微粒的氧化反应的同时，还使从活性氧放出·NO_x吸收剂放出的NO_x还原，从而使颗粒过滤器上的微粒不发生光焰而将其氧化除去，与此同时使废气中的NO_x除去。

附图的简单说明

图1是内燃发动机的总体图，

图2A，2B是表示发动机所需转矩的图示，

图3A，3B是表示颗粒过滤器的图示，

图4A，4B是用于说明微粒氧化作用的图示，

图5A至5C是用于说明微粒的堆积作用的图示，

图6是表示可氧化除去的微粒的量与颗粒过滤器的温度的关系的图示，

图7A，7B是表示可氧化除去的微粒的量的图示，

图8A至8F是表示可氧化除去的微粒的量G的映象的图示，

图9A，9B是表示废气中的氧的浓度及NO_x的浓度的映象的图示，

图10A，10B是表示排出的微粒的量的图示，

图11是控制发动机的运行用的流程图，

图12是用于说明喷射控制的图示，

图13是表示烟雾产生量的图示，

图14A，14B是表示燃烧室内的气体温度的图示，

图15是表示内燃发动机的另外一个实施例的总体图，

图16是表示内燃发动机的再一个实施例的总体图，

图17是表示内燃发动机的另外一个实施例的总体图，

图18是表示内燃发动机的再一个实施例的总体图，

图19是表示内燃发动机的再一个实施例的总体图，

图20A至20C是表示微粒的堆积浓度等的图示，

图21是控制发动机的运行用的流程图。

实施本发明的最佳形式

图1表示将本发明应用于压缩点火式内燃发动机的情况。此外，本发明也可应用于火花点火式内燃发动机。

参照图1，1为发动机主体，2为气缸体，3为气缸盖，4为活塞，5为燃烧室，6为电控制式燃料喷射阀，7为进气阀，8为进气口，9为排气阀，10为排气口。进气口8经由对应的进气歧管11连接到平衡箱12上，平衡箱12经由进气导管13连接到排气蜗轮增压器14的压缩机15上。在进气导管13内配置由步进电动机16驱动的节流阀17，进而，在进气导管13的周围配置冷却流入进气导管13内的吸入的空气用的冷却装置18。在图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吸入的空气。另一方面，排气口10经由排气歧管19及排气管20连接到排气蜗轮增压器14的排气蜗轮21上，排气蜗轮21的出口连接到内装颗粒过滤器22的箱体23上。

排气歧管19与平衡箱12经过废气再循环(下面称之为EGR)通路24相互连接，在EGR通路24内配置电控制式EGR控制阀25。同时，在EGR通路24的周围配置冷却流入EGR通路24内的EGR气(再循环废气)用冷却装置26。在图1所示的实施例中，发动机冷却水被导入冷却装置26内，用发动机冷却水冷却EGR气。另一方面，各燃料喷射阀6经过燃料供应管6a连接到燃料箱即所谓的高压储油筒(commonrail)27上。由电控制式排出量可变的燃料泵28向该高压储油筒27内供应燃料，供应到高压储油筒27内的燃料经过各燃烧供应管6a供应给燃料喷射阀6。在高压储油筒27内安装检测高压储油筒27内的燃料压力用的燃料压力传感器29，根据燃料压力传感器29的输出信号控制燃料泵28的排出量使高压储油筒27内的燃料压力成为所需燃料压力。

电子控制装置30由数字计算机构成，它备有由双向总线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，输入端口35及输出端口36。燃料压力传感器29的输出信号经过对应的AD变换器37输入到输入端口35内。此外，在颗粒过滤器22上安装用于检测颗粒过滤器22的温度的温度传感器39，该温度传感器39的输出信号经由对应的AD变换器37输入到输入端口35内。在油门踏板40上连接有产生与油门踏板40的踩下量L成正比的输出电压的负荷传感器41，负荷传感器41的输出电压经由对应的AD变换器37输入到输入端口35中。进而，在输入端口35上连接有曲柄轴每旋转例如30°时产生一个输出脉冲的曲柄角传感器42。另一方面，输出端口36经由对应的驱动回路38连接到燃料喷射阀6、节流阀驱动用步进电动机16、EGR控制阀25以及燃料泵28上。

图2A表示所需转矩TQ与油门踏板40的踩下量L以及发动机转数N之间的关系。此外，在图2A中，各曲线表示等转矩曲线，用TQ＝0所示的曲线表示转矩为零时的情况，其余的曲线TQ＝a，TQ＝b，TQ＝c，TQ＝d依次表示所需转矩逐渐变大。图2A中所示的所需转矩TQ，如图2B所示，作为油门踏板40的踩下量L与发动机转数N的函数以映象的形式预先存储在ROM32内。在根据本发明的实施例中，首先从图2B所示的映象中初步计算出按照油门踏板40的踩下量L及发动机转数N所要求的转矩TQ，然后再根据这一所需的转矩TQ计算出燃料喷射量等。

图3A和3B表示颗粒过滤器22的结构。其中，图3A表示颗粒过滤器22的正视图，图3B表示颗粒过滤器22的侧视剖面图。如图3A和3B所示，颗粒过滤器22具有蜂窝状结构，具有相互平行延伸的多个废气流通路50、51。这些废气流通路由其下游端用栓52闭塞的废气流入通路50以及其上游端用栓53闭塞的废气流出通路51构成。同时，在图3A中用加有阴影线的部分表示栓53。从而，废气流入通路50及废气流出通路51经过薄的间隔壁54交互地配置。换句话说，废气流入通路50和废气流出通路51的配置方式为，每个废气流入通路50由四个废气流出通路51包围，每个废气流出通路51由四个废气流入通路50包围。

颗粒过滤器22由例如像堇青石这样的多孔质材料形成，从而，流入废气流入通路50内的废气如图3B中的箭头所示的那样，通过周围的间隔壁54的内部流到邻接的废气流出通路51内。

在根据本发明的实施例中，在各废气流入通路50及各废气流出通路51的周壁面，即，各间隔壁54的两侧表面上和间隔壁54内的细孔的内壁面上，形成例如由氧化铝构成的载体层，在该载体上载置贵金属触媒以及活性氧放出剂，其中，所述活性氧放出剂在周围存在过剩的氧时吸入氧气并保持氧气，而当周围的氧浓度降低时，将所保持的氧以活性氧的形式放出来。

在这种情况下，在根据本发明的实施例中，作为贵金属触媒，采用铂Pt，作为活性氧放出剂从以下各种金属中选用其中的至少一种，这些金属是钾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等稀土类金属以及锡Sn，铁Fe等过渡金属。

此外，作为这种情况下的活性氧放出剂，优选采用比钙Ca具有更高离子化倾向的碱金属或碱土金属，即，采用钾K，锂Li，铯Cs，铷Rb，钡Ba，锶Sr或者采用铈Ce。

下面以在载体上载置铂Pt及钾K的情况为例说明用颗粒过滤器22除掉废气中的微粒的作用，但采用其它的贵金属，碱金属，碱土金属，稀土类金属及过渡金属也具有同样的除掉微粒的作用。

在如图1所示的压缩点火式内燃发动机中在空气过剩的条件下进行燃烧，从而废气含有大量的过剩空气。即，当把供应给进气通路、燃烧室5以及排气通路内的空气及燃料之比称作废气的空燃比时，在图1所示的压缩点火式内燃发动机中的废气空燃比是稀混合比的。同时，由于在燃烧室5内产生NO，所以在废气中含有NO。此外，在燃料中含有硫S，这些硫S在燃烧室5内与氧反应生成SO₂。从而在废气中含有SO₂。因此，含有过剩的氧、NO及SO₂的废气流入颗粒过滤器22的废气流入通路50内。

图4A及4B是示意地表示形成于废气流入通路50的内周面及间隔壁54内的细孔的内壁面上的载体层的表面的放大图。此外，在图4A及4B中，60表示铂Pt的粒子，61表示含有钾K的活性氧放出剂。

如上所述，由于在废气中含有大量的过剩的氧气，所以当废气流入到颗粒过滤器22的废气流入通路50内时，如图4A所示，这些氧O₂以O₂ ^-或O^2-的形式附着在铂Pt的表面上。另一方面，废气中的NO在铂Pt表面上与O₂ ^-或O^2-反应，变成NO₂( )。然后，所生成的NO₂的一部分一面在铂Pt上氧化一面被吸收到活性氧放出剂61内，并且一面与钾K结合一面如图4A所示以硝酸离子NO₃ ^-的形式在活性氧放出剂61内扩散，一部分硝酸离子NO₃ ^-生成硝酸钾KNO₃。

另一方面，如上面所述，废气中也含有SO₂，这些SO₂也通过与NO同样的机理被吸收在活性氧放出剂61内。即，如上面所述，氧O₂以O₂ ^-或O^2-的形式附着在铂Pt表面上，废气中的SO₂在铂Pt表面上与O₂ ^-或O^2-反应变成SO₃。然后，生成的SO₃的一部分在铂Pt上一面进一步氧化一面被吸收在活性氧放出剂61内，一面与钾K结合一面以硫酸离子SO₄ ^2-的形式在活性氧放出剂61内扩散，生成硫酸钾K₂SO₄。这样，在活性氧放出触媒61内生成硝酸钾KNO₃和硫酸钾K₂SO₄。

另一方面，在燃烧室5内生成以碳C为主构成的微粒，从而废气中含有这些微粒。含于废气中的这些微粒在废气流入颗粒过滤器22的废气流入通路50内时，或者从废气流入通路50流向废气流出通路51时，如图4B中用62所表示的那样，所述微粒与载体层的表面，例如活性氧放出剂61的表面接触并附着于该表面上。

这样，当微粒62附着在活性氧放出剂61的表面上时，在微粒62与活性氧放出剂61的接触面处氧浓度下降。当氧浓度下降时，与氧浓度高的活性氧放出剂61的内部之间产生浓度差，这样，活性氧放出剂61内的氧向微粒62与活性氧放出剂61的接触面移动。结果，在活性氧放出剂61内形成的硝酸钾KNO₃分解成钾K、氧O以及NO，氧O移向微粒62与活性氧放出剂61的接触面，NO从活性氧放出剂61排出到外部。排出到外部的NO在下游侧的铂Pt上被氧化，再次被吸收到活性氧放出剂61内。

另一方面，这时形成于活性氧放出剂61内的硫酸钾K₂SO₄也分解成钾K、氧O与SO₂，氧O移向微粒62与活性氧放出剂61的接触面，SO₂从活性氧放出剂61排出到外部。排出到外部的SO₂在下游侧的铂Pt处被氧化，再次被吸收到活性氧放出剂61内。

另一方面，移向微粒62与活性氧放出剂61的接触面处的氧O是从硝酸钾KNO₃及硫酸钾K₂SO₄这样的化合物分解出来的氧。从化合物分解出来的氧O具有高的能量，并具有极高的活性。从而，移向微粒62与活性氧放出剂61的接触面的氧成为活性氧O。当这些活性氧O与微粒62接触时，促进微粒62的氧化作用，使微粒62在几分钟到几十分钟的短时间内不产生光焰地进行氧化。这样，在使微粒62氧化的期间另外的微粒不断地附着在颗粒过滤器22上。从而，实际上总是有一定量的微粒堆积在颗粒过滤器22上，这些堆积的微粒中的一部分微粒被氧化去掉。从而使附着在颗粒过滤器22上的微粒62不产生光焰地连续燃烧。

同时，可以认为，NO_x一面反复地与氧原子结合及分离一面在活性氧放出剂61内以硝酸离子NO₃ ^-的形式扩散，在此期间产生活性氧。微粒62被这种活性氧氧化。此外，附着在颗粒过滤器22上的微粒62以这种方式被活性氧氧化，而且这些微粒62也被废气中的氧氧化。

在使叠层状堆积在颗粒过滤器22上的微粒燃烧时，颗粒过滤器22变成红热的，伴有火焰进行燃烧。这种伴有火焰的燃烧必须在高温下才能持续，从而，为了使这种伴有火焰的燃烧持续，必须将颗粒过滤器22的温度维持在高温。

与此相反，在本发明中，微粒62如上面所述在不产生光焰的情况下被氧化，这时颗粒过滤器22的表面不是红热的。即，换言之，在本发明中，在相当低的温度下氧化除去微粒62。从而，根据本发明的不产生光焰利用氧化除去微粒62的除掉微粒的作用与伴有火焰的燃烧而除去微粒的作用完全不同。

其中，由于铂Pt和活性氧放出剂61在颗粒过滤器22的温度越高时活性越高，所以，颗粒过滤器22的温度越高，单位时间内活性氧放出剂61放出的活性氧O的量越大。同时，不言而喻，微粒本身的温度越高，微粒也越容易被氧化除去。从而，在颗粒过滤器22上，单位时间内不发生光焰可氧化除去的可氧化除去的微粒的量随着颗粒过滤器22的温度的升高而增大。

图6的实线表示单位时间内在不发生光焰的情况下可被氧化除去的可氧化除去的微粒的量G，图6的横轴表示颗粒过滤器22的温度TF。其中，在图6中表示单位时间为1秒钟的情况，即，表示每一秒钟可氧化除去的微粒的量G，但作为单位时间，可以采用一分钟、10分钟等任意时间。例如，在单位时间采用10分钟时，单位时间内可氧化除去的微粒的量G表示每10分钟可氧化除去的微粒的量G，在这种情况下，在颗粒过滤器22上单位时间内不产生光焰而可被氧化除去的可氧化除去的微粒的量G也和图6所示的一样，颗粒过滤器22的温度越高，G越大。

同时，当把单位时间内从燃烧室5排出的微粒的量称作排出微粒量M时，如果该排出微粒量M少于在同样的单位时间内可氧化除去的微粒的量G时，例如，当每秒钟配置的排出微粒量M少于每秒钟可氧化除去的微粒的量G时，或者每10分钟的排出微粒量M少于每10分钟可氧化除去的微粒的量G时，即，在图6的区域I内，从燃烧室5排出的全部微粒在颗粒过滤器22上不产生光焰地依次在短时间内被氧化除去。

与此相对，当排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G时，即，在图6的区域II内，在依次氧化全部微粒时，活性氧量不足。在图5A～5C中表示出了在这种情况下微粒的氧化形式。

即，在依次氧化全部微粒时活性氧量不足的情况下，如图5A所示，微粒62附着在活性氧放出剂61上时，微粒62仅有一部分被氧化，未充分氧化的微粒部分残留在载体层上。然后，当活性氧的量不足的状态继续时，未氧化的微粒部分不断地残留在载体层上，其结果如图5B所示，载体层的表面被残留的微粒部分63所覆盖。

覆盖载体层表面的这种残留微粒部分63逐渐变成不容易氧化的碳质，从而残留微粒部分63容易原封不动地残留下来。同时，载体层的表面被残留微粒部分63覆盖时，会抑制铂Pt对NO、SO₂的氧化作用以及从活性氧放出剂61放出活性氧的作用。其结果是，如图5C所示，在残留微粒部分63上逐渐地堆积另外的微粒64。即，微粒堆积成叠层状。这样，当微粒堆积成叠层状时，由于微粒离开铂Pt和活性氧放出剂61一定的距离，所以，即使是原来容易被氧化的微粒也已经不能被活性氧氧化，从而在这种微粒64上进一步逐渐地堆积另外的微粒。即，当排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G的状态继续时，微粒在颗粒过滤器22上堆积成叠层状，这样除非使废气温度变为高温或者使颗粒过滤器22的温度变成高温，否则就不能使堆积的微粒点火燃烧。

这样，在图6的区域I内，微粒在颗粒过滤器22上在很短的时间内在不产生光焰的情况下氧化，而在图6的区域II内微粒在颗粒过滤器22上堆积成叠层状。从而，为了不使微粒在颗粒过滤器22上堆积成叠层状，排出微粒量M必须总是少于可氧化除去的微粒的量G。

如从图6可以看出的，在本发明的实施例中所采用的颗粒过滤器22上，即使颗粒过滤器22的温度TF相当低，也能够使微粒氧化，从而在图1所示的压缩点火式内燃发动机中能够维持排出微粒量M以及颗粒过滤器22的温度TF，使得排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。从而，在根据本发明的实施例中，基本上将排出微粒量M和颗粒过滤器22的温度TF维持在使得排出微粒量M少于可氧化除去的微粒量G的状态。

这样，当把排出微粒量M维持在少于可氧化除去的微粒量G的状态时，颗粒过滤器22上的微粒不会堆积成叠层状。其结果是，在颗粒过滤器22上的废气气流的压力损失维持在一个基本上恒定的最小的压力损失值，可以说达到了几乎没有变化的程度。这样，可将发动机的输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当低的温度下进行的。从而颗粒过滤器22的温度不必过高，这样，颗粒过滤器22几乎没有劣化的危险。同时，由于微粒不在颗粒过滤器22上堆积成叠层状，从而灰分凝聚的危险性小，因此堵塞颗粒过滤器22的危险性小。

同时，这种堵塞主要是由硫酸钙CaSO₄造成的。即，燃料和润滑油含有钙Ca，从而，废气中含有钙Ca。当存在SO₃时，这种钙Ca会生成硫酸钙CaSO₄。这种硫酸钙CaSO₄为固体，即使在高温下也不会热分解。从而，生成硫酸钙CaSO₄，当这种硫酸钙CaSO₄闭塞颗粒过滤器22的细孔时，造成堵塞。

但是在这种情况下，当作为活性氧放出剂61使用比钙Ca具有更高的离子化倾向的碱金属或碱土金属例如钾K时，在活性氧放出剂61内扩散的SO₃与钾K结合形成硫酸钾K₂SO₄，钙Ca不与SO₃结合而通过颗粒过滤器22的间隔壁54流到废气流出通路51内。从而，不会将颗粒过滤器22的细孔堵塞。因此，如前所述，作为活性氧放出剂61优选地采用比钙Ca离子化倾向高的碱金属或碱土金属，即，钾K，锂Li，铯Cs，铷Rb，钡Ba，锶Sr。

同时，在根据本发明的实施例中，基本上在整个运行状态将排出微粒量M维持在少于可氧化除去的微粒的量G的状态。然而，实际上即使这样在整个运行状态将排出微粒量M维持在少于可氧化除去的微粒的量G的状态，也有时会由于发动机的运行状态的急剧的变化等任何一种原因，排出微粒量M会多于可氧化除去的微粒量G。这样，当排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G时，如前面所述，未氧化的微粒部分开始残留在颗粒过滤器22上。

这时，当排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G的状态继续时，则如前面所述，微粒在颗粒过滤器22上堆积成叠层状。但是，当未被氧化的微粒部分这样开始残留时，即当微粒只堆积到一定限度以下时，如果排出微粒量M变得少于可氧化除去的微粒量G，这种残留的微粒部分由活性氧O在不发生光焰的情况下氧化除掉。就是说，即使排出微粒量M比可氧化除去的微粒的量G多，如果在微粒堆积成叠层状之前排出微粒量M变得少于可氧化除去的微粒的量G的话，微粒不会堆积成叠层状。

因此，在根据本发明的实施例中，当排出微粒量M变得多于可氧化除去的微粒的量G时，使排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。

此外，当这样排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G时，即使令排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G，但在有的情况下也会由于某种原因使微粒叠层状地堆积在颗粒过滤器22上。但是，即使在这种情况下，当令废气的一部分或全部的空燃比暂时变为浓混合比时，可使堆积在颗粒过滤器22上的微粒不产生光焰地氧化。即，当使废气的空燃比变成浓混合比时，也就是令废气中的氧浓度降低时，活性氧O一下子从活性氧放出剂61中放出到外部，利用这种一下子被放出来的活性氧O将堆积的微粒在不发生光焰的情况下于很短的时间内燃烧除掉。

另一方面，当把空燃比维持在稀混合比时，铂Pt表面被氧覆盖产生所谓的铂Pt的氧中毒。当产生这种氧中毒时，由于对NO_x的氧化作用降低，所以NO_x的吸收效率降低，从而从活性氧放出剂61中放出的活性氧的量降低。但是，当空燃比变成浓混合比时，由于铂Pt表面的氧被消耗掉，解除氧中毒现象，从而当空燃比从浓混合比向稀混合比切换时，对于NO_x的氧化作用增强，所以NO_x的吸收效率变高，从而活性氧放出剂61放出的活性氧量增大。

从而，当把空燃比维持在稀混合比时，一旦空燃比偶尔从稀混合比暂时被切换到浓混合比，由于每次都消除铂Pt的氧中毒，所以当空燃比为稀混合比时，活性氧的放出量增大，因而可以促进颗粒过滤器22上的微粒的氧化作用。

此外，铈Ce具有在空燃比为稀混合比时吸入氧(Ce₂O₃→2CeO₂)、在空燃比变成浓混合比时放出活性氧(2CeO₂→CeO₃)的功能。从而在使用铈Ce作为活性氧放出剂61、空燃比为稀混合比时，一旦微粒附着在颗粒过滤器22上，微粒被从活性氧放出剂61中放出的活性氧所氧化，当空燃比变成浓混合比时，由于从活性氧放出剂61放出大量的活性氧，所以微粒被氧化。从而，在作为活性氧放出剂61使用铈Ce时，空燃比偶尔从稀混合比暂时切换到浓混合比时，可促进颗粒过滤器22上的微粒的氧化反应。

同时，在图6中，可氧化除去的微粒的量G仅作为颗粒过滤器22的温度TF的函数表示出来，但实际上这种可氧化除去的微粒的量G也是废气中氧的浓度、废气中NO_x的浓度、废气中未燃烧的HC的浓度、微粒的氧化难易程度、在颗粒过滤器22内废气气流的空速以及废气气压等的函数。从而，优选可氧化除去的微粒的量G应在考虑到包括颗粒过滤器22的温度TF在内的上述全部因素的影响的前提下计算出来。

但是，在这些因素中，对可氧化除去的微粒的量G影响最大的是颗粒过滤器22的温度TF，影响较大的是废气中氧的浓度及NO_x的浓度。图7A表示颗粒过滤器22的温度TF及废气中的氧变化时，可氧化除去的微粒的量G的变化，图7B表示颗粒过滤器22的温度TF及废气中NO_x的浓度变化时，可氧化除去的微粒的量G的变化。此外，在图7A及7B中，虚线表示废气中的氧浓度及NO_x的浓度为基准值时的情况，在图7A中〔O₂〕₁是表示废气中的氧浓度比基准值高时的情况，〔O₂〕₂则表示氧浓度比〔O₂〕₁更高时的情况，在图7B中，〔NO〕₁表示废气中的NO_x的浓度高于基准值时的情况，〔NO〕₂表示NO_x的浓度高于〔NO〕₁时的情况。

当废气中的氧浓度变高时，与之相应地可氧化除去的微粒的量G也增加，同时由于吸入到活性氧放出剂61中的氧的量增加，所以从活性氧放出剂61中放出的活性氧也增多。从而，如图7A所示，废气中氧浓度越高，可氧化除去的微粒的量G也越大。

另一方面，如前面所述，废气中的NO在铂Pt的表面上被氧化，变成NO₂。这样生成的NO₂的一部分被吸收到活性氧放出剂61内，剩余的NO₂从铂Pt的表面脱离跑到外部。这时，当与NO₂接触时，微粒的氧化反应被促进，从而如图7B所示，废气中的NO_x的浓度越高，可氧化除去的微粒的量G越大。但是，由于由这种NO₂引起的微粒的氧化促进作用只发生在废气温度约250℃至450℃之间，所以如图7B所示，当废气中的NO_x浓度提高时，在颗粒过滤器22的温度TF大约为250℃至450℃之间时，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优选在考虑到对可氧化除去的微粒的量G有影响的全部因素的情况下计算出来。但是在根据本发明的实施例中，则仅基于这些因素中对可氧化除去的微粒的量G给予最大影响的颗粒过滤器22的温度TF、影响较大的废气中氧的浓度以及NO_x的浓度计算出可氧化除去的微粒的量G。

即，在根据本发明的实施例中，如图8A至8F所示，将在颗粒过滤器22的各种温度TF(200℃，250℃，300℃，350℃，400℃，450℃)时的可氧化除去的微粒的量G分别作为废气中的氧的浓度〔O₂〕和废气中的NO_x的浓度〔NO〕的函数以映象的形式预先存储在ROM32内，利用比例分配从图8A至8F中所示的映象计算出对应于各颗粒过滤器22的温度TF、氧浓度〔O₂〕以及NO_x的浓度〔NO〕的可氧化除去的微粒的量G。

此外，废气中的氧浓度〔O₂〕以及NO_x浓度〔NO〕可以用氧浓度传感器及NO_x浓度传感器检测出来。然而在根据本发明的实施例中，废气中的氧浓度〔O₂〕作为所要求的转矩TQ和发动机转数N的函数以图9A所示的映象的形式预先存储在ROM32内，废气中的NO_x的浓度〔NO〕也作为所需的转矩TQ和发动机转数N的函数以图9B所示的映象的形式预先存储在ROM32内，由这些映象计算出废气中的氧浓度〔O₂〕和NO_x的浓度〔NO〕。

另一方面，排出微粒量M因发动机的型号不同而变化，但当发动机型号一定时，它是所要求的转矩TQ和发动机转数N的函数。图10A表示图1所示的内燃发动机的排出微粒量M，各曲线M₁、M₂、M₃、M₄、M₅等表示排出微粒的量(M₁＜M₂＜M₃＜M₄＜M₅)。在图10A所示的例子中，所需转矩TQ越高，排出微粒量M越大。此外，图10A所示的排出微粒量M作为所需转矩TQ和发动机转数N的函数以图10B所示的映象的形式预先存储在ROM32内。

如前面所述，在根据本发明的实施例中，当排出微粒量M超过可氧化除去的微粒的量G时，至少对排出微粒量M或可氧化除去的微粒的量G中之一进行控制，以便使排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G。

同时，即使排出微粒量M稍多于可氧化除去的微粒的量G，堆积在颗粒过滤器22上的微粒的量也并不是很多。从而，当排出微粒量M大于在可氧化除去的微粒的量G上加上一个小的固定值α的允许量(G+α)时，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。

下面参照图11对运行控制方法进行说明。

在参照图11时，首先，最初在步骤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中进行对燃料喷射阀6的喷射控制。然后在步骤103中从图10B所示的映象计算出排出微粒量M。然后在步骤104中从图8A至8F所示的映象计算出对应于颗粒过滤器22的温度TF、废气中的氧浓度〔O₂〕以及废气中的NO_x的浓度〔NO〕的可氧化除去的微粒的量G。

接着，在步骤105中判断表示排出微粒量M大于可氧化除去的微粒的量G的标志是否置值。当标志没有置值时，进入步骤106，判断排出微粒量M是否大于可氧化除去的微粒的量G。当M≤G时，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时，处理循环完毕。

与此相反，当在步骤106中判断出M＞G时，即，排出微粒量M多于可氧化除去的微粒的量G时，进入步骤107，标志置值，然后进入步骤108。当标志被置值时，在其后的处理循环中，从步骤105跳到步骤108。

在步骤108中将排出微粒量M与从可氧化除去的微粒的量G中减去一定的值β的解除控制值(G-β)进行比较。当M≥G-β时，即排出微粒量M大于解除控制值(G-β)时，进入步骤109，进行用于继续在颗粒过滤器22上微粒的连续氧化作用的控制。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，在步骤108中，当判断为M＜G-β时，即，当排出微粒量M少于解除控制值(G-β)时，进入步骤110，进行逐渐恢复到初始运行状态的控制，标志置值。

在图11的步骤109中进行的连续氧化继续进行控制以及在图11的步骤110中所进行的复原控制有各种各样的方法，从而下面依次对这些连续氧化继续进行控制及复原控制的各种方法进行说明。

当M＞G时，使排出微粒量M少于可氧化除去的微粒的量G的方法之一是使颗粒过滤器22的温度TF上升的方法。因此，首先对使颗粒过滤器22的温度TF上升的方法进行说明。

使颗粒过滤器22的温度TF上升的有效的方法之一是使燃料喷射时间角滞后到压缩上止点以后的方法。即，通常主燃料Q_m如图12中的(I)所示在压缩上止点附近喷射。这时，当如图12的(II)所示在主燃料Q_m的喷射时间角滞后时，继燃时间加长，这样，废气温度上升。当废气温度升高时，与此相应地，颗粒过滤器22的温度TF增高，结果变成M＜G的状态。

此外，为使颗粒过滤器22的温度TF上升，如图12的(III)所示，也可以除主燃料Q_m之外，在进气上止点附近喷射辅助燃料Q_v。这样当追加地喷射辅助燃料Q_v时，由于增加了辅助燃料Q_v那么多的燃烧的燃料，所以废气温度上升，从而颗粒过滤器22的温度TF上升。

另一方面，当如上所述在进气上止点附近喷射辅助燃料Q_v时，由于在压缩冲程中的压缩热，会由这种辅助燃料Q_v生成醛、酮、过氧化物、一氧化碳等中间产物，这些中间产物会加速主燃料Q_m的反应。从而，在这种情况下，如图12的(III)所示，即使大幅度推迟主燃料Q_m的喷射时间，也不会产生不点火的现象而得到良好的燃烧。即，由于可以大幅度地延迟主燃料Q_m的喷射时间，所以废气温度变得相当高，这样可以使颗粒过滤器22的温度TF迅速上升。

此外，为了使颗粒过滤器22的温度TF上升，如图12的(IV)所示，除主燃料Q_m之外，也可以在膨胀冲程中或排气冲程中喷射辅助燃料Q_p。即，在这种情况下，大部分辅助燃料Q_p不燃烧，以未燃烧的HC形式排出到排气通路内。这种未燃烧的HC在颗粒过滤器22上被过剩的氧所氧化，借助这时所产生的氧化反应热使颗粒过滤器22的温度TF上升。

在到此为止所说明的例子中，例如如图12的(I)所示，在喷射主燃料Q_m时，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，在图11的步骤109中进行如图12的(II)或者(III)或者(IV)所示的喷射控制。然后，在图11的步骤108中，当判断为M＜G-β时，进行控制使得在步骤110中恢复到图12的(I)所示的喷射方法。

下面说明为了达到M＜G的状态所采用的低温燃烧方法。

即，当EGR率增大时，烟的产生量逐渐增大，当达到峰值、EGR率进一步提高时，烟的发生量急剧下降，这是公知的。下面参照表示EGR气(再循环废气)的冷却程度变化时的EGR率与烟的关系的图13对此进行说明。其中，在图13中，曲线A表示强力冷却EGR气体而将EGR气的温度维持在90℃左右时的情况，曲线B表示用小型冷却装置冷却EGR气的情况，曲线C表示不进行强制冷却EGR气时的情况。

如图13的曲线A所示，在强力冷却EGR气的情况下，当EGR率稍低于50％时，烟产生量达到峰值，在这种情况下，如果EGR率大致在55％以上时，几乎不产生烟。另一方面，如图13的曲线B所示，在对EGR气稍加冷却时，在EGR率稍高于50％时，烟产生量达到峰值，在这种情况下，当EGR率大约在65％以上时，几乎不发生烟。同时，如图13的曲线C所示，在不对EGR气进行强制冷却的情况下，在EGR率为55％附近，烟发生量达到峰值，在这种情况下，当EGR率在约70％以上时，几乎不产生烟。

之所以当EGR率(废气再循环率)达到55％以上时不会产生烟，是由于EGR气的吸热作用，燃烧时的燃料及周围气体的温度并不太高，即进行低温燃烧，从而烃不会变成黑烟的缘故。

这种低温燃烧具有不管空燃比如何均可在抑制烟的产生的同时还降低NO_x产生量的特征。即，当空燃比为浓混合比时，燃料过剩，但由于燃烧温度被控制在低温，所以过剩的燃料不会生成黑烟，这样不会产生烟。此外，这时也只产生极少量的NO_x。另一方面，当平均空燃比为稀混合比时，或者空燃比为理论空燃比时，如果提高燃烧温度，则会生成少量黑烟，但在低温燃烧时，由于将燃烧温度抑制在低的温度，所以一点儿都不会产生烟，也只产生极少量的NO_x。

另一方面，当进行这种低温燃烧时，燃料及其周围的气体温度降低，但废气温度上升。下面参照图14A及14B对此加以说明。

图14A的实线表示在进行低温燃烧时，燃烧室5内的平均气体温度Tg与曲柄角的关系，图14A的虚线表示在进行通常的燃烧时，燃烧室5内的平均气体温度Tg与曲柄角的关系。同时，图14B的实线表示进行低温燃烧时燃料及其周围气体的温度Tf与曲柄角的关系，图14B的虚线表示进行通常的燃烧时，燃料及其周围的气体的温度Tf与曲柄角的关系。

在进行低温燃烧时，与进行通常燃烧时相比，EGR气体的量大，从而如图14A所示，在压缩上止点之前，即，在压缩冲程中，用实线表示的低温燃烧时的平均气温Tg高于用虚线表示的在通常燃烧时的平均气温Tg。此外，这时如图14B所示，燃料及其周围的气体温度Tf变成大致等同于平均气体温度Tg。

其次，在压缩上止点附近燃烧开始，但这时，在进行低温燃烧时，如图14B的实线所示，燃料及其周围的气体的温度Tf并不很高。与此相反，在进行通常燃烧时，由于在燃料周围存在着大量的氧，所以，如图14B的虚线所示，燃料及其周围的气体温度Tf变得非常高。这样，在进行通常燃烧的情况下，燃料及其周围的气体的温度Tf与进行低温燃烧时的情况相比变得相当高，但占据绝大部分的除此之外的气体的温度与进行低温燃烧时的情况相比，在进行通常燃烧时，温度较低，从而如图14A所示，在压缩上止点附近，燃烧室5内的平均气体温度Tg，与进行通常燃烧时相比，进行低温燃烧时的Tg高。结果是，如图14A所示，在燃烧结束后，燃烧室5内已燃气体的温度，与进行通常燃烧时的情况相比，进行低温燃烧时所述已燃气体的温度高，从而进行低温燃烧时，废气温度增高。

这样，在进行低温燃烧时，烟产生量即排出微粒量M少，废气温度上升。从而，当M＞G时，如果从通常燃烧切换到低温燃烧，排出微粒量M减少，而且颗粒过滤器22的温度TF上升，可氧化除去的微粒量G增大，所以可很容易地变成M＜G的状态。在利用这种低温燃烧时，在图11的步骤106中，如果判断为M＞G，则在步骤109中切换成低温燃烧状态，然后当在步骤108中判断为M＜G-β时，在步骤110中切换成通常燃烧。

下面说明为达到M＜G的状态而使颗粒过滤器22的温度TF上升所采用的另外的方法。图15表示适合于实施这种方法的内燃发动机。参照图15，在这种内燃发动机中，在排气管20内配置烃供应装置70。在该方法中，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，于步骤109中从烃供应装置70向排气管20内供应烃。这种烃在颗粒过滤器22上被过剩的氧所氧化，利用这时的氧化反应热使颗粒过滤器22的温度TF上升。然后，在图11的步骤108中，当判断为M＜G-β时，在步骤110中停止从烃供应装置70供应烃。同时，这种烃供应装置70，只要位于颗粒过滤器22与排气口10之间，可以配置在任意部位。

下面说明为达到M＜G的状态而使颗粒过滤器22的温度TF升高的另外的方法。图16表示适合于实施这一方法的内燃发动机。参照图16，在该内燃发动机中，于颗粒过滤器22的下游的排气管71内配置由促动器72驱动的排气控制阀73。

在这种方法中，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，在步骤109中使排气控制阀73几乎全闭，为了阻止由于使排气控制阀73几乎全闭造成的发动机输出转矩的降低，增大主燃料Q_m的喷射量。当把排气控制阀73几乎全闭时，排气控制阀73上游的排气通路内的压力，即背压上升。当背压上升时，当废气从燃烧室5内排放到排气口10内时，废气的压力并不是很低，从而温度也并不变得很低。而且，由于这时的主燃料Q_m喷射量增大，所以燃烧室5内的已燃气体的温度升高，从而排放到排气口10内的废气温度变得相当高。结果是，颗粒过滤器22的温度急剧上升。

其次，当在图11的步骤108中判断为M＜G-β时，在步骤110中排气控制阀73全开，主燃料Q_m的喷射量的增量作用停止。

下面对于为了变成M＜G的状态而使颗粒过滤器22的温度TF上升的另外的方法进行说明。图17表示适合于实施这一方法的内燃发动机。参照图17，在这种内燃发动机中，在使排气蜗轮21迂回的排气旁通通路74内配置由促动器75控制的废气旁通阀76。该促动器75根据通常平衡箱12内的压力，即根据增压控制废气旁通阀76的开度，使增压不超过一定的压力。

在这种方法中，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，在步骤109中使废气旁通阀76全开。当废气通过排气蜗轮21时，温度降低，但当把废气旁通阀76全部打开时，由于大部分废气流到废气旁通通路74内，所以温度并不降低。从而颗粒过滤器22的温度上升。然后，在图11的步骤108中当判断为M＜G-β时，在步骤110中关闭废气旁通阀76，调节废气旁通阀76的开度使得增压不超过一定的压力。

下面说明为达到M＜G的状态降低排出微粒量M的方法。即，如果喷射燃料与空气的混合越充分，即喷射燃料周围的空气量越多，喷射燃料燃烧得越好，所以不产生微粒。从而，为降低排出微粒量M，喷射燃料与空气最好更进一步充分混合。但是，由于喷射燃料与空气的混合良好时，燃烧活泼地进行，所以NO_x的产生量增大。从而，降低排出微粒量M的方法换一种说法就是使NO_x的产生量增大的方法。

总之，降低排出微粒的量PM的方法也有各种各样的方法，下面对这些方法依次进行说明。

作为降低排出微粒的量PM的方法也可以采用前面所述的低温燃烧，但作为另外的有效方法，可以列举出控制燃料喷射的方法。例如，当燃料喷射量降低时，喷射燃料周围存在充足的空气，从而降低排出微粒量M。

同时，当使喷射时间为提前角时，会使喷射燃料周围存在充足的空气，从而降低排出微粒量M。此外，当高压储油筒27内的燃料压力，即喷射压高时，喷射燃料充分分散开来，所以喷射燃料与空气的混合良好，从而降低排出微粒量M。同时，在即将喷射主燃料Q_m之前的压缩冲程的末期喷射辅助燃料的情况下，即在进行所谓引燃喷射时，由于辅助燃料的燃烧消耗氧，从而使得主燃料Q_m周围的空气不足。从而，在这种情况下，通过停止引燃喷射，降低排出微粒量M。

即，在借助控制燃料喷射降低排出微粒量M的情况下，在图11的步骤106中判断为M＞G时，在步骤109中，降低燃料喷射量，或使燃料喷射时间为提前角，或提高喷射压，或停止引燃喷射，借此使排出微粒量M降低。然后，在图11的步骤108中，当判断为M＜G-β时，于步骤110中恢复到原来的燃料喷射状态。

下面说明为使M＜G降低排出微粒量M的另外的方法。在该方法中，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，为了在步骤109中降低EGR率，减小EGR控制阀25的开度。当EGR率降低时，喷射燃料周围的空气量增大，从而排出微粒量M减少。然后在图11的步骤108中当判断为M＜G-β时，在步骤110中使EGR率上升到原来的EGR率。

下面说明为了使M＜G而降低排出微粒量M的另外的方法。在该方法中，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，在步骤109中为增大增压，使废气旁通阀76(图17)的开度减小。当增压增大时，喷射燃料周围的空气量增大，从而减少排出微粒量M。然后在图11的步骤108中当判断为M＜G-β时，在步骤110中使增压返回到原来的增压。

下面，说明为达到M＜G而增加废气中的氧浓度的方法。当废气中氧浓度增大时，与此相应地，可氧化除去的微粒的量G增加，进而由于吸入到活性氧放出剂61内的氧气量增加，所以从活性氧放出剂61放出的活性氧的量增加，从而可氧化除去的微粒的量G增大。

作为用于实施这一方法的方法，可列举出控制EGR率的方法。即，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，在步骤109中减少EGR控制阀25的开度以便降低EGR率。所谓降低EGR率意味着增大在吸入空气中的吸入空气量的比例，从而当降低EGR率时废气中的氧浓度上升。其结果是，可氧化除去的微粒的量G增大。同时，当降低EGR率时，如前面所述，排出微粒量M减少。从而，当EGR率降低时，很快地变为M＜G。然后，当在图11的步骤108中判断为M＜G-β时，在步骤110中EGR率恢复到原来的EGR率。

下面说明为增大废气中的氧浓度采用二次空气的方法。在图18所示的例子中，位于排气蜗轮21与颗粒过滤器22之间的排气管77经过二次空气供应导管78连接到进气导管13上，在二次空气供应导管78内配置供应控制阀79。此外，在图19所示的例子中，二次空气供应导管78连接到发动机驱动的空气泵80上。此外，向排气通路内供应二次空气的位置只要是在颗粒过滤器22和排气口10之间，任意位置都可以。

在图18或图19所示的内燃发动机中，当在图11的步骤106中判断为M＞G时，在步骤109中使供应控制阀79打开。其结果是，从二次空气供应导管78向排气管77内供应二次空气，这样，使废气中的氧浓度增加。然后，当在图11的步骤108中判断为M＜G-β时，在步骤110中关闭供应控制阀79。

下面说明这样一个实施例，在该实施例中，逐次计算出在颗粒过滤器22上每单位时间氧化的氧化除去的微粒的量GG，当排出微粒量M超过计算出来的氧化除去的微粒的量GG时，为使M＜GG，对排出微粒量M或可氧化除去的微粒的量G中至少一个进行控制。

如前面所述，当微粒附着在颗粒过滤器22上时，使所述微粒在短时间内氧化，但在使该微粒被完全氧化除去之前，另外的微粒会逐渐地附着在颗粒过滤器22上。从而实际上，在颗粒过滤器22上总是堆积一定量的微粒，这种堆积的微粒中的一部分微粒被氧化除去。在这种情况下，如果单位时间内被氧化除去的微粒GG与排出微粒量M相同，废气中全部微粒都在颗粒过滤器22上被氧化除去。但是当排出微粒量M多于单位时间内被氧化除去的微粒的量GG时，在颗粒过滤器22上的堆积微粒的量逐渐增大，最终微粒堆积成叠层状，在低温下不能点火。

这样，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的话，废气中的全部微粒都可在颗粒过滤器22上被氧化除去。从而在该实施例中，当排出微粒量M超过氧化除去的微粒的量GG时，为了使得M＜GG，需要控制颗粒过滤器22的温度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)

这里，C为常数，E是活化能，R为气体常数，T为颗粒过滤器22的温度TF，〔PM〕为颗粒过滤器22上的微粒堆积浓度(mol/cm²)，〔O₂〕为废气中的氧浓度，〔NO〕为废气中的NO_x的浓度。

此外，氧化除去的微粒的量GG实际上也是废气中未燃烧的HC的浓度、微粒的氧化难易程度、废气流在颗粒过滤器22内的空速以及废气气压等的函数，但在这里没有考虑这些影响。

如从上式可以看出的，氧化除去的微粒的量GG当颗粒过滤器22的温度TF上升时，以指数函数的形式增大。此外，由于如果微粒的堆积浓度〔PM〕增大的话，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，由于微粒堆积浓度〔PM〕越高，堆积在难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的增大率逐渐减少。从而，微粒的堆积浓度〔PM〕与上式中的〔PM〕¹的关系如图20A所示。

另一方面，如果废气中的氧浓度〔O₂〕高的话，如前面所述，与此相应地，氧化除去的微粒的量GG增大，进而从活性氧放出剂61放出的活性氧量增大。从而，当废气中的氧浓度〔O₂〕增加时，氧化除去的微粒的量GG与之成比例地增大，从而，废气中的氧浓度〔O₂〕与上式中的〔O₂〕^m的关系如图20B所示。

另一方面，当废气中的NO_x的浓度〔NO〕增大时，如前面所述，NO₂的产生量也增大，所以氧化除去的微粒的量GG增大。但是，如前面所述，从NO向NO₂的转换只在废气温度为约250℃至450℃之间发生。从而，废气中的NO_x的浓度〔NO〕与上式中的〔NO〕ⁿ的关系在废气温度为约250℃至450℃之间时如图20C的实线〔NO〕ⁿ ₁所示，随着〔NO〕的增加，〔NO〕ⁿ增大，但在废气温度在大约250℃以下或大约450℃以上时，如图20C的实线〔NO〕ⁿ ₀所示的那样，无论〔NO〕是多少，〔NO〕ⁿ ₀都几乎为零。

在该实施例中，每经过一定的时间根据上式计算出氧化除去的微粒的量GG。这时，当把堆积的微粒的量作为PM(g)时，从这些微粒中除去相当于氧化除去的微粒的量GG的微粒，新的相当于排出微粒量M的微粒附着在颗粒过滤器22上。从而，最后微粒的堆积量以下式表示。

PM+M-GG

下面参照图21对运行控制方法进行说明。

参照图21，首先在开始的步骤200中控制节流阀17的开度，然后在步骤201中控制EGR控制阀25的开度。然后在步骤202中进行对燃料喷射阀6的喷射控制。然后在步骤203中从图10B所示的映象中计算出排出微粒量M。然后在步骤204中根据下式计算出氧化除去的微粒的量GG。

GG＝C·EXP(-E/RT)·〔PM〕¹·(〔O₂〕^m+〔NO〕ⁿ)

然后在步骤205中根据下式计算出最终的微粒堆积量PM。

PM←PM+M-GG

然后在步骤206中判断表示排出微粒量M大于氧化除去的微粒的量GG的标志是否置值。当标志未置值时，进入步骤207判断排出微粒量M是否大于可氧化除去的微粒的量GG。当M≤GG时，即，当排出微粒量M少于氧化除去的微粒的量GG时，处理循环结束。

与此相对地，在步骤207中，当判断出M＞GG时，即排出微粒量M多于氧化除去的微粒的量GG时，进入步骤208，标志置值，然后进入步骤209。当标志置值时，在其以后的处理循环中从步骤206跳到步骤209。

在步骤209中，将排出微粒量M与从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)进行比较。当M≥GG-β时，即，排出微粒量M大于解除控制值(GG-β)时，进入步骤210进行继续在颗粒过滤器22上使微粒连续氧化的控制，即，如前面所述，进行使颗粒过滤器22的温度TF上升的控制，或者进行使排出微粒量M降低的控制或者进行使废气中的氧浓度提高的控制。

然后，当在步骤209中判断为M＜GG-β时，即，排出微粒量M少于解除控制值(GG-β)时，进入步骤211，进行逐渐地恢复到原来的运行状态的控制，标志置值。

这里，到目前为止所述的实施例中，在颗粒过滤器22的各间隔壁54的两个侧面上以及间隔壁54内的细孔内壁面上形成例如由氧化铝制成的载体层，在该载体层上载置贵金属触媒及活性氧放出剂。在这种情况下，在该载体上可以载置NO_x吸收剂，在流入颗粒过滤器22的废气的空燃比为稀混合比时，所述NO_x吸收剂吸收含在废气中的NO_x，当流入颗粒过滤器22的废气的空燃比变成理论空燃比或浓混合比时，所述NO_x吸收剂放出它所吸收的NO_x。

这时，作为贵金属，可采用前面所述的铂Pt，作为NO_x吸收剂可采用钾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等稀土金属中选择出来的至少一种。此外，如果与构成前面所述的活性氧放出剂的金属进行比较的话，可以看出，构成NO_x吸收剂的金属与构成活性氧放出剂的金属大部分是一致的。

在这种情况下作为NO_x吸收剂和活性氧放出剂可分别采用不同的金属，也可以采用同一种金属。在作为NO_x吸收剂和活性氧放出剂采用同一种金属的场合，同时发挥作为NO_x吸收剂的功能和作为活性氧放出剂的功能的双重功能。

下面以采用铂Pt作为贵金属触媒、以钾K作为NO_x吸收剂的情况为例对NO_x的吸收、放出作用进行说明。

首先，当开始研究NO_x吸收作用时，NO_x以和图4A所示的机理相同的机理被吸收到NO_x吸收剂上。但这时，在图4A中，符号61表示NO_x吸收剂。

即，在流入颗粒过滤器22的废气的空燃比为稀混合比时，由于在废气中含有大量的过剩氧，所以当废气流入颗粒过滤器22的废气流入通路50内时，如图4A所示，这些氧O₂以O₂ ^-或O^2-的形式附着在铂Pt的表面上。另一方面，废气中的NO与铂Pt表面上的O₂ ^-或O^2-反应生成NO₂( )。然后，所生成的NO₂的一部分一面在铂Pt上被氧化一面被吸收到NO_x吸收剂61内，一面与钾K结合一面如图4A所示以硝酸离子NO₃ ^-的形式在NO_x吸收剂61内扩散，一部分硝酸离子NO₃ ^-生成硝酸钾KNO₃。这样一来，NO被吸收在NO_x吸收剂61内。

另一方面，当流入颗粒过滤器22内的废气变为浓混合比时，硝酸离子NO₃ ^-分解成氧O与NO，逐渐地从NO_x吸收剂61中放出NO。从而，当流入颗粒过滤器22的废气的空燃比变为浓混合比时，在短时间内从NO_x吸收剂61放出NO，由于这种放出的NO被还原，所以NO不会排出到大气中。

此外，在这种情况下，即使流入颗粒过滤器22中的废气的空燃比为理论空燃比，NO也从NO_x吸收剂61中放出。但在这种情况下由于NO只能从NO_x吸收剂61中缓缓地放出，所以，为了将被吸收到NO_x吸收剂61中的全部NO_x放出需要相当长的时间。

其中，如前面所述，作为NO_x吸收剂和活性氧放出剂，可以采用不同的金属，而作为NO_x吸收剂和活性氧放出剂也可采用同一种金属。在采用同一种金属作为NO_x吸收剂和活性氧放出剂时，如前面所述，它同时发挥作为NO_x吸收剂的功能和作为活性氧放出剂的功能的双重功能，对这种同时发挥双重功能的情况，下面称之为活性氧放出·NO_x吸收剂。在这种情况下，图4A中的符号61表示活性氧放出·NO_x放出剂。

在利用这种活性氧放出·NO_x吸收剂61的情况下，流入颗粒过滤器22的废气的空燃比为稀混合比时，含在废气中的NO被吸收到活性氧放出·NO_x吸收剂61内，含在废气中的微粒附着在活性氧放出·NO_x吸收剂61上时，该微粒被活性氧放出·NO_x吸收剂61放出的活性氧等在短时间内氧化除去。从而这时可以阻止废气中的微粒及NO_x两者排出到大气中。

另一方面，当流入颗粒过滤器22的废气的空燃比为浓混合比时，由活性氧放出·NO_x吸收剂61放出NO。该NO被未燃烧的HC、CO还原，从而，这时NO也不会排放到大气中。此外，这时，在微粒堆积在颗粒过滤器22上的情况下，该微粒被从活性氧放出·NO_x吸收剂61放出的活性氧氧化除去。

此外，在利用NO_x吸收剂或活性氧放出·NO_x吸收剂的场合，在NO_x吸收剂或活性氧放出·NO_x吸收剂的NO_x吸收能力饱和之前，由于从NO_x吸收剂或活性氧放出·NO_x吸收剂放出NO_x，所以流入颗粒过滤器22的废气的空燃比暂时被变成浓混合比。即，在稀空燃比的基础上进行燃烧时，有时空燃比暂时地被变成浓混合比。

此外，本发明也适用于在颗粒过滤器22的两个侧面上形成的载体层上仅载置铂Pt那样的贵金属的情况。但是，在这种情况下表示可氧化除去的微粒的量G的实线比起图5所示的实线来向右侧移动一定的距离。在这种情况下，从保持在铂Pt表面上的NO₂或SO₃放出活性氧。

同时，作为活性氧放出剂也可以采用能够吸附保持NO₂或SO₃、并从这些吸附的NO₂或SO₃中放出活性氧的触媒。

进而，本发明也适用于在颗粒过滤器上游的排气通路内配置氧化触媒、利用这种氧化触媒将废气中的NO变成NO₂、使NO₂与堆积在颗粒过滤器上的微粒进行反应、利用这种NO₂将微粒氧化的废气净化装置。

Claims

1、废气净化方法，其中，在除去从燃烧室排出的废气中的微粒用的颗粒过滤器上载置活性氧放出剂，所述活性氧放出剂当周围存在过剩的氧时，吸入氧并保持氧而在周围的氧浓度降低时将所保持的氧以活性氧的形式放出，在将流入颗粒过滤器的废气的空燃比通常维持在稀混合比的同时，当偶尔暂时切换到浓混合比而将废气空燃比切换到浓混合比时，利用从活性氧放出剂放出的活性氧促进颗粒过滤器上的微粒的氧化反应，借此将颗粒过滤器上的微粒在不产生光焰的情况下氧化除去。

2、废气净化方法，其中，在除去从燃烧室排出的废气中的微粒用的颗粒过滤器上的载置活性氧放出·NO_x吸收剂，所述活性氧放出·NO_x吸收剂当周围存在过剩的氧时吸收氧并保持氧，而当周围氧浓度降低时将所保持的氧以活性氧的形式放出，与此同时，在流入颗粒过滤器的废气的空燃比为稀混合比时吸收废气中的NO_x，当流入颗粒过滤器的废气空燃比变为理论空燃比或浓混合比时，它放出所吸收的NO_x，流入颗粒过滤器的废气的空燃比通常被维持在稀混合比的同时，当偶尔暂时切换成浓混合比而将废气的空燃比切换成浓混合比时，利用从活性氧放出·NO_x吸收剂放出的活性氧促进颗粒过滤器上的微粒的氧化反应，与此同时，还原从活性氧放出·NO_x吸收剂放出的NO_x，借此在不发生光焰的情况下氧化除去颗粒过滤器上的微粒，同时也除去废气中的NO_x。

3、如权利要求1或2所述的废气净化方法，其中，当上述颗粒过滤器在单位时间内从燃烧室排出的排出微粒量少于在颗粒过滤器上单位时间内在不产生光焰的情况下可氧化除去的可氧化除去微粒量时，将微粒在颗粒过滤器上不产生光焰地氧化除去，即使当所述排出微粒量超出所述可氧化除去的微粒量，通过将废气空燃比偶尔暂时切换成浓混合比，维持所述排出微粒量和所述可氧化除去的微粒量，使微粒在颗粒过滤器上不产生光焰地氧化除去。

4、如权利要求3所述的废气净化方法，其中，可氧化除去的微粒量是颗粒过滤器的温度的函数。

5、如权利要求4所述的废气净化方法，其中，可氧化除去的微粒量除了是颗粒过滤器的温度的函数之外，还是废气中的氧浓度或NO_x浓度中至少一个的函数。

6、如权利要求4所述的废气净化方法，其中，可氧化除去的微粒量作为至少颗粒过滤器的温度的函数预先存储。

7、如权利要求3所述的废气净化方法，当所述排出微粒量超过可氧化除去的微粒量时，控制排出微粒量和可氧化除去的微粒量中至少一个，使得所述排出微粒量少于所述可氧化除去的微粒量。

8、如权利要求7所述的废气净化方法，当所述排出微粒量超过所述可氧化除去的微粒量至少预定的数量时，控制排出微粒量和可氧化除去的微粒量中至少一个，使得所述排出微粒量少于可氧化除去的微粒量。

9、如权利要求7所述的废气净化方法，通过提高颗粒过滤器的温度，使所述排出微粒量少于可氧化除去的微粒量。

10、如权利要求7所述的废气净化方法，通过减少所述排出微粒量，使所述排出微粒量少于所述可氧化除去的微粒量。

11、如权利要求7所述的废气净化方法，通过提高废气中的氧浓度，使所述排出微粒量少于所述可氧化除去的微粒量。

12、如权利要求3所述的废气净化方法，计算出在颗粒过滤器上单位时间内无光焰氧化除去的氧化除去的微粒量，当所述排出微粒量超过所述氧化除去的微粒量时，控制所述排出微粒量或可氧化除去的微粒量中至少一个，使得所述排出微粒量少于所述氧化除去的微粒量。

13、如权利要求1或2所述的废气净化方法，在颗粒过滤器上载置贵金属触媒。

14、如权利要求13所述的废气净化方法，在颗粒过滤器上除贵金属触媒之外，还载置碱金属或碱土金属或稀土金属或过渡金属。

15、如权利要求14所述的废气净化方法，其中，上述碱金属及碱土金属为比钙的离子化倾向高的金属。