JP3558046B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集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の壁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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが特開平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を通過する排気ガスの流れが逆転されない。そのため、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。従って、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。そのため、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。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は、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、排気ガスの流れが逆転せしめられたときにパティキュレートフィルタから微粒子が脱離する可能性を低減し、かつ、仮にパティキュレートフィルタから微粒子が脱離したとしても、その微粒子をパティキュレートフィルタの後段で除去することにより微粒子を酸化除去するのに必要な時間を確保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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、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の壁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、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、前記パティキュレートフィルタの壁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、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記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させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁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を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００６】
請求項１に記載の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の壁に一時的に捕集された微粒子が例えば活性酸素や排気ガス中の酸素によって酸化可能であり、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子が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される。そのため、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。更に請求項１に記載の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の壁に捕集される微粒子が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されることにより、パティキュレートフィルタの壁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。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を例えば活性酸素や排気ガス中の酸素により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が可能になり、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のを阻止することができる。また請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置され、排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後においてパティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにしている。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、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の壁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、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの壁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、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記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させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁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を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００８】
請求項２に記載の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の壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤がパティキュレートフィルタの壁に担持され、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子が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される。そのため、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。更に請求項２に記載の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の壁に捕集される微粒子が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されることにより、パティキュレートフィルタの壁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。そのため、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により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が可能になり、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のを阻止することができる。また請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置され、排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後においてパティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは無害化手段を通過するようにしている。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１０】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、昇温手段を備えた微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１２】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、昇温手段を備えた微粒子捕捉手段がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止すると共に、微粒子捕捉手段により捕捉した微粒子を酸化除去することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられるバイパスモードを有し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられることにより、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１４】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられることにより、微粒子捕捉手段が昇温せしめられる。そのため、ヒータのような別個の微粒子捕捉手段用昇温手段を設ける必要なく、パティキュレートフィルタをバイパスせしめられた排気ガスによって微粒子捕捉手段を昇温させることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、前記微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられ、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１６】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置では、微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられ、微粒子捕捉手段が昇温せしめられる。詳細には、微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされ、微粒子捕捉手段に微粒子が堆積していないときには排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされない。そのため、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられる必要がないときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられてしまうのに伴って、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化触媒の酸化除去作用が弱まってしまうのを回避することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行すべきとき、前記パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復を実行し、次いで前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１８】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置では、微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行すべきとき、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、次いで微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される。そのため、最初に微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行され、次にパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、最後に、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復の際に流出した硫黄により再び被毒した微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される場合よりも、微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される回数を少なくすることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２０】
請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒がパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう排気ガスが浄化されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロンを前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２２】
請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロンがパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明によれば、排気ガス流れが順流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置と、排気ガス流れが逆流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置とに、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として更なるフィルタをそれぞれ配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２４】
請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガス流れが順流のときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置と、排気ガス流れが逆流のときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置とに、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として更なるフィルタがそれぞれ配置される。そのため、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明によれば、前記パティキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ上において単位時間当た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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入するや否や輝炎を発することなく短時間のうちに酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないように前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持するための制御手段を具備し、それによって排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく酸化除去せしめるようにした請求項１〜１０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。
【００２６】
請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないように排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度が維持されることにより、排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタ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。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明によれば、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないように、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２８】
請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度に基づき、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないようにすることができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明によれば、前記酸化剤が、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下するとその保持した酸素を活性酸素の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤である請求項２〜１２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。
【００３０】
請求項１３に記載の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担持されている酸化剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤により、周囲に過剰酸素が存在するときに酸素が取り込まれて保持され、周囲の酸素濃度が低下したときにその保持された酸素が活性酸素の形で放出される。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤が放出する活性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子を酸化除去することができる。
【００３１】
請求項１４に記載の発明によれば、前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を第一の向きに通過する順流モードと、排気ガスがパティキュレートの壁を前記第一の向きとは逆向きの第二の向きに通過する逆流モードとを有し、前記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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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、前記逆流手段の順流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼を実行し、前記逆流手段の逆流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記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燃焼を実行するようにした請求項１〜１３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。
【００３２】
請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、逆流手段の順流モード時に、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燃焼が実行され、逆流手段の逆流モード時に、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燃焼が実行される。つまり、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燃焼が実行されるため、そのときの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯにより微粒子の酸化除去作用を促進することができる。更に、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燃焼が実行されるときに排気ガスが逆流せしめられる。そのため、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燃焼が実行された時にパティキュレートフィルタの一方の表面上に微粒子が堆積し、パティキュレートフィルタのその表面上の触媒が硫黄被毒されてしまっていても、パティキュレートフィルタの反対側の表面から流入してパティキュレートフィルタの壁の内部を通過したＨＣ、ＣＯ含有排気ガスにより、パティキュレートフィルタの一方の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去することができる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明によれば、前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持されており、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項１〜１４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。
【００３４】
請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、酸化剤がパティキュレートフィルタの壁の内部に担持されているため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更に請求項１４に記載の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の壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子が移動せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００３６】
図１は本発明の内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示している。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、更に吸気ダクト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に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、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及び排気管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。
【００３７】
パティキュレートフィルタ２２は排気ガス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一通路、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二通路である。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。パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側には、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉フィルタ８０が配置されている。
【００３８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（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に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、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。
【００３９】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、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及び出力ポート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、パティキュレートフィルタ２２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。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。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°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、及び燃料ポンプ２８に接続される。
【００４０】
図２にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、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）及び（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。従って排気ガス流入通路５０及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及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２２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、従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５１内に流出する。
【００４１】
本発明による実施形態では各排気ガス流入通路５０及び各排気ガス流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上、栓５３の外端面及び栓５２，５３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、及び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。
【００４２】
この場合、本発明による実施形態では貴金属触媒として白金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のような希土類、及び遷移金属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又はアルカリ土類金属、即ちカリウム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。
【００４３】
次にパティキュレートフィルタ２２による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金Ｐｔ及びカリウム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、従って排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、吸気通路及び燃焼室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。従って排気ガス中にはＳＯ２ が含まれている。従って過剰酸素、ＮＯ及び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。
【００４４】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は排気ガス流入通路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わしている。なお、図３（Ａ）及び（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２２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 − 又はＯ２−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 − 又はＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。次いで生成されたＮＯ２ 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。
【００４５】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ２ 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。即ち、上述したように酸素Ｏ２ がＯ２ − 又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ２ は白金Ｐｔの表面でＯ２ − 又はＯ２−と反応してＳＯ３ となる。次いで生成されたＳＯ３ の一部は白金Ｐｔ上で更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ＳＯ４ 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Ｋ２ ＳＯ４ 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ＫＮＯ３ 及び硫酸カリウムＫ２ ＳＯ４ が生成される。
【００４６】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子が生成され、従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。
【００４７】
このように微粒子６２が酸素吸蔵・活性酸素放出剤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６１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、ＮＯ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。
【００４８】
一方、このとき酸素吸蔵・活性酸素放出剤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。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。
【００４９】
一方、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Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ３ や硫酸カリウムＫ２ ＳＯ４ 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。従って微粒子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。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２はただ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。従って微粒子６２はパティキュレートフィルタ２２上にほとんど堆積することがない。
【００５０】
あるいは、活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２の酸化作用が促進され、微粒子６２は数分から数１０分の短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられる。このように微粒子が酸化せしめられている間に他の微粒子が次から次へとパティキュレートフィルタ２２に付着する。従ってパティキュレートフィルタ２２上にはある程度の量の微粒子が常時堆積しており、この堆積している微粒子のうちの一部の微粒子が酸化除去せしめられることになる。このようにしてパティキュレートフィルタ２２上に付着した微粒子が輝炎を発することなく連続燃焼せしめられる。
【００５１】
尚、ＮＯｘは酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつ酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内において硝酸イオンＮＯ３ − の形で拡散するものと考えられ、この間にも活性酸素が発生する。微粒子６２はこの活性酸素によっても酸化せしめられる。また、このようにパティキュレートフィルタ２２上に付着した微粒子６２は活性酸素Ｏによって酸化せしめられるがこれら微粒子６２は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。
【００５２】
従来のようにパティキュレートフィルタ２２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、従ってこのような火炎を伴な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。
【００５３】
これに対して本発明では微粒子６２は上述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。即ち、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。従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。
【００５４】
ところで白金Ｐｔ及び酸素吸蔵・活性酸素放出剤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単位時間当りに酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１が放出しうる活性酸素Ｏの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。また当然のことながら微粒子自身の温度が高いほど酸化除去されやすくなる。従って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。
【００５５】
図５の実線は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Ｇを示している。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。尚、図５は単位時間を１秒とした場合の、即ち１秒当りの酸化除去可能微粒子量Ｇを示しているがこの単位時間としては１分、１０分等任意の時間を採用することができる。例えば単位時間として１０分を用いた場合には単位時間当りの酸化除去可能微粒子量Ｇは１０分間当りの酸化除去可能微粒子量Ｇを表すことになり、この場合でも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Ｇは図５に示されるように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。
【００５６】
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、即ち図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に接触するや否や短時間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。
【００５７】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図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。即ち、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。
【００５８】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分６３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 の酸化作用及び酸素吸蔵・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。即ち、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、従ってこの微粒子６４上に更に別の微粒子が次から次へと堆積する。即ち、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。
【００５９】
このように図５の領域Ｉでは微粒子は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。従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。
【００６０】
図５からわかるように本発明の実施形態で用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、従って図１に示す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量Ｍ及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。従って本発明による第１の実施形態においては排出微粒子量Ｍ及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。
【００６１】
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。従って機関出力は低下しない。あるいは、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維持すると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しなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ２２における排気ガス流の圧損は全くと言っていいほど変化することなくほぼ一定の最小圧損値に維持される。斯くして機関の出力低下を最小限に維持することができる。
【００６２】
一方、前述したように一旦微粒子がパティ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、即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。従って第２の実施形態では排出微粒子量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、即ち排出微粒子量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及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。
【００６３】
機関始動直後はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは低く、従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。従って実際の運転を考えると第２の実施形態の方が現実に合っていると考えられる。一方、第１の実施形態又は第２の実施形態を実行しうるように排出微粒子量Ｍ及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又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。
【００６４】
即ち、排気ガスの空燃比をリッチにすると、即ち排気ガス中の酸素濃度を低下させると酸素吸蔵・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、これら一気に放出された活性酸素Ｏによって堆積した微粒子が輝炎を発することなく一気に燃焼除去される。あるいは、活性酸素が放出されることによって、微粒子が酸化されやすいものに変質し、単位時間当りの酸化除去可能量が増加する。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＋ＥＧＲ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の開度及び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。
【００６５】
図６に機関の運転制御ルーチンの一例を示す。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。
【００６６】
一方、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。
【００６７】
一方、空燃比がリーンに維持されていると白金Ｐｔの表面が酸素で覆われ、いわゆる白金Ｐｔの酸素被毒が生ずる。このような酸素被毒が生ずるとＮＯｘに対する酸化作用が低下するためにＮＯｘの吸収効率が低下し、斯くして酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１からの活性酸素放出量が低下する。しかしながら空燃比がリッチにされると白金Ｐｔ表面上の酸素が消費されるために酸素被毒が解消され、従って空燃比がリッチからリーンに切換えられるとＮＯｘに対する酸化作用が強まるためにＮＯｘの吸収効率が高くなり、斯くして酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１からの活性酸素放出量が増大する。
【００６８】
従って空燃比がリーンに維持されているときに空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切換えるとその都度白金Ｐｔの酸素被毒が解消されるために空燃比がリーンであるときの活性酸素放出量が増大し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化作用を促進することができる。
【００６９】
また、セリウムＣｅは空燃比がリーンのときには酸素を取り込み（Ｃｅ２Ｏ３→２ＣｅＯ２）、空燃比がリッチになると活性酸素を放出する（２ＣｅＯ２→Ｃｅ２Ｏ３）機能を有する。従って酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１としてセリウムＣｅを用いると空燃比がリーンのときにはパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が付着すると酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から放出された活性酸素によって微粒子が酸化され、空燃比がリッチになると酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から多量の活性酸素が放出されるために微粒子が酸化される。従って酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１としてセリウムＣｅを用いた場合にも空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切換えるとパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化反応を促進することができる。尚、セリウムＣｅの代わりに、錫などの遷移金属を用いることもできる。
【００７０】
ところで燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、従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。従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又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ＳＯ３ 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。従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。従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又はアルカリ土類金属、即ちカリウム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ことになる。
【００７１】
また、本発明はパティキュレートフィルタ２２の両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのような貴金属のみを担持した場合にも適用することができる。ただし、この場合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図５に示す実線に比べて若干右側に移動する。この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ２ 又はＳＯ３ から活性酸素が放出される。また、酸素吸蔵・活性酸素放出剤としてＮＯ２ 又はＳＯ３ を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ２ 又はＳＯ３ から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
【００７２】
図７は図２（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタの隔壁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と同様な酸化機能を有し、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ことができる。
【００７３】
図８は図１に示したパティキュレートフィルタ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、まず第一通路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、最後に第二通路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、まず第二通路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、最後に第一通路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、第一通路７１内の圧力と第二通路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。
【００７４】
図１０は排気切換バルブ７３の位置が切り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１６１に押しつけられ、その上に堆積してしまっている。そのため、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）。
【００７５】
本実施形態では、図９（Ａ）に示す排気切換バルブ７３の順流位置から図９（Ｂ）に示す順流位置への切り換え、及び、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。
【００７６】
図１１は排気切換バルブ７３の切換時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上から脱離した微粒子６２が微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される様子を示した図である。詳細には、図１１（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置に配置されている時であって図１０（Ａ）に対応する図であり、図１１（Ｂ）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た時であって図１０（Ｂ）に対応する図である。図１１に示すように、排気切換バルブ７３が順流位置に配置されていた時にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤上に堆積していた微粒子６２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時にパティキュレートフィルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤上から脱離し、その脱離した微粒子６２は、パティキュレートフィルタ２２の排気ガス流れの下流側に配置された微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される。
【００７７】
図１２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１２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１２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１２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、更に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。次いで更に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。即ち、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。
【００７８】
図１３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近で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１３（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１３（Ａ）と図１３（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１３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図１３（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【００７９】
図１２および図１３に示される実験結果から次のことが言える。即ち、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１２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、従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１３からも言える。即ち、煤がほとんど発生していない図１３（Ｂ）に示す状態では燃焼圧が低くなっており、従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。
【００８０】
第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量がほぼ零になると図１２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。即ち、燃料中に含まれる図１４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１４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。従って、上述したように煤の発生量がほぼ零になると図１２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は煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素である。
【００８１】
図１２および図１３に示される実験結果に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又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。このことについて更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、即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。
【００８２】
ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即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、従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。即ち、ＥＧＲ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 前後又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。従って上述の或る温度はＮＯｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ 前後又はそれ以下になったときの温度にほぼ一致する。
【００８３】
一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはできない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって容易に浄化することができる。このように酸化機能を有する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態で燃焼室５から排出させるか、或いは煤の形で燃焼室５から排出させるかについては極めて大きな差がある。本発明において採用されている新たな燃焼システムは燃焼室５内において煤を生成させることなく炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室５から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有する触媒により酸化せしめることを核としている。
【００８４】
さて、煤が生成される前の状態で炭化水素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。即ち、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。即ち、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。
【００８５】
一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混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。即ち、燃焼温度を低く抑えることができることになる。即ち、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。
【００８６】
この場合、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。従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な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、従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。
【００８７】
図１５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い、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。即ち、図１５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１５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１５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１５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１５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。
【００８８】
図１６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用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１６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。
【００８９】
図１６を参照すると空気の割合、即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。即ち、図１６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１６においてＥＧＲガスの割合、即ち混合ガス中の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ＥＧＲ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１６に示す実施形態では７０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入された全吸入ガス量を図１６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１６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、又はそれ以下であり、従ってＮＯｘの発生量は極めて少量となる。
【００９０】
燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際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。従って図１６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。即ち、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、従って図１６において要求負荷がＬｏ 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。
【００９１】
ところが、図示しないがＥＧＲ通路を介して過給機の入口側即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。即ち、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ＥＧＲ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。従って、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。
【００９２】
前述したように図１６は燃料を理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図１６に示される空気量よりも少くしても、即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 前後又はそれ以下にすることができ、また空気量を図１６に示される空気量よりも多くしても、即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 前後又はそれ以下にすることができる。即ち、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。更に、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、即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。従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。
【００９３】
ところで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。従って本発明による実施形態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、即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、即ち従来より普通に行われている燃焼を行うようにしている。なお、ここで第１の燃焼、即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、即ち従来より普通に行われている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い燃焼のことを言う。
【００９４】
図１７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われる第１の運転領域Ｉ’と、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行われる第２の運転領域ＩＩ’とを示している。なお、図１７において縦軸Ｌはアクセルペダル４０の踏込み量、即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１７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。即ち、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。
【００９５】
このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境界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。即ち、要求負荷Ｌがかなり低くなったとき、即ち第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。
【００９６】
ところで機関の運転領域が第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又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（図示せず）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、又はＮＯｘ吸収剤を用いることができる。ＮＯｘ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のような希土類から選ばれた少くとも一つと、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、従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。
【００９７】
図１８は空燃比センサ（図示せず）の出力を示している。図１８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。従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。
【００９８】
次に図１９を参照しつつ第１の運転領域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１９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１９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１９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。
【００９９】
言い換えると第１の運転領域Ｉ’ではＥＧＲ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。即ち、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。
【０１００】
一方、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’に変わるとスロットル弁２０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１９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。即ち、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲（図１５）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。
【０１０１】
図２０（Ａ）は第１の運転領域Ｉ’における目標空燃比Ａ／Ｆを示している。図２０（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１５．５，１６，１７，１８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２０（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、更に第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。即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼による発熱量が少くなる。従って要求負荷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、従って図２０（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、従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形態では要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。
【０１０２】
なお、図２０（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図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。また、空燃比を図２０（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２１（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ＲＯＭ３２内に記憶されており、空燃比を図２０（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁２５の目標開度ＳＥが図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。
【０１０３】
図２２（Ａ）は第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による普通の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２２（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２４，３５，４５，６０を示している。図２２（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図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。また、空燃比を図２２（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２３（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ＲＯＭ３２内に記憶されており、空燃比を図２２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁２５の目標開度ＳＥが図２３（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。
【０１０４】
また、第２の燃焼が行われているときには燃料噴射量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２４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。
【０１０５】
次に図２５を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明する。図２５を参照すると、まず初めにステップ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、即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１１０９に進んで第２の燃焼が行われる。
【０１０６】
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がセットされていないと判別されたとき、即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１１０８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１１０９に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１１０３に進んで低温燃焼が行われる。
【０１０７】
ステップ１１０３では図２１（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、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２１（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１１０６では図２０（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。
【０１０８】
上述したようにに低温燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数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。従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の開度又は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。即ち、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。
【０１０９】
ステップ１１１０では図２４に示されるマ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２３（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２３（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２２（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１７の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、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。
【０１１０】
このように第２の燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数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。即ち、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。
【０１１１】
これまで述べた実施形態では低温燃焼が行わ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。
【０１１２】
本実施形態では、図９（Ａ）、図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）に示す順流モード時に、上述した通常燃焼、つまり、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ガスの量が少ない燃焼が実行され、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）及び図１１（Ｂ）に示す逆流モード時に、上述した低温燃焼、つまり、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。
【０１１３】
更に本実施形態では、単位時間当たりに燃焼室５から排出される排出微粒子量が、パティキュレートフィルタ２２上において単位時間当た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よりも通常少なくなり、つまり、通常、図５の領域Ｉ内に位置し、かつ、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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、排出微粒子量及びパティキュレートフィルタ２２の温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。
【０１１４】
本実施形態によれば、図７に示すようにパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１がパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に担持され、図９に示すようにパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れが逆転されることにより、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に捕集される微粒子が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）とに分散される。そのため、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隔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２２の隔壁５４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。上述した酸化除去作用は、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１（図７参照）を必須要件としているため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１（図７参照）が存在しない場合であっても達成することが可能である。
【０１１５】
更に本実施形態によれば、上述したように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がパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の一方の面と他方の面とに分散されることにより、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は、微粒子が分散されない場合に比べて低減せしめられる。そのため、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を活性酸素により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が可能になり、その結果、微粒子がパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４に堆積してしまうのを阻止することができる。酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えることも、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤２６１（図７参照）を必須要件としているため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１（図７参照）が存在しない場合であっても達成することが可能である。
【０１１６】
また本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、微粒子捕捉フィルタ８０がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されている。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる（図１１参照）。
【０１１７】
また本実施形態によれば、図７及び図１０に示すように、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を酸化するための酸化触媒としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１が、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に担持されている。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１により、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の微粒子１６２をパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部において酸化除去することができる。更に本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を移動させるための排気ガス逆流手段として、排気切換バルブ７３が設けられている。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１によりパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部の微粒子１６２を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を移動させることによって促進することができる（図１０参照）。
【０１１８】
また本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉フィルタ８０がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されるため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子６２がそのまま排出されてしまうのを阻止することができる（図１１参照）。
【０１１９】
また本実施形態によれば、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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およびパティキュレートフィルタ２２の温度が維持されることにより、排気ガス中の微粒子が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。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【０１２０】
また本実施形態によれば、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタ２２の温度を維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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、排出微粒子量およびパティキュレートフィルタ２２の温度に基づき、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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することができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、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前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【０１２１】
また本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ２２に担持されている酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１により、周囲に過剰酸素が存在するときに酸素が取り込まれて保持され、周囲の酸素濃度が低下したときにその保持された酸素が活性酸素の形で放出される（図３参照）。そのため、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、微粒子６２がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１が放出する活性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子６２を酸化除去することができる。
【０１２２】
また本実施形態によれば、逆流手段としての排気切換バルブ７３の順流モード時（図９（Ａ）参照）に、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ガスの量が少ない通常燃焼が実行され、排気切換バルブ７３の逆流モード時（図９（Ｂ）参照）に、煤の発生量がピークとなる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低温燃焼が実行される。つまり、煤の発生量がピークとなる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低温燃焼が実行されるため、そのときの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯにより微粒子の酸化除去作用を促進することができる。更に、煤の発生量がピークとなる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低温燃焼が実行されるときに排気ガスが逆流せしめられるため、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が少ない通常燃焼が実行された時にパティキュレートフィルタ２２の一方の表面上に微粒子が堆積し（図１０（Ａ）参照）、パティキュレートフィルタ２２のその表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１２６１が硫黄被毒されてしまっていても、パティキュレートフィルタ２２の反対側（図１０の下側）の表面から流入してパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部を通過したＨＣ、ＣＯ含有排気ガスにより、パティキュレートフィルタ２２の一方の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去することができる。
【０１２３】
本実施形態の変形例では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりに、酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタを配置することも可能である。本変形例によれば、上述した実施形態とほぼ同様の効果を奏することができる。更に微粒子捕捉フィルタ８０と異なり、微粒子だけでなくＨＣやＣＯも浄化することができる。他の変形例では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりに、酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタを配置すると共に、リッチガスを供給してＮＯｘを除去することも可能である。
【０１２４】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第三の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では図１に示した微粒子捕捉フィルタ８０が使用されるのに加え、図２６に示す昇温手段としての電気ヒータ（ＥＨＣ）８１が使用される。図２６は微粒子捕捉フィルタ８０のために電気ヒータ８１を設けた図１１と同様の図である。
【０１２５】
本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、電気ヒータ８１を備えた微粒子捕捉フィルタ８０がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子６２がそのまま排出されてしまうのを阻止すると共に、微粒子捕捉フィルタ８０が捕捉した微粒子６２を熱により酸化除去することができる。本実施形態の変形例では、電気ヒータ８１の代わりにバーナーを使用することも可能である。本変形例によっても上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０１２６】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第四の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、図１に示したパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０が設けられているのに加え、図２７に示す圧力センサ４３、４４、４５及び４６が設けられている。図２７は排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図９とほぼ同様の図である。詳細には、図２７（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置にあるときの図、図２７（Ｂ）は排気切換バルブ７３が逆流位置にあるときの図、図２７（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。
【０１２７】
排気切換バルブ７３が順流位置にあるとき、図２７（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、まず第一通路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、最後に第二通路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。その際、排気ガス中の微粒子６２は、パティキュレートフィルタ２２により一時的に捕集される。次いで排気切換バルブ７３が逆流位置に切り換えられると、図２７（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、まず第二通路７２を通過し、次いでパティキュレートフィルタ２２を図２７（Ａ）に示した場合とは逆向きに通過し、最後に第一通路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。その際、パティキュレートフィルタ２２により一時的に捕集されていた微粒子６２は、パティキュレートフィルタ２２から脱離し、微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される。次いで排気切換バルブ７３がバイパス位置に切り換えられると、図９（Ｃ）に示すように、第一通路７１内の圧力と第二通路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。その際、後述するように排気ガスの温度が昇温せしめられるように内燃機関の運転条件が切り換えられ、微粒子捕捉フィルタ８０が昇温せしめられる。
【０１２８】
図２８は本実施形態の下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタの再生制御方法を示したフローチャートである。このルーチンが開始されると、まずステップ２００において、圧力センサ４５により読み込まれた圧力と圧力センサ４６により読み込まれた圧力との差圧ΔＰＤが閾値ＴＰＤより高いか否かが判断される。ＮＯのときには、微粒子捕捉フィルタ８０内にそれほど微粒子が捕捉されておらず、まだ微粒子捕捉フィルタ８０を再生させる必要がないと判断し、このルーチンを終了する。一方、ＹＥＳのときには、微粒子捕捉フィルタ８０内に比較的多くの微粒子が捕捉され、微粒子捕捉フィルタ８０を再生させる必要があると判断し、ステップ２０１に進む。この閾値ＴＰＤは、微粒子捕捉フィルタ８０を昇温させ微粒子捕捉フィルタ８０内の微粒子を酸化除去する際に微粒子捕捉フィルタ８０が溶損しないように、かつ、微粒子捕捉フィルタ８０を昇温させるために排気ガスの温度を昇温させる際に内燃機関の性能を損なわないように設定される。ステップ２０１では、排気切換バルブ７３が図２７（Ｃ）に示すバイパス位置に切り換えられる。次いでステップ２０２では、例えば上述した低温燃焼を行うことにより排気ガスの温度が昇温せしめられ、微粒子捕捉フィルタ８０がその排気ガスにより昇温せしめられる。低温燃焼を行う代わりに、膨張行程噴射、又は排気系ＨＣ添加、若しくはＶＩＧＯＭ噴射＋噴射リタードを行うことも可能である。
【０１２９】
次いでステップ２０３では、下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０が再生されたか否かが判断される。ＮＯのとき、つまり、圧力センサ４５により読み込まれた圧力と圧力センサ４６により読み込まれた圧力との差圧ΔＰＤが所定の閾値以下まで低下していないときには、微粒子捕捉フィルタ８０の再生を継続する必要があると判断し、ステップ２０４にて微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御が継続される。一方、ＹＥＳのとき、つまり、圧力センサ４５により読み込まれた圧力と圧力センサ４６により読み込まれた圧力との差圧ΔＰＤが所定の閾値以下まで低下したときには、微粒子捕捉フィルタ８０の再生が終了したと判断し、ステップ２０５に進む。ステップ２０５では、微粒子捕捉フィルタ８０の再生制御が終了され、通常の内燃機関の運転に戻される。次いでステップ２０６では、排気切換バルブ７３が図２７（Ａ）に示す順流位置又は図２７（Ｂ）に示す逆流位置に切り換えられる。
【０１３０】
図２９は本実施形態の微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御の効果を示した図である。図２９に示すように、内燃機関の通常運転が行われ、排気切換バルブ７３が順流位置と逆流位置との間で切り換えられているうちに下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の圧力損失ΔＰＤが閾値ＴＰＤより高くなると（時間Ｔ３）、排気切換バルブ７３がバイパス位置に切り換えられ、内燃機関の昇温制御による微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御が行われる。微粒子捕捉フィルタ８０の再生が終了すると（時間Ｔ４）、内燃機関が通常運転に戻され、排気切換バルブ７３が逆流位置に切り換えられる。
【０１３１】
本実施形態によれば、排気切換バルブ７３がバイパス位置に配置されているときに排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過することなくバイパスせしめられることにより、微粒子捕捉フィルタ８０が昇温せしめられる。そのため、電気ヒータ８１のような別個の微粒子捕捉フィルタ８０用昇温手段を設ける必要なく、パティキュレートフィルタ２２をバイパスせしめられた排気ガスによって微粒子捕捉フィルタ８０を昇温させることができる。
【０１３２】
更に本実施形態によれば、微粒子捕捉フィルタ８０に微粒子が堆積し、差圧ΔＰＤが閾値ＴＰＤを越えたときに、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過することなくバイパスせしめられ、微粒子捕捉フィルタ８０が昇温せしめられる。詳細には、微粒子捕捉フィルタ８０に微粒子が堆積したときに排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされ、微粒子捕捉フィルタ８０に微粒子が堆積していないときには排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされない。そのため、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスせしめられる必要がないときに排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスせしめられ、パティキュレートフィルタ２２の温度が低下してしまうのに伴って、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の酸素吸蔵・活性酸素放出剤１６１、２６１（図７参照）の酸化除去作用が弱まってしまうのを回避することができる。
【０１３３】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第五の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２９を参照して説明した第一及び第二並びに第四の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。図３０はパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御方法を示したフローチャートである。燃料消費量積算値が所定値以上になると硫黄被毒したと判断され、このルーチンが開始される。このルーチンが開始されると、図３０に示すようにまずステップ３００において、上流側フィルタ、つまり、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒が回復したか否か、つまり、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復制御の経過時間が所定時間以上になったか否かが判断される。ＮＯのときには、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復制御を継続すべく、ステップ３０１において、例えば上述した低温燃焼を行うことにより、排気ガスが高温かつリッチにされる。一方、ＹＥＳのとき、つまり、パティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒が回復したときには、ステップ２０１において、下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒を回復させるべく、排気切換バルブ７３が図２７（Ｃ）に示すようにバイパス位置に配置される。
【０１３４】
次いでステップ３０２では、下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒が回復したか否か、すなわち、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御の経過時間が所定時間以上になったか否かが判断される。ＮＯのときには、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御を継続すべく、ステップ３０３にてディレイが設けられる。一方、ＹＥＳのとき、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒が回復したときには、ステップ３０４において内燃機関の運転が通常運転に戻される。次いでステップ３０５において、排気切換バルブ７３がバイパス位置から順流位置又は逆流位置に切り換えられる。
【０１３５】
図３１は本実施形態のパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御の効果を示した図である。図３１に示すように、まず時間Ｔ５から時間Ｔ６の間に、上流側フィルタであるパティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復が実行され、次いで時間Ｔ６から時間Ｔ７の間に、時間Ｔ６以前にパティキュレートフィルタ２２から放出された硫黄により硫黄被毒した下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復が実行される。
【０１３６】
本実施形態によれば、微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復を実行すべきとき、まずパティキュレートフィルタ２２の硫黄被毒回復が実行され（時間Ｔ５から時間Ｔ６）、次いで微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復が実行される（時間Ｔ６から時間Ｔ７）。そのため、最初に微粒子捕捉フィルタの硫黄被毒回復が実行され、次にパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、最後に、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復の際に流出した硫黄により再び被毒した微粒子捕捉フィルタの硫黄被毒回復が実行される場合よりも、微粒子捕捉フィルタの硫黄被毒回復が実行される回数を少なくすることができる。
【０１３７】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第六の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図３１を参照して説明した第一及び第二並びに第四の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。図３２は排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図２７とほぼ同様の図である。詳細には、図３２（Ａ）は排気切換バルブ７３が順流位置にあるときの図、図３２（Ｂ）は排気切換バルブ７３がバイパス位置にあるときの図、図３２（Ｃ）は排気切換バルブ７３が逆流位置にあるときの図である。図３２において、８２は排気ガス浄化触媒としてリーンＮＯｘ触媒を担持したフィルタである。パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の内部に一時的に捕集された微粒子１６２を移動させるとき（図１０参照）、つまり、図３２に示すように、排気切換バルブ７３が順流位置（図３２（Ａ））から逆流位置（図３２（Ｃ））に切り換えられるとき、あるいは、排気切換バルブ７３が順流位置（図３２（Ａ））からバイパス位置（図３２（Ｂ））を介して逆流位置（図３２（Ｃ））に切り換えられるとき、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘは、パティキュレートフィルタ２２において浄化されることなく、パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流されてしまう。そこで本実施形態では、そのようなＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化すべく、パティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側にリーンＮＯｘ触媒を担持したフィルタ８２が配置されている。また、リーンＮＯｘ触媒によりＮＯｘを除去すべく、排気ガスが一時的にリッチにされる。
【０１３８】
本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒を担持したフィルタ８２がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されるため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるとき、つまり、排気切換バルブ７３の切換時にパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に流れてしまうＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ含有排気ガスが浄化されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。本実施形態の変形例では、フィルタ８２がリーンＮＯｘ触媒の代わりに酸化触媒や三元触媒を担持することも可能である。
【０１３９】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第七の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりにサイクロン８３が設けられている。図３３はパティキュレートフィルタ２２及びサイクロン８３の拡大側面図である。本実施形態によれば、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロン８３がパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側に配置されるため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるとき（図１０）に、パティキュレートフィルタ２２表面上に堆積していた比較的大径の粗粒子６２（図１１）がパティキュレートフィルタ２２表面から脱離し、その脱離した粗粒子６２が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１４０】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第八の実施形態について説明する。本実施形態の構成及び作用は、後述する点を除き図１〜図２５を参照して説明した第一及び第二の実施形態の構成及び作用とほぼ同様である。本実施形態では、微粒子捕捉フィルタ８０の代わりに、あるいは、微粒子捕捉フィルタ８０に加えて粗粒子捕捉フィルタ８４、８５が設けられている。図３４はパティキュレートフィルタ２２及び粗粒子捕捉フィルタ８４、８５の拡大側面図である。本実施形態によれば、排気ガス流れが順流のとき（図１１（Ａ）参照）にパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側となる位置に排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として粗粒子捕捉フィルタ８５が配置され、排気ガス流れが逆流のとき（図１１（Ｂ）参照）にパティキュレートフィルタ２２よりも排気ガス流れの下流側となる位置に排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として粗粒子捕捉フィルタ８４が配置される。そのため、パティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過する排気ガスの流れを逆転させるために排気切換バルブ７３の位置が切り換えられるときに、パティキュレートフィルタ２２表面上に堆積していた比較的大径の粗粒子６２（図１１）がパティキュレートフィルタ２２表面から脱離し、その脱離した粗粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。粗粒子捕捉フィルタ８４、８５の例としては、例えば衝突捕集型のフォームフィルタ等がある。
【０１４１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、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。更に、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を例えば活性酸素により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が可能になり、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のを阻止することができる。また、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０１４２】
請求項２に記載の発明によれば、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。更に、パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により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が可能になり、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のを阻止することができる。また、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある排気ガス中の有害物質を無害化することができる。
【０１４３】
請求項３に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１４４】
請求項４に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう可能性のある微粒子がそのまま排出されてしまうのを阻止すると共に、微粒子捕捉手段により捕捉した微粒子を酸化除去することができる。
【０１４５】
請求項５に記載の発明によれば、ヒータのような別個の微粒子捕捉手段用昇温手段を設ける必要なく、パティキュレートフィルタをバイパスせしめられた排気ガスによって微粒子捕捉手段を昇温させることができる。
【０１４６】
請求項６に記載の発明によれば、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられる必要がないときに排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスせしめられてしまうのに伴って、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化触媒の酸化除去作用が弱まってしまうのを回避することができる。
【０１４７】
請求項７に記載の発明によれば、最初に微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行され、次にパティキュレートフィルタの硫黄被毒回復が実行され、最後に、パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復の際に流出した硫黄により再び被毒した微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される場合よりも、微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復が実行される回数を少なくすることができる。
【０１４８】
請求項８に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときにパティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に流れてしまう排気ガスが浄化されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１４９】
請求項９に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１５０】
請求項１０に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるときに、パティキュレートフィルタ表面上に堆積していた比較的大径の微粒子がパティキュレートフィルタ表面から脱離し、その脱離した微粒子が捕集されることなくそのまま排出されてしまうのを阻止することができる。
【０１５１】
請求項１１に記載の発明によれば、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【０１５２】
請求項１２に記載の発明によれば、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しない運転条件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるいは、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないようにすることができる。それゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比べ、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化させることができる。
【０１５３】
請求項１３に記載の発明によれば、従来の場合のように微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤が放出する活性酸素により、輝炎を発することなくその微粒子を酸化除去することができる。
【０１５４】
請求項１４に記載の発明によれば、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燃焼が実行されるため、そのときの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯにより微粒子の酸化除去作用を促進することができる。更に、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燃焼が実行された時にパティキュレートフィルタの一方の表面上に微粒子が堆積し、パティキュレートフィルタのその表面上の触媒が硫黄被毒されてしまっていても、パティキュレートフィルタの反対側の表面から流入してパティキュレートフィルタの壁の内部を通過したＨＣ、ＣＯ含有排気ガスにより、パティキュレートフィルタの一方の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響を受けることなく酸化除去することができる。
【０１５５】
請求項１５に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子をパティキュレートフィルタの壁の内部において酸化除去することができる。更に、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させることによって促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示した図である。
【図２】パティキュレートフィルタ２２の構造を示した図である。
【図３】排気ガス流入通路５０の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図である。
【図４】微粒子の酸化の様子を示した図である。
【図５】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Ｇを示した図である。
【図６】機関の運転制御ルーチンの一例を示した図である。
【図７】図２（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタの隔壁５４の拡大断面図である。
【図８】図１に示したパティキュレートフィルタ２２の拡大図である。
【図９】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。
【図１０】排気切換バルブ７３の位置が切り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。
【図１１】排気切換バルブ７３の切換時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上から剥離した微粒子６２が微粒子捕捉フィルタ８０により捕捉される様子を示した図である。
【図１２】スモークおよびＮＯｘの発生量等を示す図である。
【図１３】燃焼圧を示す図である。
【図１４】燃料分子を示す図である。
【図１５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図１６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図である。
【図１７】第１の運転領域Ｉ’および第２の運転領域ＩＩ’を示す図である。
【図１８】空燃比センサの出力を示す図である。
【図１９】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図２０】第１の運転領域Ｉ’における空燃比等を示す図である。
【図２１】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図２２】第２の燃焼における空燃比等を示す図である。
【図２３】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図２４】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図２５】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２６】微粒子捕捉フィルタ８０のために電気ヒータ８１を設けた図１１と同様の図である。
【図２７】排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図９とほぼ同様の図である。
【図２８】第四の実施形態の下流側フィルタ、つまり、微粒子捕捉フィルタの再生制御方法を示したフローチャートである。
【図２９】第四の実施形態の微粒子捕捉フィルタ８０の昇温制御の効果を示した図である。
【図３０】パティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御方法を示したフローチャートである。
【図３１】第五の実施形態のパティキュレートフィルタ２２及び微粒子捕捉フィルタ８０の硫黄被毒回復制御の効果を示した図である。
【図３２】排気切換バルブ７３の切換位置と排気ガスの流れとの関係を示した図２７とほぼ同様の図である。
【図３３】パティキュレートフィルタ２２及びサイクロン８３の拡大側面図である。
【図３４】パティキュレートフィルタ２２及び粗粒子捕捉フィルタ８４、８５の拡大側面図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…排気管
２２…パティキュレートフィルタ
２５…ＥＧＲ制御弁
５４…隔壁
６１…酸素吸蔵・活性酸素放出剤
６２…微粒子
７３…排気切換バルブ
８０…微粒子捕捉フィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas discharged from a combustion chamber is disposed in an engine exhaust passage, and when the exhaust gas passes through a wall of the particulate filter, particulates in the exhaust gas are removed. 2. Description of the Related Art An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that is designed to be collected is known. An example of this type of exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-106290.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in JP-A-7-106290, the flow of the exhaust gas passing through the particulate filter is not reversed. Therefore, the fine particles collected on the wall of the particulate filter cannot be dispersed on one side and the other side of the wall of the particulate filter. As a result, when a certain amount or more of the fine particles are collected on the wall of the particulate filter, the action of removing the fine particles is not sufficiently transmitted to all the fine particles. Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-106290, when the amount of particulates flowing into the particulate filter exceeds a certain amount, all the particulates are removed from one side of the wall of the particulate filter. As the particles are trapped on the surface, the particle removing action of the particulate filter is not sufficiently transmitted to all the particles, and as a result, the particles are deposited on the walls of the particulate filter. Therefore, the particulate filter is clogged and the back pressure increases.
[0004]
In view of the above problems, the present invention reverses the flow of exhaust gas passing through a particulate filter and sufficiently transmits an oxidizing / removing action of oxidizing and removing particulates trapped on a wall of the particulate filter to all the particulates. This prevents the particulates from accumulating on the walls of the particulate filter, reduces the possibility that the particulates will be desorbed from the particulate filter when the flow of exhaust gas is reversed, Provided is an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that can secure a time necessary for oxidizing and removing particulates by removing the particulates after the particulate filter even if the particulates are detached from the particulate filter. With the goal.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a particulate filter for trapping fine particles in exhaust gas discharged from the combustion chamber is disposed in the engine exhaust passage, and the exhaust gas passes through the wall of the particulate filter. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, the fine particles temporarily trapped on the wall of the particulate filter can be oxidized, and the fine particles in the exhaust gas can be oxidized. Exhaust gas backflow means for reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the filter is provided. By reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, the exhaust gas is collected on the wall of the particulate filter. The particles to be dispersed are dispersed on one side and the other side of the wall of the particulate filter, whereby the particulate matter is dispersed. The possibility that the fine particles trapped on the wall of the filter is deposited without being oxidized and removed is reduced, and the detoxification means for detoxifying the harmful components in the exhaust gas is provided in a more exhaust gas flow than the particulate filter. Located downstream ofThe exhaust gas passing through the wall of the particulate filter before and after the reversal of the flow of the exhaust gas by the exhaust gas backflow means passes through the detoxifying means.An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided.
[0006]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the fine particles temporarily collected on the wall of the particulate filter can be oxidized by, for example, active oxygen or oxygen in the exhaust gas. By reversing the flow of the passing exhaust gas, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are dispersed on one side and the other side of the wall of the particulate filter. Therefore, it is possible to prevent most of the fine particles flowing into the particulate filter from being trapped on one surface of the wall of the particulate filter, and to prevent the most of the fine particles from flowing toward the exhaust gas flow from the wall of the particulate filter. Can have an oxidative removal effect on the fine particles. Further, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are dispersed on one side and the other side of the wall of the particulate filter, so that the particulate matter is dispersed. The possibility that the fine particles trapped on the filter wall are deposited without being oxidized and removed is reduced. For this reason, it is possible to sufficiently transmit the oxidizing and removing effect of oxidizing and removing the fine particles trapped on the wall of the particulate filter by, for example, active oxygen or oxygen in exhaust gas to all the fine particles. Accumulation on the walls of the curated filter can be prevented. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas is disposed downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow.The exhaust gas that has passed through the wall of the particulate filter before and after the reversal of the flow of the exhaust gas by the exhaust gas backflow means passes through the detoxifying means.. Therefore, when reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, it is possible to detoxify harmful substances in the exhaust gas that may flow to the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter. it can.
[0007]
According to the second aspect of the present invention, the particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is disposed in the engine exhaust passage, and the exhaust gas passes through the wall of the particulate filter. In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine in which particulates in exhaust gas are trapped, active oxygen for oxidizing particulates temporarily trapped on the wall of the particulate filter is released. An oxidizing agent to be carried on the wall of the particulate filter, and an exhaust gas backflow means for reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, wherein the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is provided. By reversing the flow of particles, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter Dispersed on one side and the other side of the wall, thereby reducing the possibility that fine particles trapped on the wall of the particulate filter are deposited without being oxidized and removed, and the harmful components in the exhaust gas are reduced. A detoxifying means for detoxifying is disposed downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow.The exhaust gas passing through the wall of the particulate filter before and after the reversal of the flow of the exhaust gas by the exhaust gas backflow means passes through the detoxifying means.An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided.
[0008]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, an oxidizing agent that releases active oxygen for oxidizing fine particles temporarily collected on the wall of the particulate filter is carried on the wall of the particulate filter, By reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are dispersed on one side and the other side of the wall of the particulate filter. Therefore, it is possible to prevent most of the fine particles flowing into the particulate filter from being trapped on one surface of the wall of the particulate filter, and to prevent the most of the fine particles from flowing toward the exhaust gas flow from the wall of the particulate filter. Can have an oxidative removal effect on the fine particles. Furthermore, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, the particulates collected on the wall of the particulate filter are dispersed on one surface and the other surface of the wall of the particulate filter, so that the particulate matter is dispersed. The possibility that the fine particles trapped on the filter wall are deposited without being oxidized and removed is reduced. Therefore, it is possible to sufficiently transmit the oxidizing and removing effect of oxidizing and removing the fine particles trapped on the wall of the particulate filter by active oxygen to all the fine particles, and as a result, the fine particles accumulate on the wall of the particulate filter. Can be prevented. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, the detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas is disposed downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow.The exhaust gas passing through the wall of the particulate filter before and after the reversal of the flow of the exhaust gas by the exhaust gas backflow means is made to pass through the detoxification means.. Therefore, when reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, it is possible to detoxify harmful substances in the exhaust gas that may flow to the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter. it can.
[0009]
According to the third aspect of the present invention, as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas, a particulate capturing means is disposed downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow. 2. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to item 2 is provided.
[0010]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect, the particulate capturing means is disposed downstream of the particulate filter as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. Therefore, when reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, it is possible to prevent the particulates that may flow downstream of the particulate filter from the particulate filter from being directly discharged. Can be.
[0011]
According to the invention as set forth in claim 4, as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas, a particulate capturing means provided with a temperature increasing means is located on the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 3 is provided.
[0012]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the fourth aspect, as the detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas, the particulate trapping means provided with the temperature increasing means has a higher exhaust gas flow than the particulate filter. It is located downstream. Therefore, when reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, it is possible to prevent the particulates that may flow downstream of the particulate filter from the particulate filter from being discharged as they are. The fine particles captured by the fine particle capturing means can be oxidized and removed.
[0013]
According to the invention described in claim 5, the backflow means has a bypass mode in which the exhaust gas is bypassed without passing through the wall of the particulate filter, and the exhaust gas passes through the wall of the particulate filter. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the temperature of the particulate trapping means is increased by bypassing the exhaust gas.
[0014]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the fifth aspect, the exhaust gas is bypassed without passing through the wall of the particulate filter, so that the temperature of the particulate capturing means is increased. Therefore, it is not necessary to provide a separate temperature raising means for the particle capturing means such as a heater, and the temperature of the particle capturing means can be raised by the exhaust gas bypassing the particulate filter.
[0015]
According to the invention described in claim 6, when the fine particles are deposited on the fine particle capturing means, the exhaust gas is bypassed without passing through the wall of the particulate filter, and the temperature of the fine particle capturing means is increased. Item 5. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to item 5 is provided.
[0016]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the sixth aspect, when particulates accumulate on the particulate capturing means, the exhaust gas is bypassed without passing through the wall of the particulate filter, and the temperature of the particulate capturing means is increased. . Specifically, when particulates accumulate on the particulate capturing means, the exhaust gas bypasses the particulate filter, and when no particulates accumulate on the particulate capturing means, the exhaust gas does not bypass the particulate filter. Therefore, the exhaust gas is bypassed through the particulate filter when the exhaust gas does not need to be bypassed through the particulate filter, and the oxidizing and removing action of the oxidation catalyst inside the wall of the particulate filter is weakened. Can be avoided.
[0017]
According to the invention described in claim 7, when the sulfur poisoning recovery of the particulate capturing means is to be performed, the sulfur poisoning recovery of the particulate filter is performed, and then the sulfur poisoning recovery of the particulate capturing means is performed. According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which is configured to execute the process.
[0018]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the seventh aspect, when the sulfur poisoning recovery of the particulate capturing means is to be performed, the sulfur poisoning recovery of the particulate filter is performed, and then the sulfur poisoning recovery of the particulate capturing means is performed. Be executed. Therefore, first, sulfur poisoning recovery of the particulate capturing means is performed, then sulfur poisoning recovery of the particulate filter is performed, and finally, the sulfur that has flowed out at the time of sulfur poisoning recovery of the particulate filter is recovered again. The number of times of performing the sulfur poisoning recovery of the particle capturing unit can be reduced as compared with the case where the sulfur poisoning recovery of the poisoned particle capturing unit is performed.
[0019]
According to the eighth aspect of the present invention, the exhaust gas purifying catalyst is disposed downstream of the particulate filter as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. According to another aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine.
[0020]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, an exhaust gas purifying catalyst is disposed downstream of the particulate filter as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. . Therefore, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, the exhaust gas flowing downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow is prevented from being directly discharged without being purified. can do.
[0021]
According to the ninth aspect of the present invention, according to the first or second aspect, a cyclone is disposed as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow. An exhaust purification device for an internal combustion engine as described above is provided.
[0022]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the ninth aspect, a cyclone is disposed downstream of the particulate filter as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. Therefore, when reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, relatively large particles deposited on the surface of the particulate filter are separated from the surface of the particulate filter, and the separated particles are removed. Can be prevented from being discharged without being collected.
[0023]
According to the invention as set forth in claim 10, a position on the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter when the exhaust gas flow is a forward flow, and a position which is lower than the particulate filter when the exhaust gas flow is a backward flow. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a further filter is disposed as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas at a position downstream of the exhaust gas flow. Provided.
[0024]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the tenth aspect, when the exhaust gas flow is in the forward flow, the position is on the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter, and when the exhaust gas flow is in the reverse flow, the position of the particulate filter is smaller. Further filters are arranged at positions downstream of the exhaust gas flow as detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. Therefore, when reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, relatively large particles deposited on the surface of the particulate filter are separated from the surface of the particulate filter, and the separated particles are removed. Can be prevented from being discharged without being collected.
[0025]
According to the eleventh aspect of the present invention, as the particulate filter, the amount of particulates discharged from the combustion chamber per unit time can be oxidized and removed on the particulate filter without emitting a bright flame per unit time. When the amount is smaller than the amount of particulates that can be removed by oxidation, as soon as the particulates in the exhaust gas flow into the particulate filter, the particulates are oxidized and removed in a short time without emitting a bright flame. Even if the amount of particulates becomes larger than the amount of particles that can be removed, if the amount of particulates deposited on the particulate filter is less than a certain limit, the amount of the particulates on the particulate filter becomes bright when the amount of the discharged particulates becomes smaller than the amount of particulates that can be removed by oxidation. Particulates that can be oxidized and removed without producing a flame Using a filter, the amount of the oxidizable and removable fine particles depends on the temperature of the particulate filter, the amount of the discharged fine particles is usually smaller than the amount of the oxidizable and removable fine particles, and the amount of the discharged fine particles is temporarily reduced by the oxidizing amount. Even if the amount of the removed fine particles becomes smaller than the amount of the oxidizable and removable particles even if the amount of the removed fine particles becomes smaller than the amount of the oxidizable and removable fine particles, only particles of a certain limit or less that can be oxidized and removed are deposited on the particulate filter. 11. A system according to claim 1, further comprising control means for maintaining the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter, whereby the particulates in the exhaust gas are oxidized and removed on the particulate filter without producing a bright flame. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of the above items is provided.
[0026]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the eleventh aspect, even if the amount of discharged particulates is usually smaller than the amount of oxidizable and removable particles and the amount of discharged particulates temporarily exceeds the amount of oxidizable and removable particles, the amount of the discharged particles is reduced. By maintaining the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter so that only particulates of a certain amount or less that can be oxidized and removed when the amount of particulates becomes smaller than the amount of particulates that can be removed by oxidation are deposited on the particulate filter. The fine particles in the exhaust gas are oxidized and removed on the particulate filter without emitting a bright flame. Therefore, it is not necessary to emit a bright flame and remove the fine particles after the fine particles are deposited on the particulate filter as in the conventional case, and the fine particles are removed before the fine particles are deposited on the particulate filter. By oxidizing, fine particles in the exhaust gas can be removed.
[0027]
According to the invention as set forth in claim 12, even if the amount of the discharged fine particles is usually smaller than the amount of the oxidizable and removable fine particles, and the amount of the discharged fine particles is temporarily larger than the amount of the oxidizable and removable fine particles, The amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter are adjusted so that only particles of a certain amount or less that can be oxidized and removed are deposited on the particulate filter when the amount of discharged particulates is smaller than the amount of oxidizable and removable particulates. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the operating condition of the internal combustion engine is controlled to maintain it.
[0028]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the twelfth aspect, even if the amount of the exhausted particulates is usually smaller than the amount of the oxidizable and removable particles, and the amount of the exhausted particulates is temporarily larger than the amount of the oxidizable and removable particles, the amount of the exhausted particles is reduced. In order to maintain the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter, the internal pressure is maintained so that when the amount of particulates becomes smaller than the amount of particulates that can be removed by oxidation, only a certain amount of particulates that can be removed by oxidation is deposited on the particulate filter. The operating conditions of the engine are controlled. In detail, the amount of discharged fine particles is set to be smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, or even if the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, The operating conditions of the internal combustion engine are controlled based on the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter so that only a small amount of particulates, which can be oxidized and removed when the amount becomes smaller, is deposited on the particulate filter. For this reason, even if the operating conditions of the internal combustion engine are such that the amount of discharged particulates is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, or if the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of discharged fine particles will be Unlike the case where the amount of particulates that can be oxidized and removed is less than a certain limit that can be removed by oxidation when the amount becomes smaller than the amount that can be removed by oxidation, it accumulates on the particulate filter. Even if the amount of fine particles is smaller than the amount of fine particles or the amount of fine particles discharged temporarily exceeds the amount of fine particles that can be oxidized and removed, a certain limit that can be oxidized and removed when the amount of fine particles discharged subsequently becomes smaller than the amount of fine particles that can be oxidized and removed Only the following amount of fine particles can be prevented from being deposited on the particulate filter. Therefore, compared to the case where the operating conditions of the internal combustion engine coincide with each other, the fine particles can be more reliably oxidized before the fine particles are deposited on the particulate filter in a stacked state.
[0029]
According to the invention as set forth in claim 13, the oxidizing agent takes in oxygen and retains oxygen when there is excess oxygen in the surroundings, and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the concentration of surrounding oxygen decreases. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 12, which is an oxygen storage / active oxygen releasing agent.
[0030]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the thirteenth aspect, the oxygen storage / active oxygen release agent as an oxidizing agent carried on the particulate filter captures and retains oxygen when excess oxygen exists in the surroundings. When the surrounding oxygen concentration decreases, the retained oxygen is released in the form of active oxygen. Therefore, unlike the conventional case, the fine particles are deposited on the particulate filter and then removed by emitting a bright flame, but unlike the case where the fine particles are deposited on the particulate filter before being deposited on the particulate filter. The fine particles can be oxidized and removed by the active oxygen released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent without emitting a bright flame.
[0031]
According to the invention described in claim 14, the backflow means includes a forward flow mode in which the exhaust gas passes through the wall of the particulate filter in the first direction, and the exhaust gas moves the particulate wall in the first direction. Has a reverse flow mode that passes in the opposite second direction, and as the amount of inert gas supplied into the combustion chamber increases, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, When the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is further increased, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the temperature of the surrounding gas become lower than the temperature at which the soot is generated, so that the internal combustion engine generates almost no soot. In the forward flow mode of the backflow means, the amount of inert gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the generation amount of soot becomes a peak, and combustion is performed. Mode, soot The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of the inert gas having a peak production amount, and the combustion is performed so that soot is hardly generated. An exhaust purification device for an internal combustion engine as described above is provided.
[0032]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the fourteenth aspect, the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of the inert gas at which the generation amount of soot becomes a peak in the forward flow mode of the backflow means. Is performed, and in the reverse flow mode of the reverse flow means, combustion is performed in which the amount of inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of inert gas at which the generation amount of soot is at a peak, and soot is hardly generated. That is, since the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of the inert gas at which the amount of generated soot becomes a peak, and the combustion in which the soot is hardly generated is performed, the amount of soot included in the exhaust gas at that time is HC and CO can promote the oxidizing and removing action of the fine particles. Further, when the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of the inert gas at which the generation amount of soot becomes a peak, the exhaust gas is caused to flow backward when the combustion is performed in which almost no soot is generated. Therefore, when the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of the inert gas at which the generation amount of the soot becomes a peak, the particulates are deposited on one surface of the particulate filter when the combustion is performed, Even if the catalyst on the surface of the particulate filter has been poisoned with sulfur, HC- and CO-containing exhaust gas that has flowed in from the opposite surface of the particulate filter and passed through the inside of the particulate filter wall, Fine particles deposited on one surface of the particulate filter can be oxidized and removed without being affected by sulfur poisoning.
[0033]
According to the invention as set forth in claim 15, the oxidizing agent is carried inside the wall of the particulate filter, and by reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 14, wherein the fine particles temporarily trapped inside the wall of the particulate filter are moved.
[0034]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the fifteenth aspect, since the oxidizing agent is carried inside the wall of the particulate filter, the oxidizing agent inside the wall of the particulate filter causes the oxidizing agent inside the wall of the particulate filter. Fine particles can be oxidized and removed inside the wall of the particulate filter. Further, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 14, by temporarily reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, the fine particles temporarily trapped inside the wall of the particulate filter are removed. Moved. Therefore, the oxidizing agent that oxidizes and removes the fine particles inside the particulate filter wall by the oxidizing agent inside the particulate filter wall moves the fine particles temporarily trapped inside the particulate filter wall. Can be promoted by:
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0036]
FIG. 1 shows a first embodiment in which the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Denotes an exhaust valve, and 10 denotes an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is arranged in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is arranged around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18, and the engine cooling water cools the intake air. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of the exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to a casing 23 having a built-in particulate filter 22.
[0037]
The particulate filter 22 is configured to allow the exhaust gas to flow in both the forward flow direction and the backward flow direction. Reference numeral 71 denotes a first passage serving as an upstream passage of the particulate filter 22 when the exhaust gas passes through the particulate filter 22 in the forward flow direction, and reference numeral 72 denotes a particulate when the exhaust gas passes through the particulate filter 22 in the backward flow direction. The second passage is an upstream passage of the filter 22. Reference numeral 73 denotes an exhaust switching valve for switching the flow of exhaust gas between a forward flow direction, a backward flow direction, and a bypass state, and 74 denotes an exhaust switching valve driving device. Downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow, a particulate trap filter 80 is disposed as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas.
[0038]
The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter, referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is disposed in the EGR passage 24. Further, a cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 27, via a fuel supply pipe 26. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electric control type variable discharge fuel pump 28, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 26. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and the fuel pump 28 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 29. Is controlled.
[0039]
The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31 such as a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. Is provided. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A temperature sensor 39 for detecting the temperature of the particulate filter 22 is attached to the particulate filter 22, and an output signal of the temperature sensor 39 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. . A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. . Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, and the fuel pump 28 via the corresponding drive circuit 38.
[0040]
FIG. 2 shows the structure of the particulate filter 22. 2A shows a front view of the particulate filter 22, and FIG. 2B shows a side cross-sectional view of the particulate filter 22. As shown in FIGS. 2A and 2B, the particulate filter 22 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust passages 50 and 51 extending parallel to each other. These exhaust passages are constituted by an exhaust gas inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust gas outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. In FIG. 2A, hatched portions indicate plugs 53. Therefore, the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51 are alternately arranged with the thin partition walls 54 interposed therebetween. In other words, the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are each surrounded by the four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by the four exhaust gas inflow passages 50. It is arranged so that. The particulate filter 22 is formed of, for example, a porous material such as cordierite. Therefore, the exhaust gas that has flowed into the exhaust gas inflow passage 50 is, as shown by an arrow in FIG. And flows out into the adjacent exhaust gas outflow passage 51.
[0041]
In the embodiment according to the present invention, the entire peripheral wall surface of each exhaust gas inflow passage 50 and each exhaust gas outflow passage 51, that is, on both side surfaces of each partition wall 54, the outer end surface of the plug 53 and the inner end surfaces of the plugs 52, 53 A layer of a support made of, for example, alumina is formed over the support.On the support, a noble metal catalyst and oxygen are taken in when excess oxygen is present in the surroundings to hold oxygen, and when the oxygen concentration in the surroundings is reduced, the support is held. An oxygen storage / active oxygen releasing agent that releases the generated oxygen in the form of active oxygen is supported on the surface of the partition wall 54 of the particulate filter as an oxidation catalyst for oxidizing the temporarily trapped fine particles.
[0042]
In this case, in the embodiment according to the present invention, platinum Pt is used as a noble metal catalyst, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, or barium Ba is used as an oxygen storage / active oxygen release agent. , Calcium Ca, alkaline earth metals such as strontium Sr, lanthanum La, rare earths such as yttrium Y, and transition metals are used. In this case, as the oxygen storage / active oxygen release agent, an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, and strontium Sr is used. Is preferred.
[0043]
Next, the action of removing particulates in the exhaust gas by the particulate filter 22 will be described by taking as an example a case where platinum Pt and potassium K are carried on a carrier, but other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, transition metals The same effect of removing fine particles can be obtained by using. In a compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, combustion takes place under excess air, and thus the exhaust gas contains a large amount of excess air. That is, when the ratio of air and fuel supplied into the intake passage and the combustion chamber 5 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean in a compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. ing. Further, since NO is generated in the combustion chamber 5, the exhaust gas contains NO. Further, the fuel contains sulfur S, which reacts with oxygen in the combustion chamber 5 to produce SO.2  It becomes. Therefore, SO in the exhaust gas2  It is included. Thus, excess oxygen, NO and SO2  Will flow into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22.
[0044]
FIGS. 3A and 3B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the inner peripheral surface of the exhaust gas inflow passage 50. 3A and 3B, reference numeral 60 denotes platinum Pt particles, and reference numeral 61 denotes an oxygen storage / active oxygen release agent containing potassium K. As described above, since a large amount of excess oxygen is contained in the exhaust gas, when the exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22, as shown in FIG.2  Is O2  −  Or O2-On the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the exhaust gas becomes O 2 on the surface of platinum Pt.2  −  Or O2-Reacts with NO2  (2NO + O2  → 2NO2  ). NO generated next2  Is absorbed in the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 while being oxidized on the platinum Pt, and combined with potassium K to form nitrate ions NO as shown in FIG.3  −  Is diffused into the oxygen storage / active oxygen release agent 61 in the form of potassium nitrate KNO3  Generate
[0045]
On the other hand, as described above, SO2 is contained in the exhaust gas.2  Is also included in this SO2  Is absorbed into the oxygen storage / active oxygen release agent 61 by the same mechanism as that of NO. That is, as described above, the oxygen O2  Is O2  −  Or O2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of2  Is O on the surface of platinum Pt2  −  Or O2-Reacts with SO3  It becomes. Then the generated SO3  Is absorbed in the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 while being further oxidized on the platinum Pt, and combined with potassium K to form sulfate ions SO.4 2-  Is diffused into the oxygen storage / active oxygen release agent 61 in the form of potassium sulfate K2  SO4  Generate In this manner, potassium nitrate KNO is contained in the oxygen storage / active oxygen release catalyst 61.3  And potassium sulfate K2  SO4  Is generated.
[0046]
On the other hand, in the combustion chamber 5, fine particles mainly composed of carbon C are generated, and therefore, these fine particles are contained in the exhaust gas. When the exhaust gas flows in the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22, or when the exhaust gas flows from the exhaust gas inflow passage 50 to the exhaust gas outflow passage 51 in FIG. As shown by 62 in (B), it contacts and adheres to the surface of the carrier layer, for example, the surface of the oxygen storage / active oxygen release agent 61.
[0047]
As described above, when the fine particles 62 adhere to the surface of the oxygen storage / active oxygen release agent 61, the oxygen concentration decreases at the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen release agent 61. When the oxygen concentration decreases, a difference in concentration occurs between the oxygen storage / active oxygen release agent 61 having a high oxygen concentration and the oxygen in the oxygen storage / active oxygen release agent 61 is thus separated from the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen release agent. Attempts to move toward the contact surface with the release agent 61. As a result, potassium nitrate KNO formed in the oxygen storage / active oxygen release agent 613  Is decomposed into potassium K, oxygen O and NO, oxygen O is directed to the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen release agent 61, and NO is released from the oxygen storage / active oxygen release agent 61 to the outside. . The NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side and is again absorbed in the oxygen storage / active oxygen release agent 61.
[0048]
On the other hand, at this time, potassium sulfate K formed in the oxygen storage / active oxygen release agent 612  SO4  Also potassium K, oxygen O and SO2  O is directed toward the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61,2  Is released from the oxygen storage / active oxygen release agent 61 to the outside. SO released outside2  Is oxidized on platinum Pt on the downstream side and is again absorbed in the oxygen storage / active oxygen release agent 61. However, potassium sulfate K2  SO4  Is potassium nitrate KNO3  It is hard to release active oxygen compared to.
[0049]
On the other hand, oxygen O heading toward the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 is potassium nitrate KNO3  And potassium sulfate K2  SO4  Is oxygen decomposed from such a compound. Oxygen O decomposed from the compound has high energy and extremely high activity. Therefore, the oxygen going to the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 is active oxygen O. When the active oxygen O comes into contact with the fine particles 62, the fine particles 62 are immediately oxidized without emitting a bright flame, and the fine particles 62 are completely eliminated. Therefore, the fine particles 62 hardly accumulate on the particulate filter 22.
[0050]
Alternatively, when the active oxygen O comes in contact with the fine particles 62, the oxidizing action of the fine particles 62 is promoted, and the fine particles 62 are oxidized within a short time of several minutes to several tens of minutes without emitting bright flame. While the fine particles are oxidized in this way, other fine particles adhere to the particulate filter 22 one after another. Accordingly, a certain amount of fine particles are constantly deposited on the particulate filter 22, and some of the deposited fine particles are oxidized and removed. In this manner, the fine particles adhering to the particulate filter 22 are continuously burned without emitting a bright flame.
[0051]
Note that NOx is a nitrate ion NO in the oxygen storage / active oxygen release agent 61 while repeating bonding and separation of oxygen atoms.3  −  It is thought that it diffuses in the form of, and active oxygen is also generated during this time. The fine particles 62 are also oxidized by the active oxygen. Further, the fine particles 62 thus adhered on the particulate filter 22 are oxidized by the active oxygen O, but the fine particles 62 are also oxidized by the oxygen in the exhaust gas.
[0052]
When the particulates accumulated in a layer on the particulate filter 22 are burned as in the related art, the particulate filter 22 glows red and burns with a flame. Such combustion with a flame cannot be sustained unless it is at a high temperature, so that the temperature of the particulate filter 22 must be maintained at a high temperature in order to sustain the combustion with such a flame.
[0053]
On the other hand, in the present invention, the fine particles 62 are oxidized without emitting a bright flame as described above, and at this time, the surface of the particulate filter 22 does not glow. In other words, in other words, in the present invention, the fine particles 62 are oxidized and removed at a considerably lower temperature than in the prior art. Therefore, the action of removing fine particles 62 that do not emit a bright flame by oxidation according to the present invention is completely different from the action of removing fine particles by conventional combustion accompanied by a flame.
[0054]
By the way, the platinum Pt and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 are activated as the temperature of the particulate filter 22 increases, so that the amount of active oxygen O that the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 can release per unit time is particulate. It increases as the temperature of the filter 22 increases. Also, as a matter of course, the higher the temperature of the fine particles themselves, the more easily they are oxidized and removed. Therefore, the amount of oxidizable particles that can be oxidized and removed on the particulate filter 22 without emitting luminous flame per unit time increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
[0055]
The solid line in FIG. 5 indicates the amount G of oxidizable and removable fine particles that can be oxidized and removed without emitting a bright flame per unit time. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the temperature TF of the particulate filter 22. Note that FIG. 5 shows the amount G of particles that can be oxidized and removed per second when the unit time is 1 second, that is, an arbitrary time such as 1 minute or 10 minutes can be adopted as the unit time. it can. For example, when 10 minutes is used as the unit time, the amount G of the oxidizable and removable particles per unit time represents the amount of the oxidizable and removable particles G per unit time. As shown in FIG. 5, the amount G of the oxidizable particles that can be oxidized and removed without emitting a bright flame increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
[0056]
When the amount of the fine particles discharged from the combustion chamber 5 per unit time is referred to as a discharged fine particle amount M, when the discharged fine particle amount M is smaller than the oxidizable and removable fine particles G, that is, in the region I in FIG. As soon as all the fine particles come into contact with the particulate filter 22, they are oxidized and removed on the particulate filter 22 in a short time without emitting a bright flame.
[0057]
On the other hand, when the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, that is, in the region II in FIG. 5, the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the fine particles. FIGS. 4A to 4C show how the fine particles are oxidized in such a case. That is, when the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the fine particles, as shown in FIG. 4A, when the fine particles 62 adhere to the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61, a part of the fine particles 62 Only the fine particles are oxidized, and the finely-oxidized fine particles remain on the carrier layer. Next, when the state of the shortage of the active oxygen amount continues, the fine particles which were not oxidized one after another remain on the carrier layer, and as a result, the surface of the carrier layer remains as shown in FIG. It becomes covered with the fine particle portion 63.
[0058]
The residual fine particle portion 63 covering the surface of the carrier layer is gradually transformed into a carbon material which is hardly oxidized, and therefore, the residual fine particle portion 63 easily remains as it is. When the surface of the carrier layer is covered with the residual fine particle portion 63, NO, SO2  And the release action of active oxygen by the oxygen storage / active oxygen release agent 61 is suppressed. As a result, as shown in FIG. 4C, another fine particle 64 is deposited on the remaining fine particle portion 63 one after another. That is, the fine particles are deposited in a layered manner. When the fine particles are deposited in a layered manner in this manner, even if the fine particles are easily oxidized, they are no longer oxidized by the active oxygen O because they are separated from the platinum Pt and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61. Therefore, further fine particles accumulate on the fine particles 64 one after another. That is, when the state in which the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation continues, the fine particles are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner. Unless the temperature of the filter 22 is increased, the deposited fine particles cannot be ignited and burned.
[0059]
As described above, in the region I of FIG. 5, the fine particles are oxidized within a short time without emitting a bright flame on the particulate filter 22, and in the region II of FIG. I do. Therefore, in order to prevent the fine particles from depositing on the particulate filter 22 in a layered manner, the amount M of the discharged fine particles needs to be always smaller than the amount G of the fine particles that can be oxidized and removed.
[0060]
As can be seen from FIG. 5, the particulate filter 22 used in the embodiment of the present invention can oxidize the fine particles even if the temperature TF of the particulate filter 22 is considerably low, and therefore the compression ignition shown in FIG. In the internal combustion engine, it is possible to maintain the amount M of discharged particulate and the temperature TF of the particulate filter 22 so that the amount M of discharged particulate is always smaller than the amount G of particulate that can be removed by oxidation. Therefore, in the first embodiment according to the present invention, the amount M of discharged fine particles and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained such that the amount M of discharged fine particles is always smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
[0061]
If the amount M of discharged fine particles is always smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, the fine particles hardly accumulate on the particulate filter 22, and thus the back pressure hardly increases. Therefore, the engine output does not decrease. Alternatively, if the amount M of discharged fine particles is maintained to be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, the fine particles will not be deposited on the particulate filter 22 in a stacked manner. As a result, the pressure loss of the exhaust gas flow in the particulate filter 22 is maintained at a substantially constant minimum pressure loss value without changing at all. In this way, a reduction in engine power can be kept to a minimum.
[0062]
On the other hand, as described above, once the fine particles are deposited in layers on the particulate filter 22, it is difficult to oxidize the fine particles with active oxygen O even if the amount M of discharged fine particles is smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation. It is. However, when the unoxidized fine particle portion is beginning to remain, that is, when the fine particles are deposited only below a certain limit, if the exhaust fine particle amount M becomes smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G, the residual fine particle portion becomes active oxygen. O is oxidized and removed without emitting a bright flame. Therefore, in the second embodiment, even if the amount M of discharged fine particles is usually smaller than the amount G of fine particles removable by oxidation, and the amount M of discharged fine particles is temporarily larger than the amount G of fine particles removable by oxidation, FIG. As shown in (2), the amount of fine particles of a certain amount or less that can be oxidized and removed when the amount of discharged fine particles M becomes smaller than the amount of fine particles G that can be removed by oxidation so that the surface of the carrier layer is not covered by the residual fine particle portion 63. The amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained so that only the particulate filter 22 is stacked on the particulate filter 22.
[0063]
Immediately after the start of the engine, the temperature TF of the particulate filter 22 is low. Therefore, at this time, the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation. Therefore, it is considered that the second embodiment is more suitable for actual driving. On the other hand, even if the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are controlled so that the first embodiment or the second embodiment can be executed, the particulates are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner. May be. In such a case, the particulates deposited on the particulate filter 22 can be oxidized without emitting a bright flame by temporarily making the air-fuel ratio of a part or the whole of the exhaust gas rich.
[0064]
That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered, the active oxygen O is released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 to the outside at a stretch. As a result, the deposited fine particles are burned and removed at a stretch without emitting a bright flame. Alternatively, due to the release of active oxygen, the fine particles are transformed into those that are easily oxidized, and the oxidizable amount per unit time increases. In this case, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be made rich when the particulates are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner, or the air-fuel ratio of the exhaust gas may be made rich periodically. As a method for enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas, for example, when the engine load is relatively low, the throttle valve 17 is controlled so that the EGR rate (EGR gas amount / (intake air amount + EGR gas amount)) becomes 65% or more. A method of controlling the opening degree and the opening degree of the EGR control valve 25 and controlling the injection amount at this time so that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich can be used.
[0065]
FIG. 6 shows an example of an engine operation control routine. Referring to FIG. 6, first, in step 100, it is determined whether or not the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 should be made rich. When it is not necessary to make the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 rich, the opening of the throttle valve 17 is controlled in step 101 so that the amount M of discharged particulates becomes smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. The opening of the control valve 25 is controlled, and in step 103, the fuel injection amount is controlled.
[0066]
On the other hand, when it is determined in step 100 that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 should be made rich, the opening of the throttle valve 17 is controlled in step 104 so that the EGR rate becomes 65% or more. In step, the opening degree of the EGR control valve 25 is controlled, and the fuel injection amount is controlled in step 106 so that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich.
[0067]
On the other hand, when the air-fuel ratio is maintained lean, the surface of platinum Pt is covered with oxygen, and so-called oxygen poisoning of platinum Pt occurs. When such oxygen poisoning occurs, the oxidizing effect on NOx is reduced, so that the NOx absorption efficiency is reduced, and thus the amount of active oxygen released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 is reduced. However, when the air-fuel ratio is made rich, oxygen on the surface of platinum Pt is consumed, so that oxygen poisoning is eliminated. Therefore, when the air-fuel ratio is switched from rich to lean, the oxidizing action on NOx increases, so that NOx absorption is increased. The efficiency is increased, and thus the amount of active oxygen released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 is increased.
[0068]
Therefore, when the air-fuel ratio is temporarily switched from lean to rich temporarily while the air-fuel ratio is maintained lean, oxygen poisoning of platinum Pt is eliminated each time, so that active oxygen release when the air-fuel ratio is lean is eliminated. The amount is increased, and thus the oxidizing action of the fine particles on the particulate filter 22 can be promoted.
[0069]
Cerium Ce takes in oxygen when the air-fuel ratio is lean (Ce2O3→ 2 CeO2), Release active oxygen when the air-fuel ratio becomes rich (2 CeO2→ Ce2O3) Function. Therefore, when cerium Ce is used as the oxygen storage / active oxygen release agent 61, the fine particles are oxidized by the active oxygen released from the oxygen storage / active oxygen release agent 61 when the fine particles adhere to the particulate filter 22 when the air-fuel ratio is lean. When the air-fuel ratio becomes rich, a large amount of active oxygen is released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61, so that the fine particles are oxidized. Therefore, even when cerium Ce is used as the oxygen storage / active oxygen release agent 61, the oxidation reaction of the fine particles on the particulate filter 22 can be promoted by occasionally switching the air-fuel ratio from lean to rich occasionally. Note that a transition metal such as tin can be used instead of cerium Ce.
[0070]
Incidentally, the fuel and the lubricating oil contain calcium Ca, and therefore, the calcium Ca is contained in the exhaust gas. This calcium Ca is SO3  In the presence of calcium sulfate CaSO4  Generate This calcium sulfate CaSO4  Is a solid and does not thermally decompose at high temperatures. Therefore, calcium sulfate CaSO4  Is produced, this calcium sulfate CaSO4  As a result, the pores of the particulate filter 22 are closed, and as a result, it becomes difficult for the exhaust gas to flow through the particulate filter 22. In this case, when an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, for example, potassium K is used as the oxygen storage / active oxygen release agent 61, SO diffuses into the oxygen storage / active oxygen release agent 61.3  Combines with potassium K to form potassium sulfate K2  SO4  And calcium Ca is SO3  The exhaust gas flows through the partition wall 54 of the particulate filter 22 into the exhaust gas outlet passage 51 without being combined with the exhaust gas. Therefore, the pores of the particulate filter 22 are not clogged. Therefore, as described above, as the oxygen storage / active oxygen release agent 61, an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, strontium Sr is used. It will be preferable to use.
[0071]
Further, the present invention can be applied to a case where only a noble metal such as platinum Pt is supported on a carrier layer formed on both side surfaces of the particulate filter 22. However, in this case, the solid line indicating the amount of fine particles G that can be removed by oxidation moves slightly to the right as compared with the solid line shown in FIG. In this case, NO held on the surface of platinum Pt2  Or SO3  Releases active oxygen. In addition, NO is used as an oxygen storage / active oxygen release agent.2  Or SO3  Is adsorbed and held, and these adsorbed NO2  Or SO3  It is also possible to use a catalyst capable of releasing active oxygen from the catalyst.
[0072]
FIG. 7 is an enlarged sectional view of the partition wall 54 of the particulate filter shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral 66 denotes an exhaust gas passage extending inside the partition wall 54, reference numeral 67 denotes a base material of the particulate filter, and reference numeral 261 denotes an oxygen storage / active oxygen release agent supported on the surface of the partition wall 54 of the particulate filter. It is. As described above, the oxygen storage / active oxygen release agent 261 has a function of oxidizing the fine particles temporarily collected on the surface of the partition wall 54 of the particulate filter. 161 is an oxygen storage / active oxygen release agent carried inside the partition wall 54 of the particulate filter. The oxygen storage / active oxygen release agent 161 also has the same oxidizing function as the oxygen storage / active oxygen release agent 261 and can oxidize fine particles temporarily trapped inside the partition wall 54 of the particulate filter. it can.
[0073]
FIG. 8 is an enlarged view of the particulate filter 22 shown in FIG. Specifically, FIG. 8A is an enlarged plan view of the particulate filter, and FIG. 8B is an enlarged side view of the particulate filter. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the switching position of the exhaust switching valve and the flow of exhaust gas. Specifically, FIG. 9A is a diagram when the exhaust switching valve 73 is in the forward flow position, FIG. 9B is a diagram when the exhaust switching valve 73 is in the reverse flow position, and FIG. FIG. 7 is a diagram when the valve 73 is at a bypass position. When the exhaust switching valve 73 is in the forward flow position, as shown in FIG. 9A, the exhaust gas that has passed through the exhaust switching valve 73 and flowed into the casing 23 passes through the first passage 71 first, and then After passing through the curate filter 22, finally passes through the second passage 72, passes through the exhaust switching valve 73 again, and returns to the exhaust pipe. When the exhaust switching valve 73 is at the reverse flow position, as shown in FIG. 9B, the exhaust gas that has passed through the exhaust switching valve 73 and flowed into the casing 23 first passes through the second passage 72, and then passes through the It passes through the curated filter 22 in the opposite direction to the case shown in FIG. 9A, finally passes through the first passage 71, passes through the exhaust switching valve 73 again, and returns to the exhaust pipe. When the exhaust switching valve 73 is in the bypass position, the pressure in the first passage 71 and the pressure in the second passage 72 become equal, as shown in FIG. The exhaust gas passes through the exhaust switching valve 73 without flowing into the casing 23.
[0074]
FIG. 10 is a diagram showing a state in which the fine particles inside the partition wall 54 of the particulate filter move in accordance with the position of the exhaust switching valve 73 being switched. More specifically, FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view of the partition wall 54 of the particulate filter when the exhaust switching valve 73 is at the forward flow position (see FIG. 9A), and FIG. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the partition wall 54 of the particulate filter when is switched from a forward flow position to a reverse flow position (see FIG. 9B). As shown in FIG. 10A, when the exhaust switching valve 73 is disposed at the forward flow position, and when the exhaust gas flows from the upper side to the lower side, the fine particles 162 existing in the exhaust gas passage 66 inside the partition are exhausted. The gas is pressed against the oxygen storage / active oxygen release agent 161 inside the partition by the flow of the gas, and is deposited thereon. Therefore, the fine particles 162 that are not in direct contact with the oxygen storage / active oxygen release agent 161 have not been sufficiently oxidized. Next, as shown in FIG. 10 (B), when the exhaust gas switching valve 73 is switched from the forward flow position to the reverse flow position and the exhaust gas flows from the lower side to the upper side, the fine particles 162 existing in the exhaust gas passage 66 inside the partition wall are removed. It is moved by the flow of exhaust gas. As a result, the fine particles 162 that have not been sufficiently oxidized are brought into direct contact with the oxygen storage / active oxygen releasing agent 161 to be sufficiently oxidized. Further, when the exhaust gas switching valve 73 is arranged at the forward flow position (see FIG. 10A), some of the fine particles deposited on the oxygen storage / active oxygen release agent 261 on the partition wall surface of the particulate filter are removed. When the exhaust switching valve 73 is switched from the forward flow position to the reverse flow position, the exhaust gas is separated from the oxygen storage / active oxygen release agent 261 on the partition wall surface of the particulate filter (see FIG. 10B).
[0075]
In the present embodiment, switching from the forward flow position of the exhaust switching valve 73 shown in FIG. 9A to the forward flow position shown in FIG. 9B and from the reverse flow position shown in FIG. 9B to FIG. The switching to the downstream position shown in FIG. 7 is performed by dispersing the fine particles collected by the partition walls 54 of the particulate filter 22 on the upper surface and the lower surface (see FIG. 7) of the partition walls 54 of the particulate filter 22. By switching the exhaust switching valve 73 in this manner, the possibility that the fine particles trapped in the partition walls 54 of the particulate filter 22 accumulate without being removed by oxidation is reduced. Preferably, the fine particles trapped by the partition walls 54 of the particulate filter 22 are substantially equally dispersed on the upper and lower surfaces of the partition walls 54 of the particulate filter 22.
[0076]
FIG. 11 is a diagram showing a state in which the fine particles 62 detached from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 261 on the surface of the partition wall of the particulate filter when the exhaust gas switching valve 73 is switched are captured by the fine particle capturing filter 80. More specifically, FIG. 11A is a diagram corresponding to FIG. 10A when the exhaust switching valve 73 is disposed at the forward flow position, and FIG. FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 10B when the position is switched to the reverse flow position. As shown in FIG. 11, when the exhaust gas switching valve 73 is disposed at the forward flow position, a part of the fine particles 62 deposited on the oxygen storage / active oxygen releasing agent on the partition wall surface of the particulate filter becomes part of the exhaust gas switching valve. When 73 is switched from the forward flow position to the backward flow position, the particles 73 are desorbed from the oxygen storage / active oxygen release agent on the partition wall surface of the particulate filter, and the desorbed fine particles 62 are located downstream of the exhaust gas flow of the particulate filter 22. The particles are captured by the disposed particle capturing filter 80.
[0077]
FIG. 12 shows a change in the output torque when the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 12) is changed by changing the opening degree and the EGR rate of the throttle valve 17 during the low load operation of the engine, and smoke, HC, An experimental example showing a change in CO and NOx emissions is shown. As can be seen from FIG. 12, in this experimental example, the EGR rate increases as the air-fuel ratio A / F decreases. When the air-fuel ratio A / F is lower than the stoichiometric air-fuel ratio (燃 14.6), the EGR rate is 65% or higher. As shown in FIG. 12, when the air-fuel ratio A / F is decreased by increasing the EGR rate, the amount of smoke generated when the air-fuel ratio A / F becomes about 30 and the air-fuel ratio A / F becomes about 30 is reduced. Start growing. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke is sharply reduced. When the EGR rate is increased to 65% or more, and the air-fuel ratio A / F becomes about 15.0, the smoke becomes almost zero. . That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine is slightly reduced, and the amount of generated NOx is considerably reduced. On the other hand, at this time, the generation amounts of HC and CO begin to increase.
[0078]
FIG. 13 (A) shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of generated smoke is the largest. FIG. 13 (B) shows an air-fuel ratio A / F of 18 The graph shows changes in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the amount of generated smoke is almost zero in the vicinity. As can be seen by comparing FIG. 13 (A) and FIG. 13 (B), FIG. 13 (B) in which the amount of smoke generation is almost zero is shown in FIG. 13 (A) where the amount of smoke generation is large. It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case.
[0079]
The following can be said from the experimental results shown in FIGS. That is, first, when the air-fuel ratio A / F is 15.0 or less and the amount of generated smoke is almost zero, the amount of generated NOx is considerably reduced as shown in FIG. The decrease in the amount of generated NOx means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 has decreased. Therefore, it can be said that the combustion temperature in the combustion chamber 5 has decreased when little soot is generated. . The same can be said from FIG. That is, in the state shown in FIG. 13B where almost no soot is generated, the combustion pressure is low, and at this time, the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low.
[0080]
Second, when the amount of generated smoke, that is, the amount of generated soot becomes almost zero, the amount of HC and CO emissions increases as shown in FIG. This means that hydrocarbons are emitted without growing to soot. That is, the linear hydrocarbon or the aromatic hydrocarbon contained in the fuel as shown in FIG. 14 is thermally decomposed when the temperature is increased in a state of lack of oxygen, so that a precursor of soot is formed. A soot consisting of a solid aggregate of carbon atoms is produced. In this case, the actual process of producing soot is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. It will grow to soot. Therefore, as described above, when the generation amount of soot becomes almost zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 12, but HC at this time is a soot precursor or a hydrocarbon in a state before it. .
[0081]
Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 12 and 13, when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of generated soot becomes almost zero. The hydrocarbon will be discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this fact, when the temperature of the fuel and the surrounding gas in the combustion chamber 5 is lower than a certain temperature, the growth process of the soot is stopped halfway. It was found that no soot was generated, and soot was generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 exceeded a certain temperature.
[0082]
By the way, the temperature of the fuel and its surroundings when the process of producing hydrocarbons is stopped in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature varies depending on various factors such as the type of fuel and the compression ratio of the air-fuel ratio. Although it cannot be said how many times, this certain temperature is closely related to the amount of NOx generated, so that this certain temperature can be defined to some extent from the amount of NOx generated. That is, as the EGR rate increases, the temperature of fuel during combustion and the gas temperature around it decrease, and the amount of generated NOx decreases. At this time, the amount of generated NOx is 10 p. p. When it is less or equal to or less than m, almost no soot is generated. Therefore, at the above-mentioned certain temperature, the amount of generated NOx is 10 p. p. m The temperature almost coincides with the temperature when the temperature becomes lower or higher.
[0083]
Once soot is produced, it cannot be purified by post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before the soot can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidation function. Considering the post-treatment with the catalyst having the oxidation function as described above, it is extremely difficult to discharge hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the state of the precursor of soot or in the state before the soot or in the form of soot from the combustion chamber 5. There is a big difference. The new combustion system employed in the present invention discharges hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the form of a precursor or previous soot without producing soot in the combustion chamber 5 and removing the hydrocarbons. The core is to oxidize with a catalyst having an oxidation function.
[0084]
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before soot is generated, it is necessary to suppress the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 to a temperature lower than the temperature at which soot is generated. There is. In this case, it has been found that the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect on suppressing the temperature of the fuel and the gas around the fuel. That is, if there is only air around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel becomes extremely high locally. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the heat of combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature becomes extremely high locally, the unburned hydrocarbons that have received the heat of combustion will generate soot.
[0085]
On the other hand, when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air, the situation is slightly different. In this case, the evaporated fuel diffuses to the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, since the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas, the combustion temperature does not rise so much. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be kept low by the endothermic effect of the inert gas.
[0086]
In this case, controlling the temperature of the fuel and its surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which soot is generated requires an amount of an inert gas that can absorb a sufficient amount of heat to do so. Therefore, if the amount of fuel increases, the required amount of inert gas increases accordingly. In this case, the larger the specific heat of the inert gas, the stronger the endothermic action, and therefore, the inert gas is preferably a gas having a large specific heat. In this regard, CO2  Since EGR gas has a relatively large specific heat, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.
[0087]
FIG. 15 shows the relationship between the EGR rate and smoke when EGR gas is used as the inert gas and the degree of cooling of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 15, a curve A shows a case where the EGR gas is strongly cooled and the EGR gas temperature is maintained at approximately 90 ° C., and a curve B shows a case where the EGR gas is cooled by a small cooling device. , Curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled. As shown by the curve A in FIG. 15, when the EGR gas is cooled strongly, the generation amount of soot peaks at a position where the EGR rate is slightly lower than 50%. In this case, the EGR rate is increased to approximately 55% or more. Then, almost no soot is generated. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 15, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly higher than 50%, and in this case, the EGR rate is increased to approximately 65% or more. So that almost no soot is generated. As shown by the curve C in FIG. 15, when the EGR gas is not forcibly cooled, the amount of soot generation reaches a peak near the EGR rate of 55%. Above a percentage, soot is hardly generated. FIG. 15 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load decreases, the EGR rate at which the amount of soot peaks slightly decreases, and the EGR rate at which almost no soot is generated Also lowers slightly. As described above, the lower limit of the EGR rate at which almost no soot is generated varies depending on the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.
[0088]
FIG. 16 shows a mixed gas amount of the EGR gas and the air necessary to make the temperature of the fuel during combustion and the surrounding gas temperature lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas; Further, the ratio of air in the mixed gas amount and the ratio of EGR gas in the mixed gas are shown. In FIG. 16, the vertical axis indicates the total intake gas amount drawn into the combustion chamber 5, and the dashed line Y indicates the total intake gas amount that can be drawn into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis shows the required load.
[0089]
Referring to FIG. 16, the ratio of air, that is, the amount of air in the mixed gas, indicates the amount of air required to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 16, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 16, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and the surrounding gas is made lower than the temperature at which soot is formed. The minimum required EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more in terms of the EGR rate, and is 70% or more in the embodiment shown in FIG. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is represented by a solid line X in FIG. 16, and the ratio between the air amount and the EGR gas amount in the total intake gas amount X is as shown in FIG. The temperature of the fuel and the gas around it will be lower than the temperature at which soot is produced, so that no soot is generated. At this time, the NOx generation amount is 10 p. p. m or less, so the amount of NOx generated is extremely small.
[0090]
As the amount of fuel injection increases, the amount of heat generated when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and its surrounding gas at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, the amount of heat absorbed by the EGR gas Must be increased. Therefore, as shown in FIG. 16, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount increases. That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases. By the way, when the supercharging is not performed, the upper limit of the total intake gas amount X sucked into the combustion chamber 5 is Y. Therefore, in FIG. 16, in the region where the required load is larger than Lo, as the required load increases, Unless the EGR gas ratio is reduced, the air-fuel ratio cannot be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio. In other words, when the supercharge is not performed, and when the required air-fuel ratio is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio in a region where the required load is larger than Lo, the EGR rate decreases as the required load increases. In a region where the required load is larger than Lo, the temperature of the fuel and the surrounding gas cannot be maintained at a temperature lower than the temperature at which soot is generated.
[0091]
However, although not shown, when the EGR gas is recirculated through the EGR passage to the inlet side of the supercharger, that is, into the air intake pipe of the exhaust turbocharger, the EGR rate is increased to 55% or more, for example, 70% in a region where the required load is larger than Lo. Percent and thus the temperature of the fuel and its surrounding gas can be kept below the temperature at which soot is produced. That is, if the EGR gas is recirculated so that the EGR rate in the air suction pipe becomes, for example, 70%, the EGR rate of the suction gas boosted by the compressor of the exhaust turbocharger also becomes 70%, and thus the pressure is increased by the compressor. To the extent possible, the temperature of the fuel and its surrounding gas can be kept below the temperature at which soot is produced. Therefore, the operating range of the engine that can generate low-temperature combustion can be expanded. When the EGR rate is set to 55% or more in a region where the required load is larger than Lo, the EGR control valve is fully opened and the throttle valve is slightly closed.
[0092]
As described above, FIG. 16 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. However, even if the air amount is smaller than the air amount shown in FIG. NOx generation is reduced to 10 p. p. m or less, and even if the air amount is larger than the air amount shown in FIG. 16, that is, even if the average value of the air-fuel ratio is 17 to 18 lean, soot generation is prevented. While the amount of generated NOx is 10 p. p. m can be around or below. That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excess fuel does not grow to soot, and thus no soot is generated. At this time, only a very small amount of NOx is generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated when the combustion temperature increases, but in the present invention, the soot is suppressed to a low temperature, so that the soot is reduced. Not generated at all. Further, only a very small amount of NOx is generated. In this way, when low-temperature combustion is being performed, soot is not generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean, The generation amount of NOx becomes extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.
[0093]
By the way, the temperature of the fuel and the surrounding gas at the time of combustion in the combustion chamber can be suppressed to a temperature at or below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, only during low load operation in the engine, which generates a relatively small amount of heat by combustion. Accordingly, in the embodiment according to the present invention, the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed by suppressing the temperature of the fuel during combustion and the gas temperature around the same at or below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway during the low load operation in the engine. In addition, the second combustion, that is, the combustion that has been performed conventionally, is performed during the high load operation of the engine. Here, the first combustion, that is, the low-temperature combustion, has a larger amount of the inert gas in the combustion chamber than the amount of the inert gas at which the generation amount of soot is a peak, as is apparent from the description so far, and almost all the soot is generated. The second combustion, that is, the combustion that has been performed conventionally, is a combustion in which the amount of the inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of the inert gas at which the amount of soot is peaked. Say that.
[0094]
FIG. 17 shows a first operation region I 'in which first combustion, that is, low-temperature combustion is performed, and a second operation region II', in which second combustion, that is, combustion by a conventional combustion method, is performed. . In FIG. 17, the vertical axis L indicates the amount of depression of the accelerator pedal 40, that is, the required load, and the horizontal axis N indicates the engine speed. In FIG. 17, X (N) indicates a first boundary between the first operation region I ′ and the second operation region II ′, and Y (N) indicates a first boundary between the first operation region I ′ and the second operation region II ′. 2 shows a second boundary with the second operating region II ′. The determination of the change of the operation region from the first operation region I 'to the second operation region II' is made based on the first boundary X (N), and the change from the second operation region II 'to the first operation region. The determination of the change of the operating range to I 'is made based on the second boundary Y (N). That is, if the required load L exceeds a first boundary X (N), which is a function of the engine speed N, when the operating state of the engine is in the first operating region I 'and low-temperature combustion is being performed. It is determined that the region has shifted to the second operation region II ', and combustion is performed by a conventional combustion method. Next, when the required load L becomes lower than a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I ', and low-temperature combustion is performed again.
[0095]
The two boundaries of the first boundary X (N) and the second boundary Y (N) on the lower load side than the first boundary X (N) are provided for the following two reasons. . The first reason is that the combustion temperature is relatively high on the high load side of the second operation region II ′, and even if the required load L becomes lower than the first boundary X (N), low-temperature combustion can be performed immediately. Because there is no. That is, the low-temperature combustion does not start immediately unless the required load L becomes considerably low, that is, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is that hysteresis is provided for a change in the operation range between the first operation range I 'and the second operation range II'.
[0096]
By the way, when the operation region of the engine is in the first operation region I ′ and low-temperature combustion is being performed, soot is hardly generated, and instead, the unburned hydrocarbon is in the form of a precursor of soot or a state before it. This is discharged from the combustion chamber 5. At this time, the unburned hydrocarbon discharged from the combustion chamber 5 is oxidized well by a catalyst (not shown) having an oxidizing function. As this catalyst, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, or a NOx absorbent can be used. The NOx absorbent has a function of absorbing NOx when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean, and releasing NOx when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich. The NOx absorbent uses, for example, alumina as a carrier, and on the carrier, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y And at least one noble metal such as platinum Pt. Not only the oxidation catalyst but also the three-way catalyst and the NOx absorbent have an oxidation function. Therefore, the three-way catalyst and the NOx absorbent can be used as the above-mentioned catalyst as described above.
[0097]
FIG. 18 shows the output of an air-fuel ratio sensor (not shown). As shown in FIG. 18, the output current I of the air-fuel ratio sensor changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor.
[0098]
Next, operation control in the first operation region I 'and the second operation region II' will be schematically described with reference to FIG. FIG. 19 shows the opening of the throttle valve 17, the opening of the EGR control valve 25, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing, and the injection amount with respect to the required load L. As shown in FIG. 19, in the first operation region I 'where the required load L is low, the opening of the throttle valve 17 is gradually increased from almost fully closed to about 2/3 as the required load L increases. , The opening of the EGR control valve 25 is gradually increased from near fully closed to fully open as the required load L increases. In the example shown in FIG. 19, in the first operation region I ', the EGR rate is approximately 70%, and the air-fuel ratio is a slightly lean air-fuel ratio.
[0099]
In other words, in the first operation region I ′, the opening of the throttle valve 17 and the opening of the EGR control valve 25 are controlled such that the EGR rate becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio. . In the first operation region I ', fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS is delayed as the required load L is increased, and the injection completion timing θE is delayed as the injection start timing θS is delayed. During idle operation, the throttle valve 17 is closed to near full closure, and at this time, the EGR control valve 25 is also closed to near full closure. When the throttle valve 17 is closed close to the fully closed state, the pressure in the combustion chamber 5 at the start of compression decreases, so that the compression pressure decreases. When the compression pressure decreases, the compression work by the piston 4 decreases, so that the vibration of the engine body 1 decreases. That is, at the time of idling, the throttle valve 17 is closed almost fully to suppress the vibration of the engine body 1.
[0100]
On the other hand, when the operating region of the engine changes from the first operating region I 'to the second operating region II', the opening of the throttle valve 20 is increased stepwise from about 2/3 opening toward the fully open direction. At this time, in the example shown in FIG. 19, the EGR rate is reduced stepwise from approximately 70% to 40% or less, and the air-fuel ratio is increased stepwise. That is, since the EGR rate jumps over the EGR rate range (FIG. 15) in which a large amount of smoke is generated, a large amount of smoke is generated when the operation region of the engine changes from the first operation region I ′ to the second operation region II ′. I can't. In the second operation region II ', conventional combustion is performed. In the second operation region II ', the throttle valve 17 is maintained in a fully opened state except for a part, and the opening of the EGR control valve 25 is gradually reduced as the required load L increases. In this operating region II ', the EGR rate decreases as the required load L increases, and the air-fuel ratio decreases as the required load L increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required load L increases. In the second operation region II ', the injection start timing [theta] S is set near the compression top dead center TDC.
[0101]
FIG. 20A shows the target air-fuel ratio A / F in the first operation region I '. In FIG. 20A, curves indicated by A / F = 15.5, A / F = 16, A / F = 17, and A / F = 18 have target air-fuel ratios of 15.5, 16, and 17, respectively. , 18 and the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 20A, the air-fuel ratio is lean in the first operating region I ′, and the target air-fuel ratio A / F becomes leaner as the required load L decreases in the first operating region I ′. It is said. That is, the lower the required load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, as the required load L decreases, low-temperature combustion can be performed even if the EGR rate is reduced. When the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio increases. Therefore, as shown in FIG. 20A, the target air-fuel ratio A / F increases as the required load L decreases. As the target air-fuel ratio A / F increases, the fuel consumption rate increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, the embodiment according to the present invention increases the target air-fuel ratio A / F as the required load L decreases. .
[0102]
The target air-fuel ratio A / F shown in FIG. 20A is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. . Also, as shown in FIG. 21A, the target opening ST of the throttle valve 17 required to set the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG. The target opening degree SE of the EGR control valve 25 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG. 20A is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of N. As shown in FIG. 21 (B), it is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N.
[0103]
FIG. 22A shows the target air-fuel ratio A / F when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. In FIG. 22A, curves A / F = 24, A / F = 35, A / F = 45, and A / F = 60 indicate target air-fuel ratios 24, 35, 45, and 60, respectively. ing. The target air-fuel ratio A / F shown in FIG. 22A is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 23A, the target opening ST of the throttle valve 17 necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG. The target opening degree SE of the EGR control valve 25 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG. 22A is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of N. As shown in FIG. 23 (B), a map is stored in the ROM 32 in advance as a function of the required load L and the engine speed N.
[0104]
Further, when the second combustion is being performed, the fuel injection amount Q is calculated based on the required load L and the engine speed N. The fuel injection amount Q is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
[0105]
Next, the operation control of the present embodiment will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 25, first, in step 1100, it is determined whether or not a flag I indicating that the operation state of the engine is in the first operation region I 'is set. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I ', the routine proceeds to step 1101, where it is determined whether the required load L has become larger than the first boundary X (N). Is determined. When L ≦ X (N), the routine proceeds to step 1103, where low-temperature combustion is performed. On the other hand, when it is determined in step 1101 that L> X (N), the routine proceeds to step 1102, where the flag I is reset, and then proceeds to step 1109 to perform the second combustion.
[0106]
When it is determined in step 1100 that the flag I indicating that the operation state of the engine is in the first operation area I ′ is not set, that is, when the operation state of the engine is in the second operation area II ′, Proceeding to step 1108, it is determined whether the required load L has become lower than the second boundary Y (N). When L ≧ Y (N), the process proceeds to step 1110, where the second combustion is performed under a lean air-fuel ratio. On the other hand, when it is determined in step 1108 that L <Y (N), the routine proceeds to step 1109, where the flag I is set, and then proceeds to step 1103 to perform low-temperature combustion.
[0107]
In step 1103, the target opening ST of the throttle valve 17 is calculated from the map shown in FIG. 21A, and the opening of the throttle valve 17 is set to the target opening ST. Next, at step 1104, the target opening SE of the EGR control valve 25 is calculated from the map shown in FIG. 21B, and the opening of the EGR control valve 25 is set to this target opening SE. Next, at step 1105, the mass flow rate (hereinafter simply referred to as "intake air amount") Ga of the intake air detected by the mass flow rate detector (not shown) is taken in. Then, at step 1106, the map shown in FIG. From the target air-fuel ratio A / F. Next, at step 1107, a fuel injection amount Q necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F is calculated based on the intake air amount Ga and the target air-fuel ratio A / F.
[0108]
As described above, when the required load L or the engine speed N changes during low-temperature combustion, the opening of the throttle valve 17 and the opening of the EGR control valve 25 are immediately changed according to the required load L and the engine speed N. Target opening degrees ST, SE. Therefore, for example, when the required load L is increased, the amount of air in the combustion chamber 5 is immediately increased, and thus the torque generated by the engine is immediately increased. On the other hand, when the opening of the throttle valve 17 or the opening of the EGR control valve 25 changes to change the amount of intake air, the change in the amount of intake air Ga is detected by the mass flow rate detector, and the detected amount of intake air Ga Is controlled based on the fuel injection amount Q. That is, the fuel injection amount Q is changed after the intake air amount Ga actually changes.
[0109]
In step 1110, the target fuel injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. 24, and the fuel injection amount is set as the target fuel injection amount Q. Next, at step 1111, the target opening ST of the throttle valve 17 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 1112, the target opening SE of the EGR control valve 25 is calculated from the map shown in FIG. 23 (B), and the opening of the EGR control valve 25 is set to this target opening SE. Next, at step 1113, the intake air amount Ga detected by the mass flow rate detector is taken. Next, at step 1114, the actual air-fuel ratio (A / F) is calculated from the fuel injection amount Q and the intake air amount Ga.R  Is calculated. Next, at step 1115, the target air-fuel ratio A / F is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 1116, the actual air-fuel ratio (A / F)R  Is larger than the target air-fuel ratio A / F. (A / F)R  If> A / F, the routine proceeds to step 1117, where the throttle opening correction value ΔST is decreased by a constant value α, and then the routine proceeds to step 1119. (A / F)R  If ≦ A / F, the routine proceeds to step 1118, where the correction value ΔST is increased by a constant value α, and then the routine proceeds to step 1119. In step 1119, a final target opening ST is calculated by adding the correction value ΔST to the target opening ST of the throttle valve 17, and the opening of the throttle valve 17 is set as the final target opening ST. That is, the actual air-fuel ratio (A / F)R  Is controlled to the target air-fuel ratio A / F.
[0110]
As described above, when the required load L or the engine speed N changes during the second combustion, the fuel injection amount is immediately matched with the target fuel injection amount Q corresponding to the required load L and the engine speed N. For example, when the required load L is increased, the fuel injection amount is immediately increased, and thus the torque generated by the engine is immediately increased. On the other hand, when the fuel injection amount Q is increased and the air-fuel ratio deviates from the target air-fuel ratio A / F, the opening of the throttle valve 20 is controlled so that the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio A / F. That is, the air-fuel ratio is changed after the fuel injection amount Q changes.
[0111]
In the embodiments described so far, the fuel injection amount Q is subjected to open-loop control during low-temperature combustion, and the air-fuel ratio changes the opening of the throttle valve 20 during second combustion. Is controlled by However, the fuel injection amount Q can be feedback-controlled based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 27 when the low-temperature combustion is being performed, and the air-fuel ratio can be controlled by the EGR control when the second combustion is being performed. The control can also be performed by changing the opening of the valve 31.
[0112]
In the present embodiment, in the forward flow mode shown in FIGS. 9A, 10A, and 11A, the above-described normal combustion, that is, EGR gas as an inert gas at which the generation amount of soot reaches a peak. The combustion in which the amount of the EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is smaller than the amount of the EGR gas is performed, and in the reverse flow mode shown in FIGS. 9B, 10B, and 11B, the low-temperature combustion described above is performed. That is, the combustion is performed in which the amount of the EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of the EGR gas as the inert gas at which the generation amount of soot reaches a peak, and soot is hardly generated.
[0113]
Further, in the present embodiment, the amount of the particulates discharged from the combustion chamber 5 per unit time is usually larger than the amount of the oxidizable particles that can be oxidized and removed on the particulate filter 22 without emitting a bright flame per unit time. In other words, even if the amount of discharged fine particles is normally located in the region I of FIG. 5 and the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be oxidized and removed, the amount of discharged fine particles becomes smaller than the amount of fine particles that can be oxidized and removed. The operating conditions of the internal combustion engine are controlled so as to maintain the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 so that only particulates of a certain amount or less that can be oxidized and removed at the same time accumulate on the particulate filter 22.
[0114]
According to the present embodiment, as shown in FIG. 7, an oxygen storage / active oxygen releasing agent as an oxidizing agent that releases active oxygen for oxidizing fine particles temporarily trapped in the partition wall 54 of the particulate filter 22. 261 is carried on the partition wall 54 of the particulate filter 22, and the flow of the exhaust gas passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22 is reversed as shown in FIG. The fine particles to be dispersed are dispersed on the upper surface and the lower surface (see FIG. 7) of the partition wall 54 of the particulate filter 22. Therefore, it is possible to prevent most of the fine particles flowing into the particulate filter from being trapped on one surface of the partition wall of the particulate filter, and to prevent the exhaust gas flow from the partition wall 54 of the particulate filter 22. It can exert an oxidative removal action on the fine particles on the downstream side. Since the above-described oxidizing and removing action requires the oxygen storage / active oxygen release agent 261 (see FIG. 7) on the surface of the partition wall 54 of the particulate filter 22 as an essential requirement, the oxygen storage / removal function inside the partition wall 54 of the particulate filter 22 is performed. This can be achieved even when the active oxygen releasing agent 161 (see FIG. 7) is not present.
[0115]
Further, according to the present embodiment, as described above, the fine particles trapped by the partition wall 54 of the particulate filter 22 are dispersed on one surface and the other surface of the partition wall 54 of the particulate filter 22, and thus the particulate matter is dispersed. The possibility that the fine particles trapped on the partition walls 54 of the curable filter 22 are deposited without being oxidized and removed is reduced as compared with the case where the fine particles are not dispersed. Therefore, it is possible to sufficiently transmit the oxidizing / removing action of oxidizing and removing the fine particles trapped in the partition walls 54 of the particulate filter 22 by active oxygen to all the fine particles. 54 can be prevented. In order to sufficiently transmit the oxidizing / removing action to all the fine particles, since the oxygen storage / active oxygen release agent 261 (see FIG. 7) on the surface of the partition 54 of the particulate filter 22 is an essential requirement, the partition of the particulate filter 22 is required. This can be achieved even when there is no oxygen storage / active oxygen release agent 161 (see FIG. 7) inside 54.
[0116]
Further, according to the present embodiment, as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas, the particulate trap filter 80 is disposed downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow. Therefore, when the flow of the exhaust gas passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22 is reversed, harmful substances in the exhaust gas which may flow downstream of the exhaust gas flow from the particulate filter 22 are made harmless. (See FIG. 11).
[0117]
According to this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 10, oxygen storage / activity as an oxidation catalyst for oxidizing the fine particles 162 temporarily trapped inside the partition wall 54 of the particulate filter 22. An oxygen releasing agent 161 is supported inside the partition wall 54 of the particulate filter 22. Therefore, the fine particles 162 inside the partition 54 of the particulate filter 22 can be oxidized and removed inside the partition 54 of the particulate filter 22 by the oxygen storage / active oxygen releasing agent 161 inside the partition 54 of the particulate filter 22. it can. Further, according to the present embodiment, the exhaust gas switching valve 73 is provided as an exhaust gas backflow means for moving the fine particles 162 temporarily trapped inside the partition wall 54 of the particulate filter 22. Therefore, the oxygen removing / oxidizing agent 161 inside the partition 54 of the particulate filter 22 oxidizes and removes the fine particles 162 inside the partition 54 of the particulate filter 22. The movement can be promoted by moving the fine particles 162 temporarily collected therein (see FIG. 10).
[0118]
Further, according to the present embodiment, the particulate trapping filter 80 is disposed downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. When the flow of the exhaust gas passing through the partition wall 54 of the fuel cell 22 is reversed, it is possible to prevent the fine particles 62 that may flow downstream of the particulate filter 22 from being discharged as they are. (See FIG. 11).
[0119]
In addition, according to the present embodiment, even if the amount of discharged fine particles is usually smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, and the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of discharged fine particles can be oxidized and removed thereafter. By maintaining the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 such that only particulates of a certain amount or less that can be oxidized and removed when the amount becomes smaller than the particulate amount are deposited on the particulate filter 22, the exhaust gas Are oxidized and removed on the particulate filter 22 without emitting a bright flame. Therefore, it is not necessary to emit a bright flame and remove the fine particles after the fine particles are deposited on the particulate filter as in the conventional case, and the fine particles are removed before the fine particles are deposited on the particulate filter. By oxidizing, fine particles in the exhaust gas can be removed.
[0120]
In addition, according to the present embodiment, even if the amount of discharged fine particles is usually smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, and the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of discharged fine particles can be oxidized and removed thereafter. Operating conditions of the internal combustion engine to maintain the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 so that only particulates of a certain amount or less that can be oxidized and removed when the amount becomes smaller than the particulate amount are deposited on the particulate filter 22. Is controlled. In detail, the amount of discharged fine particles is set to be smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, or even if the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, The operating conditions of the internal combustion engine are controlled based on the amount of exhaust particulates and the temperature of the particulate filter 22 so that only particulates of a certain amount or less that can be oxidized and removed when the amount becomes smaller are deposited on the particulate filter 22. You. For this reason, even if the operating conditions of the internal combustion engine are such that the amount of discharged particulates is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, or if the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of discharged fine particles will be Unlike the case where the amount of particulates that can be oxidized and removed is less than a certain limit that can be removed by oxidation when the amount becomes smaller than the amount that can be removed by oxidation, it accumulates on the particulate filter. Even if the amount of fine particles is smaller than the amount of fine particles, or the amount of fine particles discharged temporarily exceeds the amount of fine particles that can be oxidized and removed, a certain limit that can be oxidized and removed when the amount of fine particles discharged subsequently becomes smaller than the amount of fine particles that can be oxidized and removed Only the following amount of fine particles can be prevented from being deposited on the particulate filter 22. Therefore, compared to the case where the operating conditions of the internal combustion engine coincide with each other, it is possible to more reliably oxidize the fine particles before the fine particles are deposited on the particulate filter 22 in a stacked state.
[0121]
Further, according to the present embodiment, the oxygen storage / active oxygen release agent 61 carried by the particulate filter 22 captures and holds oxygen when there is excess oxygen in the surroundings, and reduces the surrounding oxygen concentration. Then, the retained oxygen is released in the form of active oxygen (see FIG. 3). Therefore, unlike the conventional case, the fine particles 62 are deposited on the particulate filter 22 in a stacked manner, unlike the conventional method in which the fine particles are deposited on the particulate filter and then removed by emitting a bright flame. Before, the fine particles 62 can be oxidized and removed by the active oxygen released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 without emitting bright flame.
[0122]
Further, according to the present embodiment, when the exhaust gas switching valve 73 as the backflow means is in the forward flow mode (see FIG. 9A), the amount of soot generated is higher than the amount of the EGR gas as the inert gas at which the soot generation peaks. Normal combustion in which the amount of the EGR gas supplied into the chamber 5 is small is performed, and when the exhaust switching valve 73 is in the reverse flow mode (see FIG. 9B), the amount of soot generation is smaller than the amount of the EGR gas at which the soot is peaked. Also, low-temperature combustion in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is large and soot is hardly generated is executed. In other words, low-temperature combustion is performed in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of EGR gas at which the generation amount of soot is at a peak and soot is hardly generated. The oxidizing and removing action of the fine particles can be promoted by the contained HC and CO. Further, since the amount of the EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of the EGR gas at which the generation amount of soot becomes a peak, the exhaust gas is caused to flow backward when low-temperature combustion in which soot is hardly generated is executed. When normal combustion is performed in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is smaller than the amount of EGR gas at which the generation amount of soot reaches a peak, fine particles accumulate on one surface of the particulate filter 22. (See FIG. 10A), even if the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61261 on the surface of the particulate filter 22 has been poisoned with sulfur, the opposite side of the particulate filter 22 (the lower side in FIG. 10). The exhaust gas containing HC and CO flowing from the surface of the particulate filter 22 and passing through the inside of the partition wall 54 of the particulate filter 22 causes one surface of the particulate filter 22 to be exposed. Particulate matter deposited in the can be oxidized and removed without being affected by the sulfur poisoning.
[0123]
In a modification of the present embodiment, a particulate filter provided with an oxidation catalyst can be provided instead of the particulate matter trapping filter 80. According to this modification, substantially the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. Further, unlike the particulate filter 80, not only the particulates but also HC and CO can be purified. In another modified example, a particulate filter provided with an oxidation catalyst may be provided instead of the particulate matter trapping filter 80, and a rich gas may be supplied to remove NOx.
[0124]
Hereinafter, a third embodiment of the exhaust gas purification device for an internal combustion engine of the present invention will be described. The configuration and operation of this embodiment are substantially the same as those of the first and second embodiments described with reference to FIGS. In the present embodiment, an electric heater (EHC) 81 as a temperature raising means shown in FIG. 26 is used in addition to the use of the particulate filter 80 shown in FIG. FIG. 26 is a view similar to FIG. 11 in which an electric heater 81 is provided for the particulate matter trapping filter 80.
[0125]
According to the present embodiment, as a detoxifying means for detoxifying harmful components in exhaust gas, a particulate trapping filter 80 provided with an electric heater 81 is disposed downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow. You. Therefore, when the flow of the exhaust gas passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22 is reversed, the particulates 62 which may flow downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow are directly discharged. And the particulates 62 captured by the particulate capture filter 80 can be oxidized and removed by heat. In a modification of the present embodiment, a burner can be used instead of the electric heater 81. According to this modification, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
[0126]
Hereinafter, a fourth embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention will be described. The configuration and operation of this embodiment are substantially the same as those of the first and second embodiments described with reference to FIGS. In the present embodiment, in addition to the particulate filter 22 and the particulate matter filter 80 shown in FIG. 1, pressure sensors 43, 44, 45, and 46 shown in FIG. 27 are provided. FIG. 27 is a view similar to FIG. 9 showing the relationship between the switching position of the exhaust switching valve 73 and the flow of exhaust gas. More specifically, FIG. 27A is a diagram when the exhaust gas switching valve 73 is in the forward flow position, FIG. 27B is a diagram when the exhaust gas switching valve 73 is in the reverse flow position, and FIG. FIG. 7 is a diagram when the valve 73 is at a bypass position.
[0127]
When the exhaust switching valve 73 is in the forward flow position, as shown in FIG. 27A, the exhaust gas that has passed through the exhaust switching valve 73 and flowed into the casing 23 first passes through the first passage 71, and then passes through the After passing through the curate filter 22, finally passes through the second passage 72, passes through the exhaust switching valve 73 again, and returns to the exhaust pipe. At this time, the fine particles 62 in the exhaust gas are temporarily collected by the particulate filter 22. Next, when the exhaust switching valve 73 is switched to the reverse flow position, as shown in FIG. 27 (B), the exhaust gas that has passed through the exhaust switching valve 73 and flowed into the casing 23 first passes through the second passage 72, Next, it passes through the particulate filter 22 in the opposite direction to the case shown in FIG. 27A, finally passes through the first passage 71, passes through the exhaust switching valve 73 again, and returns to the exhaust pipe. At this time, the fine particles 62 temporarily collected by the particulate filter 22 are separated from the particulate filter 22 and captured by the fine particle capture filter 80. Next, when the exhaust switching valve 73 is switched to the bypass position, the pressure in the first passage 71 and the pressure in the second passage 72 become equal as shown in FIG. The exhaust gas that has arrived passes through the exhaust switching valve 73 without flowing into the casing 23. At this time, the operating conditions of the internal combustion engine are switched so that the temperature of the exhaust gas is raised as described later, and the temperature of the particulate filter 80 is raised.
[0128]
FIG. 28 is a flowchart showing a regeneration control method of the downstream filter, that is, the particulate filter, of the present embodiment. When this routine is started, first, in step 200, it is determined whether or not the pressure difference ΔPD between the pressure read by the pressure sensor 45 and the pressure read by the pressure sensor 46 is higher than a threshold value TPD. When the determination is NO, it is determined that the particulates have not been captured so much in the particulate capture filter 80, and it is determined that there is no need to regenerate the particulate capture filter 80, and this routine ends. On the other hand, if YES, a relatively large amount of fine particles are captured in the fine particle capture filter 80, and it is determined that the fine particle capture filter 80 needs to be regenerated. The threshold value TPD is set so that the temperature of the particle trapping filter 80 is raised to oxidize and remove the particles in the particle trapping filter 80 so that the particle trapping filter 80 is not melted and the temperature is raised to raise the temperature of the particle trapping filter 80. The setting is made so as not to impair the performance of the internal combustion engine when raising the temperature of the gas. In step 201, the exhaust switching valve 73 is switched to the bypass position shown in FIG. Next, in step 202, the temperature of the exhaust gas is raised by performing, for example, the above-described low-temperature combustion, and the temperature of the particulate trapping filter 80 is raised by the exhaust gas. Instead of performing low-temperature combustion, it is also possible to perform expansion stroke injection, addition of exhaust system HC, or VIGOM injection + injection retard.
[0129]
Next, at step 203, it is determined whether or not the downstream filter, that is, the particulate trap filter 80 has been regenerated. When the determination is NO, that is, when the pressure difference ΔPD between the pressure read by the pressure sensor 45 and the pressure read by the pressure sensor 46 has not decreased to a predetermined threshold value or less, the regeneration of the particulate capture filter 80 needs to be continued. Therefore, in step 204, the control for increasing the temperature of the particulate filter 80 is continued. On the other hand, when the determination is YES, that is, when the pressure difference ΔPD between the pressure read by the pressure sensor 45 and the pressure read by the pressure sensor 46 decreases to a predetermined threshold value or less, it is determined that the regeneration of the particulate capture filter 80 has ended. Judge and proceed to step 205. In Step 205, the regeneration control of the particulate filter 80 is terminated, and the operation is returned to the normal operation of the internal combustion engine. Next, at step 206, the exhaust switching valve 73 is switched to the forward flow position shown in FIG. 27A or the reverse flow position shown in FIG. 27B.
[0130]
FIG. 29 is a diagram showing the effect of the temperature rise control of the particulate matter trapping filter 80 of the present embodiment. As shown in FIG. 29, the normal operation of the internal combustion engine is performed, and while the exhaust gas switching valve 73 is switched between the forward flow position and the reverse flow position, the pressure loss ΔPD of the downstream filter, that is, the particulate filter 80 is reduced. Becomes higher than the threshold value TPD (time T3), the exhaust switching valve 73 is switched to the bypass position, and the temperature rise control of the particulate filter 80 by the temperature rise control of the internal combustion engine is performed. When the regeneration of the particulate trap filter 80 is completed (time T4), the internal combustion engine is returned to the normal operation, and the exhaust switching valve 73 is switched to the reverse flow position.
[0131]
According to the present embodiment, when the exhaust gas switching filter 73 is located at the bypass position, the exhaust gas is bypassed without passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22, so that the temperature of the particulate filter 80 rises. Can be Therefore, the temperature of the particulate filter 80 can be increased by the exhaust gas bypassing the particulate filter 22 without the necessity of providing a separate heating device for the particulate filter 80 such as the electric heater 81.
[0132]
Further, according to this embodiment, when the particulates accumulate on the particulate filter 80 and the differential pressure ΔPD exceeds the threshold TPD, the exhaust gas is bypassed without passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22, and The temperature of the capture filter 80 is raised. More specifically, when particulates accumulate on the particulate filter 80, the exhaust gas bypasses the particulate filter 22, and when no particulates accumulate on the particulate filter 80, the exhaust gas does not bypass the particulate filter 22. Therefore, when there is no need for the exhaust gas to bypass the particulate filter 22, the exhaust gas bypasses the particulate filter 22, and the temperature of the particulate filter 22 decreases. Of the oxygen storage / active oxygen release agents 161 and 261 (see FIG. 7) of the partition wall 54 can be prevented from weakening.
[0133]
Hereinafter, a fifth embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention will be described. The configuration and operation of this embodiment are substantially the same as those of the first, second, and fourth embodiments described with reference to FIGS. FIG. 30 is a flowchart showing a sulfur poisoning recovery control method for the particulate filter 22 and the particulate filter 80. When the fuel consumption integrated value exceeds a predetermined value, it is determined that sulfur poisoning has occurred, and this routine is started. When this routine is started, as shown in FIG. 30, first in step 300, it is determined whether or not the sulfur poisoning of the upstream filter, that is, the particulate filter 22 has recovered, that is, the sulfur poisoning of the particulate filter 22 has been recovered. It is determined whether the elapsed time of the recovery control has exceeded a predetermined time. When the determination is NO, in step 301, for example, the above-described low-temperature combustion is performed to make the exhaust gas high temperature and rich in order to continue the sulfur poisoning recovery control of the particulate filter 22. On the other hand, when YES, that is, when the sulfur poisoning of the particulate filter 22 is recovered, in step 201, the exhaust gas switching valve 73 is turned on in order to recover the sulfur poisoning of the downstream filter, that is, the particulate capture filter 80. It is arranged at the bypass position as shown in FIG.
[0134]
Next, in step 302, it is determined whether or not the sulfur poisoning of the downstream filter, that is, the particulate capture filter 80 has recovered, that is, whether or not the elapsed time of the sulfur poisoning recovery control of the particulate capture filter 80 has exceeded a predetermined time. Is determined. If NO, a delay is provided in step 303 to continue the sulfur poisoning recovery control of the particulate filter 80. On the other hand, if YES, that is, if the particulate poisoning filter 80 has recovered from sulfur poisoning, the operation of the internal combustion engine is returned to the normal operation in step 304. Next, at step 305, the exhaust switching valve 73 is switched from the bypass position to the forward flow position or the reverse flow position.
[0135]
FIG. 31 is a diagram showing the effect of the sulfur poisoning recovery control of the particulate filter 22 and the particulate filter 80 of the present embodiment. As shown in FIG. 31, first, during time T5 to time T6, sulfur poisoning recovery of the particulate filter 22, which is the upstream filter, is performed, and then, during time T6 to time T7, the particulate filter 22 is removed before time T6. The recovery of the sulfur poisoning of the downstream filter, that is, the particulate trapping filter 80, which is sulfur-poisoned by the sulfur released from the curable filter 22, is executed.
[0136]
According to the present embodiment, when the sulfur poisoning recovery of the particulate trapping filter 80 is to be executed, the sulfur poisoning recovery of the particulate filter 22 is first executed (from time T5 to time T6), and then the sulfur poisoning recovery of the particulate trapping filter 80 is performed. Poisoning recovery is performed (from time T6 to time T7). Therefore, first, the sulfur poisoning recovery of the particulate filter is performed, then the sulfur poisoning recovery of the particulate filter is performed, and finally, the sulfur that has flowed out during the sulfur poisoning recovery of the particulate filter is again returned. The number of times of performing the sulfur poisoning recovery of the particulate capture filter can be reduced as compared with the case where the sulfur poisoning recovery of the poisoned particulate capture filter is performed.
[0137]
Hereinafter, a sixth embodiment of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention will be described. The configuration and operation of the present embodiment are substantially the same as those of the first, second, and fourth embodiments described with reference to FIGS. FIG. 32 is a view substantially similar to FIG. 27 showing the relationship between the switching position of the exhaust switching valve 73 and the flow of exhaust gas. More specifically, FIG. 32A is a diagram when the exhaust gas switching valve 73 is at the forward flow position, FIG. 32B is a diagram when the exhaust gas switching valve 73 is at the bypass position, and FIG. FIG. 9 is a diagram when the valve 73 is at a reverse flow position. In FIG. 32, a filter 82 carries a lean NOx catalyst as an exhaust gas purifying catalyst. When the particulates 162 temporarily trapped inside the partition wall 54 of the particulate filter 22 are moved (see FIG. 10), that is, as shown in FIG. 32, the exhaust switching valve 73 is moved to the forward flow position (FIG. )) Is switched to the reverse flow position (FIG. 32 (C)), or the exhaust switching valve 73 is switched from the forward flow position (FIG. 32 (A)) to the reverse flow position (FIG. 32 (B)) via the bypass position (FIG. 32 (B)). 32 (C), HC, CO, and NOx in the exhaust gas are not purified by the particulate filter 22 but flow downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow. Therefore, in the present embodiment, a filter 82 carrying a lean NOx catalyst is disposed downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow in order to purify such HC, CO, and NOx. Further, the exhaust gas is temporarily made rich in order to remove NOx by the lean NOx catalyst.
[0138]
According to the present embodiment, the filter 82 supporting the exhaust gas purifying catalyst is disposed downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow as detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. When the flow of exhaust gas passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22 is reversed, that is, when the exhaust switching valve 73 is switched, HC, CO, and NOx that flow downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow It is possible to prevent the contained exhaust gas from being directly discharged without being purified. In a modified example of the present embodiment, the filter 82 can carry an oxidation catalyst or a three-way catalyst instead of the lean NOx catalyst.
[0139]
Hereinafter, a seventh embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention will be described. The configuration and operation of this embodiment are substantially the same as those of the first and second embodiments described with reference to FIGS. In the present embodiment, a cyclone 83 is provided instead of the particulate matter trapping filter 80. FIG. 33 is an enlarged side view of the particulate filter 22 and the cyclone 83. According to the present embodiment, the cyclone 83 is disposed downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. When the flow of the exhaust gas passing through 54 is reversed (FIG. 10), the relatively large-sized coarse particles 62 (FIG. 11) deposited on the surface of the particulate filter 22 are desorbed from the surface of the particulate filter 22. Thus, it is possible to prevent the separated coarse particles 62 from being discharged as they are without being collected.
[0140]
Hereinafter, an eighth embodiment of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention will be described. The configuration and operation of this embodiment are substantially the same as those of the first and second embodiments described with reference to FIGS. In the present embodiment, coarse particle trapping filters 84 and 85 are provided instead of or in addition to the particle trapping filter 80. FIG. 34 is an enlarged side view of the particulate filter 22 and the coarse particle capturing filters 84 and 85. According to the present embodiment, in order to detoxify harmful components in the exhaust gas at a position downstream of the particulate filter 22 when the exhaust gas flow is in the forward flow (see FIG. 11A). A coarse particle trapping filter 85 is disposed as a detoxifying means, and when the exhaust gas flow is backward (see FIG. 11B), the exhaust gas flow is located at a position downstream of the particulate filter 22 in the exhaust gas flow. A coarse particle trapping filter 84 is provided as a detoxifying means for detoxifying harmful components. Therefore, when the position of the exhaust switching valve 73 is switched to reverse the flow of the exhaust gas passing through the partition wall 54 of the particulate filter 22, the relatively large-diameter coarse particles deposited on the surface of the particulate filter 22 are changed. It is possible to prevent the particles 62 (FIG. 11) from desorbing from the surface of the particulate filter 22 and discharging the desorbed coarse particles without being collected. Examples of the coarse particle capturing filters 84 and 85 include, for example, a collision capturing type foam filter.
[0141]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, most of the fine particles flowing into the particulate filter are prevented from being collected on one surface of the wall of the particulate filter, and the wall of the particulate filter is prevented. The oxidizing and removing action can be exerted on the fine particles downstream of the exhaust gas flow. Further, it is possible to sufficiently transmit the oxidizing and removing action of oxidizing and removing the fine particles trapped on the wall of the particulate filter by, for example, active oxygen to all the fine particles. As a result, the fine particles are deposited on the wall of the particulate filter. Can be prevented. Further, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, it is possible to detoxify harmful substances in the exhaust gas which may flow to the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter. it can.
[0142]
According to the invention described in claim 2, most of the fine particles flowing into the particulate filter are prevented from being trapped on one surface of the wall of the particulate filter, and the wall of the particulate filter is prevented. The oxidizing and removing action can be exerted on the fine particles downstream of the exhaust gas flow. Further, it is possible to sufficiently transmit the oxidizing and removing effect of oxidizing and removing the fine particles trapped on the wall of the particulate filter with active oxygen to all the fine particles. As a result, the fine particles accumulate on the wall of the particulate filter. Can be prevented. Further, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, it is possible to detoxify harmful substances in the exhaust gas which may flow to the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter. it can.
[0143]
According to the third aspect of the present invention, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, the fine particles that may flow downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow remain as they are. It can be prevented from being discharged.
[0144]
According to the fourth aspect of the present invention, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, the fine particles which may flow downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow remain as they are. It is possible to prevent the particles from being discharged and oxidize and remove the fine particles captured by the fine particle capturing means.
[0145]
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to raise the temperature of the particulate capturing means by the exhaust gas bypassing the particulate filter without providing a separate temperature increasing means for the particulate capturing means such as a heater. .
[0146]
According to the invention as set forth in claim 6, when the exhaust gas does not need to be made to bypass the particulate filter, the exhaust gas is made to bypass the particulate filter. It can be avoided that the oxidation removal action of the oxidation catalyst is weakened.
[0147]
According to the invention as set forth in claim 7, first, the sulfur poisoning recovery of the particulate capturing means is executed, then the sulfur poisoning recovery of the particulate filter is executed, and finally, the sulfur poisoning recovery of the particulate filter is executed. In this case, the number of times of performing the sulfur poisoning recovery of the particle capturing unit can be reduced as compared with the case where the sulfur poisoning recovery of the particle capturing unit that has been poisoned again by the sulfur that has flowed out is performed.
[0148]
According to the invention described in claim 8, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, the exhaust gas flowing downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow is purified. And it can be prevented from being discharged as it is.
[0149]
According to the ninth aspect of the present invention, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, the relatively large particles deposited on the surface of the particulate filter cause the relatively large particles to accumulate on the surface of the particulate filter. Can be prevented from being discharged as it is without being collected.
[0150]
According to the tenth aspect of the present invention, when the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, the relatively large particles deposited on the surface of the particulate filter cause the relatively large diameter of the particulate filter to be reduced. Can be prevented from being discharged as it is without being collected.
[0151]
According to the invention as set forth in claim 11, the fine particles are deposited on the particulate filter as in the conventional case, and after the fine particles are deposited on the particulate filter, it is not necessary to emit a bright flame and remove the fine particles. By oxidizing the fine particles before they are deposited in a stack, the fine particles in the exhaust gas can be removed.
[0152]
According to the twelfth aspect of the present invention, the operating condition of the internal combustion engine is such that the amount of exhausted particulates is smaller than the amount of oxidizable and removable particulates, or the amount of exhausted particulates is temporarily larger than the amount of oxidizable and removable particulates. Even if the amount of fine particles becomes smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of fine particles that can be oxidized and removed will not accumulate on the particulate filter. In addition, the amount of discharged fine particles is made smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, or even if the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, the amount of discharged fine particles becomes smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation. It is possible to prevent only a small amount of fine particles that can be oxidized and removed when deposited on the particulate filter.Therefore, compared to the case where the operating conditions of the internal combustion engine coincide with each other, the fine particles can be more reliably oxidized before the fine particles are deposited on the particulate filter in a stacked state.
[0153]
According to the thirteenth aspect of the present invention, unlike the conventional case, the fine particles are deposited on the particulate filter in a layered manner and then removed by emitting a bright flame. The active oxygen released by the oxygen storage / active oxygen releasing agent can oxidize and remove the fine particles without emitting a bright flame before being deposited on the laminate.
[0154]
According to the invention described in claim 14, since the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of the inert gas at which the amount of generated soot becomes a peak, the combustion is performed in which almost no soot is generated. The action of oxidizing and removing the fine particles can be promoted by HC and CO contained in the exhaust gas at that time. Furthermore, when the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of the inert gas at which the generation amount of the soot becomes a peak, the particulates are deposited on one surface of the particulate filter when the combustion is performed, Even if the catalyst on the surface of the particulate filter has been poisoned with sulfur, HC- and CO-containing exhaust gas that has flowed in from the opposite surface of the particulate filter and passed through the inside of the particulate filter wall, Fine particles deposited on one surface of the particulate filter can be oxidized and removed without being affected by sulfur poisoning.
[0155]
According to the fifteenth aspect, the oxidizing agent inside the wall of the particulate filter can oxidize and remove the fine particles inside the wall of the particulate filter inside the wall of the particulate filter. Furthermore, the oxidizing agent inside the wall of the particulate filter is oxidized and removed by the oxidizing agent inside the wall of the particulate filter, and the fine particles temporarily trapped inside the wall of the particulate filter are moved. Can be promoted by:
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment in which an exhaust gas purification device for an internal combustion engine of the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a particulate filter 22.
FIG. 3 is an enlarged view of a surface of a carrier layer formed on an inner peripheral surface of an exhaust gas inflow passage 50.
FIG. 4 is a view showing a state of oxidation of fine particles.
FIG. 5 is a graph showing an amount of oxidizable and removable fine particles G that can be oxidized and removed without emitting a bright flame per unit time.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an engine operation control routine.
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a partition wall 54 of the particulate filter shown in FIG. 2 (B).
8 is an enlarged view of the particulate filter 22 shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a switching position of an exhaust switching valve and a flow of exhaust gas.
FIG. 10 is a view showing a state in which fine particles inside a partition wall of a particulate filter move in accordance with the position of an exhaust switching valve 73 being switched.
11 is a view showing a state in which fine particles 62 separated from the oxygen storage / active oxygen release agent 261 on the partition wall surface of the particulate filter when the exhaust gas switching valve 73 is switched are captured by the fine particle capture filter 80. FIG.
FIG. 12 is a diagram showing amounts of smoke and NOx generated, etc.
FIG. 13 is a diagram showing a combustion pressure.
FIG. 14 is a diagram showing fuel molecules.
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between a generation amount of smoke and an EGR rate.
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.
FIG. 17 is a diagram showing a first operation region I 'and a second operation region II'.
FIG. 18 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.
FIG. 19 is a diagram showing an opening degree of a throttle valve and the like.
FIG. 20 is a diagram showing an air-fuel ratio and the like in a first operation region I ′.
FIG. 21 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.
FIG. 22 is a diagram showing an air-fuel ratio and the like in the second combustion.
FIG. 23 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.
FIG. 24 is a diagram showing a map of a fuel injection amount.
FIG. 25 is a flowchart for controlling operation of the engine.
FIG. 26 is a view similar to FIG. 11, in which an electric heater 81 is provided for a particulate filter 80;
FIG. 27 is a view substantially similar to FIG. 9 showing a relationship between a switching position of an exhaust switching valve 73 and a flow of exhaust gas.
FIG. 28 is a flowchart showing a regeneration control method for a downstream filter, that is, a particulate capture filter according to the fourth embodiment.
FIG. 29 is a diagram illustrating an effect of a temperature rise control of the particulate matter trapping filter 80 according to the fourth embodiment.
FIG. 30 is a flowchart showing a sulfur poisoning recovery control method for the particulate filter 22 and the particulate filter 80.
FIG. 31 is a view showing the effect of sulfur poisoning recovery control of the particulate filter 22 and the particulate filter 80 of the fifth embodiment.
FIG. 32 is a view substantially similar to FIG. 27 showing a relationship between a switching position of an exhaust switching valve 73 and a flow of exhaust gas.
FIG. 33 is an enlarged side view of the particulate filter 22 and the cyclone 83.
FIG. 34 is an enlarged side view of the particulate filter 22 and the coarse particle capturing filters 84 and 85.
[Explanation of symbols]
5. Combustion chamber
6 ... Fuel injection valve
20 ... exhaust pipe
22 ... Particulate filter
25 ... EGR control valve
54 ... partition wall
61 ... Oxygen storage / active oxygen release agent
62 ... fine particles
73… Exhaust switching valve
80 ... Particle trap filter

Claims (15)

燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集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の壁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、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化可能であり、前記パティキュレートフィルタの壁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、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記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させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁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を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置。A particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is arranged in the engine exhaust passage, and the particulates in the exhaust gas are collected when the exhaust gas passes through the wall of the particulate filter. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, it is possible to oxidize fine particles temporarily collected on the wall of the particulate filter, and to control the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter. By providing an exhaust gas backflow means for reversing, and by reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are removed from the wall of the particulate filter. The particles are dispersed on one side and the other side, whereby fine particles collected on the wall of the particulate filter are dispersed. Child to reduce the possibility of depositing without being oxidized and removed, a detoxification means for detoxifying noxious components in the exhaust gas than the particulate filter disposed downstream of the exhaust gas flow, the exhaust An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein exhaust gas passing through a wall of the particulate filter before and after reversal of the flow of exhaust gas by a gas backflow means passes through the detoxification means . 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕集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の壁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、前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの壁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、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記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させ、それにより、前記パティキュレートフィルタの壁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を低減し、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置し、前記排気ガス逆流手段による排気ガスの流れの逆転前後において前記パティキュレートフィルタの壁を通過した排気ガスは前記無害化手段を通過するようにした内燃機関の排気浄化装置。A particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is arranged in the engine exhaust passage, and the particulates in the exhaust gas are collected when the exhaust gas passes through the wall of the particulate filter. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, an oxidizing agent for releasing active oxygen for oxidizing fine particles temporarily collected on the wall of the particulate filter is provided on the wall of the particulate filter. An exhaust gas backflow means for carrying and reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is provided, and by reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, The fine particles collected on the wall of the filter are separated into one surface and the other surface of the wall of the particulate filter. Thereby, the possibility that fine particles trapped on the wall of the particulate filter are deposited without being oxidized and removed is reduced, and the detoxifying means for detoxifying harmful components in exhaust gas is provided by the particulate filter. The exhaust gas is disposed downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow, and the exhaust gas passing through the particulate filter wall before and after the reversal of the exhaust gas flow by the exhaust gas reverse flow means passes through the detoxifying means. Exhaust purification device for internal combustion engine. 排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a particulate capturing means is disposed downstream of the particulate filter as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. 排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として、昇温手段を備えた微粒子捕捉手段を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。4. The internal combustion engine according to claim 3, wherein a particulate trapping means provided with a temperature raising means is disposed downstream of the particulate filter as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. Exhaust purification equipment. 前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられるバイパスモードを有し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられることにより、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。The backflow means has a bypass mode in which the exhaust gas is bypassed without passing through the wall of the particulate filter, and the exhaust gas is bypassed without passing through the wall of the particulate filter, whereby the particulate trapping means is provided. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the temperature of the exhaust gas is raised. 前記微粒子捕捉手段に微粒子が堆積したときに、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過することなくバイパスせしめられ、前記微粒子捕捉手段が昇温せしめられる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。6. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein when the particulates are deposited on the particulate capturing means, the exhaust gas is bypassed without passing through the wall of the particulate filter, and the temperature of the particulate capturing means is increased. . 前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行すべきとき、前記パティキュレートフィルタの硫黄被毒回復を実行し、次いで前記微粒子捕捉手段の硫黄被毒回復を実行するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。4. The particulate filter according to claim 3, wherein when the sulfur recovery of the particulate capturing means is to be performed, the particulate filter recovers the sulfur poisoning, and then the sulfur recovery of the particulate capturing means is performed. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine. 排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として排気ガス浄化触媒を前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。3. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an exhaust gas purifying catalyst is disposed downstream of the particulate filter in an exhaust gas flow as detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. . 排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段としてサイクロンを前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側に配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a cyclone is disposed downstream of the particulate filter as a detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. 排気ガス流れが順流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置と、排気ガス流れが逆流のときに前記パティキュレートフィルタよりも排気ガス流れの下流側となる位置とに、排気ガス中の有害成分を無害化するための無害化手段として更なるフィルタをそれぞれ配置した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。A position on the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter when the exhaust gas flow is in the forward flow, and a position on the downstream side of the exhaust gas flow from the particulate filter when the exhaust gas flow is the backward flow. 3. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein further filters are disposed as detoxifying means for detoxifying harmful components in the exhaust gas. 前記パティキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ上において単位時間当た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よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入するや否や輝炎を発することなく短時間のうちに酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないように前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持するための制御手段を具備し、それによって排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく酸化除去せしめるようにした請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。As the particulate filter, when the amount of particulates discharged from the combustion chamber per unit time is smaller than the amount of oxidizable and removable particles that can be oxidized and removed without emitting luminous flame per unit time on the particulate filter, exhaust gas As soon as the fine particles in the medium flow into the particulate filter, they can be oxidized and removed in a short time without emitting a luminous flame, and even if the amount of the discharged fine particles temporarily exceeds the amount of the fine particles that can be oxidized and removed. When the amount of the particulates deposited on the particulate filter is less than a certain limit, the particulates on the particulate filter can be oxidized and removed without emitting a bright flame when the amount of the discharged particulates is smaller than the amount of particulates that can be removed by oxidation. Oxidation can be removed using a filter The amount of the particles depends on the temperature of the particulate filter, the amount of the discharged fine particles is usually smaller than the amount of the oxidizable and removable particles, and the amount of the discharged fine particles is temporarily larger than the amount of the oxidizable and removable particles. Even after that, when the amount of the discharged fine particles becomes smaller than the amount of the fine particles that can be oxidized and removed, the amount of the discharged fine particles and the amount of the fine particle filter so that only a certain amount of the fine particles that can be oxidized and removed are deposited on the particulate filter. The control device according to any one of claims 1 to 10, further comprising control means for maintaining the temperature, whereby the fine particles in the exhaust gas are oxidized and removed on the particulate filter without emitting a bright flame. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine. 前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量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上に堆積しないように、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。Even if the amount of the discharged fine particles is usually smaller than the amount of the oxidizable and removable fine particles, and even if the amount of the discharged fine particles is temporarily larger than the amount of the oxidizable and removable fine particles, the amount of the discharged fine particles is thereafter reduced to the amount of the oxidizable and removable fine particles. The operating conditions of the internal combustion engine are controlled so as to maintain the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter so that only a small amount of particulates that can be oxidized and removed below a certain limit is deposited on the particulate filter. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 11, wherein 前記酸化剤が、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下するとその保持した酸素を活性酸素の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤である請求項２〜１２のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The oxidizing agent is an oxygen storage / active oxygen releasing agent that takes in oxygen when there is excess oxygen in the surroundings, retains oxygen, and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases. Item 13. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of Items 2 to 12. 前記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を第一の向きに通過する順流モードと、排気ガスがパティキュレートの壁を前記第一の向きとは逆向きの第二の向きに通過する逆流モードとを有し、前記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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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、前記逆流手段の順流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼を実行し、前記逆流手段の逆流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記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燃焼を実行するようにした請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The backflow means includes a forward flow mode in which the exhaust gas passes through a wall of the particulate filter in a first direction, and an exhaust gas passes through the wall of the particulate filter in a second direction opposite to the first direction. A backflow mode, and when the amount of the inert gas supplied to the combustion chamber is increased, the amount of generated soot gradually increases and reaches a peak, and the amount of the inert gas supplied to the combustion chamber When the internal combustion engine in which the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature becomes lower than the soot generation temperature and soot hardly occurs is further increased, A combustion is performed in which the amount of inert gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the generation amount of soot is at a peak, and the generation amount of soot is at a peak during the reverse flow mode of the backflow means. Inert gas An exhaust purification system of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 13, the amount of inert gas is much soot was to perform hardly generated combustion supplied to the combustion chamber than. 前記酸化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持されており、かつ、前記パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The oxidizing agent is carried inside the wall of the particulate filter, and by temporarily reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, the oxidizing agent is temporarily held inside the wall of the particulate filter. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 14, wherein the fine particles trapped in the exhaust gas are moved.
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