JP2000303878A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの運転状態にかかわらず常時パティ
キュレートフィルタに捕集されたPMを燃焼可能にす
る。 【解決手段】 リーンバーンガソリンエンジンの排気通
路に、上流側から順に、パティキュレートフィルタ24
と、SOx吸収剤17と、NOx触媒20とを設け、この
NOx触媒20を迂回するバイパス管26を設け、バイ
パス管26の始端部には、排気ガスの経路を切り替える
ための排気切替弁28を設ける。エンジンを理論空燃比
またはリッチ空燃比で燃焼しているときにも、パティキ
ュレートフィルタ24の下流の排気ガスが常に所定濃度
以上の酸素濃度になるように、点火時期の遅角制御等を
実行する。これにより、エンジンの運転状態にかかわら
ず、パティキュレートフィルタ24の全域において捕集
されたPMを燃焼させることが可能になり、PMがパテ
ィキュレートフィルタ24に堆積することがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気通路にパティ
キュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】希薄燃焼可能な内燃機関であるディーゼ
ルエンジンでは、排気ガス中に煤やSOF(Soluble Or
ganic Fraction)等の粒子状物質(以下、PMと略す)
を含むため、これを除去するために排気通路にディーゼ
ルパティキュレートフィルタ(以下、DPFと略す)と
称されるフィルタを設けることが多い。例えば、特開平
9−53442号公報に開示されたディーゼルエンジン
では、排気通路にDPFとリーンNOx触媒を設けてい
る。
【0003】このDPFにPMが堆積すると背圧が上昇
し機関出力の低下を招くので、捕集されたPMを燃焼し
て除去する必要がある。従来のディーゼルエンジンでは
通常の運転状態において常に空燃比がかなりリーンであ
るので、排気ガスの酸素濃度もかなり高く、DPF内の
温度が所定温度以上あればPMを燃焼することができ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年に
おいては、リーン空燃比だけでなく理論空燃比またはリ
ッチ空燃比でも燃焼可能な内燃機関が開発されている。
例えば、希薄燃焼可能なリーンバーンガソリンエンジン
には、低中負荷運転領域ではリーン空燃比制御とされ、
加速時や高負荷運転領域等ではストイキ(理論空燃比)
制御とされ、全負荷運転領域ではリッチ空燃比制御とさ
れるものがある。また、該種内燃機関の排気通路に、流
入排気ガスの空燃比がリーン(即ち、酸素過剰雰囲気
下)のときにNOxを吸収し流入排気ガスの酸素濃度が
低下したときに吸収したNOxを放出しN2に還元する触
媒、いわゆる吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒と
略す)を備えた場合には、内燃機関を理論空燃比または
リッチ空燃比で運転することにより排気ガスの酸素濃度
を低下させ、NOx触媒に吸収されたNOxを放出・還元
させることもある。
【0005】このようなエンジンの排気通路にパティキ
ュレートフィルタを設けると、理論空燃比またはリッチ
空燃比で燃焼している時には排気ガスの酸素濃度が低く
なるため、パティキュレートフィルタ内の温度が前記所
定温度に達していても酸素不足でPMを燃焼することが
できず、PMが堆積する虞れがある。
【0006】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、リーン空燃比での燃焼と理論空燃比またはリッ
チ空燃比での燃焼が可能な内燃機関の排気通路にパティ
キュレートフィルタを設けた場合に、パティキュレート
フィルタにPMが堆積しないようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明は、リーン
空燃比での燃焼と理論空燃比またはリッチ空燃比での燃
焼が可能な内燃機関から排出される排気ガスを浄化する
内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気
通路に設けられたパティキュレートフィルタと、このパ
ティキュレートフィルタの下流の排気ガスが常に所定濃
度以上の酸素濃度になるように排気ガスの組成を制御す
る排気ガス組成制御手段と、を備えることを特徴とす
る。
【0008】この内燃機関において理論空燃比またはリ
ッチ空燃比での燃焼が行われているときには、リーン空
燃比での燃焼のときに比較すると排気ガスの酸素濃度は
低くなる。しかしながら、低いとは言えパティキュレー
トフィルタの下流の排気ガスの酸素濃度が常に所定濃度
以上に保持されることから、パティキュレートフィルタ
の後端まで所定の酸素濃度が確保されることになる。そ
して、パティキュレートフィルタ内部において排気ガス
中の還元剤と酸素が反応してパティキュレートフィルタ
の床温度を昇温し、パティキュレートフィルタに捕集さ
れたPMが燃焼する。その結果、パティキュレートフィ
ルタの全域においてPMの堆積を防止することができ
る。
【0009】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、リーン空燃比での燃焼と理論空燃比またはリッチ
空燃比での燃焼が可能な内燃機関としては、筒内直接噴
射式のリーンバーンガソリンエンジンや、ストイキまた
はリッチ空燃比での燃焼可能なディーゼルエンジンを例
示することができる。
【0010】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、前記パティキュレートフィルタの下流に酸素濃
度検出手段を備え、この酸素濃度検出手段の検出結果に
基づいて前記排気ガス組成制御手段を制御するようにし
てもよい。
【0011】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、前記パティキュレートフィルタに酸化能を有す
る触媒を坦持するのが好ましい。このようにすると、パ
ティキュレートフィルタにおいて還元剤の酸化が促進さ
れ、その結果、パティキュレートフィルタの床温度が昇
温して、PMの燃焼が促進する。
【0012】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、前記パティキュレートフィルタの下流に、流入
する排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し
流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したNO
xを放出しN2に還元する吸蔵還元型NOx触媒を備えて
もよい。
【0013】吸蔵還元型NOx触媒は、例えばアルミナ
を担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウ
ムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ
金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ
土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類か
ら選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属
とが担持されてなるもの例示することができる。
【0014】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、前記排気ガス組成制御手段は、内燃機関の燃焼を
制御することにより排気ガスの組成を制御するものとす
ることができる。例えば、内燃機関の点火時期を遅角さ
せることにより燃焼を不完全なものとし、これによって
未燃焼の燃料および一酸化炭素を増加させるとともに酸
素濃度を増加することができる。この場合には、点火時
期制御手段が排気ガス組成制御手段を構成することにな
る。また、排気再循環装置(所謂、EGR)を備える内
燃機関では、排気再循環量を増大させることにより、燃
焼を緩慢にして酸素の消費量を減らし、これにより排気
ガスの酸素濃度を増加させることができる。この場合に
は、EGR制御手段が排気ガス組成制御手段を構成する
ことになる。
【0015】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、前記排気ガス組成制御手段は、前記内燃機関の気
筒毎に空燃比を変えて燃焼することにより排気ガスの組
成を制御するものとすることができる。例えば、一部の
気筒ではリーン空燃比で燃焼し、他の気筒ではリッチ空
燃比で燃焼することにより、排気ガス全体の空燃比とし
ては理論空燃比またはリッチ空燃比にすることができ、
排気ガス全体として酸素濃度を高くすることができる。
ここで、排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及びパテ
ィキュレートフィルタよりも上流での排気通路内に供給
された空気及び燃料(炭化水素)の比をいう。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の一実施の形態を図1から図4の図面に基い
て説明する。図1は本発明を希薄燃焼可能な車両用ガソ
リンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図であ
る。この図において、符号1は機関本体、符号2はピス
トン、符号3は燃焼室、符号4は点火栓、符号5は吸気
弁、符号6は吸気ポート、符号7は排気弁、符号8は排
気ポートを夫々示す。
【0017】吸気ポート6は対応する枝管9を介してサ
ージタンク10に連結され、各枝管9には夫々吸気ポー
ト6内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁11が取り付
けられている。サージタンク10は吸気ダクト12およ
びエアフロメータ13を介してエアクリーナ14に連結
され、吸気ダクト12内にはスロットル弁15が配置さ
れている。
【0018】一方、排気ポート8は排気マニホルド16
を介してパティキュレートフィルタ(以下、フィルタと
略す)24に連結され、フィルタ24は排気管19を介
してSOx吸収剤17を内蔵したケーシング18に連結
され、ケーシング18の出口部は吸蔵還元型NOx触媒
(以下、NOx触媒という)20を内蔵したケーシング
21に連結され、ケーシング21は排気管22を介して
図示しないマフラーに接続されている。SOx吸収剤1
7およびNOx触媒20については後で詳述する。
【0019】フィルタ24は、多孔質の薄肉壁によって
仕切られた細長い多数のセルを有し、上流側を開口させ
下流側を閉塞させたセルと下流側を開口させ上流側を閉
塞させたセルとを互いに隣接させて配置してなり、排気
ガスは薄肉壁を通って、上流側を開口させたセルから下
流側を開口させたセルに流れ、その際に排気ガス中の煤
やSOFなどのPMが薄肉壁に捕集される構造になって
いる。また、フィルタの薄肉壁には酸化能を有する触媒
(例えば、酸化触媒)が坦持されている。
【0020】ケーシング21の入口部21aと排気管2
2は、NOx触媒20を迂回するバイパス管26によっ
て連結されており、バイパス管26の分岐部であるケー
シング21の入口部21aには、アクチュエータ27に
よって弁体が作動される排気切替弁28が設けられてい
る。この排気切替弁28はアクチュエータ27によっ
て、図1の実線で示されるようにバイパス管26の入口
部を閉鎖し且つNOx触媒20への入口部を全開にする
バイパス閉位置と、図1の破線で示されるようにNOx
触媒20への入口部を閉鎖し且つバイパス管26の入口
部を全開にするバイパス開位置のいずれか一方の位置を
選択して作動せしめられる。
【0021】エンジンコントロール用の電子制御ユニッ
ト(ECU)30はデジタルコンピュータからなり、双
方向バス31によって相互に接続されたROM(リード
オンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモ
リ)33、CPU(セントラルプロセッサユニット)3
4、入力ポート35、出力ポート36を具備する。エア
フロメータ13は吸入空気量に比例した出力電圧を発生
し、この出力電圧がAD変換器37を介して入力ポート
35に入力される。
【0022】フィルタ24の下流の排気管19には、フ
ィルタ24の下流の排気ガスの酸素濃度に比例した出力
電圧を発生するO2センサ(酸素濃度検出手段)25が
取り付けられており、O2センサ25の出力電圧がAD
変換器40を介して入力ポート35に入力される。
【0023】ケーシング21の入口部21aには、SO
x吸収剤17を出た排気ガスの温度に比例した出力電圧
を発生する温度センサ23が取り付けられており、温度
センサ23の出力電圧がAD変換器38を介して入力ポ
ート35に入力される。また、入力ポート35には機関
回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ41が
接続されている。出力ポート36は対応する駆動回路3
9を介して夫々点火栓4および燃料噴射弁11、アクチ
ュエータ27に接続されている。
【0024】このガソリンエンジンでは、例えば次式に
基づいて燃料噴射時間TAUが算出される。 TAU=TP・K ここで、TPは基本燃料噴射時間を示しており、Kは補
正係数を示している。基本燃料噴射時間TPは機関シリ
ンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とする
のに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴
射時間TPは予め実験により求められ、機関負荷Q/N
(吸入空気量Q/機関回転数N)および機関回転数Nの
関数として図2に示すようなマップの形で予めROM3
2内に記憶されている。補正係数Kは機関シリンダ内に
供給される混合気の空燃比を制御するための係数であっ
て、K=1.0であれば機関シリンダ内に供給される混
合気は理論空燃比となる。これに対してK<1.0にな
れば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論
空燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、K>1.
0になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチとなる。
【0025】そして、この実施の形態のガソリンエンジ
ンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Kの値が
1.0よりも小さい値とされてリーン空燃比制御が行わ
れ、機関高負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転
時、加速時、及び120km/h以上の定速運転時には
補正係数Kの値が1.0とされてストイキ制御が行わ
れ、機関全負荷運転領域では補正係数Kの値は1.0よ
りも大きな値とされてリッチ空燃比制御が行われるよう
に設定してある。
【0026】内燃機関では通常、低中負荷運転される頻
度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において
補正係数Kの値が1.0よりも小さくされて、リーン混
合気が燃焼せしめられることになる。
【0027】図3は燃焼室3から排出される排気ガス中
の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図か
らわかるように、燃焼室3から排出される排気ガス中の
未燃HC,COの濃度は燃焼室3内に供給される混合気
の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室3から排出
される排気ガス中の酸素O2の濃度は燃焼室3内に供給
される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【0028】ケーシング21内に収容されているNOx
触媒20は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に
例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セ
シウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カル
シウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イッ
トリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つ
と、白金Ptのような貴金属とが担持されてなる。
【0029】このNOx触媒20を機関の排気通路に配
置すると、NOx触媒20は、流入排気ガスの空燃比
(以下、排気空燃比という)がリーンのときにはNOx
を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収
したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。ここ
で、排気空燃比とは、機関吸気通路およびNOx触媒2
0より上流の排気通路内に供給された空気および燃料
(炭化水素)の比をいう。
【0030】なお、NOx触媒20より上流の排気通路
内に燃料(炭化水素)あるいは空気が供給されない場合
には、排気空燃比は燃焼室3内に供給される混合気の空
燃比に一致し、したがってこの場合には、NOx触媒2
0は燃焼室3内に供給される混合気の空燃比がリーンの
ときにはNOxを吸収し、燃焼室3内に供給される混合
気中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出する
ことになる。
【0031】NOx触媒20によるNOxの吸放出作用の
詳細なメカニズムについては明かでない部分もある。し
かしながら、この吸放出作用は図4に示すようなメカニ
ズムで行われているものと考えられる。次に、このメカ
ニズムについて担体上に白金PtおよびバリウムBaを
担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属,
アルカリ金属,アルカリ土類,希土類を用いても同様な
メカニズムとなる。
【0032】即ち、流入排気ガスの空燃比がかなりリー
ンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、
図4(A)に示されるように酸素O2 がO2 -又はO2-
形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入排気ガスに
含まれるNOは、白金Ptの表面上でO2 -又はO2-と反
応し、NO2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。
【0033】次いで、生成されたNO2の一部は、白金
Pt上で酸化されつつNOx触媒20内に吸収されて酸
化バリウムBaOと結合しながら、図4(A)に示され
るように硝酸イオンNO3 -の形でNOx触媒20内に拡
散する。このようにしてNOxがNOx触媒20内に吸収
される。
【0034】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Ptの表面でNO2が生成され、NOx触媒20のNOx
吸収能力が飽和しない限り、NO2がNOx触媒20内に
吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。
【0035】これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度
が低下してNO2の生成量が低下すると反応が逆方向
(NO3 -→NO2)に進み、NOx触媒20内の硝酸イオ
ンNO 3 -がNO2またはNOの形でNOx触媒20から放
出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下する
と、NOx触媒20からNOxが放出されることになる。
図3に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合い
が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、した
がって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればNO
x触媒20からNOxが放出されることとなる。
【0036】一方、このとき、燃焼室3内に供給される
混合気がストイキまたはリッチ空燃比になると、図3に
示されるように機関からは多量の未燃HC,COが排出
され、これら未燃HC,COは、白金Pt上の酸素O2 -
又はO2-と反応して酸化せしめられる。
【0037】また、排気空燃比が理論空燃比またはリッ
チになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下する
ためにNOx触媒20からNO2またはNOが放出され、
このNO2またはNOは、図4(B)に示されるように
未燃HC、COと反応して還元せしめられてN2とな
る。
【0038】即ち、流入排気ガス中のHC,COは、ま
ず白金Pt上の酸素O2 -又はO2-とただちに反応して酸
化せしめられ、次いで白金Pt上の酸素O2 -又はO2-
消費されてもまだHC,COが残っていれば、このH
C,COによってNOx触媒20から放出されたNOxお
よびエンジンから排出されたNOxがN2に還元せしめら
れる。
【0039】このようにして白金Ptの表面上にNO2
またはNOが存在しなくなると、NOx触媒20から次
から次へとNO2またはNOが放出され、さらにN2に還
元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比
またはリッチにすると短時間の内にNOx触媒20から
NOxが放出されることになる。
【0040】このように、排気空燃比がリーンになると
NOxがNOx触媒20に吸収され、排気空燃比を理論空
燃比あるいはリッチにするとNOxがNOx触媒20から
短時間のうちに放出され、N2に還元される。したがっ
て、大気中へのNOxの排出を阻止することができる。
【0041】ところで、全負荷運転時には燃焼室3内に
供給される混合気をリッチ空燃比とし、また高負荷運転
時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び120
km/h以上の定速運転時には混合気を理論空燃比(ス
トイキ)とし、低中負荷運転時には混合気をリーン空燃
比とした場合には、低中負荷運転時に排気ガス中のNO
xがNOx触媒20に吸収され、全負荷運転時及び高負荷
運転時等にNOx触媒20からNOxが放出され還元され
ることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負
荷運転等の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くそ
の運転時間が長ければ、NOxの放出・還元が間に合わ
なくなり、NOx触媒20のNOx吸収能力(NOx吸収
容量)が飽和してNOxを吸収できなくなってしまう。
【0042】そこで、この実施の形態では、リーン混合
気の燃焼が行われている場合、即ち中低負荷運転を行っ
ているときには、比較的に短い周期でスパイク的(短時
間)にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるよ
うに混合気の空燃比を制御し、短周期的にNOxの放出
・還元を行っている。このようにNOxの吸放出のため
に、排気空燃比(この実施の形態では混合気の空燃比)
が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な理論
空燃比またはリッチ空燃比」を交互に繰り返されるよう
に制御することを、以下の説明ではリーン・リッチスパ
イク制御と称す。
【0043】また、燃料には硫黄(S)が含まれてお
り、燃料中の硫黄が燃焼するとSO2やSO3などの硫黄
酸化物(SOx)が発生し、NOx触媒20は排気ガス中
のこれらSOxも吸収する。NOx触媒20のSOx吸収
メカニズムはNOx吸収メカニズムと同じであると考え
られる。即ち、NOxの吸収メカニズムを説明したとき
と同様に担体上に白金PtおよびバリウムBaを坦持さ
せた場合を例にとって説明すると、前述したように、排
気空燃比がリーンのときには、酸素O2がO2 -又はO2-
の形でNOx触媒20の白金Ptの表面に付着してお
り、流入排気ガス中のSOx(例えばSO2)は白金Pt
の表面上で酸化されてSO3となる。
【0044】その後、生成されたSO3は、白金Ptの
表面で更に酸化されながらNOx触媒20内に吸収され
て酸化バリウムBaOと結合し、硫酸イオンSO4 2-
形でNOx触媒20内に拡散し硫酸塩BaSO4を生成す
る。この硫酸塩BaSO4は安定していて分解しずら
く、前述したリーン・リッチスパイク制御により流入排
気ガスの空燃比を短時間だけ理論空燃比またはリッチに
しても分解されずにNOx触媒20内に残ってしまう。
したがって、時間経過に伴いNOx触媒20内のBaS
4の生成量が増大するとNOx触媒20の吸収に関与で
きるBaOの量が減少してNOxの吸収能力が低下して
しまう。これが即ちSOx被毒である。
【0045】そこで、この実施の形態ではNOx触媒2
0にSOxが流入しないように、流入する排気ガスの空
燃比がリーンのときにSOxを吸収し流入する排気ガス
の酸素濃度が低いときに吸収したSOxを放出するSOx
吸収剤17を、NOx触媒20よりも上流に配置してい
るのである。このSOx吸収剤17は、SOx吸収剤17
に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはSOx
と共にNOxも吸収するが、流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにし酸素濃度が低くなると吸
収したSOxばかりでなくNOxも放出する。
【0046】前述したように、NOx触媒20ではSOx
が吸収されると安定した硫酸塩BaSO4が生成され、
その結果、NOx触媒20に流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにしてもSOxがNOx触媒2
0から放出されなくなる。したがって、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チにしたときにSOx吸収剤17からSOxが放出される
ようにするためには、吸収したSOxが硫酸イオンSO4
2-の形でSOx吸収剤17内に存在するようにするか、
あるいは、硫酸塩BaSO4が生成されたとしても硫酸
塩BaSO4が安定しない状態でSOx吸収剤17に存在
するようにすることが必要となる。これを可能とするS
Ox吸収剤17としては、アルミナからなる担体上に銅
Cu、鉄Fe、マンガンMn、ニッケルNiのような遷
移金属、ナトリウムNa、チタンTiおよびリチウムL
iから選ばれた少なくとも一つを坦持したSOx吸収剤
17を用いることができる。
【0047】このSOx吸収剤17では、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガ
ス中のSO2がSOx吸収剤17の表面で酸化されつつ硫
酸イオンSO4 2-の形でSOx吸収剤17内に吸収され、
次いでSOx吸収剤17内に拡散される。この場合、S
Ox吸収剤17の担体上に白金Pt、パラジウムPd、
ロジウムRhのうちのいずれかを坦持させておくとSO
2がSO3 2-の形で白金Pt、パラジウムPd、ロジウム
Rh上に吸着し易くなり、かくしてSO2は硫酸イオン
SO4 2-の形でSOx吸収剤17内に吸収され易くなる。
したがって、SO2の吸収を促進するためにはSOx吸収
剤17の担体上に白金Pt、パラジウムPd、ロジウム
Rhのいずれかを坦持させることが好ましい。
【0048】このSOx吸収剤17をNOx触媒20の上
流に配置すると、SOx吸収剤17に流入する排気ガス
の空燃比がリーンになると排気ガス中のSOxがSOx吸
収剤17に吸収され、したがって、下流のNOx触媒2
0にはSOxが流れ込まなくなり、NOx触媒20では排
気ガス中のNOxのみが吸収されることになる。
【0049】一方、前述したようにSOx吸収剤17に
吸収されたSOxは硫酸イオンSO4 2 -の形でSOx吸収
剤17に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸
塩BaSO4となっている。したがって、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
チになって酸素濃度が低下するとSOx吸収剤17に吸
収されているSOxがSOx吸収剤17から容易に放出さ
れることになる。
【0050】ところで、本出願人の研究により、SOx
吸収剤17の吸放出作用に関して次のことがわかった。
SOx吸収剤17に吸収されているSOx量が少ないとき
には、SOx吸収剤17のSOx吸着力が強いため、SO
x吸収剤17にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガス
を短時間(例えば5秒以下)流したのではSOx吸収剤
17からSOxは放出されない。これについては、本出
願人は、SOx吸収剤17に吸収されているSOx量が少
ないときに、NOx触媒20からNOxを放出させるため
に行うリーン・リッチスパイク制御のときのリッチスパ
イクの継続時間ではSOx吸収剤17からSOxが放出さ
れないことを確認している。
【0051】しかしながら、SOx吸収剤17に吸収さ
れているSOx量が増えたときには、SOx吸収剤17の
SOx吸着力が弱くなるため、SOx吸収剤17にストイ
キまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合に
もSOx吸収剤17からSOxが漏れ出て、下流のNOx
触媒20を被毒する虞れがある。
【0052】そこで、この実施の形態では、エンジンの
運転状態の履歴からSOx吸収剤17に吸収されたSOx
量を推定し、その推定SOx吸収量が所定量に達した時
をSOx吸収剤17からSOxを放出させるべき時期と判
断して、SOx吸収剤17からSOxを積極的に放出させ
る処理(以下、この処理を再生処理という)を実行す
る。SOx吸収剤17の再生処理を実行するに際し、E
CU30は、機関回転数Nと機関負荷Q/Nからその時
の機関運転状態を判定し、また、温度センサ23で検出
したその時の排気ガス温度をSOx吸収剤17の温度と
して代用し、機関運転状態とSOx吸収剤17の温度に
基づき燃費悪化が少なく最も効率的にSOxを放出でき
るストイキまたはリッチ条件を選定し、選定した空燃比
でエンジンを運転して排出される排気ガスを長時間SO
x吸収剤17に流すことにより実行する。
【0053】また、SOx吸収剤17の温度を所定温度
(例えば、550゜C)以上の高温にすると、SOx吸
収剤17からSOxが放出され易いことが、換言すれば
SOxの放出を促進できることがわかっている。そこ
で、この実施の形態では、ECU30は、SOx吸収剤
17の再生処理実行中、適宜の手段によって排気ガス温
度の温度制御を行い、SOx吸収剤17の温度を前記所
定温度(以下、これをSOx放出温度という)以上に制
御する。
【0054】SOx吸収剤17を再生すると、SOx吸収
剤17から流出した排気ガス(以下、再生処理時にSO
x吸収剤17から排出される排気ガスを再生排気と称
し、非再生処理時にSOx吸収剤17から排出される排
気ガスと区別する場合もある)にはSOx吸収剤17か
ら放出された多量のSOxが含まれることとなるため、
この再生排気がNOx触媒20に流入すると再生排気中
のSOxがNOx触媒20に吸収され、NOx触媒20が
SOx被毒してしまい、SOx吸収剤17を設けた意味が
なくなってしまう。そこで、この実施の形態では、SO
x吸収剤17の再生処理時にSOx吸収剤17から放出さ
れたSOxがNOx触媒20に吸収されるのを阻止するた
めに、SOx吸収剤17の再生処理時には排気切替弁2
8をバイパス開位置に保持して、SOx吸収剤17から
流出した再生排気をバイパス管26内に導くようにして
いる。尚、SOx吸収剤17から放出されたSOxは、排
気ガス中の未燃HC、COによって還元せしめられ、S
2となって放出される。
【0055】また、この実施の形態では、エンジンの高
負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及
び120km/h以上の定速運転時には空燃比がストイ
キ制御され、全負荷運転時には空燃比がリッチ制御とさ
れるようになっている。したがって、これら運転状態の
ときには排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチに
なって、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがSO
x吸収剤17に流入することとなる。
【0056】前述したように、ストイキまたはリッチ空
燃比の排気ガスがSOx吸収剤17に流入しても瞬時で
あればSOx吸収剤17からSOxが放出されることはな
いので何ら問題は生じないが、ある程度継続して流入し
た場合にはSOx吸収剤17からSOxが放出される虞れ
があり、この排気ガスが下流のNOx触媒20に流入す
るとNOx触媒20がSOx被毒する虞れがある。特に、
排気ガス温度が前記SOx放出温度以上になるとSOx吸
収剤17からのSOxの放出が促進されるため、NOx触
媒20がSOx被毒する虞れが大きくなる。
【0057】例えば、エンジン始動時の暖機運転は機関
本体1が暖機されるまで継続されるので長時間に亘る場
合があり、加速時もある程度の時間継続して行われる場
合もあり、120km/h以上の定速運転も高速道路に
おける走行で長時間継続される場合があり、これらの場
合に、前記SOx吸収剤17からSOxが放出される虞れ
がある。
【0058】そこで、この実施の形態では、高負荷運転
時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び120
km/h以上の定速運転時、全負荷運転時など、エンジ
ンの運転状態からの要求により空燃比をストイキまたは
リッチ制御した結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比ま
たはリッチになり、且つ、温度センサ23で検出した排
気ガス温度がSOx放出温度以上になったときには、排
気切替弁28をバイパス開位置に保持して、SOx吸収
剤17から流出した排気ガスをバイパス管26内に導
き、NOx触媒20に流入するのを阻止している。
【0059】つまり、この実施の形態では、SOx吸収
剤17の再生処理を実行しているか否かにかかわらず、
空燃比をストイキ制御またはリッチ制御していて且つ排
気ガス温度がSOx放出温度以上になっているときに
は、SOx吸収剤17から流出した排気ガスをバイパス
管26内に導き、NOx触媒20に流入するのを阻止し
ている。
【0060】ところで、前述したように、フィルタ24
には排気ガス中のPMが捕集されるが、捕集されたPM
を逐次燃焼して除去するのが、排気抵抗の上昇を抑制す
る上で好ましい。
【0061】内燃機関をリーン空燃比で燃焼していると
きには排気ガスの酸素濃度が非常に高いので、フィルタ
24の床温度が所定温度(例えば、500゜C)以上に
なっていれば捕集したPMを燃焼させることができ、し
たがって、フィルタ24にPMが堆積することはない。
【0062】しかしながら、内燃機関を理論空燃比また
はリッチ空燃比で燃焼しているときには、リーン空燃比
で燃焼させたときに比べて排気ガスの酸素濃度がかなり
低くなるため、フィルタ24の床温度が前記所定温度に
達していても酸素不足のため捕集されたPMを燃焼させ
ることができず、フィルタ24にPMが堆積する虞れが
ある。
【0063】これは逆に考えると、内燃機関を理論空燃
比またはリッチ空燃比で燃焼しているときであっても、
フィルタ24内の全域において所定の酸素濃度を確保す
ることができれば、フィルタ24内の全域でPMを燃焼
させることができ、フィルタ24にPMが堆積するのを
防止することができるはずである。
【0064】そこで、この内燃機関の排気浄化装置にお
いては、フィルタ24内の全域において所定の酸素濃度
を確保するために、フィルタ24の下流に設けたO2
ンサ25によってフィルタ24の下流の排気ガスの酸素
濃度(以下、これをフィルタ出ガス酸素濃度と称す)を
管理し、このフィルタ出ガス酸素濃度が常に所定濃度
(例えば、1000ppm)以上となるように、排気ガ
スの組成を制御するようにした。
【0065】なお、本出願人は、フィルタ出ガス酸素濃
度が常に上記所定濃度以上になるためには、通常、フィ
ルタ24の上流の酸素濃度は1%以上必要であることを
確認している。
【0066】ここで、排気ガスの組成を制御する排気ガ
ス組成制御手段は種々考えられるが、この実施の形態で
は、内燃機関の点火時期を制御することにより実現す
る。内燃機関の点火時期制御により内燃機関の燃焼状態
を制御することができ、その結果、排気ガスの酸素濃度
を制御することができるからである。例えば、内燃機関
の点火時期を遅角させると内燃機関の燃焼が不完全なも
のとなり、これによって排気ガス中の未燃焼の燃料およ
び一酸化炭素を増加させるとともに酸素濃度を増大させ
ることができる。
【0067】更に具体的な制御例を挙げると、予め実験
を行って、エンジンの運転状態毎にフィルタ出ガス酸素
濃度の不足度合に応じてこれを前記所定の酸素濃度にす
るために必要な点火時期の遅角の大きさを求め、これを
マップにして予めECU30のROMに記憶しておく。
そして、ECU30は、O2センサ25により検出した
酸素濃度に基づいて酸素濃度の不足度合を算出し、前記
マップを参照して点火時期の遅角の大きさを求め、点火
時期の遅角制御を実行する。
【0068】このように、フィルタ出ガス酸素濃度が常
に所定濃度以上になるように制御すると、ストイキまた
はリッチ空燃比の排気ガスがフィルタ24を流れる際に
は、排気ガス中の還元剤(HC,CO)が酸素と反応し
て、その反応熱でフィルタ24の床温度を上昇させるの
で、フィルタ24内の酸素量がリーン空燃比の排気ガス
のときに比べて少なくても、フィルタ24においてPM
を燃焼することができる。特に、この実施の形態では、
フィルタ24に酸化触媒を坦持したことにより、フィル
タ24内での還元剤と酸素の反応が促進され、フィルタ
24の床温度の昇温が促進されるので、PMの燃焼を促
進することができる。
【0069】これにより、内燃機関をリーン空燃比で燃
焼しているときに限らず、内燃機関の空燃比をストイキ
制御している時にも、リッチ制御している時にも、ある
いは、リーン・リッチスパイク制御におけるリッチスパ
イクの時にも、フィルタ24に捕集されたPMをフィル
タ24に堆積させずに燃焼させることができる。
【0070】また、フィルタ24に捕集されるPMに
は、高沸点のHCなど、SOx吸収剤17のSOx吸収を
阻害したりNOx触媒20のNOx吸収を阻害する成分も
含まれており、したがって、これら成分がSOx吸収剤
17やNOx触媒20に流入しなくなるので、SOx吸収
剤17およびNOx触媒20の浄化能を高く維持するこ
とができる。
【0071】次に、排気ガスの流れを場合に分けて説明
する。 <リーン・リッチスパイク制御>空燃比をリーン・リッ
チスパイク制御しているときには、排気切替弁28を図
1において実線で示すようにバイパス閉位置に保持す
る。このようにすると、排気ガスはフィルタ24、SO
x吸収剤17、NOx触媒20の順に流れ、バイパス管2
6には流れない。
【0072】このときには、排気ガス中のPMはフィル
タ24に捕集されて除去され、また、捕集されたPMは
フィルタ24において燃焼し、H2O,CO2等となって
SOx吸収剤17へと流れる。
【0073】また、排気ガス中のSOxはSOx吸収剤1
7に吸収され、NOx触媒20にはSOxを含まない排気
ガスが流れることとなり、NOx触媒20のSOx被毒が
防止される。また、排気ガス中のNOxもNOx触媒20
において浄化(吸放出・還元浄化)されN2となって放
出される。
【0074】<ストイキまたはリッチ制御、SOx放出
温度以下の時>次に、空燃比をストイキ制御またはリッ
チ制御しているときであって、SOx吸収剤17の温度
がSOx放出温度(例えば、約550゜C)に達してい
ないときには、前述したリーン・リッチスパイク制御の
ときと同様に、排気切替弁28をバイパス閉位置に保持
し、排気ガスをSOx吸収剤17からNOx触媒20に流
し、バイパス管26には流れないようにする。
【0075】この場合も、排気ガス中のPMはフィルタ
24に捕集されて除去され、また、捕集されたPMはフ
ィルタ24において燃焼し、H2O,CO2,CO等とな
ってSOx吸収剤17へと流れる。
【0076】また、SOx吸収剤17の温度がSOx放出
温度に達していないので、排気ガス中のSOxはSOx吸
収剤17に吸収され、NOx触媒20にはSOxを含まな
い排気ガスが流れることとなり、NOx触媒20がSOx
被毒することはない。そして、ストイキまたはリッチ空
燃比の排気ガスがNOx触媒20に流れることにより、
NOx触媒20に吸収されているNOxが放出され、N2
に還元浄化される。
【0077】<ストイキまたはリッチ制御でSOx放出
温度以上の時、およびSOx吸収剤の再生処理時>次
に、エンジンの暖機運転など内燃機関の運転状態からの
要求により排気ガスの空燃比をストイキ制御またはリッ
チ制御しているときであってSOx吸収剤17の温度が
SOx放出温度以上であるとき、及び、SOx吸収剤17
の再生処理時には、排気切替弁28を図1において破線
で示すようにバイパス開位置に保持する。このようにす
ると、排気ガスは、フィルタ24、SOx吸収剤17、
バイパス管26の順に流れ、NOx触媒20には流れな
い。
【0078】この場合にも、排気ガス中のPMはフィル
タ24に捕集されて除去され、また、捕集されたPMは
フィルタ24において燃焼し、H2O,CO2,CO等と
なってSOx吸収剤17へと流れる。
【0079】また、ストイキまたはリッチ空燃比の排気
ガスがSOx吸収剤17に流れることにより、SOx触媒
17に吸収されているSOxが放出され、放出されたS
Oxは排気ガス中の未燃HCやCOによって還元せしめ
られ、SO2となって排出される。このSO2を含む排気
ガスはバイパス管26を通って大気に放出され、NOx
触媒20には流れないので、NOx触媒20がSOx被毒
することはない。また、同時に、SOx触媒17に吸収
されているNOxも放出され、N2に還元浄化される。
【0080】〔他の実施の形態〕前述した実施の形態で
は、排気ガスの組成を制御する排気ガス組成制御手段は
内燃機関の点火時期の制御により実現したが、排気ガス
組成制御手段はこれに限るものではない。
【0081】例えば、EGR装置を備えている内燃機関
であれば、排気ガス組成制御手段はEGR量の制御によ
り実現可能である。EGR量を増大することにより燃焼
を緩慢にすると、消費されずに排気ガス中に残る酸素量
を多くすることができるからである。これも内燃機関の
燃焼を制御することにより排気ガスの組成を制御する排
気ガス組成制御手段ということができる。
【0082】また、内燃機関が多気筒の場合には、気筒
毎に異なる空燃比に制御することにより排気ガス組成制
御手段を実現することができる。例えば、一部の気筒で
はリーン空燃比で燃焼し、他の気筒ではリッチ空燃比で
燃焼することにより、排気ガス全体の空燃比としては理
論空燃比またはリッチ空燃比にすることができ、排気ガ
ス全体として酸素濃度を高くすることができる。この場
合には、リーン空燃比で燃焼させる気筒数とリッチ空燃
比で燃焼させる気筒数の設定により、あるいは、リッチ
空燃比のリッチ度合の設定により、あるいは、これらを
組み合わせることにより、排気ガスの酸素濃度の大きさ
を所望に制御することができる。
【0083】前述した各実施の形態では本発明をガソリ
ンエンジンに適用した例で説明したが、ストイキまたは
リッチ空燃比での燃焼も可能なディーゼルエンジンにも
本発明は適用可能である。ストイキまたはリッチ空燃比
での燃焼も可能なディーゼルエンジンとしては、EGR
装置を備えたディーゼルエンジンを例示することができ
る。
【0084】
【発明の効果】本出願に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、排気通路に設けられたパティキュレートフィル
タと、このパティキュレートフィルタの下流の排気ガス
が常に所定濃度以上の酸素濃度になるように排気ガスの
組成を制御する排気ガス組成制御手段と、を備えたこと
により、内燃機関の運転状態にかかわらず常時パティキ
ュレートフィルタに捕集されたPMを燃焼させることが
できるので、パティキュレートフィルタにPMが堆積す
るのを防止することができ、その結果、排気抵抗の上昇
を防止することができるという優れた効果が奏される。
【0085】また、パティキュレートフィルタの下流に
吸蔵還元型NOx触媒を備えた場合には、吸蔵還元型N
Ox触媒にPMが流入しなくなるので、吸蔵還元型NOx
触媒の浄化能を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一の
実施の形態の概略構成図である。
【図2】 基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図で
ある。
【図3】 機関から排出される排気ガス中の未燃HC,
COおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図4】 吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸放出作用を説
明するための図である。
【符号の説明】
1 機関本体(内燃機関) 3 燃焼室 4 点火栓 11 燃料噴射弁 16,19,22 排気管(排気通路) 17 SOx吸収剤 20 NOx触媒(吸蔵還元型NOx触媒) 24 パティキュレートフィルタ 25 O2センサ(酸素濃度検出手段) 26 バイパス管 28 排気切替弁 30 ECU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/14 310 F02D 41/14 310N 41/40 41/40 N Fターム(参考) 3G090 AA03 CA01 CA02 CB04 DA10 EA02 3G091 AA17 AA18 AB05 AB13 BA13 BA14 CB02 DC01 EA01 EA05 EA34 FB12 GB02W GB03W GB04W GB06W GB10X HA16 HA36 3G301 HA01 HA02 JA21 JA25 MA01 MA12 ND01 PA01Z PD03A PD03Z PE01Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リーン空燃比での燃焼と理論空燃比また
    はリッチ空燃比での燃焼が可能な内燃機関から排出され
    る排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置におい
    て、 前記内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレート
    フィルタと、 このパティキュレートフィルタの下流の排気ガスが常に
    所定濃度以上の酸素濃度になるように排気ガスの組成を
    制御する排気ガス組成制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記パティキュレートフィルタの下流に
    酸素濃度検出手段を備え、この酸素濃度検出手段の検出
    結果に基づいて前記排気ガス組成制御手段が制御される
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化
    装置。
  3. 【請求項3】 前記パティキュレートフィルタには、酸
    化能を有する触媒が坦持されていることを特徴とする請
    求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項4】 前記パティキュレートフィルタの下流
    に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにNOx
    を吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収
    したNOxを放出しN2に還元する吸蔵還元型NOx触媒
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
  5. 【請求項5】 前記排気ガス組成制御手段は、内燃機関
    の燃焼を制御することにより排気ガスの組成を制御する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
  6. 【請求項6】 前記排気ガス組成制御手段は、前記内燃
    機関の気筒毎に空燃比を変えて燃焼することにより排気
    ガスの組成を制御することを特徴とする請求項1または
    2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2819549A1 (fr) * 2001-01-12 2002-07-19 Renault Systeme de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
WO2002090731A1 (fr) * 2001-04-26 2002-11-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Dispositif de regulation d'emission de gaz polluants
WO2003014539A1 (en) * 2001-08-08 2003-02-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha An exhaust gas purification device
JP2003074331A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス浄化装置及び排ガス処理方法
FR2834755A1 (fr) * 2002-01-16 2003-07-18 Toyota Motor Co Ltd Moteur a combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'echappement et procede de commande des gaz d'echappement
US6914023B2 (en) 2002-07-16 2005-07-05 Tdk Corporation Substrate for flat panel display and thin film electroluminecence element
CN1333156C (zh) * 2003-10-20 2007-08-22 丰田自动车株式会社 废气净化系统
WO2007111372A1 (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置
JP2009074543A (ja) * 2007-09-24 2009-04-09 Deere & Co 内燃機関用の連続再生式粒子フィルタ
FR2928175A1 (fr) 2008-02-29 2009-09-04 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de traitement des suies emises par un moteur thermique a essence.
US7610753B2 (en) 2001-04-19 2009-11-03 Nissan Motor Co., Ltd. Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine and method thereof
WO2011027439A1 (ja) * 2009-09-02 2011-03-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のegr制御システム
EP2573368A1 (fr) 2011-09-22 2013-03-27 IFP Energies Nouvelles Procédé de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe d'essence, notamment à allumage commandé

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2819549A1 (fr) * 2001-01-12 2002-07-19 Renault Systeme de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
US7610753B2 (en) 2001-04-19 2009-11-03 Nissan Motor Co., Ltd. Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine and method thereof
AU2002233656B2 (en) * 2001-04-26 2004-06-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust emission control device
US6820418B2 (en) 2001-04-26 2004-11-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification apparatus
WO2002090731A1 (fr) * 2001-04-26 2002-11-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Dispositif de regulation d'emission de gaz polluants
CZ298168B6 (cs) * 2001-04-26 2007-07-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Zarízení pro cistení výfukového plynu
US6898930B2 (en) 2001-08-08 2005-05-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device
WO2003014539A1 (en) * 2001-08-08 2003-02-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha An exhaust gas purification device
JP2003074331A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス浄化装置及び排ガス処理方法
FR2834755A1 (fr) * 2002-01-16 2003-07-18 Toyota Motor Co Ltd Moteur a combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'echappement et procede de commande des gaz d'echappement
US6978603B2 (en) 2002-01-16 2005-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control device-equipped internal combustion engine and exhaust gas control method
US6914023B2 (en) 2002-07-16 2005-07-05 Tdk Corporation Substrate for flat panel display and thin film electroluminecence element
CN1333156C (zh) * 2003-10-20 2007-08-22 丰田自动车株式会社 废气净化系统
WO2007111372A1 (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置
US8033100B2 (en) 2006-03-23 2011-10-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purification device of compression ignition type internal combustion engine
JP2009074543A (ja) * 2007-09-24 2009-04-09 Deere & Co 内燃機関用の連続再生式粒子フィルタ
FR2928175A1 (fr) 2008-02-29 2009-09-04 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de traitement des suies emises par un moteur thermique a essence.
WO2011027439A1 (ja) * 2009-09-02 2011-03-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のegr制御システム
JP5099263B2 (ja) * 2009-09-02 2012-12-19 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のegr制御システム
EP2573368A1 (fr) 2011-09-22 2013-03-27 IFP Energies Nouvelles Procédé de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe d'essence, notamment à allumage commandé

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