JP3521880B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
装置に関する。
の微粒子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフ
ィルタを機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキ
ュレートフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子
が捕集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置
が知られている。この種の内燃機関の排気浄化装置の例
としては例えば特公平7−106290号公報に記載さ
れたものがある。
06290号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置
ではパティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流
れが逆転されない。このためパティキュレートフィルタ
の壁に捕集される微粒子をパティキュレートフィルタの
壁の一方の面と他方の面とに分散することができない。
その結果、ある一定量以上の微粒子がパティキュレート
フィルタの壁に捕集されると、微粒子を除去しようとす
る作用がすべての微粒子に十分に伝わらなくなってしま
う。したがって特開平7−106290号公報に記載さ
れた内燃機関の排気浄化装置ではパティキュレートフィ
ルタに流入する微粒子量がある一定量以上になると、そ
のすべての微粒子がパティキュレートフィルタの壁の一
方の面に捕集されてしまうのに伴い、パティキュレート
フィルタの有する微粒子除去作用がすべての微粒子に十
分に伝わらなくなってしまい、その結果、微粒子がパテ
ィキュレートフィルタの壁に堆積してしまう。このため
パティキュレートフィルタが目詰まりし、背圧が上昇し
てしまう。
ートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させ、パ
ティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を酸化
除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝える
ことにより微粒子がパティキュレートフィルタの壁に堆
積してしまうのを阻止すると共にパティキュレートフィ
ルタの過剰な昇温に伴うパティキュレートフィルタの溶
損やクラックの発生を回避することができる内燃機関の
排気浄化装置を提供することを目的とする。
よれば燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集
し、酸化するためのパティキュレートフィルタを機関排
気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィル
タを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるよ
うになっている内燃機関の排気浄化装置において、パテ
ィキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転
させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガスがパテ
ィキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互
にパティキュレートフィルタを通過しうるようにし、予
め定められたタイミングであってパティキュレートフィ
ルタの温度が予め定められた温度以下のときには排気ガ
スの流れを逆転させるのを許容し、前記予め定められた
タイミングであってもパティキュレートフィルタの温度
が前記予め定められた温度より高いときには排気ガスの
流れを逆転させるのを禁止するようにした内燃機関の排
気浄化装置が提供される。
ではパティキュレートフィルタに捕集された微粒子が酸
化されると共にパティキュレートフィルタを通過する排
気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスがパテ
ィキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互
にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。この
ためパティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大
部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面にお
いて捕集されてしまうのを回避すると共にパティキュレ
ートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒
子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。さらに請
求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置では排気ガスの
流れを逆転させることが必要とされる予め定められたタ
イミングで原則的に排気ガスの流れが逆転され、その予
め定められたタイミングであっても、パティキュレート
フィルタの溶損やクラックの発生の可能性があるときに
は例外的に排気ガスの流れを逆転させることが禁止され
る。詳細には予め定められたタイミングであってパティ
キュレートフィルタの温度が予め定められた温度以下の
ときには排気ガスの流れを逆転させるのが許容され、前
記予め定められたタイミングであってもパティキュレー
トフィルタの温度が前記予め定められた温度より高いと
きには排気ガスの流れを逆転させるのが禁止される。こ
のためパティキュレートフィルタの温度が高いときに排
気ガスの流れを逆転させるのに伴ってパティキュレート
フィルタの温度がさらに上昇してしまい、その結果、パ
ティキュレートフィルタが溶損したり、パティキュレー
トフィルタにクラックが発生したりするのを回避するこ
とができる。
供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生量
が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される
不活性ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内におけ
る燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度
よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関
を用い、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量より
も燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほと
んど発生しない低温燃焼と、煤の発生量がピークとなる
不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガス
の量が少ない通常燃焼とを実行できるようにし、通常燃
焼の実行時にはパティキュレートフィルタが前記予め定
められた温度以下のときであっても所定の温度より高い
ときに排気ガスの流れを逆転させるのが禁止される請求
項1に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
では通常燃焼の実行時には低温燃焼の実行時に比べてパ
ティキュレートフィルタ内の酸素量が多くなるためにパ
ティキュレートフィルタの温度上昇率が高くなる可能性
が高いことに鑑み、通常燃焼の実行時にはパティキュレ
ートフィルタが前記予め定められた温度以下のときであ
っても所定の温度より高いときに排気ガスの流れを逆転
させるのが禁止される。このためパティキュレートフィ
ルタの温度がそれほど高くないものの通常燃焼が実行さ
れているためにパティキュレートフィルタの温度上昇率
が高いときに排気ガスの流れを逆転させるのに伴ってパ
ティキュレートフィルタの温度が高い温度まで急激に上
昇してしまい、その結果、パティキュレートフィルタが
溶損したり、パティキュレートフィルタにクラックが発
生したりするのを回避することができる。
排出された排気ガス中の微粒子を捕集し、酸化するため
のパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置
し、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過すると
きに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている
内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフ
ィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排
気ガス逆流手段を設け、排気ガスがパティキュレートフ
ィルタの一方の側と他方の側とから交互にパティキュレ
ートフィルタを通過しうるようにし、予め定められたタ
イミングであってパティキュレートフィルタの温度上昇
率が予め定められた値以下のときには排気ガスの流れを
逆転させるのを許容し、前記予め定められたタイミング
であってもパティキュレートフィルタの温度上昇率が前
記予め定められた値より高いときには排気ガスの流れを
逆転させるのを禁止するようにした内燃機関の排気浄化
装置が提供される。
ではパティキュレートフィルタに捕集された微粒子が酸
化されると共にパティキュレートフィルタを通過する排
気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスがパテ
ィキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互
にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。この
ためパティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大
部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面にお
いて捕集されてしまうのを回避すると共にパティキュレ
ートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒
子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。さらに請
求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置では排気ガスの
流れを逆転させることが必要とされる予め定められたタ
イミングで原則的に排気ガスの流れが逆転され、その予
め定められたタイミングであっても、パティキュレート
フィルタの溶損やクラックの発生の可能性があるときに
は例外的に排気ガスの流れを逆転させることが禁止され
る。詳細には予め定められたタイミングであってパティ
キュレートフィルタの温度上昇率が予め定められた値以
下のときには排気ガスの流れを逆転させるのが許容さ
れ、前記予め定められたタイミングであってもパティキ
ュレートフィルタの温度上昇率が前記予め定められた値
より高いときには排気ガスの流れを逆転させるのが禁止
される。このためパティキュレートフィルタの温度上昇
率が高いときに排気ガスの流れを逆転させるのに伴って
パティキュレートフィルタの温度上昇率がさらに上昇
し、パティキュレートフィルタの温度が高い温度まで急
激に上昇してしまい、その結果、パティキュレートフィ
ルタが溶損したり、パティキュレートフィルタにクラッ
クが発生したりするのを回避することができる。
排出された排気ガス中の微粒子を捕集し、酸化するため
のパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置
し、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過すると
きに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている
内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフ
ィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排
気ガス逆流手段を設け、排気ガスがパティキュレートフ
ィルタの一方の側と他方の側とから交互にパティキュレ
ートフィルタを通過しうるようにし、パティキュレート
フィルタが硫黄被毒したときにパティキュレートフィル
タの温度を上昇させることによってパティキュレートフ
ィルタの硫黄被毒を回復できるようにし、予め定められ
たタイミングであってパティキュレートフィルタの硫黄
被毒回復が実行中でないときには排気ガスの流れを逆転
させるのを許容し、前記予め定められたタイミングであ
ってもパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行
中のときには排気ガスの流れを逆転させるのを禁止する
ようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
ではパティキュレートフィルタに捕集された微粒子が酸
化されると共にパティキュレートフィルタを通過する排
気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスがパテ
ィキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互
にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。この
ためパティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大
部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面にお
いて捕集されてしまうのを回避すると共にパティキュレ
ートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒
子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。さらに請
求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置では排気ガスの
流れを逆転させることが必要とされる予め定められたタ
イミングで原則的に排気ガスの流れが逆転され、その予
め定められたタイミングであっても、パティキュレート
フィルタの溶損やクラックの発生の可能性があるときに
は例外的に排気ガスの流れを逆転させることが禁止され
る。詳細には予め定められたタイミングであってパティ
キュレートフィルタの温度を上昇させることによるパテ
ィキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行中でないと
きには排気ガスの流れを逆転させるのが許容され、前記
予め定められたタイミングであってもパティキュレート
フィルタの温度を上昇させることによるパティキュレー
トフィルタの硫黄被毒回復が実行中のときには排気ガス
の流れを逆転させるのが禁止される。このためパティキ
ュレートフィルタの硫黄被毒を回復させるためにパティ
キュレートフィルタの温度が上昇せしめられているとき
に排気ガスの流れを逆転させるのに伴ってパティキュレ
ートフィルタの温度がさらに上昇してしまい、その結
果、パティキュレートフィルタが溶損したり、パティキ
ュレートフィルタにクラックが発生したりするのを回避
することができる。
排出された排気ガス中の微粒子を捕集し、酸化するため
のパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置
し、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過すると
きに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている
内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフ
ィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排
気ガス逆流手段を設け、排気ガスがパティキュレートフ
ィルタの一方の側と他方の側とから交互にパティキュレ
ートフィルタを通過しうるようにし、パティキュレート
フィルタが硫黄被毒したときにパティキュレートフィル
タの温度を上昇させることによってパティキュレートフ
ィルタの硫黄被毒を回復できるようにし、予め定められ
たタイミングであってパティキュレートフィルタの硫黄
被毒回復の実行中にパティキュレートフィルタの温度が
予め定められた温度以下のときには排気ガスの流れを逆
転させるのを許容し、前記予め定められたタイミングで
あってもパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復の実
行中にパティキュレートフィルタの温度が前記予め定め
られた温度より高いときには排気ガスの流れを逆転させ
るのを禁止するようにした内燃機関の排気浄化装置が提
供される。
ではパティキュレートフィルタに捕集された微粒子が酸
化されると共にパティキュレートフィルタを通過する排
気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスがパテ
ィキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互
にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。この
ためパティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大
部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面にお
いて捕集されてしまうのを回避すると共にパティキュレ
ートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒
子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。さらに請
求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置では排気ガスの
流れを逆転させることが必要とされる予め定められたタ
イミングで原則的に排気ガスの流れが逆転され、その予
め定められたタイミングであっても、パティキュレート
フィルタの溶損やクラックの発生の可能性があるときに
は例外的に排気ガスの流れを逆転させることが禁止され
る。詳細には予め定められたタイミングであってパティ
キュレートフィルタの温度を上昇させることによるパテ
ィキュレートフィルタの硫黄被毒回復の実行中にパティ
キュレートフィルタの温度が予め定められた温度以下の
ときには排気ガスの流れを逆転させるのが許容され、前
記予め定められたタイミングであってもパティキュレー
トフィルタの温度を上昇させることによるパティキュレ
ートフィルタの硫黄被毒回復の実行中にパティキュレー
トフィルタの温度が前記予め定められた温度より高いと
きには排気ガスの流れを逆転させるのが禁止される。こ
のためパティキュレートフィルタの硫黄被毒を回復させ
るためにパティキュレートフィルタの温度が上昇せしめ
られているときであってパティキュレートフィルタの温
度が高いときに排気ガスの流れを逆転させるのに伴って
パティキュレートフィルタの温度がさらに上昇してしま
い、その結果、パティキュレートフィルタが溶損した
り、パティキュレートフィルタにクラックが発生したり
するのを回避することができる。その上、パティキュレ
ートフィルタの硫黄被毒回復の実行されているときであ
ってもパティキュレートフィルタの温度が低くパティキ
ュレートフィルタの溶損やクラックの発生の可能性が低
いときには排気ガスの流れを逆転させるのが禁止されな
いため、排気ガスの流れを逆転させるのが頻繁に禁止さ
れる場合に比べ、微粒子をパティキュレートフィルタの
壁の両方の面に分散させて捕集することができる。
排出された排気ガス中の微粒子を捕集し、酸化するため
のパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置
し、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過すると
きに排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている
内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフ
ィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排
気ガス逆流手段を設け、排気ガスがパティキュレートフ
ィルタの一方の側と他方の側とから交互にパティキュレ
ートフィルタを通過しうるようにし、パティキュレート
フィルタが硫黄被毒したときにパティキュレートフィル
タの温度を上昇させることによってパティキュレートフ
ィルタの硫黄被毒を回復できるようにし、予め定められ
たタイミングであってパティキュレートフィルタの硫黄
被毒回復の実行中にパティキュレートフィルタの温度上
昇率が予め定められた値以下のときには排気ガスの流れ
を逆転させるのを許容し、前記予め定められたタイミン
グであってもパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復
の実行中にパティキュレートフィルタの温度上昇率が前
記予め定められた値より高いときには排気ガスの流れを
逆転させるのを禁止するようにした内燃機関の排気浄化
装置が提供される。
ではパティキュレートフィルタに捕集された微粒子が酸
化されると共にパティキュレートフィルタを通過する排
気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスがパテ
ィキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互
にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。この
ためパティキュレートフィルタ内に流入した微粒子の大
部分が、パティキュレートフィルタの壁の一方の面にお
いて捕集されてしまうのを回避すると共にパティキュレ
ートフィルタの壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒
子に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。さらに請
求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置では排気ガスの
流れを逆転させることが必要とされる予め定められたタ
イミングで原則的に排気ガスの流れが逆転され、その予
め定められたタイミングであっても、パティキュレート
フィルタの溶損やクラックの発生の可能性があるときに
は例外的に排気ガスの流れを逆転させることが禁止され
る。詳細には予め定められたタイミングであってパティ
キュレートフィルタの温度を上昇させることによるパテ
ィキュレートフィルタの硫黄被毒回復の実行中にパティ
キュレートフィルタの温度上昇率が予め定められた値以
下のときには排気ガスの流れを逆転させるのが許容さ
れ、前記予め定められたタイミングであってもパティキ
ュレートフィルタの温度を上昇させることによるパティ
キュレートフィルタの硫黄被毒回復の実行中にパティキ
ュレートフィルタの温度上昇率が前記予め定められた値
より高いときには排気ガスの流れを逆転させるのが禁止
される。このためパティキュレートフィルタの硫黄被毒
を回復させるためにパティキュレートフィルタの温度が
上昇せしめられているときであってパティキュレートフ
ィルタの温度上昇率が高いときに排気ガスの流れを逆転
させるのに伴ってパティキュレートフィルタの温度上昇
率がさらに上昇し、パティキュレートフィルタの温度が
高い温度まで急激に上昇してしまい、その結果、パティ
キュレートフィルタが溶損したり、パティキュレートフ
ィルタにクラックが発生したりするのを回避することが
できる。その上、パティキュレートフィルタの硫黄被毒
回復の実行されているときであってもパティキュレート
フィルタの温度上昇率が低くパティキュレートフィルタ
の溶損やクラックの発生の可能性が低いときには排気ガ
スの流れを逆転させるのが禁止されないため、排気ガス
の流れを逆転させるのが頻繁に禁止される場合に比べ、
微粒子をパティキュレートフィルタの壁の両方の面に分
散させて捕集することができる。
キュレートフィルタに捕集された微粒子は微粒子酸化促
進成分である活性酸素によって酸化される請求項1〜6
のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供
される。
ではパティキュレートフィルタに捕集された微粒子が、
微粒子酸化促進成分である活性酸素によって酸化され
る。このため微粒子の酸化性能を向上させ、微粒子を連
続的に酸化させることができやすくなる。
実施例について説明する。
圧縮着火式内燃機関に適用した第1の実施例を示してい
る。なお本発明は火花点火式内燃機関にも適用すること
もできる。図1を参照すると、1は機関本体、2はシリ
ンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5
は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8
は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示
す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサー
ジタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダク
ト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッ
サ15に連結される。吸気ダクト13内にはステップモ
ータ16により駆動されるスロットル弁17が配置さ
れ、さらに吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を
流れる吸入空気を冷却するための冷却装置18が配置さ
れる。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置
18内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却さ
れる。一方、排気ポート10は排気マニホルド19およ
び排気管20を介して排気ターボチャージャ14の排気
タービン21に連結され、排気タービン21の出口はパ
ティキュレートフィルタ22を内蔵したケーシング23
に連結される。
を順流方向にも逆流方向にも流すことができるように構
成されている。71は排気ガスがパティキュレートフィ
ルタ22を順流方向に通過するときにパティキュレート
フィルタ22の上流側通路となる第1通路、72は排気
ガスがパティキュレートフィルタ22を逆流方向に通過
するときにパティキュレートフィルタ22の上流側通路
となる第2通路である。73は排気ガスの流れを順流方
向と逆流方向とバイパス状態とで切り換えるための排気
切換バルブ、74は排気切換バルブ駆動装置である。
は排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介
して互いに連結され、EGR通路24内には電気制御式
EGR制御弁25が配置される。またEGR通路24周
りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却する
ための冷却装置26が配置される。図1に示される実施
例では機関冷却水が冷却装置26内に導かれ、機関冷却
水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射
弁6は燃料供給管26を介して燃料リザーバ、いわゆる
コモンレール27に連結される。このコモンレール27
内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ28から燃
料が供給され、コモンレール27内に供給された燃料は
各燃料供給管26を介して燃料噴射弁6に供給される。
コモンレール27にはコモンレール27内の燃料圧を検
出するための燃料圧センサ29が取付けられ、燃料圧セ
ンサ29の出力信号に基づいてコモンレール27内の燃
料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ28の吐出量
が制御される。
ータからなり、双方向性バス31によって互いに接続さ
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(マイクロプロセッ
サ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備
する。燃料圧センサ29の出力信号は対応するAD変換
器37を介して入力ポート35に入力される。またケー
シング23にはパティキュレートフィルタ22の温度を
検出するための温度センサ39が取付けられ、この温度
センサ39の出力信号は対応するAD変換器37を介し
て入力ポート35に入力される。ケーシング23よりも
排気ガス流れ上流側の排気管20には背圧を検出するた
めの背圧センサ43が取付けられ、この背圧センサ43
の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポー
ト35に入力される。ケーシング23よりも排気ガス流
れ下流側の排気管20には背圧を検出するための背圧セ
ンサ44が取付けられ、この背圧センサ44の出力信号
は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入
力される。アクセルペダル40にはアクセルペダル40
の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ
41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応する
AD変換器37を介して入力ポート35に入力される。
さらに入力ポート35にはクランクシャフトが例えば3
0°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角セン
サ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する
駆動回路38を介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動
用ステップモータ16、EGR制御弁25、燃料ポンプ
28および排気切換バルブ駆動装置74に接続される。
造を示す。図2において(A)はパティキュレートフィ
ルタ22の正面図を示しており、(B)はパティキュレ
ートフィルタ22の側面断面図を示している。図2
(A)および(B)に示されるようにパティキュレート
フィルタ22はハニカム構造をなしており、互いに平行
をなして延びる複数個の排気流通路50,51を具備す
る。これら排気流通路は下流端が栓52により閉塞され
た排気ガス流入通路50と、上流端が栓53により閉塞
された排気ガス流出通路51とにより構成される。なお
図2(A)においてハッチングを付した部分は栓53を
示している。したがって排気ガス流入通路50および排
気ガス流出通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配
置される。云い換えると排気ガス流入通路50および排
気ガス流出通路51は各排気ガス流入通路50が4つの
排気ガス流出通路51によって包囲され、各排気ガス流
出通路51が4つの排気ガス流入通路50によって包囲
されるように配置される。パティキュレートフィルタ2
2は例えばコージライトのような多孔質材料から形成さ
れており、したがって排気ガス流入通路50内に流入し
た排気ガスは図2(B)において矢印で示されるように
周囲の隔壁54内を通って隣接する排気ガス流出通路5
1内に流出する。
路50および各排気ガス流出通路51の周壁面、すなわ
ち各隔壁54の両側表面上、栓53の外端面および栓5
2,53の内端面上には全面に亘って例えばアルミナか
らなる担体の層が形成されており、この担体上には貴金
属触媒、および微粒子の酸化を促進する微粒子酸化促進
成分を発生する微粒子酸化促進成分発生剤として、周囲
に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しか
つ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素
の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤が、パティキ
ュレートフィルタの隔壁54の表面上に一時的に捕集さ
れた微粒子を酸化するための酸化触媒として担持されて
いる。
触媒として白金Ptが用いられており、酸素吸蔵・活性
酸素放出剤としてカリウムK、ナトリウムNa、リチウ
ムLi、セシウムCs、ルビジウムRbのようなアルカ
リ金属、バリウムBa、カルシウムCa、ストロンチウ
ムSrのようなアルカリ土類金属、ランタンLa、イッ
トリウムY、セリウムCeのような希土類、鉄Feのよ
うな遷移金属、およびスズSnのような炭素族元素から
選ばれた少なくとも一つが用いられている。なおこの場
合酸素吸蔵・活性酸素放出剤としてはカルシウムCaよ
りもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土
類金属、すなわちカリウムK、リチウムLi、セシウム
Cs、ルビジウムRb、バリウムBa、ストロンチウム
Srを用いることが好ましい。
排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金Pt
およびカリウムK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、アルカリ土類金属、希
土類、遷移金属、炭素族元素を用いても同様な微粒子除
去作用が行われる。図1に示されるような圧縮着火式内
燃機関では空気過剰のもとで燃焼が行われ、したがって
排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。すなわち吸気
通路および燃焼室5内に供給された空気と燃料との比を
排気ガスの空燃比と称すると図1に示されるような圧縮
着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなって
いる。また燃焼室5内ではNOが発生するので排気ガス
中にはNOが含まれている。また燃料中にはイオウSが
含まれており、このイオウSは燃焼室5内で酸素と反応
してSO2 となる。したがって排気ガス中にはSO2 が
含まれている。したがって過剰酸素、NOおよびSO2
を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ22の排
気ガス流入通路50内に流入することになる。
路50の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図を
模式的に表している。なお図3(A)および(B)にお
いて60は白金Ptの粒子を示しており、61はカリウ
ムKを含んでいる酸素吸蔵・活性酸素放出剤を示してい
る。上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含
まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ2
2の排気ガス流入通路50内に流入すると図3(A)に
示されるようにこれら酸素O2 がO2 -またはO 2-の形で
白金Ptの表面に付着する。一方、排気ガス中のNOは
白金Ptの表面上でO2 -またはO2-と反応し、NO2 と
なる(2NO+O2 →2NO2 )。次いで生成されたN
O2 の一部は白金Pt上で酸化されつつ酸素吸蔵・活性
酸素放出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しなが
ら図3(A)に示されるように硝酸イオンNO3 -の形で
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に拡散し、硝酸カリウ
ムKNO3 を生成する。
2 も含まれており、このSO2 もNOと同様なメカニズ
ムによって酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に吸収され
る。すなわち上述したように酸素O2 がO2 -またはO2-
の形で白金Ptの表面に付着しており、排気ガス中のS
O2 は白金Ptの表面でO2 -またはO2-と反応してSO
3 となる。次いで生成されたSO3 の一部は白金Pt上
でさらに酸化されつつ酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内
に吸収され、カリウムKと結合しながら硫酸イオンSO
4 2-の形で酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に拡散し、
硫酸カリウムK2SO4 を生成する。このようにして酸
素吸蔵・活性酸素放出触媒61内には硝酸カリウムKN
O3 および硫酸カリウムK2 SO4 が生成される。
Cからなる微粒子が生成され、したがって排気ガス中に
はこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれて
いるこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィル
タ22の排気ガス流入通路50内を流れているときに或
いは排気ガス流入通路50から排気ガス流出通路51に
向かうときに図3(B)において62で示されるように
担体層の表面、例えば酸素吸蔵・活性酸素放出剤61の
表面上に接触し、付着する。
素放出剤61の表面上に付着すると微粒子62と酸素吸
蔵・活性酸素放出剤61との接触面では酸素濃度が低下
する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い酸素吸蔵・
活性酸素放出剤61内との間で濃度差が生じ、斯くして
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内の酸素が微粒子62と
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61との接触面に向けて移動
しようとする。その結果、酸素吸蔵・活性酸素放出剤6
1内に形成されている硝酸カリウムKNO3 がカリウム
Kと酸素OとNOとに分解され、酸素Oが微粒子62と
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61との接触面に向かい、N
Oが酸素吸蔵・活性酸素放出剤61から外部に放出され
る。外部に放出されたNOは下流側の白金Pt上におい
て酸化され、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に吸
収される。
61内に形成されている硫酸カリウムK2 SO4 もカリ
ウムKと酸素OとSO2 とに分解され、酸素Oが微粒子
62と酸素吸蔵・活性酸素放出剤61との接触面に向か
い、SO2 が酸素吸蔵・活性酸素放出剤61から外部に
放出される。外部に放出されたSO2 は下流側の白金P
t上において酸化され、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤
61内に吸収される。ただし硫酸カリウムK2 SO4 は
安定化しているために硝酸カリウムKNO3 に比べて活
性酸素を放出しづらい。また酸素吸蔵・活性酸素放出剤
61は上述したようにNOxを硝酸イオンNO3 -の形で
吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素
を生成し放出する。同様に酸素吸蔵・活性酸素放出剤6
1は上述したようにSO2 を硫酸イオンSO4 2-の形で
吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素
を生成し放出する。
出剤61との接触面に向かう酸素Oは硝酸カリウムKN
O3 のような化合物から分解された酸素である。化合物
から分解された酸素Oは高いエネルギを有しており、極
めて高い活性を有する。したがって微粒子62と酸素吸
蔵・活性酸素放出剤61との接触面に向かう酸素は活性
酸素Oとなっている。同様に酸素吸蔵・活性酸素放出剤
61におけるNOxと酸素との反応過程、或いはSO2
と酸素との反応過程にて生成される酸素も活性な酸素O
となっている。これら活性酸素Oが微粒子62に接触す
ると微粒子62は短時間(数秒〜数十分)のうちに輝炎
を発することなく酸化せしめられ、微粒子62は完全に
消滅する。したがって微粒子62がパティキュレートフ
ィルタ22上に堆積することはほとんどない。すなわち
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61は微粒子を酸化するため
の酸化物質である。
2上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるとき
にはパティキュレートフィルタ22が赤熱し、火炎を伴
って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でない
と持続せず、したがってこのような火炎を伴う燃焼を持
続させるためにはパティキュレートフィルタ22の温度
を高温に維持しなければならない。
したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、この
ときパティキュレートフィルタ22の表面が赤熱するこ
ともない。すなわち云い換えると本発明では従来に比べ
てかなり低い温度でもって微粒子62が酸化除去せしめ
られている。したがって本発明による輝炎を発しない微
粒子62の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来
の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
素放出剤61はパティキュレートフィルタ22の温度が
高くなるほど活性化するのでパティキュレートフィルタ
22上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸
化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレート
フィルタ22の温度が高くなるほど増大する。
ことなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Gを示し
ている。なお図5において横軸はパティキュレートフィ
ルタ22の温度TFを示している。単位時間当りに燃焼
室5から排出される微粒子の量を排出微粒子量Mと称す
るとこの排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子Gよりも
少ないとき、すなわち図5の領域Iでは燃焼室5から排
出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ22
に接触すると短時間(数秒〜数十分)のうちにパティキ
ュレートフィルタ22上において輝炎を発することなく
酸化除去せしめられる。
能微粒子量Gよりも多いとき、すなわち図5の領域IIで
は全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足してい
る。図4(A)〜(C)はこのような場合の微粒子の酸
化の様子を示している。すなわち全ての微粒子を酸化す
るには活性酸素量が不足している場合には図4(A)に
示すように微粒子62が酸素吸蔵・活性酸素放出剤61
上に付着すると微粒子62の一部のみが酸化され、十分
に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。
次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次か
ら次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留
し、その結果図4(B)に示されるように担体層の表面
が残留微粒子部分63によって覆われるようになる。
3は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くし
てこの残留微粒子部分63はそのまま残留しやすくな
る。また担体層の表面が残留微粒子部分63によって覆
われると白金PtによるNO,SO2 の酸化作用および
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61による活性酸素の放出作
用が抑制される。その結果、図4(C)に示されるよう
に残留微粒子部分63の上に別の微粒子64が次から次
へと堆積する。すなわち微粒子が積層状に堆積すること
になる。このように微粒子が積層状に堆積するとこれら
微粒子は白金Ptや酸素吸蔵・活性酸素放出剤61から
距離を隔てているためにたとえ酸化されやすい微粒子で
あってももはや活性酸素Oによって酸化されることがな
く、したがってこの微粒子64上にさらに別の微粒子が
次から次へと堆積する。すなわち排出微粒子量Mが酸化
除去可能微粒子量Gよりも多い状態が継続するとパティ
キュレートフィルタ22上には微粒子が積層状に堆積
し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティ
キュレートフィルタ22の温度を高温にしない限り、堆
積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
ィキュレートフィルタ22上において輝炎を発すること
なく短時間のうちに酸化せしめられ、図5の領域IIでは
微粒子がパティキュレートフィルタ22上に積層状に堆
積する。したがって微粒子がパティキュレートフィルタ
22上に積層状に堆積しないようにするためには排出微
粒子量Mを常時酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくし
ておく必要がある。
いられているパティキュレートフィルタ22ではパティ
キュレートフィルタ22の温度TFがかなり低くても微
粒子を酸化させることが可能であり、したがって図1に
示す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量Mおよび
パティキュレートフィルタ22の温度TFを排出微粒子
量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも常時少なくなるよ
うに維持することが可能である。したがって本発明の第
1実施例においては排出微粒子量Mおよびパティキュレ
ートフィルタ22の温度TFを排出微粒子量Mが酸化除
去可能微粒子量Gよりも常時少なくなるように維持する
ようにしている。排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子
量Gよりも常時少ないとパティキュレートフィルタ22
上に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとん
ど上昇しない。したがって機関出力はほとんど低下しな
い。
キュレートフィルタ22上において積層状に堆積すると
たとえ排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも
少なくなったとしても活性酸素Oにより微粒子を酸化さ
せることは困難である。しかしながら酸化されなかった
微粒子部分が残留しはじめているときにすなわち微粒子
が一定限度以下しか堆積していないときに排気微粒子量
Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくなるとこの残
留微粒子部分は活性酸素Oによって輝炎を発することな
く酸化除去される。したがって第2の実施例では排出微
粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも通常少なくな
り、かつ排出微粒子量Mが一時的に酸化除去可能微粒子
量Gより多くなったとしても図4(B)に示されるよう
に担体層の表面が残留微粒子部分63によって覆われな
いようにすなわち排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子
量Gより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以
下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ22上に
積層しないように排出微粒子量Mおよびパティキュレー
トフィルタ22の温度TFを維持するようにしている。
が酸化除去可能微粒子量Gよりも通常少なくなり、かつ
排出微粒子量Mが一時的に酸化除去可能微粒子量Gより
多くなったとしてもその後排出微粒子量Mが酸化除去可
能微粒子量Gより少なくなったときに酸化除去しうる一
定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ
22上に堆積しないように排出微粒子量Mおよびパティ
キュレートフィルタ22の温度TFを維持すべく内燃機
関の運転条件が制御される。
22の温度TFは低く、したがってこのときには排出微
粒子量Mの方が酸化除去可能微粒子量Gよりも多くな
る。したがって実際の運転を考えると第2の実施例の方
が現実に合っていると考えられる。一方、第1の実施例
または第2の実施例を実行しうるように排出微粒子量M
およびパティキュレートフィルタ22の温度TFを制御
していたとしてもパティキュレートフィルタ22上に微
粒子が積層状に堆積する場合がある。このような場合に
は排気ガスの一部または全体の空燃比を一時的にリッチ
にすることによってパティキュレートフィルタ22上に
堆積した微粒子を輝炎を発することなく酸化させること
ができる。
状態が一定期間に亘って継続すると白金Pt上に酸素が
多量に付着し、このために白金Ptの触媒作用が低下し
てしまう。ところが排気ガスの空燃比をリッチにして排
気ガス中の酸素濃度を低下させると白金Ptから酸素が
除去され、斯くして白金Ptの触媒作用が回復する。こ
れにより排気ガスの空燃比をリッチにすると酸素吸蔵・
活性酸素放出剤61から外部に活性酸素Oが一気に放出
されやすくなる。斯くして一気に放出された活性酸素O
によって堆積している微粒子が酸化されやすい状態に変
質せしめられると共に微粒子が活性酸素により輝炎を発
することなく一気に燃焼除去される。斯くして排気ガス
の空燃比をリッチとすると全体として酸化除去可能微粒
子量Gが増大する。なおこの場合、パティキュレートフ
ィルタ22上において微粒子が積層状に堆積したときに
排気ガスの空燃比をリッチにしてもよいし、周期的に排
気ガスの空燃比をリッチにしてもよい。排気ガスの空燃
比をリッチにする方法としては例えば機関負荷が比較的
低いときにEGR率(EGRガス量/(吸入空気量+E
GRガス量))が65パーセント以上となるようにスロ
ットル弁17の開度およびEGR制御弁25の開度を制
御し、このとき燃焼室5内における平均空燃比がリッチ
になるように噴射量を制御する方法を用いることができ
る。
す。図6を参照するとまず初めにステップ100におい
て燃焼室5内の平均空燃比をリッチにすべきか否かが判
別される。燃焼室5内の平均空燃比をリッチにする必要
がないときには排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量
Gよりも少なくなるようにステップ101においてスロ
ットル弁17の開度が制御され、ステップ102におい
てEGR制御弁25の開度が制御され、ステップ103
において燃料噴射量が制御される。
の平均空燃比をリッチにすべきであると判別されたとき
にはEGR率が65パーセント以上になるようにステッ
プ104においてスロットル弁17の開度が制御され、
ステップ105においてEGR制御弁25の開度が制御
され、燃焼室5内の平均空燃比がリッチとなるようにス
テップ106において燃料噴射量が制御される。
含んでおり、したがって排気ガス中にカルシウムCaが
含まれている。このカルシウムCaはSO3 が存在する
と硫酸カルシウムCaSO4 を生成する。この硫酸カル
シウムCaSO4 は固体であって高温になっても熱分解
しない。したがって硫酸カルシウムCaSO4 が生成さ
れるとこの硫酸カルシウムCaSO4 によってパティキ
ュレートフィルタ22の細孔が閉塞されてしまい、その
結果排気ガスがパティキュレートフィルタ22内を流れ
づらくなる。この場合、酸素吸蔵・活性酸素放出剤61
としてカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属、例えばカリウムKを用
いると酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に拡散するSO
3 はカリウムKと結合して硫酸カリウムK2 SO4 を形
成し、カルシウムCaはSO3 と結合することなくパテ
ィキュレートフィルタ22の隔壁54を通過して排気ガ
ス流出通路51内に流出する。したがってパティキュレ
ートフィルタ22の細孔が目詰まりすることがなくな
る。したがって前述したように酸素吸蔵・活性酸素放出
剤61としてはカルシウムCaよりもイオン化傾向の高
いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわちカリ
ウムK、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムR
b、バリウムBa、ストロンチウムSrを用いることが
好ましいことになる。
酸素放出剤61の他にNOx吸収剤がパティキュレート
フィルタ22の隔壁54の表面上に担持されている。こ
のNOx吸収剤はリーン空燃比の下でNOxを吸収し、ス
トイキまたはリッチ空燃比の下でNOxを放出する。
トフィルタ22の隔壁54の拡大断面図である。図7に
おいて、66は隔壁54の内部に広がっている排気ガス
通路、67はパティキュレートフィルタの基材、261
はパティキュレートフィルタの隔壁54の表面上に担持
されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤である。上述した
ようにこの酸素吸蔵・活性酸素放出剤261はパティキ
ュレートフィルタの隔壁54の表面上に一時的に捕集さ
れた微粒子を酸化する活性酸素を放出する機能を有す
る。161はパティキュレートフィルタの隔壁54の内
部に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤である。
この酸素吸蔵・活性酸素放出剤161も酸素吸蔵・活性
酸素放出剤261と同様な機能を有し、パティキュレー
トフィルタの隔壁54の内部に一時的に捕集された微粒
子を酸化する活性酸素を放出することができる。図示し
ないが酸素吸蔵・活性酸素放出剤261と同様にNOx
吸収剤もパティキュレートフィルタ22の隔壁54の上
側表面上と下側表面上とに担持されている。パティキュ
レートフィルタ22の隔壁54の上側表面上に担持され
ているNOx吸収剤はリーン空燃比の下で図7の上側か
ら流れてくる排気ガス中に含まれるNOxを吸収し、ス
トイキ(理論空燃比)またはリッチ空燃比の下で図7の
上側から流れてくる排気ガス中にNOxを放出する。ま
たパティキュレートフィルタ22の隔壁54の下側表面
上に担持されているNOx吸収剤はリーン空燃比の下で
図7の下側から流れてくる排気ガス中に含まれるNOx
を吸収し、ストイキまたはリッチ空燃比の下で図7の下
側から流れてくる排気ガス中にNOxを放出する。
ルタ22の拡大図である。詳細には図8(A)はパティ
キュレートフィルタの拡大平面図、図8(B)はパティ
キュレートフィルタの拡大側面図である。図9は排気切
換バルブの切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した
図である。詳細には図9(A)は排気切換バルブ73が
順流位置にあるときの図、図9(B)は排気切換バルブ
73が逆流位置にあるときの図、図9(C)は排気切換
バルブ73がバイパス位置にあるときの図である。排気
切換バルブ73が順流位置にあるとき、図9(A)に示
すように排気切換バルブ73を通過してケーシング23
内に流入した排気ガスはまず第1通路71を通過し、次
いでパティキュレートフィルタ22を通過し、最後に第
2通路72を通過し、再び排気切換バルブ73を通過し
て排気管に戻される。排気切換バルブ73が逆流位置に
あるとき、図9(B)に示すように排気切換バルブ73
を通過してケーシング23内に流入した排気ガスはまず
第2通路72を通過し、次いでパティキュレートフィル
タ22を図9(A)に示した場合とは逆向きに通過し、
最後に第1通路71を通過し、再び排気切換バルブ73
を通過して排気管に戻される。排気切換バルブ73がバ
イパス位置にあるとき、図9(C)に示すように第1通
路71内の圧力と第2通路72内の圧力とが等しくなる
ために排気切換バルブ73に到達した排気ガスはケーシ
ング23内に流入することなくそのまま排気切換バルブ
73を通過する。排気切換バルブ73の切換タイミング
については後で詳細に説明する。
換えられるのに応じてパティキュレートフィルタの隔壁
54の内部の微粒子が移動する様子を示した図である。
詳細には図10(A)は排気切換バルブ73が順流位置
(図9(A)参照)にあるときのパティキュレートフィ
ルタ22の隔壁54の拡大断面図、図10(B)は排気
切換バルブ73が順流位置から逆流位置(図9(B)参
照)に切り換えられたときのパティキュレートフィルタ
22の隔壁54の拡大断面図である。図10(A)に示
すように排気切換バルブ73が順流位置に配置され、排
気ガスが上側から下側に流れているとき、隔壁内部の排
気ガス通路66内に存在する微粒子162は排気ガスの
流れによって隔壁内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤16
1に押しつけられ、その上に堆積してしまっている。こ
のため酸素吸蔵・活性酸素放出剤161に直接接触して
いない微粒子162は十分な酸化作用を受けていない。
次に図10(B)に示すように排気切換バルブ73が順
流位置から逆流位置に切り換えられて排気ガスが下側か
ら上側に流れると、隔壁内部の排気ガス通路66内に存
在する微粒子162は排気ガスの流れによって移動せし
められる。その結果、十分に酸化作用を受けていなかっ
た微粒子162が、酸素吸蔵・活性酸素放出剤161に
直接接触せしめられ、十分な酸化作用を受けるようにな
る。また排気切換バルブ73が順流位置に配置されてい
たとき(図10(A)参照)にパティキュレートフィル
タの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤261上に堆
積していた微粒子の一部は排気切換バルブ73が順流位
置から逆流位置に切り換えられることにより、パティキ
ュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出
剤261上から脱離する(図10(B)参照)。この微
粒子の脱離量はパティキュレートフィルタ22の温度が
高いほど多くなり、また排気ガス量が多いほど多くな
る。パティキュレートフィルタ22の温度が高いほど微
粒子の脱離量が多くなるのはパティキュレートフィルタ
22の温度が高くなるに従って微粒子を堆積させている
バインダとしてのSOF(可溶性有機物質)の結合力が
弱くなるからである。
ルブ73の順流位置から図9(B)に示す逆流位置への
切り換え、および、図9(B)に示す逆流位置から図9
(A)に示す順流位置への切り換えはパティキュレート
フィルタ22の隔壁54に捕集される微粒子をパティキ
ュレートフィルタ22の隔壁54の上面と下面(図7参
照)とに分散させるようにして行われる。そのように排
気切換バルブ73の切換を行うことにより、パティキュ
レートフィルタ22の隔壁54に捕集された微粒子が酸
化除去されることなく堆積する可能性が低減せしめられ
る。好適にはパティキュレートフィルタ22の隔壁54
に捕集される微粒子はパティキュレートフィルタ22の
隔壁54の上面と下面とにほぼ同程度に分散される。
比を形成するための方法の一例について説明する。図1
1は機関低負荷運転時にスロットル弁17の開度および
EGR率を変化させることにより空燃比A/F(図11
の横軸)を変化させたときの出力トルクの変化、および
スモーク、HC,CO,NOxの排出量の変化を示す実
験例を表している。図11からわかるようにこの実験例
では空燃比A/Fが小さくなるほどEGR率が大きくな
り、理論空燃比(≒14.6)以下のときにはEGR率
は65パーセント以上となっている。図11に示される
ようにEGR率を増大することにより空燃比A/Fを小
さくしていくとEGR率が40パーセント付近となり空
燃比A/Fが30程度になったときにスモークの発生量
が増大を開始する。次いで、さらにEGR率を高め、空
燃比A/Fを小さくするとスモークの発生量が急激に増
大してピークに達する。次いでさらにEGR率を高め、
空燃比A/Fを小さくすると今度はスモークが急激に低
下し、EGR率を65パーセント以上とし、空燃比A/
Fが15.0付近になるとスモークがほぼ零となる。す
なわち煤がほとんど発生しなくなる。このとき機関の出
力トルクは若干低下し、またNOxの発生量がかなり低
くなる。一方、このときHC,COの発生量は増大し始
める。
スモークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧
変化を示しており、図12(B)は空燃比A/Fが18
付近でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の
燃焼圧の変化を示している。図12(A)と図12
(B)とを比較すればわかるようにスモークの発生量が
ほぼ零である図12(B)に示す場合はスモークの発生
量が多い図12(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低い
ことがわかる。
ら次のことが言える。すなわちまず第1に空燃比A/F
が15.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには
図11に示されるようにNOxの発生量がかなり低下す
る。NOxの発生量が低下したということは燃焼室5内
の燃焼温度が低下していることを意味しており、したが
って煤がほとんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼
温度が低くなっていると言える。同じことが図12から
も言える。すなわち煤がほとんど発生していない図12
(B)に示す状態では燃焼圧が低くなっており、したが
ってこのとき燃焼室5内の燃焼温度は低くなっているこ
とになる。
生量がほぼ零になると図11に示されるようにHCおよ
びCOの排出量が増大する。このことは炭化水素が煤ま
で成長せずに排出されることを意味している。すなわち
燃料中に含まれる図13に示されるような直鎖状炭化水
素や芳香族炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめ
られると熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に
炭素原子が集合した固体からなる煤が生成される。この
場合、実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体が
どのような形態をとるかは明確ではないがいずれにして
も図13に示されるような炭化水素は煤の前駆体を経て
煤まで成長することになる。したがって上述したように
煤の発生量がほぼ零になると図11に示される如くHC
およびCOの排出量が増大するがこのときのHCは煤の
前駆体またはその前の状態の炭化水素である。
基づくこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度
が低いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤
の前駆体またはその前の状態の炭化水素が燃焼室5から
排出されることになる。このことについてさらに詳細に
実験研究を重ねた結果、燃焼室5内における燃料および
その周囲のガス温度が或る温度以下である場合には煤の
成長過程が途中で停止してしまい、すなわち煤が全く発
生せず、燃焼室5内における燃料およびその周囲の温度
が或る温度以上になると煤が生成されることが判明した
のである。
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、す
なわち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等
の種々の要因によって変化するので何度であるかという
ことは言えないがこの或る温度はNOxの発生量と深い
関係を有しており、したがってこの或る温度はNOxの
発生量から或る程度規定することができる。すなわちE
GR率が増大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガ
ス温度は低下し、NOxの発生量が低下する。このとき
NOxの発生量が10p.p.m. 前後またはそれ以下になっ
たときに煤がほとんど発生しなくなる。したがって上述
の或る温度はNOxの発生量が10p.p.m.前後またはそ
れ以下になったときの温度にほぼ一致する。
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。すなわち燃料周りに空気しか存在し
ないと蒸発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して
燃焼する。この場合、燃料から離れている空気の温度は
さほど上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて
高くなる。すなわちこのときには燃料から離れている空
気は燃料の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この
場合には燃焼温度が局所的に極めて高くなるためにこの
燃焼熱を受けた未燃炭化水素は煤を生成することにな
る。
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。すなわち燃焼温度を低く
抑えることができることになる。すなわち燃焼温度を抑
制するには不活性ガスの存在が重要な役割を果してお
り、不活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑え
ることができることになる。
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。したがって燃料量が増大すれば必要とな
る不活性ガス量はそれに伴って増大することになる。な
おこの場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用が
強力となり、したがって不活性ガスは比熱の大きなガス
が好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは
比較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを
用いることは好ましいと言える。
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。すなわち図14において
曲線AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほ
ぼ90℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の
冷却装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲
線CはEGRガスを強制的に冷却していない場合を示し
ている。図14の曲線Aで示されるようにEGRガスを
強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントより
も少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この場
合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤が
ほとんど発生しなくなる。一方、図14の曲線Bで示さ
れるようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率
が50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。また図
14の曲線Cで示されるようにEGRガスを強制的に冷
却していない場合にはEGR率が55パーセントの付近
で煤の発生量がピークとなり、この場合にはEGR率を
ほぼ70パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しな
くなる。なお図14は機関負荷が比較的高いときのスモ
ークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなると煤
の発生量がピークとなるEGR率は若干低下し、煤がほ
とんど発生しなくなるEGR率の下限も若干低下する。
このように煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下限
はEGRガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化する。
いた場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温
度を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必
要なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガ
ス量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガ
スの割合を示している。なお図15において縦軸は燃焼
室5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Y
は過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸
入ガス量を示している。また横軸は要求負荷を示してい
る。図15を参照すると空気の割合、すなわち混合ガス
中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるのに
必要な空気量を示している。すなわち図15に示される
場合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となっ
ている。一方、図15においてEGRガスの割合、すな
わち混合ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめ
られたときに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成
される温度よりも低い温度にするのに必要最低限のEG
Rガス量を示している。このEGRガス量はEGR率で
表すとほぼ55パーセント以上であり、図15に示す実
施例では70パーセント以上である。すなわち燃焼室5
内に吸入された全吸入ガス量を図15において実線Xと
し、この全吸入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量
との割合を図15に示すような割合にすると燃料および
その周囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温
度となり、斯くして煤が全く発生しなくなる。またこの
ときのNOx発生量は10p.p.m. 前後、またはそれ以下
であり、したがってNOxの発生量は極めて少量とな
る。
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。したがって図15に示されるようにEGRガス量は
噴射燃料量が増大するにつれて増大せしめなければなら
ない。すなわちEGRガス量は要求負荷が高くなるにつ
れて増大する必要がある。ところで過給が行われていな
い場合には燃焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上
限はYであり、したがって図15において要求負荷がL
o よりも大きい領域では要求負荷が大きくなるにつれて
EGRガス割合を低下させない限り空燃比を理論空燃比
に維持することができない。云い換えると過給が行われ
ていない場合に要求負荷がLo よりも大きい領域におい
て空燃比を理論空燃比に維持しようとした場合には要求
負荷が高くなるにつれてEGR率が低下し、斯くして要
求負荷がLo よりも大きい領域では燃料およびその周囲
のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持
しえなくなる。
過給機の入口側すなわち排気ターボチャージャの空気吸
込管内にEGRガスを再循環させると要求負荷がLo よ
りも大きい領域においてEGR率を55パーセント以
上、例えば70パーセントに維持することができ、斯く
して燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温
度よりも低い温度に維持することができる。すなわち空
気吸込管内におけるEGR率が例えば70パーセントに
なるようにEGRガスを再循環させれば排気ターボチャ
ージャのコンプレッサにより昇圧された吸入ガスのEG
R率も70パーセントとなり、斯くしてコンプレッサに
より昇圧しうる限度まで燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持することが
できる。したがって低温燃焼を生じさせることのできる
機関の運転領域を拡大することができることになる。要
求負荷がLo よりも大きい領域でEGR率を55パーセ
ント以上にする際にはEGR制御弁が全開せしめられ
る、スロットル弁が若干閉弁せしめられる。
のもとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図15
に示される空気量よりも少なくしても、すなわち空燃比
をリッチにしても煤の発生を阻止しつつNOxの発生量
を10p.p.m. 前後またはそれ以下にすることができ、
また空気量を図15に示される空気量よりも多くして
も、すなわち空燃比の平均値を17から18のリーンに
しても煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10p.p.
m. 前後またはそれ以下にすることができる。すなわち
空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度
が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで
成長せず、斯くして煤が生成されることがない。またこ
のときNOxも極めて少量しか発生しない。一方、平均
空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のと
きでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが本
発明では燃焼温度が低い温度に抑制されているので煤は
全く生成されない。さらにNOxも極めて少量しか発生
しない。このように低温燃焼が行われているときには空
燃比にかかわらずにすなわち空燃比がリッチであろう
と、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーン
であろうと煤が発生されず、NOxの発生量が極めて少
量となる。したがって燃料消費率の向上を考えるとこの
とき平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言え
る。
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。したがって本
発明による実施例では機関中低負荷運転時には燃焼時の
燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中
で停止する温度以下に抑制して第1の燃焼、すなわち低
温燃焼を行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃
焼、すなわち従来より普通に行われている通常燃焼を行
うようにしている。なおここで第1の燃焼、すなわち低
温燃焼とはこれまでの説明から明らかなように煤の発生
量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性
ガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言
い、第2の燃焼、すなわち従来より普通に行われている
通常燃焼とは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よ
りも燃焼室内の不活性ガス量が少ない燃焼のことを言
う。
行われる第1の運転領域I’と、第2の燃焼、すなわち
従来の燃焼方法による通常燃焼が行われる第2の運転領
域II’とを示している。なお図16において縦軸Lはア
クセルペダル40の踏込み量、すなわち要求負荷を示し
ており、横軸Nは機関回転数を示している。また図16
においてX(N)は第1の運転領域I’と第2の運転領
域II’との第1の境界を示しており、Y(N)は第1の
運転領域I’と第2の運転領域II’との第2の境界を示
している。第1の運転領域I’から第2の運転領域II’
への運転領域の変化判断は第1の境界X(N)に基づい
て行われ、第2の運転領域II’から第1の運転領域I’
への運転領域の変化判断は第2の境界Y(N)に基づい
て行われる。すなわち機関の運転状態が第1の運転領域
I’にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷L
が機関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越え
ると運転領域が第2の運転領域II’に移ったと判断さ
れ、従来の燃焼方法による通常燃焼が行われる。次いで
要求負荷Lが機関回転数Nの関数である第2の境界Y
(N)よりも低くなると運転領域が第1の運転領域I’
に移ったと判断され、再び低温燃焼が行われる。
界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の理
由は第2の運転領域II’の高負荷側では比較的燃焼温度
が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)より
低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからで
ある。すなわち要求負荷Lがかなり低くなったとき、す
なわち第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなけ
ればただちに低温燃焼が開始されないからである。第2
の理由は第1の運転領域I’と第2の運転領域II’間の
運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるためであ
る。
I’にあって低温燃焼が行われているときには煤はほと
んど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体また
はその前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。
このとき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機
能を有する触媒(例えば白金Pt60およびカリウムK
を含んでいる酸素吸蔵・活性酸素放出剤61)により良
好に酸化せしめられる。この触媒としては酸化触媒、三
元触媒、またはNOx吸収剤を用いることができる。N
Ox吸収剤は燃焼室5内における平均空燃比がリーンの
ときにNOxを吸収し、燃焼室5内における平均空燃比
がリッチになるとNOxを放出する機能を有する。この
NOx吸収剤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、セリウムCeのような希土類、鉄Feの
ような遷移金属、およびスズSnのような炭素族元素か
ら選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属
とが担持されている。酸化触媒はもとより、三元触媒お
よびNOx吸収剤も酸化機能を有しており、したがって
上述した如く三元触媒およびNOx吸収剤を上述した触
媒として用いることができる。
を示している。図17に示されるように空燃比センサの
出力電流Iは空燃比A/Fに応じて変化する。したがっ
て空燃比センサの出力電流Iから空燃比を知ることがで
きる。
I’および第2の運転領域II’における運転制御につい
て概略的に説明する。図18は要求負荷Lに対するスロ
ットル弁17の開度、EGR制御弁25の開度、EGR
率、空燃比、噴射時期および噴射量を示している。図1
8に示されるように要求負荷Lの低い第1の運転領域
I’ではスロットル弁17の開度は要求負荷Lが高くな
るにつれて全閉近くから2/3開度程度まで徐々に増大
せしめられ、EGR制御弁25の開度は要求負荷Lが高
くなるにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめ
られる。また図18に示される例では第1の運転領域
I’ではEGR率がほぼ70パーセントとされており、
空燃比はわずかばかりリーンなリーン空燃比とされてい
る。
R率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばか
りリーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁17
の開度およびEGR制御弁25の開度が制御される。ま
た第1の運転領域I’では圧縮上死点TDC前に燃料噴
射が行われる。この場合、噴射開始時期θSは要求負荷
Lが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θEも噴
射開始時期θSが遅くなるにつれて遅くなる。なおアイ
ドル運転時にはスロットル弁17は全閉近くまで閉弁さ
れ、このときEGR制御弁25も全閉近くまで閉弁せし
められる。スロットル弁17を全閉近くまで閉弁すると
圧縮始めの燃焼室5内の圧力が低くなるために圧縮圧力
が小さくなる。圧縮圧力が小さくなるとピストン4によ
る圧縮仕事が小さくなるために機関本体1の振動が小さ
くなる。すなわちアイドル運転時には機関本体1の振動
を抑制するためにスロットル弁17が全閉近くまで閉弁
せしめられる。
I’から第2の運転領域II’に変わるとスロットル弁2
0の開度が2/3開度程度から全開方向へステップ状に
増大せしめられる。このとき図18に示す例ではEGR
率がほぼ70パーセントから40パーセント以下までス
テップ状に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大き
くされる。すなわちEGR率が多量のスモークを発生す
るEGR率範囲(図14)を飛び越えるので機関の運転
領域が第1の運転領域I’から第2の運転領域II’に変
わるときに多量のスモークが発生することがない。第2
の運転領域II’では従来から行われている通常燃焼が行
われる。この第2の運転領域II’ではスロットル弁17
は一部を除いて全開状態に保持され、EGR制御弁25
の開度は要求負荷Lが高くなると次第に小さくされる。
またこの運転領域II’ではEGR率は要求負荷Lが高く
なるほど低くなり、空燃比は要求負荷Lが高くなるほど
小さくなる。ただし空燃比は要求負荷Lが高くなっても
リーン空燃比とされる。また第2の運転領域II’では噴
射開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。
る目標空燃比A/Fを示している。図19(A)におい
て、A/F=15.5,A/F=16,A/F=17,
A/F=18で示される各曲線は夫々目標空燃比が1
5.5,16,17,18であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図19
(A)に示されるように第1の運転領域I’では空燃比
がリーンとなっており、さらに第1の運転領域I’では
要求負荷Lが低くなるほど目標空燃比A/Fがリーンと
される。すなわち要求負荷Lが低くなるほど燃焼による
発熱量が少なくなる。したがって要求負荷Lが低くなる
ほどEGR率を低下させても低温燃焼を行うことができ
る。EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、した
がって図19(A)に示されるように要求負荷Lが低く
なるにつれて目標空燃比A/Fが大きくされる。目標空
燃比A/Fが大きくなるほど燃料消費率は向上し、した
がってできる限り空燃比をリーンにするために本発明に
よる実施例では要求負荷Lが低くなるにつれて目標空燃
比A/Fが大きくされる。
/Fは図19(B)に示されるように要求負荷Lおよび
機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32
内に記憶されている。また空燃比を図19(A)に示す
目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁17の
目標開度STが図20(A)に示されるように要求負荷
Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予めR
OM32内に記憶されており、空燃比を図19(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁2
5の目標開度SEが図20(B)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM32内に記憶されている。
の燃焼方法による通常燃焼が行われるときの目標空燃比
A/Fを示している。なお図21(A)においてA/F
=24,A/F=35,A/F=45,A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24,35,45,6
0を示している。図21(A)に示される目標空燃比A
/Fは図21(B)に示されるように要求負荷Lおよび
機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32
内に記憶されている。また空燃比を図21(A)に示す
目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁17の
目標開度STが図22(A)に示されるように要求負荷
Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予めR
OM32内に記憶されており、空燃比を図21(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁2
5の目標開度SEが図22(B)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM32内に記憶されている。
料噴射量Qは要求負荷Lおよび機関回転数Nに基づいて
算出される。この燃料噴射量Qは図23に示されるよう
に要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの
形で予めROM32内に記憶されている。
御について説明する。図24を参照すると初めにステッ
プ1100において機関の運転状態が第1の運転領域
I’であることを示すフラグIがセットされているか否
かが判別される。フラグIがセットされているとき、す
なわち機関の運転状態が第1の運転領域I’であるとき
にはステップ1101に進んで要求負荷Lが第1の境界
X(N)よりも大きくなったか否かが判別される。L≦
X(N)のときにはステップ1103に進んで低温燃焼
が行われる。一方、ステップ1101においてL>X
(N)になったと判別されたときにはステップ1102
に進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ11
09に進んで第2の燃焼が行われる。
態が第1の運転領域I’であることを示すフラグIがセ
ットされていないと判別されたとき、すなわち機関の運
転状態が第2の運転領域II’であるときにはステップ1
108に進んで要求負荷Lが第2の境界Y(N)よりも
低くなったか否かが判別される。L≧Y(N)のときに
はステップ1110に進み、リーン空燃比のもとで第2
の燃焼が行われる。一方、ステップ1108においてL
<Y(N)になったと判別されたときにはステップ11
09に進んでフラグIがセットされ、次いでステップ1
103に進んで低温燃焼が行われる。
マップからスロットル弁17の目標開度STが算出さ
れ、スロットル弁17の開度がこの目標開度STとされ
る。次いでステップ1104では図20(B)に示すマ
ップからEGR制御弁25の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁25の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ1105では質量流量検出器(図示せ
ず)により検出された吸入空気の質量流量(以下、単に
吸入空気量と称す)Gaが取込まれ、次いでステップ1
106では図19(B)に示すマップから目標空燃比A
/Fが算出される。次いでステップ1107では吸入空
気量Gaと目標空燃比A/Fに基づいて空燃比を目標空
燃比A/Fとするのに必要な燃料噴射量Qが算出され
る。
ときには要求負荷Lまたは機関回転数Nが変化するとス
ロットル弁17の開度およびEGR制御弁25の開度が
ただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目標開
度ST,SEに一致せしめられる。したがって例えば要
求負荷Lが増大せしめられるとただちに燃焼室5内の空
気量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがた
だちに増大せしめられる。一方、スロットル弁17の開
度またはEGR制御弁25の開度が変化して吸入空気量
が変化するとこの吸入空気量Gaの変化が質量流量検出
器により検出され、この検出された吸入空気量Gaに基
づいて燃料噴射量Qが制御される。すなわち吸入空気量
Gaが実際に変化した後に燃料噴射量Qが変化せしめら
れることになる。
ップから目標燃料噴射量Qが算出され、燃料噴射量がこ
の目標燃料噴射量Qとされる。次いでステップ1111
では図22(A)に示すマップからスロットル弁17の
目標開度STが算出される。次いでステップ1112で
は図22(B)に示すマップからEGR制御弁25の目
標開度SEが算出され、EGR制御弁25の開度がこの
目標開度SEとされる。次いでステップ1113では質
量流量検出器により検出された吸入空気量Gaが取込ま
れる。次いでステップ1114では燃料噴射量Qと吸入
空気量Gaから実際の空燃比(A/F)R が算出され
る。次いでステップ1115では図21(B)に示すマ
ップから目標空燃比A/Fが算出される。次いでステッ
プ1116では実際の空燃比(A/F)R が目標空燃比
A/Fよりも大きいか否かが判別される。(A/F)R
>A/Fのときにはステップ1117に進んでスロット
ル開度の補正値ΔSTが一定値αだけ減少せしめられ、
次いでステップ1119へ進む。これに対して(A/
F)R ≦A/Fのときにはステップ1118に進んで補
正値ΔSTが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステ
ップ1119に進む。ステップ1119ではスロットル
弁17の目標開度STに補正値ΔSTを加算することに
より最終的な目標開度STが算出され、スロットル弁1
7の開度がこの最終的な目標開度STとされる。すなわ
ち実際の空燃比(A/F)R が目標空燃比A/Fとなる
ようにスロットル弁17の開度が制御される。
には要求負荷Lまたは機関回転数Nが変化すると燃料噴
射量がただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた
目標燃料噴射量Qに一致せしめられる。例えば要求負荷
Lが増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せし
められ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せし
められる。一方、燃料噴射量Qが増大せしめられて空燃
比が目標空燃比A/Fからずれると空燃比が目標空燃比
A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が制御され
る。すなわち燃料噴射量Qが変化した後に空燃比が変化
せしめられることになる。
れているときに燃料噴射量Qはオープンループ制御さ
れ、第2の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁20の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Qを空燃比センサ27の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第2の燃焼が行われ
ているときに空燃比をEGR制御弁31の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。
かりリーンも含む)またはリッチ空燃比を形成するため
に上述した低温燃焼、すなわち煤の発生量がピークとな
る不活性ガスとしてのEGRガスの量よりも燃焼室5内
に供給されるEGRガスの量が多く煤がほとんど発生し
ない燃焼が実行される。他の実施例では他の方法により
ストイキまたはリッチ空燃比を形成してもよい。
気切換バルブ73の切換制御方法について説明する。図
25は本実施例の排気切換バルブの切換制御方法を示し
たフローチャートである。図25に示すようにこのルー
チンが開始されると、まずステップ200において排気
切換バルブ73の切換タイミングであるか否かが判定さ
れる。本実施例では減速フューエルカット運転時が排気
切換バルブ73の切換タイミングとして設定されてい
る。他の実施例ではその代わりに或いはそれに加えて背
圧センサ43、44の差圧に基づいてパティキュレート
フィルタ22に微粒子が堆積したと推定されるときを排
気切換バルブ73の切換タイミングとして設定すること
も可能である。さらに他の実施例ではそれらの代わりに
或いはそれらに加えて走行距離が所定量を超える毎にパ
ティキュレートフィルタ22に微粒子が堆積したと推定
し、排気切換バルブ73を切り換えるようにしてもよ
い。
たときにはステップ201に進み、NOと判定されたと
きにはこのルーチンを終了する。ステップ201では温
度センサ39により検出されたパティキュレートフィル
タ22の温度TFが例えば700°Cのような所定の閾
値TF1より高いか否かが判定される。YESのときに
はステップ202に進み、ステップ202において、排
気切換バルブ73の切換タイミングであっても排気切換
バルブ73の切換が禁止される。すなわち排気切換バル
ブ73が順流位置(図9(A))に配置されているとき
には排気切換バルブ73がそのまま順流位置に維持さ
れ、排気切換バルブ73が逆流位置(図9(B))に配
置されているときには排気切換バルブ73がそのまま逆
流位置に維持される。一方、NOのときにはステップ2
03に進み、ステップ203において排気切換バルブ7
3の切換要求に基づいて排気切換バルブ73が切り換え
られる。すなわち排気切換バルブ73が順流位置(図9
(A))に配置されているときには排気切換バルブ73
が順流位置から逆流位置に切り換えられ、排気切換バル
ブ73が逆流位置(図9(B))に配置されているとき
には排気切換バルブ73が逆流位置から順流位置に切り
換えられる。
関係を示した図である。図26に示すようにパティキュ
レートフィルタ22の温度TFが閾値TF1以下の場合
には時間t1に排気切換バルブ73の切換タイミングに
なると、図25のステップ203が実行されて排気切換
バルブ73の位置が切り換えられる。一方、パティキュ
レートフィルタ22の温度TFが閾値TF1より高い場
合には時間t1に排気切換バルブ73の切換タイミング
になっても、ステップ202が実行されることにより排
気切換バルブ73の位置が切り換えられず、そのまま維
持される。
タ22に一時的に捕集された微粒子が微粒子酸化促進成
分としての活性酸素によって酸化され、排気切換バルブ
73を切り換えることにより、排気ガスがパティキュレ
ートフィルタ22の一方の側と他方の側とから交互にパ
ティキュレートフィルタ22を通過せしめられる。この
ためパティキュレートフィルタ22内に流入した微粒子
の大部分が、パティキュレートフィルタ22の隔壁54
の一方の面において捕集されてしまうのを回避すると共
にパティキュレートフィルタ22の隔壁54の方から排
気ガス流れ下流側の微粒子に対し酸化除去作用を及ぼす
ことができる。
200において予め定められた切換タイミングであると
判定され、ステップ201においてパティキュレートフ
ィルタ22の温度TFが閾値TF1以下であると判定さ
れたときにはステップ203が実行され、排気切換バル
ブ73の切換が許容される。一方、ステップ200にお
いて予め定められた切換タイミングであると判定されて
も、ステップ201においてパティキュレートフィルタ
22の温度TFが閾値TF1より高いと判定されたとき
にはステップ202が実行され、排気切換バルブ73の
切換が禁止される。このためパティキュレートフィルタ
22の温度TFが高いときに排気ガスの流れを逆転させ
るのに伴ってパティキュレートフィルタ22の温度TF
がさらに上昇してしまい、その結果、パティキュレート
フィルタ22が溶損したり、パティキュレートフィルタ
22にクラックが発生したりするのを回避することがで
きる。なお本実施例ではパティキュレートフィルタ22
の温度TFに基づいて排気切換バルブ73の切換を禁止
するか否かを判定しているが、他の実施例では不図示の
排気ガス温度センサにより検出された排気ガス温度に基
づいて排気切換バルブ73の切換を禁止するか否かを判
定することも可能である。
第3の実施例について説明する。本実施例の構成は上述
した第1および第2の実施例の構成とほぼ同様である。
したがって後述する点を除き第1および第2の実施例と
ほぼ同様の効果を奏することができる。図27は本実施
例の排気切換バルブの切換制御方法を示したフローチャ
ートである。図27に示すようにこのルーチンが開始さ
れるとまずステップ200において排気切換バルブ73
の切換タイミングであるか否かが判定される。本実施例
では減速フューエルカット運転時が排気切換バルブ73
の切換タイミングとして設定されている。他の実施例で
はその代わりに或いはそれに加えて背圧センサ43、4
4の差圧に基づいてパティキュレートフィルタ22に微
粒子が堆積したと推定されるときを排気切換バルブ73
の切換タイミングとして設定することも可能である。さ
らに他の実施例ではそれらの代わりに或いはそれらに加
えて走行距離が所定量を超える毎にパティキュレートフ
ィルタ22に微粒子が堆積したと推定し、排気切換バル
ブ73を切り換えるようにしてもよい。
たときにはステップ300に進み、NOと判定されたと
きにはこのルーチンを終了する。ステップ300では通
常燃焼が行われているか否かが判定される。YESのと
きには通常燃焼時には低温燃焼時に比べてパティキュレ
ートフィルタ22内の酸素量が多くなるためにパティキ
ュレートフィルタ22の温度上昇率が高くなる可能性が
高く、パティキュレートフィルタ22が溶損等してしま
う可能性が高くなると判断し、ステップ301に進む。
一方、NOのときにはステップ301に進む。ステップ
301では温度センサ39により検出されたパティキュ
レートフィルタ22の温度TFが例えば500°Cのよ
うな所定の閾値TF2(<TF1)より高いか否かが判
定される。YESのときにはステップ302に進み、N
Oのときにはステップ303に進む。一方、ステップ2
01では温度センサ39により検出されたパティキュレ
ートフィルタ22の温度TFが例えば700°Cのよう
な所定の閾値TF1(>TF2)より高いか否かが判定
される。YESのときにはステップ302に進み、NO
のときにはステップ304に進む。ステップ302では
排気切換バルブ73の切換タイミングであっても排気切
換バルブ73の切換が禁止される。すなわち排気切換バ
ルブ73が順流位置(図9(A))に配置されていると
きには排気切換バルブ73がそのまま順流位置に維持さ
れ、排気切換バルブ73が逆流位置(図9(B))に配
置されているときには排気切換バルブ73がそのまま逆
流位置に維持される。ステップ303およびステップ3
04では排気切換バルブ73の切換要求に基づいて排気
切換バルブ73が切り換えられる。すなわち排気切換バ
ルブ73が順流位置(図9(A))に配置されていると
きには排気切換バルブ73が順流位置から逆流位置に切
り換えられ、排気切換バルブ73が逆流位置(図9
(B))に配置されているときには排気切換バルブ73
が逆流位置から順流位置に切り換えられる。
関係を示した図である。図28に示すように通常燃焼時
にパティキュレートフィルタ22の温度TFが閾値TF
2以下の場合、または低温燃焼時にパティキュレートフ
ィルタ22の温度TFが閾値TF1以下の場合には時間
t1に排気切換バルブ73の切換タイミングになると、
図27のステップ303またはステップ304が実行さ
れて排気切換バルブ73の位置が切り換えられる。一
方、通常燃焼時にパティキュレートフィルタ22の温度
TFが閾値TF2より高い場合、または低温燃焼時にパ
ティキュレートフィルタ22の温度TFが閾値TF1よ
り高い場合には時間t1に排気切換バルブ73の切換タ
イミングになっても、ステップ302が実行されること
により排気切換バルブ73の位置が切り換えられず、そ
のまま維持される。
ティキュレートフィルタ22の温度TFが閾値TF1以
下のときであっても閾値TF2より高いときにステップ
302が実行され、排気ガスの流れを逆転させるのが禁
止される。このためパティキュレートフィルタ22の温
度TFがそれほど高くないものの通常燃焼が実行されて
いるためにパティキュレートフィルタ22の温度の上昇
率ΔTFが高いときに排気ガスの流れを逆転させるのに
伴ってパティキュレートフィルタ22の温度TFが高い
温度まで急激に上昇してしまい、その結果、パティキュ
レートフィルタ22が溶損したり、パティキュレートフ
ィルタ22にクラックが発生したりするのを回避するこ
とができる。なお本実施例ではパティキュレートフィル
タ22の温度TFに基づいて排気切換バルブ73の切換
を禁止するか否かを判定しているが、他の実施例では不
図示の排気ガス温度センサにより検出された排気ガス温
度に基づいて排気切換バルブ73の切換を禁止するか否
かを判定することも可能である。
第4の実施例について説明する。本実施例の構成は上述
した第1および第2の実施例の構成とほぼ同様である。
したがって後述する点を除き第1および第2の実施例と
ほぼ同様の効果を奏することができる。図29は本実施
例の排気切換バルブの切換制御方法を示したフローチャ
ートである。図29に示すようにこのルーチンが開始さ
れると、まずステップ200において排気切換バルブ7
3の切換タイミングであるか否かが判定される。本実施
例では減速フューエルカット運転時が排気切換バルブ7
3の切換タイミングとして設定されている。他の実施例
ではその代わりに或いはそれに加えて背圧センサ43、
44の差圧に基づいてパティキュレートフィルタ22に
微粒子が堆積したと推定されるときを排気切換バルブ7
3の切換タイミングとして設定することも可能である。
さらに他の実施例ではそれらの代わりに或いはそれらに
加えて走行距離が所定量を超える毎にパティキュレート
フィルタ22に微粒子が堆積したと推定し、排気切換バ
ルブ73を切り換えるようにしてもよい。
たときにはステップ400に進み、NOと判定されたと
きにはこのルーチンを終了する。ステップ400では温
度センサ39により検出されたパティキュレートフィル
タ22の温度の上昇率ΔTFが所定の閾値ΔTF1より
高いか否かが判定される。YESのときにはステップ2
02に進み、NOのときにはステップ203に進む。ス
テップ202では排気切換バルブ73の切換タイミング
であっても排気切換バルブ73の切換が禁止される。す
なわち排気切換バルブ73が順流位置(図9(A))に
配置されているときには排気切換バルブ73がそのまま
順流位置に維持され、排気切換バルブ73が逆流位置
(図9(B))に配置されているときには排気切換バル
ブ73がそのまま逆流位置に維持される。ステップ20
3では排気切換バルブ73の切換要求に基づいて排気切
換バルブ73が切り換えられる。すなわち排気切換バル
ブ73が順流位置(図9(A))に配置されているとき
には排気切換バルブ73が順流位置から逆流位置に切り
換えられ、排気切換バルブ73が逆流位置(図9
(B))に配置されているときには排気切換バルブ73
が逆流位置から順流位置に切り換えられる。
関係を示した図である。図30に示すようにパティキュ
レートフィルタ22の温度の上昇率ΔTFが閾値ΔTF
1以下の場合には時間t1に排気切換バルブ73の切換
タイミングになると、図29のステップ203が実行さ
れて排気切換バルブ73の位置が切り換えられる。一
方、パティキュレートフィルタ22の温度の上昇率ΔT
Fが閾値ΔTF1より高い場合には時間t1に排気切換
バルブ73の切換タイミングになっても、ステップ20
2が実行されることにより排気切換バルブ73の位置が
切り換えられず、そのまま維持される。
において予め定められた切換タイミングであると判定さ
れ、ステップ400においてパティキュレートフィルタ
22の温度の上昇率ΔTFが閾値ΔTF1以下であると
判定されたときにはステップ203が実行され、排気切
換バルブ73の切換が許容される。一方、ステップ20
0において予め定められた切換タイミングであると判定
されても、ステップ400においてパティキュレートフ
ィルタ22の温度の上昇率ΔTFが閾値ΔTF1より高
いと判定されたときにはステップ202が実行され、排
気切換バルブ73の切換が禁止される。このためパティ
キュレートフィルタ22の温度の上昇率ΔTFが高いと
きに排気ガスの流れを逆転させるのに伴ってパティキュ
レートフィルタ22の温度の上昇率ΔTFがさらに上昇
し、パティキュレートフィルタ22の温度TFが高い温
度まで急激に上昇してしまい、その結果、パティキュレ
ートフィルタ22が溶損したり、パティキュレートフィ
ルタ22にクラックが発生したりするのを回避すること
ができる。なお本実施例ではパティキュレートフィルタ
22の温度の上昇率ΔTFに基づいて排気切換バルブ7
3の切換を禁止するか否かを判定しているが、他の実施
例では不図示の排気ガス温度センサにより検出された排
気ガス温度の上昇率に基づいて排気切換バルブ73の切
換を禁止するか否かを判定することも可能である。
第5の実施例について説明する。本実施例の構成は上述
した第1および第2の実施例の構成とほぼ同様である。
したがって後述する点を除き第1および第2の実施例と
ほぼ同様の効果を奏することができる。図31は本実施
例の排気切換バルブの切換制御方法を示したフローチャ
ートである。図31に示すようにこのルーチンが開始さ
れると、まずステップ200において排気切換バルブ7
3の切換タイミングであるか否かが判定される。本実施
例では減速フューエルカット運転時が排気切換バルブ7
3の切換タイミングとして設定されている。他の実施例
ではその代わりに或いはそれに加えて背圧センサ43、
44の差圧に基づいてパティキュレートフィルタ22に
微粒子が堆積したと推定される時を排気切換バルブ73
の切換タイミングとして設定することも可能である。さ
らに他の実施例ではそれらの代わりに或いはそれらに加
えて走行距離が所定量を超える毎にパティキュレートフ
ィルタ22に微粒子が堆積したと推定し、排気切換バル
ブ73を切り換えるようにしてもよい。
たときにはステップ500に進み、NOと判定されたと
きにはこのルーチンを終了する。ステップ500ではパ
ティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるた
めの制御が実行中であるか否かが判定される。パティキ
ュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるために例
えば低温燃焼が実行され、排気ガスが後燃えすることに
よりパティキュレートフィルタ22の温度が上昇せしめ
られる。ステップ500においてYESと判定されたと
きにはステップ202に進み、NOと判定されたときに
はステップ203に進む。ステップ202では排気切換
バルブ73の切換タイミングであっても排気切換バルブ
73の切換が禁止される。すなわち排気切換バルブ73
が順流位置(図9(A))に配置されているときには排
気切換バルブ73がそのまま順流位置に維持され、排気
切換バルブ73が逆流位置(図9(B))に配置されて
いるときには排気切換バルブ73がそのまま逆流位置に
維持される。ステップ203では排気切換バルブ73の
切換要求に基づいて排気切換バルブ73が切り換えられ
る。すなわち排気切換バルブ73が順流位置(図9
(A))に配置されているときには排気切換バルブ73
が順流位置から逆流位置に切り換えられ、排気切換バル
ブ73が逆流位置(図9(B))に配置されているとき
には排気切換バルブ73が逆流位置から順流位置に切り
換えられる。
関係を示した図である。図32に示すようにパティキュ
レートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるための制御
が実行中でない場合には時間t1に排気切換バルブ73
の切換タイミングになると、図31のステップ203が
実行されて排気切換バルブ73の位置が切り換えられ
る。一方、パティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を
回復させるための制御が実行中である場合には時間t1
に排気切換バルブ73の切換タイミングになっても、ス
テップ202が実行されることにより排気切換バルブ7
3の位置が切り換えられず、そのまま維持される。
において予め定められた切換タイミングであると判定さ
れ、ステップ500においてパティキュレートフィルタ
22の硫黄被毒を回復させるための制御が実行中でない
と判定されたときにはステップ203が実行され、排気
切換バルブ73の切換が許容される。一方、ステップ2
00において予め定められた切換タイミングであると判
定されても、ステップ500においてパティキュレート
フィルタ22の硫黄被毒を回復させるための制御が実行
中であると判定されたときにはステップ202が実行さ
れ、排気切換バルブ73の切換が禁止される。このため
パティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させる
ためにパティキュレートフィルタ22の温度TFが上昇
せしめられているときに排気ガスの流れを逆転させるの
に伴ってパティキュレートフィルタ22の温度TFがさ
らに上昇してしまい、その結果、パティキュレートフィ
ルタ22が溶損したり、パティキュレートフィルタ22
にクラックが発生したりするのを回避することができ
る。
第6の実施例について説明する。本実施例の構成は上述
した第1および第2の実施例の構成とほぼ同様である。
したがって後述する点を除き第1および第2の実施例と
ほぼ同様の効果を奏することができる。図33は本実施
例の排気切換バルブの切換制御方法を示したフローチャ
ートである。図33に示すようにこのルーチンが開始さ
れると、まずステップ200において排気切換バルブ7
3の切換タイミングであるか否かが判定される。本実施
例では減速フューエルカット運転時が排気切換バルブ7
3の切換タイミングとして設定されている。他の実施例
ではその代わりに或いはそれに加えて背圧センサ43、
44の差圧に基づいてパティキュレートフィルタ22に
微粒子が堆積したと推定されるときを排気切換バルブ7
3の切換タイミングとして設定することも可能である。
さらに他の実施例ではそれらの代わりに或いはそれらに
加えて走行距離が所定量を超える毎にパティキュレート
フィルタ22に微粒子が堆積したと推定し、排気切換バ
ルブ73を切り換えるようにしてもよい。
たときにはステップ500に進み、NOと判定されたと
きにはこのルーチンを終了する。ステップ500ではパ
ティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるた
めの制御が実行中であるか否かが判定される。パティキ
ュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるために例
えば低温燃焼が実行され、排気ガスが後燃えすることに
よりパティキュレートフィルタ22の温度が上昇せしめ
られる。ステップ500においてYESと判定されたと
きにはステップ600に進み、NOと判定されたときに
はステップ203に進む。ステップ600では温度セン
サ39により検出されたパティキュレートフィルタ22
の温度TFが所定の閾値TF3(<TF1)より高いか
否かが判定される。YESのときにはステップ202に
進み、NOのときにはステップ203に進む。ステップ
202では排気切換バルブ73の切換タイミングであっ
ても排気切換バルブ73の切換が禁止される。すなわち
排気切換バルブ73が順流位置(図9(A))に配置さ
れているときには排気切換バルブ73がそのまま順流位
置に維持され、排気切換バルブ73が逆流位置(図9
(B))に配置されているときには排気切換バルブ73
がそのまま逆流位置に維持される。ステップ203では
排気切換バルブ73の切換要求に基づいて排気切換バル
ブ73が切り換えられる。すなわち排気切換バルブ73
が順流位置(図9(A))に配置されているときには排
気切換バルブ73が順流位置から逆流位置に切り換えら
れ、排気切換バルブ73が逆流位置(図9(B))に配
置されているときには排気切換バルブ73が逆流位置か
ら順流位置に切り換えられる。
関係を示した図である。図34に示すようにパティキュ
レートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるための制御
が実行中でない場合、またはパティキュレートフィルタ
22の硫黄被毒を回復させるための制御が実行中である
がパティキュレートフィルタ22の温度TFが閾値TF
3以下の場合には時間t1に排気切換バルブ73の切換
タイミングになると、図33のステップ203が実行さ
れて排気切換バルブ73の位置が切り換えられる。一
方、パティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復さ
せるための制御が実行中であってパティキュレートフィ
ルタ22の温度TFが閾値TF3より高い場合には時間
t1に排気切換バルブ73の切換タイミングになって
も、ステップ202が実行されることにより排気切換バ
ルブ73の位置が切り換えられず、そのまま維持され
る。
において予め定められた切換タイミングであると判定さ
れ、ステップ500においてパティキュレートフィルタ
22の温度TFを上昇させることによるパティキュレー
トフィルタ22の硫黄被毒を回復させるための制御が実
行中であると判定され、ステップ600においてパティ
キュレートフィルタ22の温度TFが閾値TF3以下で
あると判定されたときにはステップ203が実行され、
排気切換バルブ73の切換が許容される。一方、ステッ
プ200において予め定められた切換タイミングである
と判定され、ステップ500においてパティキュレート
フィルタ22の温度TFを上昇させることによるパティ
キュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるための
制御が実行中であると判定されても、ステップ600に
おいてパティキュレートフィルタ22の温度TFが閾値
TF3より高いと判定されたときにはステップ202が
実行され、排気切換バルブ73の切換が禁止される。こ
のためパティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復
させるためにパティキュレートフィルタ22の温度TF
が上昇せしめられているときであってパティキュレート
フィルタ22の温度TFが高いときに排気ガスの流れを
逆転させるのに伴ってパティキュレートフィルタ22の
温度TFがさらに上昇してしまい、その結果、パティキ
ュレートフィルタ22が溶損したり、パティキュレート
フィルタ22にクラックが発生したりするのを回避する
ことができる。その上、ステップ500においてパティ
キュレートフィルタ22の温度TFを上昇させることに
よるパティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復さ
せるための制御が実行中であると判定されても、ステッ
プ600においてパティキュレートフィルタ22の温度
TFが閾値TF3以下であると判定されたときにはパテ
ィキュレートフィルタ22の溶損やクラックの発生の可
能性が低いと判断され、ステップ202が実行されず、
排気ガスの流れを逆転させるのが禁止されないため、排
気ガスの流れを逆転させるのが頻繁に禁止される場合に
比べ、微粒子をパティキュレートフィルタ22の隔壁5
4の両方の面に分散させて捕集することができる。なお
本実施例ではパティキュレートフィルタ22の温度TF
に基づいて排気切換バルブ73の切換を禁止するか否か
を判定しているが、他の実施例では不図示の排気ガス温
度センサにより検出された排気ガス温度に基づいて排気
切換バルブ73の切換を禁止するか否かを判定すること
も可能である。
第7の実施例について説明する。本実施例の構成は上述
した第1および第2の実施例の構成とほぼ同様である。
したがって後述する点を除き第1および第2の実施例と
ほぼ同様の効果を奏することができる。図35は本実施
例の排気切換バルブの切換制御方法を示したフローチャ
ートである。図35に示すようにこのルーチンが開始さ
れると、まずステップ200において排気切換バルブ7
3の切換タイミングであるか否かが判定される。本実施
例では減速フューエルカット運転時が排気切換バルブ7
3の切換タイミングとして設定されている。他の実施例
ではその代わりに或いはそれに加えて背圧センサ43、
44の差圧に基づいてパティキュレートフィルタ22に
微粒子が堆積したと推定されるときを排気切換バルブ7
3の切換タイミングとして設定することも可能である。
さらに他の実施例ではそれらの代わりに或いはそれらに
加えて走行距離が所定量を超える毎にパティキュレート
フィルタ22に微粒子が堆積したと推定し、排気切換バ
ルブ73を切り換えるようにしてもよい。
たときにはステップ500に進み、NOと判定されたと
きにはこのルーチンを終了する。ステップ500ではパ
ティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるた
めの制御が実行中であるか否かが判定される。パティキ
ュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるために例
えば低温燃焼が実行され、排気ガスが後燃えすることに
よりパティキュレートフィルタ22の温度が上昇せしめ
られる。ステップ500においてYESと判定されたと
きにはステップ700に進み、NOと判定されたときに
はステップ203に進む。ステップ700では温度セン
サ39により検出されたパティキュレートフィルタ22
の温度の上昇率ΔTFが所定の閾値ΔTF2(<ΔTF
1)より高いか否かが判定される。YESのときにはス
テップ202に進み、NOのときにはステップ203に
進む。ステップ202では排気切換バルブ73の切換タ
イミングであっても排気切換バルブ73の切換が禁止さ
れる。すなわち排気切換バルブ73が順流位置(図9
(A))に配置されているときには排気切換バルブ73
がそのまま順流位置に維持され、排気切換バルブ73が
逆流位置(図9(B))に配置されているときには排気
切換バルブ73がそのまま逆流位置に維持される。ステ
ップ203では排気切換バルブ73の切換要求に基づい
て排気切換バルブ73が切り換えられる。すなわち排気
切換バルブ73が順流位置(図9(A))に配置されて
いるときには排気切換バルブ73が順流位置から逆流位
置に切り換えられ、排気切換バルブ73が逆流位置(図
9(B))に配置されているときには排気切換バルブ7
3が逆流位置から順流位置に切り換えられる。
関係を示した図である。図36に示すようにパティキュ
レートフィルタ22の硫黄被毒を回復させるための制御
が実行中でない場合、またはパティキュレートフィルタ
22の硫黄被毒を回復させるための制御が実行中である
がパティキュレートフィルタ22の温度の上昇率ΔTF
が閾値ΔTF2以下の場合には時間t1に排気切換バル
ブ73の切換タイミングになると、図35のステップ2
03が実行されて排気切換バルブ73の位置が切り換え
られる。一方、パティキュレートフィルタ22の硫黄被
毒を回復させるための制御が実行中であってパティキュ
レートフィルタ22の温度の上昇率ΔTFが閾値ΔTF
2より高い場合には時間t1に排気切換バルブ73の切
換タイミングになっても、ステップ202が実行される
ことにより排気切換バルブ73の位置が切り換えられ
ず、そのまま維持される。
において予め定められた切換タイミングであると判定さ
れ、ステップ500においてパティキュレートフィルタ
22の温度TFを上昇させることによるパティキュレー
トフィルタ22の硫黄被毒を回復させるための制御が実
行中であると判定され、ステップ700においてパティ
キュレートフィルタ22の温度の上昇率ΔTFが閾値Δ
TF2以下であると判定されたときにはステップ203
が実行され、排気切換バルブ73の切換が許容される。
一方、ステップ200において予め定められた切換タイ
ミングであると判定され、ステップ500においてパテ
ィキュレートフィルタ22の温度TFを上昇させること
によるパティキュレートフィルタ22の硫黄被毒を回復
させるための制御が実行中であると判定されても、ステ
ップ700においてパティキュレートフィルタ22の温
度の上昇率ΔTFが閾値ΔTF2より高いと判定された
ときにはステップ202が実行され、排気切換バルブ7
3の切換が禁止される。このためパティキュレートフィ
ルタ22の硫黄被毒を回復させるためにパティキュレー
トフィルタ22の温度TFが上昇せしめられているとき
であってパティキュレートフィルタ22の温度の上昇率
ΔTFが高いときに排気ガスの流れを逆転させるのに伴
ってパティキュレートフィルタ22の温度の上昇率ΔT
Fがさらに上昇し、パティキュレートフィルタ22の温
度TFが高い温度まで急激に上昇してしまい、その結
果、パティキュレートフィルタ22が溶損したり、パテ
ィキュレートフィルタ22にクラックが発生したりする
のを回避することができる。その上、ステップ500に
おいてパティキュレートフィルタ22の温度TFを上昇
させることによるパティキュレートフィルタ22の硫黄
被毒を回復させるための制御が実行中であると判定され
ても、ステップ700においてパティキュレートフィル
タ22の温度の上昇率ΔTFが閾値ΔTF2以下である
と判定されたときにはパティキュレートフィルタ22の
溶損やクラックの発生の可能性が低いと判断され、ステ
ップ202が実行されず、排気ガスの流れを逆転させる
のが禁止されないため、排気ガスの流れを逆転させるの
が頻繁に禁止される場合に比べ、微粒子をパティキュレ
ートフィルタ22の隔壁54の両方の面に分散させて捕
集することができる。なお本実施例ではパティキュレー
トフィルタ22の温度の上昇率ΔTFに基づいて排気切
換バルブ73の切換を禁止するか否かを判定している
が、他の実施例では不図示の排気ガス温度センサにより
検出された排気ガス温度の上昇率に基づいて排気切換バ
ルブ73の切換を禁止するか否かを判定することも可能
である。
ュレートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パテ
ィキュレートフィルタの壁の一方の面において捕集され
てしまうのを回避すると共にパティキュレートフィルタ
の壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化
除去作用を及ぼすことができる。さらにパティキュレー
トフィルタの温度が高いときに排気ガスの流れを逆転さ
せるのに伴ってパティキュレートフィルタの温度がさら
に上昇してしまい、その結果、パティキュレートフィル
タが溶損したり、パティキュレートフィルタにクラック
が発生したりするのを回避することができる。
レートフィルタの温度がそれほど高くないものの、通常
燃焼が実行されているためにパティキュレートフィルタ
の温度上昇率が高いときに排気ガスの流れを逆転させる
のに伴ってパティキュレートフィルタの温度が高い温度
まで急激に上昇してしまい、その結果、パティキュレー
トフィルタが溶損したり、パティキュレートフィルタに
クラックが発生したりするのを回避することができる。
レートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティ
キュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されて
しまうのを回避すると共にパティキュレートフィルタの
壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除
去作用を及ぼすことができる。さらにパティキュレート
フィルタの温度上昇率が高いときに排気ガスの流れを逆
転させるのに伴ってパティキュレートフィルタの温度上
昇率がさらに上昇し、パティキュレートフィルタの温度
が高い温度まで急激に上昇してしまい、その結果、パテ
ィキュレートフィルタが溶損したり、パティキュレート
フィルタにクラックが発生したりするのを回避すること
ができる。
レートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティ
キュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されて
しまうのを回避すると共にパティキュレートフィルタの
壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除
去作用を及ぼすことができる。さらにパティキュレート
フィルタの硫黄被毒を回復させるためにパティキュレー
トフィルタの温度が上昇せしめられているときに排気ガ
スの流れを逆転させるのに伴ってパティキュレートフィ
ルタの温度がさらに上昇してしまい、その結果、パティ
キュレートフィルタが溶損したり、パティキュレートフ
ィルタにクラックが発生したりするのを回避することが
できる。
レートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティ
キュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されて
しまうのを回避すると共にパティキュレートフィルタの
壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除
去作用を及ぼすことができる。さらにパティキュレート
フィルタの硫黄被毒を回復させるためにパティキュレー
トフィルタの温度が上昇せしめられているときであって
パティキュレートフィルタの温度が高いときに排気ガス
の流れを逆転させるのに伴ってパティキュレートフィル
タの温度がさらに上昇してしまい、その結果、パティキ
ュレートフィルタが溶損したり、パティキュレートフィ
ルタにクラックが発生したりするのを回避することがで
きる。その上、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回
復の実行されているときであってもパティキュレートフ
ィルタの温度が低くパティキュレートフィルタの溶損や
クラックの発生の可能性が低いときには排気ガスの流れ
を逆転させるのが禁止されないため、排気ガスの流れを
逆転させるのが頻繁に禁止される場合に比べ、微粒子を
パティキュレートフィルタの壁の両方の面に分散させて
捕集することができる。
レートフィルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティ
キュレートフィルタの壁の一方の面において捕集されて
しまうのを回避すると共にパティキュレートフィルタの
壁の方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除
去作用を及ぼすことができる。さらにパティキュレート
フィルタの硫黄被毒を回復させるためにパティキュレー
トフィルタの温度が上昇せしめられているときであって
パティキュレートフィルタの温度上昇率が高いときに排
気ガスの流れを逆転させるのに伴ってパティキュレート
フィルタの温度上昇率がさらに上昇し、パティキュレー
トフィルタの温度が高い温度まで急激に上昇してしま
い、その結果、パティキュレートフィルタが溶損した
り、パティキュレートフィルタにクラックが発生したり
するのを回避することができる。その上、パティキュレ
ートフィルタの硫黄被毒回復の実行されているときであ
ってもパティキュレートフィルタの温度上昇率が低くパ
ティキュレートフィルタの溶損やクラックの発生の可能
性が低いときには排気ガスの流れを逆転させるのが禁止
されないため、排気ガスの流れを逆転させるのが頻繁に
禁止される場合に比べ、微粒子をパティキュレートフィ
ルタの壁の両方の面に分散させて捕集することができ
る。
化性能を向上させ、微粒子を連続的に酸化させることが
できやすくなる。
内燃機関に適用した第1の実施例を示した図である。
図である。
担体層の表面の拡大図である。
可能な酸化除去可能微粒子量Gを示した図である。
る。
の隔壁54の拡大断面図である。
拡大図である。
の関係を示した図である。
のに応じてパティキュレートフィルタの隔壁54の内部
の微粒子が移動する様子を示した図である。
ある。
図である。
ある。
I’を示す図である。
図である。
である。
る。
である。
である。
切換制御方法を示したフローチャートである。
た図である。
を示したフローチャートである。
た図である。
を示したフローチャートである。
た図である。
を示したフローチャートである。
た図である。
を示したフローチャートである。
た図である。
を示したフローチャートである。
た図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒
子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフィルタ
を機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレー
トフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集
されるようになっている内燃機関の排気浄化装置におい
て、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流
れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガ
スがパティキュレートフィルタの一方の側と他方の側と
から交互にパティキュレートフィルタを通過しうるよう
にし、予め定められたタイミングであってパティキュレ
ートフィルタの温度が予め定められた温度以下のときに
は排気ガスの流れを逆転させるのを許容し、前記予め定
められたタイミングであってもパティキュレートフィル
タの温度が前記予め定められた温度より高いときには排
気ガスの流れを逆転させるのを禁止するようにした内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項2】 燃焼室内に供給される不活性ガスの量を
増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
し、燃焼室内に供給される不活性ガスの量をさらに増大
していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周
囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとん
ど発生しなくなる内燃機関を用い、煤の発生量がピーク
となる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活
性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼と、
煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室
内に供給される不活性ガスの量が少ない通常燃焼とを実
行できるようにし、通常燃焼の実行時にはパティキュレ
ートフィルタが前記予め定められた温度以下のときであ
っても所定の温度より高いときに排気ガスの流れを逆転
させるのが禁止される請求項1に記載の内燃機関の排気
浄化装置。 - 【請求項3】 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒
子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフィルタ
を機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレー
トフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集
されるようになっている内燃機関の排気浄化装置におい
て、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流
れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガ
スがパティキュレートフィルタの一方の側と他方の側と
から交互にパティキュレートフィルタを通過しうるよう
にし、予め定められたタイミングであってパティキュレ
ートフィルタの温度上昇率が予め定められた値以下のと
きには排気ガスの流れを逆転させるのを許容し、前記予
め定められたタイミングであってもパティキュレートフ
ィルタの温度上昇率が前記予め定められた値より高いと
きには排気ガスの流れを逆転させるのを禁止するように
した内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項4】 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒
子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフィルタ
を機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレー
トフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集
されるようになっている内燃機関の排気浄化装置におい
て、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流
れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガ
スがパティキュレートフィルタの一方の側と他方の側と
から交互にパティキュレートフィルタを通過しうるよう
にし、パティキュレートフィルタが硫黄被毒したときに
パティキュレートフィルタの温度を上昇させることによ
ってパティキュレートフィルタの硫黄被毒を回復できる
ようにし、予め定められたタイミングであってパティキ
ュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行中でないときに
は排気ガスの流れを逆転させるのを許容し、前記予め定
められたタイミングであってもパティキュレートフィル
タの硫黄被毒回復が実行中のときには排気ガスの流れを
逆転させるのを禁止するようにした内燃機関の排気浄化
装置。 - 【請求項5】 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒
子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフィルタ
を機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレー
トフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集
されるようになっている内燃機関の排気浄化装置におい
て、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流
れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガ
スがパティキュレートフィルタの一方の側と他方の側と
から交互にパティキュレートフィルタを通過しうるよう
にし、パティキュレートフィルタが硫黄被毒したときに
パティキュレートフィルタの温度を上昇させることによ
ってパティキュレートフィルタの硫黄被毒を回復できる
ようにし、予め定められたタイミングであってパティキ
ュレートフィルタの硫黄被毒回復の実行中にパティキュ
レートフィルタの温度が予め定められた温度以下のとき
には排気ガスの流れを逆転させるのを許容し、前記予め
定められたタイミングであってもパティキュレートフィ
ルタの硫黄被毒回復の実行中にパティキュレートフィル
タの温度が前記予め定められた温度より高いときには排
気ガスの流れを逆転させるのを禁止するようにした内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項6】 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒
子を捕集し、酸化するためのパティキュレートフィルタ
を機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレー
トフィルタを通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集
されるようになっている内燃機関の排気浄化装置におい
て、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流
れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガ
スがパティキュレートフィルタの一方の側と他方の側と
から交互にパティキュレートフィルタを通過しうるよう
にし、パティキュレートフィルタが硫黄被毒したときに
パティキュレートフィルタの温度を上昇させることによ
ってパティキュレートフィルタの硫黄被毒を回復できる
ようにし、予め定められたタイミングであってパティキ
ュレートフィルタの硫黄被毒回復の実行中にパティキュ
レートフィルタの温度上昇率が予め定められた値以下の
ときには排気ガスの流れを逆転させるのを許容し、前記
予め定められたタイミングであってもパティキュレート
フィルタの硫黄被毒回復の実行中にパティキュレートフ
ィルタの温度上昇率が前記予め定められた値より高いと
きには排気ガスの流れを逆転させるのを禁止するように
した内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項7】 前記パティキュレートフィルタに捕集さ
れた微粒子は微粒子酸化促進成分である活性酸素によっ
て酸化される請求項1〜6のいずれか一項に記載の内燃
機関の排気浄化装置。
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