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JP3565135B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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JP3565135B2
JP3565135B2 JP2000142323A JP2000142323A JP3565135B2 JP 3565135 B2 JP3565135 B2 JP 3565135B2 JP 2000142323 A JP2000142323 A JP 2000142323A JP 2000142323 A JP2000142323 A JP 2000142323A JP 3565135 B2 JP3565135 B2 JP 3565135B2
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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、排気ガス中のＮＯｘを良好に浄化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に担持し、前記パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互に前記パティキュレートフィルタを通過するようにし、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持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に担持され、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、排気ガスがパティキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互にパティキュレートフィルタを通過せしめられる。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に担持されたＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持される。そのため、排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされるか、あるいは、されないかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００８】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされるか、あるいは、されないかを選択することにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が通常継続的に維持される。例えば、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも排気ガスの温度が低く、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が低くなる可能性があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。また、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が高くなる可能性があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。一方、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲からパティキュレートフィルタの温度が外れてしまう可能性がないときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされないことにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。そのため、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入するための機関排気通路が第一通路と第二通路とを有し、前記第一通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記第二通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスが前記第一通路を通されるか、あるいは、前記第二通路を通されるかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１０】
請求項３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内に流入する排気ガスの温度が高くなる第一通路とパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなる第二通路とが設けられ、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスが第一通路を通されるか、あるいは、第二通路を通されるかを選択することにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が通常継続的に維持される。例えば、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲からパティキュレートフィルタの温度が外れてしまう可能性がないときに、排気ガスが第一通路を通されることによってパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にそのまま維持されることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。また、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が高くなる可能性があるときに、排気ガスが第二通路を通されることによってパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の温度にされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。そのため、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にあるときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされ、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも高いときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされないようにすることにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１２】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にある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、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも高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されないようにすることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が通常継続的に維持される。例えば、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度があり、燃料カット時の排気ガスがパティキュレートフィルタ内に流入するとＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が低くなってしまう可能性があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が維持される。また、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりもパティキュレートフィルタの温度が高く、パティキュレートフィルタの温度を低下させる必要があるときに、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスされず、燃料カット時の比較的温度の低い排気ガスがパティキュレートフィルタ内に流入せしめられることにより、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度が入れられる。そのため、燃料カット時のような内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１３】
請求項５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、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした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、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５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５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たＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持される。そのため、排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１５】
請求項６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、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１〜５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。
【００１６】
請求項６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、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される。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。
【００１７】
請求項７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と輝炎を発することなく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、通常は継続的に前記排出微粒子量及びパティキュレートフィルタの温度を前記排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにした請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１８】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置では、通常は継続的に排出微粒子量及びパティキュレートフィルタの温度が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持される。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しつつ、排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００１９】
請求項８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７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。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、ケーシング２３にはパティキュレートフィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取付けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。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、燃料ポンプ２８及び排気切換バルブ駆動装置７４に接続される。
【００２６】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ，ＴＱ＝ｂ，ＴＱ＝ｃ，ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数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。本発明による実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
【００２７】
図３にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図３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３（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図３（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および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２８】
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３（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。本発明による実施形態では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒、およ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・活性酸素放出剤が担持されている。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、セリウムＣｅのような希土類、および遷移金属から選ばれた少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。
【００２９】
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およびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属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、燃焼室５および排気通路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およびＳＯ２ を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００３０】
図４（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の内周面および隔壁５４内の細孔内壁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４（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる酸素吸蔵・活性酸素放出剤を示している。上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図４（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４（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、一部の硝酸イオンＮＯ３ − は硝酸カリウムＫＮＯ３ を生成する。
【００３１】
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 および硫酸カリウムＫ２ ＳＯ４ が生成される。
【００３２】
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４（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。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。
【００３３】
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。但し、硫酸カリウムＫ２ ＳＯ４ は安定化しているため、硝酸カリウムＫＮＯ３ に比べ放出しづらい。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は短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は消滅する。従って微粒子６２はパティキュレートフィルタ２２上に堆積することがない。なお、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。
【００３４】
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。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燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００３５】
ところで白金Ｐｔおよび酸素吸蔵・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。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。
【００３６】
図６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。なお、図６において横軸はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを示している。単位時間当りに燃焼室５から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと称するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、即ち図６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。
【００３７】
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６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５（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５（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５（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。
【００３８】
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 の酸化作用および酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図５（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。このように図６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６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よりも少くしておく必要がある。
【００３９】
図６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およびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常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実施形態においては排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するようにしている。このように排出微粒子量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上に微粒子が全く堆積しなくなる。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。また、微粒子の酸化による微粒子除去作用はかなり低温でもって行われる。従ってパティキュレートフィルタ２２の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュレートフィルタ２２が劣化する危険性はほとんどない。また、パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が全く堆積しないのでアッシュが凝集する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィルタ２２が目詰まりする危険性が少なくなる。
【００４０】
ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウムＣａＳＯ４ によって生ずる。即ち、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、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の細孔が閉塞されると目詰まりを生ずることになる。しかしながらこの場合、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。
【００４１】
さて、本発明による第一の実施形態では基本的に全ての運転状態において排出微粒子量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ことを意図している。しかしながら実際には全ての運転状態において排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くすることはほとんど不可能である。例えば機関始動時には通常パティキュレートフィルタ２２の温度は低く、従ってこのときには通常排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。従って本発明による第二の実施形態では機関始動直後のような特別の場合を除いて通常継続的に排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるようにしている。
【００４２】
なお、機関始動直後におけるように排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなるとパティキュレートフィルタ２２上に酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめる。しかしながらこのように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出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少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。従って本発明による第二の実施形態では機関始動直後のような特別の運転状態のときには、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に積層しないように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。
【００４３】
また、このように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持するようにしていたとしても何らかの理由により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。このような場合であっても排気ガスの一部又は全体の空燃比が一時的にリッチにされるとパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子は輝炎を発することなく酸化せしめられる。即ち、排気ガスの空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられると酸素吸蔵・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短時間で酸化除去せしめられる。
【００４４】
つまり第二の実施形態では、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その後排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２２上に堆積しないように、排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを維持すべく内燃機関の運転条件が制御される。
【００４５】
図７は図３（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の拡大断面図である。図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。
【００４６】
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。排気切換バルブ７３の切換は、例えば内燃機関の減速運転毎に行われる。
【００４７】
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２２の隔壁５４の拡大断面図、図１０（Ｂ）は排気切換バルブ７３が順流位置から逆流位置（図９（Ｂ）参照）に切り換えられたときのパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４の拡大断面図である。図１０（Ａ）に示すように、排気切換バルブ７３が順流位置に配置され、排気ガスが上側から下側に流れているとき、隔壁内部の排気ガス通路６６内に存在する微粒子１６２は、排気ガスの流れによって隔壁内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤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）。この微粒子の脱離量は、パティキュレートフィルタ２２の温度が高いほど多くなり、また、排気ガス量が多いほど多くなる。パティキュレートフィルタ２２の温度が高いほど微粒子の脱離量が多くなるのは、パティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるに従って、微粒子を堆積させているバインダとしてのＳＯＦの結合力が弱くなるからである。
【００４８】
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）に示す逆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。
【００４９】
さて、図６においては酸化除去可能微粒子量Ｇがパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦのみの関数として示されているがこの酸化除去可能微粒子量Ｇは実際には排気ガス中の酸素濃度、排気ガス中のＮＯｘ濃度、排気ガス中の未燃ＨＣ濃度、微粒子の酸化のしやすさの程度、パティキュレートフィルタ２２内における排気ガス流の空間速度、排気ガス圧等の関数でもある。従って酸化除去可能微粒子量Ｇはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを含む上述の全ての因子の影響を考慮に入れて算出することが好ましい。
【００５０】
しかしながらこれら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるのはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦであり、比較的大きな影響を与えるのは排気ガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度である。図１１（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス中の酸素が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示しており、図１１（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス中のＮＯｘ濃度が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示している。なお、図１１（Ａ），（Ｂ）において破線は排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ濃度が基準値であるときを示しており、図１１（Ａ）において〔Ｏ２ 〕１ は基準値よりも排気ガス中の酸素濃度が高いとき、〔Ｏ２ 〕２ は〔Ｏ２ 〕１ よりも更に酸化濃度が高いときを夫々示しており、図１１（Ｂ）において〔ＮＯ〕１ は基準値よりも排気ガス中のＮＯｘ濃度が高いとき、〔ＮＯ〕２ は〔ＮＯ〕１ よりも更にＮＯｘ濃度が高いときを夫々示している。
【００５１】
排気ガス中の酸素濃度が高くなるとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するが更に酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に取込まれる酸素量が増大するので酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素も増大する。従って図１１（Ａ）に示されるように排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。一方、排気ガス中のＮＯは前述したように白金Ｐｔの表面上において酸化されてＮＯ２ となる。このようにして生成されたＮＯ２ の一部は酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１内に吸収され、残りのＮＯ２ は白金Ｐｔの表面から外部に離脱する。このとき微粒子はＮＯ２ と接触すると酸化反応が促進され、従って図１１（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。ただし、このＮＯ２ による微粒子の酸化促進作用は排気ガス温がほぼ２５０℃からほぼ４５０℃の間でしか生じないので図１１（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなるとパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがほぼ２５０℃から４５０℃の間のときに酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。
【００５２】
前述したように酸化除去可能微粒子量Ｇは酸化除去可能微粒子量Ｇに影響を与える全ての因子を考慮に入れて算出することが好ましい。しかしながら本発明による実施形態ではこれら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦと、比較的大きな影響を与える排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ濃度のみに基づいて酸化除去可能微粒子量Ｇを算出するようにしている。即ち、本発明による実施形態では図１２の（Ａ）から（Ｆ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２の各温度ＴＦ（２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃）における酸化除去可能微粒子量Ｇが夫々排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２ 〕と排気ガス中のＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕の関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、各パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦ、酸化濃度〔Ｏ２ 〕およびＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕に応じた酸化除去可能微粒子量Ｇが図１２の（Ａ）から（Ｆ）に示されるマップから比例配分により算出される。
【００５３】
なお、排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２ 〕およびＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕は酸素濃度センサおよびＮＯｘ濃度センサを用いて検出することができる。しかしながら本発明による実施形態では排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２ 〕が要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１３（Ａ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、排気ガス中のＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕も要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１３（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、これらのマップから排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２ 〕およびＮＯｘ濃度〔ＮＯ〕が算出される。
【００５４】
一方、排出微粒子量Ｍは機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数となる。図１４（Ａ）は図１に示される内燃機関の排出微粒子量Ｍを示しており、各曲線Ｍ１ ，Ｍ２ ，Ｍ３ ，Ｍ４ ，Ｍ５ は等排出微粒子量（Ｍ１ ＜Ｍ２ ＜Ｍ３ ＜Ｍ４ ＜Ｍ５ ）を示している。図１４（Ａ）に示される例では要求トルクＴＱが高くなるほど排出微粒子量Ｍが増大する。なお、図１４（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１４（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５５】
さて、前述したように本発明による実施形態ではパティキュレートフィルタ２２の各隔壁５４の両側面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒および酸素吸蔵・活性酸素放出剤が担持されている。更に本発明による実施形態ではこの担体上に貴金属触媒、およびパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸収しパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤が担持されている。
【００５６】
本発明による実施形態ではこの貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤としてカリウム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、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が用いられている。なお、前述した酸素吸蔵・活性酸素放出剤を構成する金属と比較すればわかるようにＮＯｘ吸収剤を構成する金属と、酸素吸蔵・活性酸素放出剤を構成する金属とは大部分が一致している。この場合、ＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることもできるし、同一の金属を用いることもできる。ＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として同一の金属を用いた場合にはＮＯｘ吸収剤としての機能と酸素吸蔵・活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになる。
【００５７】
次に貴金属触媒として白金Ｐｔを用い、ＮＯｘ吸収剤としてカリウムＫを用いた場合を例にとってＮＯｘの吸放出作用について説明する。まず初めにＮＯｘの吸収作用について検討するとＮＯｘは図４（Ａ）に示すメカニズムと同じメカニズムでもってＮＯｘ吸収剤に吸収される。ただし、この場合図４（Ａ）において符号６１はＮＯｘ吸収剤を示す。即ち、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に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４（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ＮＯｘ吸収剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ − の形でＮＯｘ吸収剤６１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ３ − は硝酸カリウムＫＮＯ３ を生成する。このようにしてＮＯがＮＯｘ吸収剤６１内に吸収される。
【００５８】
一方、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスがリッチになると硝酸イオンＮＯ３ − は酸素とＯとＮＯに分解され、次から次へとＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。従ってパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出され、しかもこの放出されたＮＯが還元されるために大気中にＮＯが排出されることはない。なお、この場合、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。しかしながらこの場合にはＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが徐々にしか放出されないためにＮＯｘ吸収剤６１に吸収されている全ＮＯｘを放出させるには若干長い時間を要する。
【００５９】
ところで前述したようにＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることができる。しかしながら本発明による実施形態ではＮＯｘ吸収剤および酸素吸蔵・活性酸素放出剤として同一の金属を用いている。この場合には前述したようにＮＯｘ吸収剤としての機能と酸素吸蔵・活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになり、このように双方の機能を同時に果すものを以下、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤と称する。従って本発明による実施形態では図４（Ａ）における符号６１は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤を示している。
【００６０】
このような活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１を用いた場合、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯは活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に吸収され、排気ガス中に含まれる微粒子が活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１に付着するとこの微粒子は排気ガス中に含まれる活性酸素および活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出される活性酸素によって短時間のうちに酸化除去せしめられる。従ってこのとき排気ガス中の微粒子およびＮＯｘの双方が大気中に排出されるのを阻止することができることになる。一方、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。このＮＯは未燃ＨＣ，ＣＯにより還元され、斯くしてこのときにもＮＯが大気中に排出されることがない。また、このときパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積していた場合にはこの微粒子は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１から放出される活性酸素によって酸化除去せしめられる。
【００６１】
ところで図６を参照しつつ既に説明したように酸素吸蔵・活性酸素放出剤６１からの活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２２の温度がかなり低いときから開始される。これは活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１を用いたときでも同じである。これに対してＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１へのＮＯｘの吸収作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが活性酸素の放出開始温度よりも高くならないと開始されない。これは、活性酸素の放出は例えば硝酸カリウムＫＮＯ３ から酸素を奪えれば生ずるのに対してＮＯｘの吸収作用は白金Ｐｔが活性化しないと開始されないからであると考えられる。
【００６２】
図１５はＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてカリウムＫを用いた場合の酸化除去可能微粒子量ＧとＮＯｘ吸収率とを示している。図１５から活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが２００℃以下から開始されるのに対してＮＯｘの吸収作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが２００℃以上にならないと開始されないことがわかる。一方、活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなれば高くなるほど活発になる。これに対してＮＯｘの吸収作用はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなると消失する。即ち、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが一定温度、図１５に示す例ではほぼ５００℃を越えると硝酸イオンＮＯ３ − 又は硝酸カリウムＫＮＯ３ が熱分解し、活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１からＮＯが放出される。このような状態になるとＮＯｘの吸収量よりもＮＯの放出量が多くなり、斯くして図１５に示されるようにＮＯｘ吸収率が低下する。
【００６３】
図１５はＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてカリウムＫを用いた場合のＮＯｘ吸収率を示している。この場合、用いる金属によってＮＯｘ吸収率の高くなるパティキュレートフィルタ２２の温度範囲は異なる。例えばＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてバリウムＢａを用いた場合にはＮＯｘ吸収率の高くなるパティキュレートフィルタ２２の温度範囲は図１５に示されるカリウムＫを用いた場合よりも狭くなる。
【００６４】
ところで前述したように排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ２２上において堆積することなく酸化除去せしめるためには排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくする必要がある。しかしながら単に排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇより少くしただけではＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１によるＮＯｘ吸収作用は行われず、ＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１によるＮＯｘの吸収作用を確保するにはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをＮＯｘの吸収作用が行われる温度範囲内に維持する必要がある。この場合、ＮＯｘ吸収作用が行われるパティキュレートフィルタ２２の温度範囲はＮＯｘ吸収率が一定値以上、例えば５０パーセント以上となる温度範囲とする必要があり、従ってＮＯｘ吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤６１としてカリウムＫを用いた場合には図１５からわかるようにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをほぼ２５０℃から５００℃の間に維持する必要がある。
【００６５】
従って、本発明による実施形態では排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ２２上において堆積することなく酸化除去せしめ、かつ排気ガス中のＮＯｘを吸収するために、通常は継続的に排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持しかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをパティキュレートフィルタ２２のＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内に維持するようにしている。即ち、排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを図１５のハッチングで示す微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにしている。
【００６６】
ところでこのように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度を微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにしておいても排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域外にずれてしまう場合がある。このような場合、本発明による実施形態では排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域内となるように排出微粒子量Ｍ、酸化除去可能微粒子量Ｇ又はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦの少くとも一つを制御するようにしている。次にこのことについて図１６を参照しつつ説明する。
【００６７】
まず初めに排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図１６に示される微粒子ＮＯｘ同時処理領域外のＡ点になった場合、即ち排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなり、かつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域の下限温度よりも低くなった場合について説明する。この場合には矢印で示すようにパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。
【００６８】
次に排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図１６に示される微粒子ＮＯｘ同時処理領域外のＢ点になった場合、即ち排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなり、かつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域の温度範囲内にある場合について説明する。この場合には矢印で示すように排出微粒子量Ｍを低下させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。
【００６９】
次に排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが図１６に示される微粒子ＮＯｘ同時処理領域外のＣ点になった場合、即ち排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなり、かつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域の上限温度よりも高くなった場合について説明する。この場合には矢印で示すように排出微粒子量Ｍを低下させかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。
【００７０】
このように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域外となったときには排出微粒子量Ｍを低下させるか、又はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇或いは低下させることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻される。なお、別の方法として、酸化除去可能微粒子量Ｇを増大させることによっても排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度を微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に戻すことができる。そこで次に排出微粒子量Ｍを低下させる方法、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇或いは下降させる方法、および酸化除去可能微粒子量Ｇを増大させる方法について説明する。
【００７１】
パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑｍ は図１７において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図１７の（ＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍ の噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。この場合、燃料噴射時期の遅角量を少なくすればパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。また、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるために図１７の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍ に加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖ を噴射することもできる。このように補助燃料Ｑｖ を追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ 分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００７２】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖ を噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖ からアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍ の反応が加速される。従ってこの場合には図１７の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍ の噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑｍ の噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをすみやかに上昇させることができる。この場合、補助燃料Ｑｖ の噴射を停止するか或いは補助燃料Ｑｖ の噴射量を減少させて主燃料Ｑｍ の噴射時期の遅角量を少なくすればパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。
【００７３】
また、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるために図１７の（ＩＶ）に示されるように主燃料Ｑｍ に加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑｐ を噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑｐ は燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはパティキュレートフィルタ２２上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。この場合、補助燃料Ｑｐ の噴射量を減少させればパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。
【００７４】
次に排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを制御するために低温燃焼を用いる方法について説明する。図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについて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す図１８を参照しつつ説明する。なお、図１８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。
【００７５】
図１８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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。一方、図１８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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。また、図１８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スモーク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スモークがほとんど発生しなくなる。このようにＥＧＲガス率を５５パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲のガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
【００７６】
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制しつつＮＯｘの発生量を低減することができるという特徴を有する。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、斯くしてスモークが発生することがない。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低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。
【００７７】
一方、この低温燃焼を行うと燃料およびその周囲のガス温は低くなるが排気ガス温は上昇する。このことについて図１９（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。図１９（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示しており、図１９（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示している。また、図１９（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示しており、図１９（Ｂ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示している。
【００７８】
低温燃焼が行われているときには通常の燃焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、従って図１９（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、即ち圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均ガス温Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス温Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図１９（Ｂ）に示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図１９（Ｂ）の実線で示されるようにＥＧＲガスの吸熱作用により燃料およびその周囲のガス温Ｔｆはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には燃料周りに多量の酸素が存在するために図１９（Ｂ）の破線で示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合の方が低くなっており、従って図１９（Ａ）に示されるように圧縮上死点付近における燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇは低温燃焼が行われている場合の方が通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図１９（Ａ）に示されるように燃焼が完了した後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温燃焼が行われた場合の方が通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガス温が高くなる。
【００７９】
このように低温燃焼が行われるとスモークの発生量、即ち排出微粒子量Ｍが少なくなり、排気ガス温が上昇する。従って機関運転中に通常の燃焼から低温燃焼に切換えると排出微粒子量Ｍを減少させ、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させることができる。これに対し、低温燃焼から通常の燃焼に切換えるとパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは低下する。ただし、このとき排出微粒子量Ｍは増大する。いずれにしても通常の燃焼と低温燃焼とを切換えることによって排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度を制御することができる。
【００８０】
ところで機関の要求トルクＴＱが高くなると、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料および周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。即ち、低温燃焼を行い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。図２０において領域Ｉ’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５の不活性ガス量が多い第１の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域を示しており、領域ＩＩ’は煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運転領域を示している。図２１は運転領域Ｉ’において低温燃焼を行う場合の目標空燃比Ａ／Ｆを示しており、図２２は運転領域Ｉ’において低温燃焼を行う場合の要求トルクＴＱに応じたスロットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２５の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射開始時期θＳ、噴射完了時期θＥ、噴射量を示している。なお、図２２には運転領域ＩＩ’において行われる通常の燃焼時におけるスロットル弁１７の開度等も合わせて示している。図２１および図２２から運転領域Ｉ’において低温燃焼が行われているときにはＥＧＲ率が５５パーセント以上とされ、空燃比Ａ／Ｆが１５．５から１８程度のリーン空燃比とされることがわかる。なお、前述したように運転領域Ｉ’において低温燃焼が行われているときには空燃比をリッチにしてもスモークはほとんど発生しない。
【００８１】
次にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図２３はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図２３を参照するとこの内燃機関では炭化水素供給装置７０、１７０、２７０がそれぞれ排気管２０、第一通路７１、第二通路７２内に配置されており、必要に応じてこの炭化水素供給装置７０、１７０、２７０から炭化水素が供給される。炭化水素が供給されるとこの炭化水素はパティキュレートフィルタ２２上において過剰酸素により酸化せしめられ、このときの酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。この場合、炭化水素の供給量を減少させることによってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。なお、この炭化水素供給装置７０はパティキュレートフィルタ２２と排気ポート１０との間であればどこに配置してもよい。図２３において８３、１８３は空燃比センサである。
【００８２】
次にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図２４はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図２４を参照するとこの内燃機関ではパティキュレートフィルタ２２下流の排気管２０内にアクチュエータ７５により駆動される排気制御弁７６が配置されている。この方法ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇すべきときに排気制御弁７６がほぼ全閉とされ、排気制御弁７６をほぼ全閉にすることによる機関出力トルクの低下を阻止するために主燃料Ｑｍ の噴射量が増大せしめられる。排気制御弁７６をほぼ全閉にすると排気制御弁７６上流の排気通路内の圧力、即ち背圧が上昇する。背圧が上昇すると燃焼室５内から排気ガスが排気ポート１０内に排出されるときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従って温度もさほど低下しなくなる。しかもこのとき主燃料Ｑｍ の噴射量が増大せしめられているので燃焼室５内の既燃ガス温が高くなっており、従って排気ポート１０内に排出された排気ガスの温度はかなり高くなる。その結果、パティキュレートフィルタ２２の温度が急速に上昇せしめられる。この場合、排気制御弁７３の開度を増大し、主燃料Ｑｍ の噴射量を減少させることによってパティキュレートフィルタ２２の温度を低下させることができる。
【００８３】
次にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させるための更に別の方法について説明する。図２５はこの方法を実行するのに適した内燃機関を示している。図２５を参照するとこの内燃機関では排気タービン２１を迂回する排気バイパス通路７７内にアクチュエータ７８により制御されるウェストゲートバルブ７９が配置されている。このアクチュエータ７８は通常サージタンク１２内の圧力、即ち過給圧に応動して過給圧が一定圧以上にならないようにウェストゲートバルブ７９の開度を制御している。この方法ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇すべきときにウェストゲートバルブ７９が全開せしめられる。排気ガスは排気タービン２１を通過すると温度低下するがウェストゲートバルブ７９を全開にすると大部分の排気ガスは排気バイパス通路７７内を流れるために温度低下しなくなる。斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度が上昇することになる。この場合、ウェストゲートバルブ７９の開度を小さくすることによってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させることができる。
【００８４】
上述した実施形態では、例えば図１５及び図１６に示すようにＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が低く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低くなる可能性があるとき、図９（Ｃ）に示すように排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。また、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなる可能性があるとき、同様に図９（Ｃ）に示すように排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタの温度が維持される。このような場合には例えば内燃機関の急加速運転時等が含まれ、急加速運転時か否かは例えばアクセル開度の変化度合い、角速度、エンジン回転数、トルク、排気温、吸入空気量等に基づいて判断することができる。一方、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃の間からパティキュレートフィルタの温度が外れてしまう可能性がないとき、排気切換バルブ７３が図９（Ａ）又は図９（Ｂ）に示す位置に維持され、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ことにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。排気ガスの温度は実際に測定されてもよく、内燃機関の運転条件に基づいて推定してもよい。また、排気切換バルブ７３の切換位置を切り換えることと、上述したように内燃機関の運転条件を変更することとを組み合わせることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間に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もよい。
【００８５】
また、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が低くＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低いとき、上述したように内燃機関の運転条件を変更することにより排気ガスの温度を上昇させ、排気切換バルブ７３を順流位置（図９（Ａ））又は逆流位置（図９（Ｂ））に配置して昇温した排気ガスをパティキュレートフィルタ２２内に流入させ、次いで、排気切換バルブ７３をバイパス位置（図９（Ｃ））に配置し、昇温した排気ガスをパティキュレートフィルタ２２内に閉じ込め、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間までパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを上昇させることも可能である。この場合、温度センサ３９によりパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦの変化を検出すると共にパティキュレートフィルタ２２内の温度分布を推定し、それに基づいて、パティキュレートフィルタ２２に排気ガスを流す方向及び炭化水素を供給するための炭化水素供給装置１７０、２７０を選択することも可能である。
【００８６】
他の実施形態では、第二通路７２（図１）に冷却フィン等の冷却装置（図示せず）が設けられている。ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃の間からパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが外れてしまう可能性がないとき、排気ガスが冷却装置のない第一通路７１を通されることによってパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にそのまま維持されることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。一方、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなる可能性があるとき、排気ガスが冷却装置のある第二通路７２を通されることによってパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間の温度にされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。
【００８７】
図２６は本発明の内燃機関の排気浄化装置の他の実施形態の図１と同様の概略構成図である。図２６において１２３はケーシングを示している。上述した実施形態のように第二通路７２に冷却装置を設ける代わりに、本実施形態では、第二通路１７２の排気ガス流路長さが第一通路１７１の排気ガス流路長さよりも長くなっている。本実施形態では、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間に排気ガスの温度があり、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃の間からパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが外れてしまう可能性がないとき、排気ガスが排気ガス流路長さの短い第一通路１７１を通されることによってパティキュレートフィルタ１２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にそのまま維持されることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが維持される。一方、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりも排気ガスの温度が高く、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが高くなる可能性があるとき、排気ガスが排気ガス流路長さの長い第二通路１７２を通されることによってパティキュレートフィルタ１２２に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間の温度にされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ１２２の温度ＴＦが維持される。
【００８８】
また上述した実施形態では、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがあり、燃料カット時の排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内に流入するとＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低くなってしまう可能性があるとき、排気切換バルブ７３がバイパス位置（図９（Ｃ））に配置されて排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが維持される。このときは燃料カット状態であるため、パティキュレートフィルタ２２をバイパスさせてもＮＯｘが車外に排出されることはない。また、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高く、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを低下させる必要があるとき、排気切換バルブ７３が順流位置（図９（Ａ））又は逆流位置（図９（Ｂ））に配置され排気ガスがパティキュレートフィルタ２２をバイパスされず、燃料カット時の比較的温度の低い排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内に流入せしめられることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃の間にパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが入れられる。このように排気ガスをバイパスさせるのが禁止される場合、つまり、燃料カット時であってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲内である２５０℃から５００℃よりも高い場合には、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが実際に高くなっている場合のみならず、上述したように排気ガスをバイパスさせることにより、ＮＯｘ吸収率が５０％以上となる温度範囲である２５０℃から５００℃よりもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなってしまうことが予測される場合も含まれる。
【００８９】
次に排出微粒子量Ｍを低下させる方法について説明する。即ち、噴射燃料と空気とが十分に混合すればするほど、即ち、噴射燃料周りの空気量が多くなればなるほど噴射燃料は良好に燃焼せしめられるので微粒子は発生しなくなる。従って排出微粒子量Ｍを低下させるには噴射燃料と空気とがより一層十分に混合するようにしてやればよいことになる。ただし、噴射燃料と空気との混合をよくすると燃焼が活発になるためにＮＯｘの発生量が増大する。従って排出微粒子量Ｍを低下させる方法は、別の言い方をするとＮＯｘの発生量を増大させる方法と言える。いずれにしても排出微粒子量ＰＭを低下させる方法も種々の方法があり、従ってこれら方法について順次説明する。
【００９０】
排出微粒子量ＰＭを低下させる方法として前述した低温燃焼を用いることもできるがその他の有効な方法としては燃料噴射を制御する方法が挙げられる。例えば燃料噴射量を低下させると噴射燃料周りに十分な空気が存在するようになり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、噴射時期を進角すると噴射燃料周りに十分な空気が存在するようになり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、コモンレール２７内の燃料圧、即ち噴射圧を高めると噴射燃料が分散するので噴射燃料と空気との混合が良好となり、斯くして排出微粒子量Ｍが低減する。また、主燃料Ｑｍ の噴射直前の圧縮行程末期に補助燃料を噴射するようにしている場合、いわゆるパイロット噴射を行っている場合には補助燃料の燃焼により酸素が消費されるために主燃料Ｑｍ 周りの空気が不十分となる。従ってこの場合にはパイロット噴射を停止することによって排出微粒子量Ｍが低減する。即ち、燃料噴射を制御することによって排出微粒子量Ｍを低減するようにした場合には燃料噴射量が低下せしめられるか、又は燃料噴射時期が進角されるか、又は噴射圧が高められるか、又はパイロット噴射が停止される。
【００９１】
次に排出微粒子量Ｍを低減するための別の方法について説明する。この方法では排出微粒子量Ｍを低減すべきときにはＥＧＲ率を低下させるためにＥＧＲ制御弁２５の開度が低下せしめられる。ＥＧＲ率が低下すると噴射燃料周りの空気量が増大し、斯くして排出微粒子量Ｍが減少する。
【００９２】
次に排出微粒子量Ｍを低減するための更に別の方法について説明する。この方法では排出微粒子量Ｍを低減すべきときには過給圧を増大するためにウェストゲートバルブ７９（図２５）の開度が減少せしめられる。過給圧が増大すると噴射燃料周りの空気量が増大し、斯くして排出微粒子量Ｍが減少する。
【００９３】
次に酸化除去可能微粒子量Ｇを増大するために排気ガス中の酸素濃度を増大させる方法について説明する。排気ガス中の酸素濃度が増大するとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するが更に活性酸素放出剤６１内に取込まれる酸素量が増大するので活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素量が増大し、斯くして酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。この方法を実行するための方法としてはＥＧＲ率を制御する方法が挙げられる。即ち、酸化除去可能微粒子量Ｇを増大すべきときにはＥＧＲ率が低下するようにＥＧＲ制御弁２５の開度が減少せしめられる。ＥＧＲ率が低下するということは吸入空気中における吸入空気量の割合が増大することを意味しており、斯くしてＥＧＲ率が低下すると排気ガス中の酸素濃度が上昇する。その結果、酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。また、ＥＧＲ率が低下すると前述したように排出微粒子量Ｍが減少する。従ってＥＧＲ率が低下すると排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも急速に小さくなる。
【００９４】
次に排気ガス中の酸素濃度を増大させるために２次空気を用いる方法について説明する。図２７に示す例では排気タービン２１とパティキュレートフィルタ２２との間の排気管８３が２次空気供給導管８０を介して吸気ダクト１３に連結され、２次空気供給導管８０内に供給制御弁８１が配置される。また、図２８に示す例では２次空気供給導管８０が機関駆動のエアポンプ８２に連結されている。なお、排気通路内への２次空気の供給位置はパティキュレートフィルタ２２と排気ポート１０との間であればどこでもよい。図２２又は図２３に示す内燃機関においては排気ガス中の酸素濃度を増大すべきときには供給制御弁８１が開弁せしめられる。このとき、２次空気供給導管８０から排気管８３に２次空気が供給され、斯くして排気ガス中の酸素濃度が増大せしめられる。
【００９５】
【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。更に排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９６】
請求項２に記載の発明によれば、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９７】
請求項３に記載の発明によれば、例えば内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９８】
請求項４に記載の発明によれば、燃料カット時のような内燃機関の運転条件を変更できない場合であっても、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を維持し排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９９】
請求項５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。また排気ガス中の微粒子を酸化除去しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０１００】
請求項６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。
【０１０１】
請求項７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しつつ、排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【０１０２】
請求項８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。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】機関の要求トルクを示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図４】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図５】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図６】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図７】図３（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】酸化除去可能微粒子量を示す図である。
【図１２】酸化除去可能微粒子量Ｇのマップを示す図である。
【図１３】排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ濃度のマップを示す図である。
【図１４】排出微粒子量を示す図である。
【図１５】微粒子ＮＯｘ同時処理領域を示す図である。
【図１６】微粒子の酸化除去方法を説明するための図である。
【図１７】噴射制御を説明するための図である。
【図１８】スモークの発生量を示す図である。
【図１９】燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図２０】運転領域Ｉ’，ＩＩ’を示す図である。
【図２１】空燃比Ａ／Ｆを示す図である。
【図２２】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【図２３】内燃機関の別の実施形態を示す全体図である。
【図２４】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２５】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２６】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２７】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【図２８】内燃機関の更に別の実施形態を示す全体図である。
【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…活性酸素放出・ＮＯｘ吸収剤
６２…微粒子
７３…排気切換バルブ[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 the particulates in the exhaust gas are collected when the exhaust gas passes through the particulate filter. 2. Description of the Related Art There is known an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine. 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. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that can prevent fine particles from accumulating on the wall of a particulate filter and satisfactorily purify NOx in exhaust gas.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas discharged from the combustion chamber is disposed in the engine exhaust passage, and when the exhaust gas passes through the particulate filter. In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein particulates in exhaust gas are trapped, an oxidizing agent that releases active oxygen for oxidizing particulates temporarily trapped in the particulate filter is used. Exhaust gas backflow means for supporting the particulate filter and reversing the flow of exhaust gas passing through the particulate filter is provided, and the exhaust gas is alternately provided from one side and the other side of the particulate filter. Pass through the particulate filter, absorb NOx lean and release NOx stoichiometric or rich An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided, in which an Ox absorbent is carried on the particulate filter, and the temperature of the particulate filter is normally continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a predetermined value. .
[0006]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, an oxidizing agent that releases active oxygen for oxidizing fine particles temporarily collected by the particulate filter is carried by the particulate filter. By reversing the flow of the passing exhaust gas, the exhaust gas is made to pass through the particulate filter alternately from one side and the other side 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 temperature of the particulate filter is normally continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate of the NOx absorbent carried by the particulate filter becomes a certain value or more. Is done. Therefore, it is possible to purify NOx in the exhaust gas while oxidizing and removing the fine particles in the exhaust gas.
[0007]
According to the invention described in claim 2, by providing a bypass passage for exhaust gas to bypass the particulate filter, by selecting whether the exhaust gas is bypassed or not to the particulate filter. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the temperature of the particulate filter is normally continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a predetermined value.
[0008]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, by selecting whether the exhaust gas is bypassed or not through the particulate filter, the exhaust gas is particulated within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a predetermined value. The temperature of the curated filter is usually maintained continuously. For example, when the temperature of the exhaust gas is lower than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and the temperature of the particulate filter may be lower than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, By the exhaust gas being bypassed through the particulate filter, the temperature of the particulate filter is maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. Further, when the temperature of the exhaust gas is higher than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and the temperature of the particulate filter may be higher than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, By the exhaust gas being bypassed through the particulate filter, the temperature of the particulate filter is maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. On the other hand, when the temperature of the exhaust gas is within the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and there is no possibility that the temperature of the particulate filter deviates from the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than the certain value, Since the exhaust gas is not bypassed through the particulate filter, the temperature of the particulate filter is maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. Therefore, for example, even when the operating conditions of the internal combustion engine cannot be changed, the temperature of the particulate filter can be maintained within the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and NOx in the exhaust gas can be purified.
[0009]
According to the third aspect of the present invention, the engine exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the combustion chamber flows into the particulate filter has the first passage and the second passage, and the first passage The temperature of the exhaust gas passing through the second passage and flowing into the particulate filter is lower than the temperature of the exhaust gas flowing through the particulate filter through the particulate filter. By selecting whether the exhaust gas flowing into the filter passes through the first passage or the second passage, the particulate filter is set within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a predetermined value. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the temperature of the exhaust gas is normally continuously maintained.
[0010]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect, the first passage in which the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter increases and the second passage in which the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter decreases. Is provided, and by selecting whether the exhaust gas flowing into the particulate filter is passed through the first passage or the second passage, a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or more than a certain value is selected. The temperature of the particulate filter is usually maintained continuously. For example, when the temperature of the exhaust gas is within the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and there is no possibility that the temperature of the particulate filter deviates from the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than the certain value, Since the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter by passing the exhaust gas through the first passage is maintained as it is within a temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, the NOx absorption rate becomes a constant value. The temperature of the particulate filter is maintained within the above temperature range. Further, when the temperature of the exhaust gas is higher than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and the temperature of the particulate filter may be higher than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, When the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter by passing the exhaust gas through the second passage is set to a temperature within a temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, the NOx absorption rate becomes a constant value. The temperature of the particulate filter is maintained within the above temperature range. Therefore, for example, even when the operating conditions of the internal combustion engine cannot be changed, the temperature of the particulate filter can be maintained within the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and NOx in the exhaust gas can be purified.
[0011]
According to the invention described in claim 4, an exhaust gas is provided with a bypass passage for bypassing the particulate filter,fuelExhaust gas is bypassed through the particulate filter when the temperature of the particulate filter is within the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value at the time of cutting,fuelBy preventing exhaust gas from bypassing the particulate filter when the temperature of the particulate filter is higher than a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value at the time of cutting, the NOx absorption rate is kept constant. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the temperature of the particulate filter is normally continuously maintained within a temperature range of not less than a value.
[0012]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,fuelAt the time of cutting, when the temperature of the particulate filter is within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, the exhaust gas is bypassed through the particulate filter,fuelBy preventing exhaust gas from bypassing the particulate filter when the temperature of the particulate filter is higher than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value during cutting, the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. Usually, the temperature of the particulate filter is continuously maintained within the temperature range as follows. For example, the temperature of the particulate filter is within a temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and the temperature range where the NOx absorption rate becomes equal to or higher than a certain value when the exhaust gas at the time of fuel cut-off flows into the particulate filter. When there is a possibility that the temperature of the particulate filter may decrease, the temperature of the particulate filter is maintained within a temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value by bypassing the exhaust gas through the particulate filter. Is done. Further, when the temperature of the particulate filter is higher than the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and when the temperature of the particulate filter needs to be lowered, the exhaust gas is not bypassed through the particulate filter, and the fuel cutoff is performed. The exhaust gas having a relatively low temperature at that time is caused to flow into the particulate filter, so that the temperature of the particulate filter is set within a temperature range in which the NOx absorption rate becomes a certain value or more. Therefore, even when the operating conditions of the internal combustion engine cannot be changed, such as when the fuel is cut, the temperature of the particulate filter is maintained within the temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value to purify NOx in the exhaust gas. can do.
[0013]
According to the fifth aspect of the present invention, a 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 a 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 of the particulates trapped on the wall of the particulate filter depositing without being oxidized, and absorbing NOx lean. An internal combustion engine in which a NOx absorbent that releases NOx in a stoichiometric or rich manner is supported on the particulate filter, and the temperature of the particulate filter is usually continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. Is provided.
[0014]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, 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 fifth aspect, the particulates collected 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. 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 fifth aspect, the temperature of the particulate filter is normally continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate of the NOx absorbent carried by the particulate filter is equal to or higher than a certain value. Is done. Therefore, it is possible to purify NOx in the exhaust gas while oxidizing and removing the fine particles in the exhaust gas.
[0015]
According to the invention described in claim 6, the oxidizing agent is carried inside the wall of the particulate filter, and the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is reversed, whereby the particulate matter is reduced. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the fine particles temporarily trapped inside the wall of the curated filter are moved.
[0016]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, 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 inside of the wall of the particulate filter. Fine particles can be oxidized and removed inside the wall of the particulate filter. Further, by 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 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:
[0017]
According to the seventh 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 oxidizable / removable particulate amount, when the particulates in the exhaust gas flow into the particulate filter, they are oxidized and removed without emitting a bright flame, and the discharged particulate amount temporarily exceeds the oxidizable / removable particulate amount. Even if the particulates accumulate below a certain limit on the particulate filter, the particulates on the particulate filter are oxidized and removed without emitting a bright flame when the amount of the discharged particulates is smaller than the amount of the oxidizable and removable particulates. Using a particulate filter The amount of the particulates that can be removed by filtration depends on the temperature of the particulate filter. Usually, the amount of the discharged particulates and the temperature of the particulate filter are continuously adjusted so that the amount of the discharged particulates is smaller than the amount of the particulates that can be removed by oxidation and the NOx absorption rate The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust gas purifying apparatus is maintained in a particulate NOx simultaneous processing region within a temperature range in which is equal to or higher than a predetermined value.
[0018]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the seventh aspect, normally, the amount of exhaust particulates and the temperature of the particulate filter are continuously reduced, the amount of exhaust particulates is smaller than the amount of particulates that can be removed by oxidation, and the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value Is maintained in the particulate NOx simultaneous processing region within the temperature range as follows. 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, NOx in the exhaust gas can be purified while removing fine particles in the exhaust gas.
[0019]
According to the invention as set forth in claim 8, even if the amount of the discharged fine particles is normally 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, 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 7, wherein the operating condition of the internal combustion engine is controlled to maintain the same.
[0020]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, 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 temporarily exceeds the amount of the oxidizable and removable particles, the amount of the exhausted particles is thereafter 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.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0022]
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.
[0023]
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.
[0024]
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.
[0025]
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 casing 23, and an output signal of the temperature sensor 39 is input to an input port 35 via a 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, the fuel pump 28, and the exhaust switching valve driving device 74 via the corresponding driving circuit 38.
[0026]
FIG. 2A shows the relationship between the required torque TQ, the depression amount L of the accelerator pedal 40, and the engine speed N. In FIG. 2A, each curve represents an equal torque curve, a curve indicated by TQ = 0 indicates that the torque is zero, and the remaining curves are TQ = a, TQ = b, The required torque gradually increases in the order of TQ = c and TQ = d. The required torque TQ shown in FIG. 2A is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N as shown in FIG. 2B. In the embodiment according to the present invention, the required torque TQ corresponding to the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N is first calculated from the map shown in FIG. 2B, and the fuel injection amount is calculated based on the required torque TQ. Are calculated.
[0027]
FIG. 3 shows the structure of the particulate filter 22. 3A shows a front view of the particulate filter 22, and FIG. 3B shows a side cross-sectional view of the particulate filter 22. As shown in FIGS. 3A and 3B, 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. 3A, 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.
[0028]
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 in the surrounding partition wall 54 as shown by an arrow in FIG. And flows out into the adjacent exhaust gas outflow passage 51. In the embodiment according to the present invention, a carrier layer made of, for example, alumina is provided on the 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 and on the inner wall surface of the pores in the partition wall 54. Is formed on the support, a noble metal catalyst on the carrier, and oxygen that takes in oxygen when there is excess oxygen around and retains oxygen, and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases. A storage / active oxygen release agent is supported. 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, strontium Sr, at least one selected from alkaline earth metals such as lanthanum La, yttrium Y, rare earths such as cerium Ce, and transition metals. 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.
[0029]
Next, the action of removing particulates in 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, the combustion chamber 5 and the exhaust passage is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas in the compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. It is lean. 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.2It becomes. Therefore, SO in the exhaust gas2It is included. Thus, excess oxygen, NO and SO2Will flow into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22.
[0030]
FIGS. 4A and 4B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the inner peripheral surface of the exhaust gas inflow passage 50 and the inner wall surface of the pores in the partition wall 54. 4A and 4B, 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.2Is 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 next2Is absorbed in the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 while being oxidized on the platinum Pt, and combines with the 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 of3 −Is potassium nitrate KNO3Generate
[0031]
On the other hand, as described above, SO2 is contained in the exhaust gas.2Is also included in this SO2Is 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 O2Is O2 −Or O2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of2Is O on the surface of platinum Pt2 −Or O2-Reacts with SO3It becomes. Then the generated SO3Is 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 K2SO4Generate In this manner, potassium nitrate KNO is contained in the oxygen storage / active oxygen release catalyst 61.3And potassium sulfate K2SO4Is generated.
[0032]
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. 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 613Is 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.
[0033]
On the other hand, at this time, potassium sulfate K formed in the oxygen storage / active oxygen release agent 612SO4Also potassium K, oxygen O and SO2O is directed toward the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61,2Is released from the oxygen storage / active oxygen release agent 61 to the outside. SO released outside2Is oxidized on platinum Pt on the downstream side and is again absorbed in the oxygen storage / active oxygen release agent 61. However, potassium sulfate K2SO4Is stabilized, so potassium nitrate KNO3It is harder to release than. 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 KNO3And potassium sulfate K2SO4Is 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 oxidized within a short time without emitting a bright flame, and the fine particles 62 disappear. Therefore, the fine particles 62 do not accumulate on the particulate filter 22. 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.
[0034]
When the particulates deposited in layers on the particulate filter 22 are burned, 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. 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. That is, in other words, in the present invention, the fine particles 62 are oxidized and removed at a considerably low temperature. Therefore, the action of removing fine particles 62 that do not emit a luminous flame by oxidation according to the present invention is completely different from the action of removing fine particles by combustion accompanied by a flame.
[0035]
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 which 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. 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.
[0036]
The solid line in FIG. 6 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. 6, the horizontal axis indicates the temperature TF of the particulate filter 22. 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.
[0037]
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. 6, the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the fine particles. FIGS. 5A to 5C 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. 5A, 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 that have not been oxidized remain one after another 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.
[0038]
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, SO2Oxidizing action and the active oxygen releasing action of the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 are suppressed. As a result, as shown in FIG. 5C, 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. As described above, in the region I of FIG. 6, 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. 6, the fine particles are deposited on the particulate filter 22 in a laminated manner. 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 must always be smaller than the amount G of the fine particles that can be oxidized and removed.
[0039]
As can be seen from FIG. 6, the particulate filter 22 used in the embodiment of the present invention can oxidize the fine particles even when 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 normally smaller than the amount G of particulate that can be removed by oxidation. Therefore, in the 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 usually smaller than the amount G of fine particles removable by oxidation. If the amount M of discharged fine particles is normally kept smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, no fine particles are deposited on the particulate filter 22 at all. 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. Further, the action of removing fine particles by oxidation of the fine particles is performed at a considerably low temperature. Therefore, the temperature of the particulate filter 22 does not rise so much, and there is almost no risk of the particulate filter 22 being deteriorated. Further, since no fine particles are deposited on the particulate filter 22, there is less danger of ash agglomeration, and therefore, there is less danger that the particulate filter 22 is clogged.
[0040]
By the way, this clogging is mainly caused by calcium sulfate CaSO4Caused by That is, the fuel and the lubricating oil contain calcium Ca, and thus the calcium Ca is contained in the exhaust gas. This calcium Ca is SO3In the presence of calcium sulfate CaSO4Generate This calcium sulfate CaSO4Is a solid and does not thermally decompose at high temperatures. Therefore, calcium sulfate CaSO4Is produced, and this calcium sulfate CaSO4If the fine pores of the particulate filter 22 are closed by this, clogging will occur. However, in this case, when an alkali metal or an alkaline earth metal such as potassium K, which has a higher ionization tendency than calcium Ca, is used as the oxygen storage / active oxygen release agent 61, the SO that diffuses into the oxygen storage / active oxygen release agent 613Combines with potassium K to form potassium sulfate K2SO4And calcium Ca is SO3The 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.
[0041]
The first embodiment according to the present invention intends to maintain the amount M of discharged particulates to be smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation in basically all operating states. However, in practice, it is almost impossible to make the amount M of discharged fine particles smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation in all operating states. For example, when the engine is started, the temperature of the particulate filter 22 is usually low. Therefore, at this time, the amount M of discharged fine particles is generally larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation. Therefore, in the second embodiment according to the present invention, the amount M of discharged fine particles is normally continuously reduced to be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, except in special cases such as immediately after the start of the engine.
[0042]
When the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation as immediately after the start of the engine, the non-oxidized fine particles begin to remain on the particulate filter 22. However, when the fine particles which have not been oxidized start to remain, that is, when the fine particles are deposited only below a certain limit, and the discharged fine particle amount M becomes smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G, the residual fine particle portion is reduced. Is oxidized and removed by the active oxygen O without emitting a bright flame. Therefore, in the second embodiment according to the present invention, in a special operation state such as immediately after the start of the engine, when the amount M of the discharged fine particles becomes smaller than the amount G of the fine particles G that can be oxidized and removed, the amount of the oxidized particles is smaller than a certain limit. The amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained so that only the particulates are stacked on the particulate filter 22.
[0043]
Even if the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained in such a manner, particulates may be deposited on the particulate filter 22 in a stacked manner for some reason. Even in such a case, when the air-fuel ratio of a part or the whole of the exhaust gas is temporarily made rich, the fine particles deposited on the particulate filter 22 are oxidized without emitting a bright flame. 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 reduced, the active oxygen O is released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 to the outside at once, and is released at once. The fine particles deposited by the active oxygen O can be oxidized and removed in a short time without emitting a bright flame.
[0044]
In other words, 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 temporarily exceeds the amount G of fine particles removable by oxidation, the amount The amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are adjusted so that only particles of a certain amount or less that can be oxidized and removed when M becomes smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation are deposited on the particulate filter 22. Operating conditions of the internal combustion engine are controlled to maintain it.
[0045]
FIG. 7 is an enlarged sectional view of the partition wall 54 of the particulate filter 22 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.
[0046]
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. The switching of the exhaust switching valve 73 is performed, for example, every time the internal combustion engine is decelerated.
[0047]
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 22 when the exhaust switching valve 73 is at the forward flow position (see FIG. 9A), and FIG. FIG. 10 is an enlarged sectional view of a partition wall 54 of the particulate filter 22 when 73 is switched from a forward flow position to a backward 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). The amount of desorbed fine particles increases as the temperature of the particulate filter 22 increases, and increases as the amount of exhaust gas increases. The reason why the higher the temperature of the particulate filter 22 is, the larger the amount of the desorbed particles is, because the higher the temperature of the particulate filter 22 is, the weaker the binding force of the SOF as a binder for depositing the particles is. .
[0048]
In the present embodiment, switching from the forward flow position of the exhaust switching valve 73 shown in FIG. 9A to the reverse 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.
[0049]
FIG. 6 shows the amount G of oxidizable and removable particles as a function of only the temperature TF of the particulate filter 22, but the amount G of oxidizable and removable particles is actually the oxygen concentration in the exhaust gas, NOx concentration, unburned HC concentration in exhaust gas, degree of oxidization of fine particles, space velocity of exhaust gas flow in the particulate filter 22, exhaust gas pressure, and the like. Therefore, it is preferable that the amount G of the oxidizable / removable fine particles is calculated in consideration of the effects of all the above-described factors including the temperature TF of the particulate filter 22.
[0050]
However, among these factors, the temperature TF of the particulate filter 22 has the largest influence on the amount G of particles that can be removed by oxidation, and the oxygen concentration and the NOx concentration in the exhaust gas have relatively large influences. FIG. 11A shows a change in the temperature TF of the particulate filter 22 and a change in the amount G of the oxidizable particles when the oxygen in the exhaust gas changes. FIG. 11B shows the temperature TF of the particulate filter 22. And the change in the amount G of particulates that can be removed by oxidation when the NOx concentration in the exhaust gas changes. Note that the broken lines in FIGS. 11A and 11B indicate when the oxygen concentration and the NOx concentration in the exhaust gas are reference values, and in FIG.2]1When the oxygen concentration in the exhaust gas is higher than the reference value, [O2]2Is [O2]111B shows a case where the oxidation concentration is even higher than that of FIG.1Is [NO] when the NOx concentration in the exhaust gas is higher than the reference value.2Is [NO]1Each of the graphs shows a case where the NOx concentration is higher than that of the case.
[0051]
When the oxygen concentration in the exhaust gas increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation alone increases, but the amount of oxygen taken into the oxygen storage / active oxygen release agent 61 further increases. The released active oxygen also increases. Therefore, as shown in FIG. 11 (A), the higher the oxygen concentration in the exhaust gas, the greater the amount G of particles that can be removed by oxidation. On the other hand, NO in the exhaust gas is oxidized on the surface of platinum Pt as described above,2It becomes. NO generated in this way2Is absorbed in the oxygen storage / active oxygen release agent 61 and the remaining NO2Escapes from the surface of platinum Pt to the outside. At this time, the fine particles are NO2When the contact is made, the oxidation reaction is accelerated, and therefore, as shown in FIG. 11 (B), as the NOx concentration in the exhaust gas increases, the amount G of the oxidizable and removable particulates increases. However, this NO2Since the effect of accelerating the oxidation of the fine particles by the exhaust gas occurs only when the exhaust gas temperature is between approximately 250 ° C. and approximately 450 ° C., as shown in FIG. 11B, when the NOx concentration in the exhaust gas increases, the temperature of the particulate filter 22 increases. When the TF is approximately between 250 ° C. and 450 ° C., the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases.
[0052]
As described above, it is preferable that the amount G of the oxidizable and removable particles is calculated in consideration of all the factors that affect the amount G of the oxidizable and removable particles. However, in the embodiment according to the present invention, of these factors, only the temperature TF of the particulate filter 22 which has the largest influence on the amount G of fine particles capable of being oxidized and removed, and the oxygen concentration and the NOx concentration in the exhaust gas which have a relatively large effect. The amount G of fine particles that can be oxidized and removed is calculated based on this. That is, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIGS. 12A to 12F, each temperature TF of the particulate filter 22 (200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C.) The amount G of fine particles that can be removed by oxidation in the exhaust gas is the oxygen concentration [O2] And the NOx concentration [NO] in the exhaust gas are stored in the ROM 32 in the form of a map in advance, and the temperature TF and the oxidation concentration [O2] And the amount of fine particles G that can be oxidized and removed according to the NOx concentration [NO] are calculated by proportional distribution from the maps shown in FIGS.
[0053]
The oxygen concentration in the exhaust gas [O2] And NOx concentration [NO] can be detected using an oxygen concentration sensor and a NOx concentration sensor. However, in the embodiment according to the present invention, the oxygen concentration in the exhaust gas [O2] Is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as shown in FIG. 13A as a function of the required torque TQ and the engine speed N, and the NOx concentration in the exhaust gas [NO] is also stored in the ROM 32. As a function of the rotational speed N, a map as shown in FIG. 13B is stored in the ROM 32 in advance, and the oxygen concentration [O2] And the NOx concentration [NO] are calculated.
[0054]
On the other hand, the amount M of discharged particulates varies depending on the model of the engine, but when the model of the engine is determined, it becomes a function of the required torque TQ and the engine speed N. FIG. 14A shows the amount M of exhaust particulates of the internal combustion engine shown in FIG.1, M2, M3, M4, M5Is the amount of fine particles discharged (M1<M2<M3<M4<M5). In the example shown in FIG. 14A, the higher the required torque TQ, the greater the amount M of discharged particulates. The amount M of discharged particulate shown in FIG. 14A is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG. 14B as a function of the required torque TQ and the engine speed N.
[0055]
As described above, in the embodiment according to the present invention, a carrier layer made of, for example, alumina is formed on both side surfaces of each partition wall 54 of the particulate filter 22 and on the inner wall surface of the pores in the partition wall 54. A noble metal catalyst and an oxygen storage / active oxygen release agent are supported on a carrier. Further, in the embodiment according to the present invention, when the air-fuel ratio of the noble metal catalyst and the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 on this carrier is lean, the NOx contained in the exhaust gas is absorbed and the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is absorbed. A NOx absorbent that releases the absorbed NOx when the air-fuel ratio becomes rich or the stoichiometric air-fuel ratio is carried.
[0056]
In the embodiment according to the present invention, platinum Pt is used as the noble metal catalyst, and alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, and rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca, strontium Sr are used as the NOx absorbent. At least one selected from alkaline earths such as lanthanum La and rare earths such as yttrium Y is used. As can be seen from comparison with the metal constituting the oxygen storage / active oxygen release agent described above, the metal constituting the NOx absorbent and the metal constituting the oxygen storage / active oxygen release agent are almost the same. I have. In this case, different metals can be used as the NOx absorbent and the oxygen storage / active oxygen release agent, or the same metal can be used. When the same metal is used as the NOx absorbent and the oxygen storage / active oxygen release agent, both the function as the NOx absorber and the function as the oxygen storage / active oxygen release agent are simultaneously performed.
[0057]
Next, a description will be given of the NOx absorption / desorption operation using platinum Pt as the noble metal catalyst and potassium K as the NOx absorbent as an example. First, when the NOx absorbing action is examined, NOx is absorbed by the NOx absorbent by the same mechanism as shown in FIG. However, in this case, in FIG. 4A, reference numeral 61 indicates a NOx absorbent. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is lean, a large amount of excess oxygen is contained in the exhaust gas, so that the exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22. As shown in FIG. 4 (A), these oxygen O2Is 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 next2Is absorbed in the NOx absorbent 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 NOx absorbent 61 in the form of3 −Is potassium nitrate KNO3Generate In this way, NO is absorbed in the NOx absorbent 61.
[0058]
On the other hand, when the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 becomes rich, nitrate ions NO3 −Is decomposed into oxygen, O, and NO, and NO is released from the NOx absorbent 61 one after another. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 becomes rich, NO is released from the NOx absorbent 61 in a short time, and since the released NO is reduced, NO is released into the atmosphere. It will not be done. In this case, NO is released from the NOx absorbent 61 even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is set to the stoichiometric air-fuel ratio. However, in this case, since NO is gradually released from the NOx absorbent 61, it takes a slightly longer time to release all the NOx absorbed by the NOx absorbent 61.
[0059]
As described above, different metals can be used as the NOx absorbent and the oxygen storage / active oxygen release agent. However, in the embodiment according to the present invention, the same metal is used as the NOx absorbent and the oxygen storage / active oxygen release agent. In this case, as described above, both the function as a NOx absorbent and the function as an oxygen storage / active oxygen release agent will be simultaneously performed. Active oxygen release / NOx absorber. Therefore, in the embodiment according to the present invention, reference numeral 61 in FIG. 4A indicates an active oxygen releasing / NOx absorbent.
[0060]
When such an active oxygen releasing / NOx absorbent 61 is used, NO contained in the exhaust gas is absorbed by the active oxygen releasing / NOx absorbent 61 when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is lean. When the fine particles contained in the exhaust gas adhere to the active oxygen releasing / NOx absorbent 61, the fine particles are quickly removed by the active oxygen contained in the exhaust gas and the active oxygen released from the active oxygen releasing / NOx absorbent 61. Is removed by oxidation. Therefore, at this time, it is possible to prevent both the fine particles and NOx in the exhaust gas from being discharged into the atmosphere. On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 becomes rich, NO is released from the active oxygen release / NOx absorbent 61. This NO is reduced by the unburned HC and CO, and thus NO is not discharged to the atmosphere at this time. If fine particles are deposited on the particulate filter 22 at this time, the fine particles are oxidized and removed by the active oxygen released from the active oxygen release / NOx absorbent 61.
[0061]
By the way, as already described with reference to FIG. 6, the action of releasing active oxygen from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 is started when the temperature of the particulate filter 22 is considerably low. This is the same when the active oxygen release / NOx absorbent 61 is used. On the other hand, the action of absorbing NOx into the NOx absorbent or the active oxygen release / NOx absorbent 61 is not started unless the temperature TF of the particulate filter 22 becomes higher than the active oxygen release start temperature. This is because the release of active oxygen is, for example, potassium nitrate KNO3It is considered that the absorption action of NOx does not start unless platinum Pt is activated, whereas oxygen is produced if oxygen is deprived of oxygen.
[0062]
FIG. 15 shows the amount G of fine particles that can be removed by oxidation and the NOx absorption rate when potassium K is used as the NOx absorbent or the active oxygen release / NOx absorbent 61. FIG. 15 shows that the active oxygen releasing action is started when the temperature TF of the particulate filter 22 is 200 ° C. or less, whereas the NOx absorbing action is not started unless the temperature TF of the particulate filter 22 becomes 200 ° C. or more. I understand. On the other hand, the active oxygen releasing action becomes more active as the temperature TF of the particulate filter 22 increases. On the other hand, the absorption function of NOx disappears when the temperature TF of the particulate filter 22 increases. That is, when the temperature TF of the particulate filter 22 exceeds a certain temperature, and in the example shown in FIG.3 −Or potassium nitrate KNO3Is thermally decomposed, and NO is released from the active oxygen release / NOx absorbent 61. In such a state, the amount of released NO becomes larger than the amount of absorbed NOx, and thus the NOx absorption rate decreases as shown in FIG.
[0063]
FIG. 15 shows the NOx absorption rate when potassium K is used as the NOx absorbent or the active oxygen release / NOx absorbent 61. In this case, the temperature range of the particulate filter 22 in which the NOx absorptivity increases becomes different depending on the metal used. For example, when barium Ba is used as the NOx absorbent or the active oxygen release / NOx absorbent 61, the temperature range of the particulate filter 22 in which the NOx absorption rate becomes higher is narrower than the case where potassium K shown in FIG. 15 is used. Become.
[0064]
By the way, as described above, in order to oxidize and remove the fine particles in the exhaust gas without accumulating on the particulate filter 22, the amount M of the discharged fine particles needs to be smaller than the amount G of the oxidizable particles. However, if the discharged fine particle amount M is simply made smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G, the NOx absorbing action by the NOx absorbent or the active oxygen release / NOx absorbent 61 is not performed, and the NOx absorbent or the active oxygen release / NOx absorbent 61 In order to ensure the NOx absorbing action by the NOx, it is necessary to maintain the temperature TF of the particulate filter 22 within the temperature range in which the NOx absorbing action is performed. In this case, the temperature range of the particulate filter 22 in which the NOx absorption function is performed needs to be a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or more than a predetermined value, for example, 50% or more. Therefore, the NOx absorbent or active oxygen release / NOx absorption is required. When potassium K is used as the agent 61, it is necessary to maintain the temperature TF of the particulate filter 22 between approximately 250 ° C. and 500 ° C. as can be seen from FIG.
[0065]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the particulate matter in the exhaust gas is oxidized and removed without accumulating on the particulate filter 22 and the NOx in the exhaust gas is absorbed. The amount of the particulates G that can be removed by oxidation is maintained to be smaller than G, and the temperature TF of the particulate filter 22 is maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate of the particulate filter 22 becomes a certain value or more. That is, the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained in the particulate NOx simultaneous processing region shown by hatching in FIG.
[0066]
By the way, even if the amount M of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 are maintained in the particulate NOx simultaneous processing region, the amount M of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 are out of the particulate NOx simultaneous processing region. It may shift. In such a case, in the embodiment according to the present invention, the amount M of the discharged particulate, the amount G of the particulate removable by oxidation, or the amount of the particulate filter 22 is set so that the amount M of the discharged particulate and the temperature of the particulate filter 22 are within the particulate NOx simultaneous processing region. At least one of the temperatures TF is controlled. Next, this will be described with reference to FIG.
[0067]
First, when the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 reach the point A outside the particulate NOx simultaneous processing region shown in FIG. 16, that is, the amount M of discharged particulates is larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. The case where the temperature TF of the particulate filter 22 becomes lower than the lower limit temperature of the particulate NOx simultaneous processing region will be described. In this case, the temperature M of the particulate filter 22 and the temperature TF of the particulate filter 22 are returned to the particulate NOx simultaneous processing region by increasing the temperature TF of the particulate filter 22 as indicated by the arrow.
[0068]
Next, when the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 reach the point B outside the particulate NOx simultaneous processing area shown in FIG. 16, that is, the amount M of discharged particulates becomes larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. The case where the temperature TF of the particulate filter 22 is within the temperature range of the particulate NOx simultaneous processing region will be described. In this case, the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are returned to the particulate NOx simultaneous processing region by decreasing the amount M of discharged particulates as indicated by the arrow.
[0069]
Next, when the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 reach the point C outside the particulate NOx simultaneous processing region shown in FIG. 16, that is, the amount M of discharged particulates becomes larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. The case where the temperature TF of the particulate filter 22 becomes higher than the upper limit temperature of the particulate NOx simultaneous processing region will be described. In this case, as shown by the arrows, the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are reduced, so that the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are returned to the particulate NOx simultaneous processing region. It is.
[0070]
As described above, when the amount M of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 are out of the particulate NOx simultaneous processing region, the amount of discharged particulates M is reduced, or the temperature TF of the particulate filter 22 is increased or decreased to discharge. The particle amount M and the temperature of the particulate filter 22 are returned to the particulate NOx simultaneous processing region. As another method, the amount M of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 can be returned to the particulate NOx simultaneous processing region by increasing the amount G of particulates that can be removed by oxidation. Therefore, a method for decreasing the amount M of discharged particulate, a method for increasing or decreasing the temperature TF of the particulate filter 22, and a method for increasing the amount G of particulate that can be removed by oxidation will be described.
[0071]
One of the effective methods for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 is to retard the fuel injection timing until after the compression top dead center. That is, the normal main fuel QmIs injected near the compression top dead center as shown in FIG. In this case, as shown in FIG.mWhen the injection timing is retarded, the afterburning period becomes longer, and thus the exhaust gas temperature rises. As the exhaust gas temperature increases, the temperature TF of the particulate filter 22 increases accordingly. In this case, the temperature TF of the particulate filter 22 can be reduced by reducing the amount of retard of the fuel injection timing. Further, in order to raise the temperature TF of the particulate filter 22, as shown in FIG.mAnd auxiliary fuel Q near the top dead center of the intakevCan also be injected. Thus, the auxiliary fuel QvWhen additional fuel is injected, auxiliary fuel QvExhaust gas temperature rises due to the increased amount of fuel burned, and thus the temperature TF of the particulate filter 22 rises.
[0072]
On the other hand, in the vicinity of the intake top dead center, the auxiliary fuel QvWhen the auxiliary fuel Q is injected by the heat of compression during the compression stroke,vProduces intermediate products such as aldehydes, ketones, peroxides, and carbon monoxide from the main fuel Q.mReaction is accelerated. Therefore, in this case, as shown in FIG. 17 (III), the main fuel QmEven if the injection timing is greatly delayed, good combustion can be obtained without causing misfire. That is, the main fuel QmCan be greatly delayed, so that the exhaust gas temperature becomes considerably high, so that the temperature TF of the particulate filter 22 can be raised quickly. In this case, the auxiliary fuel QvOf fuel injection or auxiliary fuel QvThe main fuel QmIf the retard amount of the injection timing is reduced, the temperature TF of the particulate filter 22 can be lowered.
[0073]
Further, in order to raise the temperature TF of the particulate filter 22, as shown in (IV) of FIG.mIn addition to the auxiliary fuel Q during the expansion stroke or the exhaust stroke.pCan also be injected. That is, in this case, most of the auxiliary fuel QpIs discharged into the exhaust passage in the form of unburned HC without burning. The unburned HC is oxidized by excess oxygen on the particulate filter 22, and the temperature TF of the particulate filter 22 is raised by the oxidation reaction heat generated at this time. In this case, the auxiliary fuel QpThe temperature TF of the particulate filter 22 can be reduced by reducing the injection amount of the particulate filter 22.
[0074]
Next, a method of using low-temperature combustion to control the amount M of discharged fine particles and the temperature TF of the particulate filter 22 will be described. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, as the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) increases, the amount of smoke generated gradually increases and reaches a peak, and the EGR rate is further increased. Then, the amount of smoke generated sharply decreases. This will be described with reference to FIG. 18 showing the relationship between the EGR rate and the smoke when the degree of cooling of the EGR gas is changed. In FIG. 18, curve A shows a case where the EGR gas is cooled strongly and the EGR gas temperature is maintained at approximately 90 ° C., and 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.
[0075]
As shown by the curve A in FIG. 18, when the EGR gas is cooled strongly, the amount of smoke generation peaks at a point 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 smoke is generated. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 18, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of smoke generation reaches a peak when the EGR rate is slightly higher than 50%, and in this case, the EGR rate is increased to about 65% or more. In this case, almost no smoke is generated. In addition, as shown by the curve C in FIG. 18, when the EGR gas is not forcibly cooled, the amount of smoke generation reaches a peak near the EGR rate of 55%, and in this case, the EGR rate becomes approximately 70%. Above a percentage, there is almost no smoke. When the EGR gas rate is set to 55% or more, the smoke is not generated because the endothermic effect of the EGR gas does not cause the temperature of the fuel and the surrounding gas at the time of combustion to be so high, that is, the low temperature combustion is performed. This is because hydrocarbons do not grow to soot.
[0076]
This low-temperature combustion has a feature that the generation amount of NOx can be reduced while suppressing the generation of smoke regardless of the air-fuel ratio. 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 smoke 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 under low-temperature combustion, the combustion temperature is suppressed to a low temperature. No smoke is generated and NOx is generated in a very small amount.
[0077]
On the other hand, when the low-temperature combustion is performed, the temperature of the fuel and the surrounding gas decreases, but the temperature of the exhaust gas increases. This will be described with reference to FIGS. The solid line in FIG. 19A shows the relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 and the crank angle when the low-temperature combustion is performed, and the broken line in FIG. 19A shows the normal combustion. 2 shows the relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 and the crank angle at the time of the combustion. The solid line in FIG. 19B shows the relationship between the fuel and the surrounding gas temperature Tf and the crank angle when low-temperature combustion is performed, and the broken line in FIG. 19B shows the normal combustion. The graph shows the relationship between the crank angle and the temperature Tf of the fuel and the surrounding gas when the fuel is touched.
[0078]
During low-temperature combustion, the amount of EGR gas is larger than during normal combustion. Therefore, as shown in FIG. 19A, before the compression top dead center, that is, during the compression process, a solid line is used. The average gas temperature Tg at the time of low-temperature combustion indicated by is higher than the average gas temperature Tg at the time of normal combustion indicated by the broken line. At this time, as shown in FIG. 19B, the temperature Tf of the fuel and the surrounding gas is almost the same as the average gas temperature Tg. Next, combustion starts near the compression top dead center. In this case, when low-temperature combustion is being performed, the fuel and its surrounding gas temperature Tf are absorbed by the endothermic effect of the EGR gas as shown by the solid line in FIG. Not so high. On the other hand, when normal combustion is performed, a large amount of oxygen exists around the fuel, so that the temperature of the fuel and its surrounding gas Tf becomes extremely high as shown by the broken line in FIG. 19B. . Thus, when normal combustion is performed, the temperature of the fuel and its surrounding gas Tf is considerably higher than in the case where low-temperature combustion is performed, but the temperature of the other gas that occupies most is low-temperature combustion. 19A is lower than in the case where normal combustion is performed, and therefore, as shown in FIG. 19A, the average gas in the combustion chamber 5 near the compression top dead center is shown in FIG. The temperature Tg is higher when low-temperature combustion is performed than when normal combustion is performed. As a result, as shown in FIG. 19A, the temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 after the completion of the combustion is lower when the low-temperature combustion is performed than when the normal combustion is performed. As a result, the temperature of the exhaust gas increases when the low-temperature combustion is performed.
[0079]
When low-temperature combustion is performed in this manner, the amount of smoke generated, that is, the amount M of discharged particulates decreases, and the temperature of exhaust gas increases. Therefore, when switching from normal combustion to low-temperature combustion during engine operation, the amount M of discharged particulates can be reduced, and the temperature TF of the particulate filter 22 can be raised. On the other hand, when switching from low-temperature combustion to normal combustion, the temperature TF of the particulate filter 22 decreases. However, at this time, the amount M of discharged fine particles increases. In any case, by switching between normal combustion and low-temperature combustion, the amount M of discharged particulates and the temperature of the particulate filter 22 can be controlled.
[0080]
By the way, when the required torque TQ of the engine increases, that is, when the fuel injection amount increases, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion increases, so that it becomes difficult to perform low-temperature combustion. That is, the low-temperature combustion can be performed only during the low-load operation in the engine in which the calorific value due to the combustion is relatively small. In FIG. 20, a region I ′ indicates an operation region in which the first combustion in which the amount of the inert gas in the combustion chamber 5 is larger than the amount of the inert gas at which the generation amount of soot reaches a peak, that is, the low-temperature combustion, can be performed. The region II ′ indicates a second combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the amount of generated soot becomes a peak, that is, an operation region in which only normal combustion can be performed. . FIG. 21 shows the target air-fuel ratio A / F when performing low-temperature combustion in the operation region I ′. FIG. 22 shows the opening of the throttle valve 17 according to the required torque TQ when performing low-temperature combustion in the operation region I ′. , The opening degree of the EGR control valve 25, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection start timing θS, the injection completion timing θE, and the injection amount. FIG. 22 also shows the opening of the throttle valve 17 during normal combustion performed in the operation region II '. 21 and 22 that when the low-temperature combustion is performed in the operation region I ′, the EGR rate is set to 55% or more, and the air-fuel ratio A / F is set to a lean air-fuel ratio of about 15.5 to about 18. . As described above, when low-temperature combustion is performed in the operation region I ', smoke is hardly generated even if the air-fuel ratio is made rich.
[0081]
Next, still another method for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 will be described. FIG. 23 shows an internal combustion engine suitable for performing this method. Referring to FIG. 23, in this internal combustion engine, hydrocarbon supply devices 70, 170, and 270 are disposed in the exhaust pipe 20, the first passage 71, and the second passage 72, respectively. , 170, 270 are supplied with hydrocarbons. When the hydrocarbon is supplied, the hydrocarbon is oxidized by excess oxygen on the particulate filter 22, and the temperature TF of the particulate filter 22 is raised by the oxidation reaction heat at this time. In this case, the temperature TF of the particulate filter 22 can be reduced by reducing the supply amount of the hydrocarbon. The hydrocarbon supply device 70 may be arranged anywhere between the particulate filter 22 and the exhaust port 10. In FIG. 23, 83 and 183 are air-fuel ratio sensors.
[0082]
Next, still another method for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 will be described. FIG. 24 shows an internal combustion engine suitable for performing this method. Referring to FIG. 24, in this internal combustion engine, an exhaust control valve 76 driven by an actuator 75 is disposed in an exhaust pipe 20 downstream of the particulate filter 22. In this method, when the temperature TF of the particulate filter 22 is to be raised, the exhaust control valve 76 is almost fully closed. In order to prevent a decrease in engine output torque due to the exhaust control valve 76 being almost fully closed, Fuel QmIs increased. When the exhaust control valve 76 is almost fully closed, the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 76, that is, the back pressure increases. When the back pressure increases, when the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 5 into the exhaust port 10, the pressure of the exhaust gas does not decrease so much, and the temperature does not decrease so much. And at this time the main fuel QmThe temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 is high because the injection amount of the exhaust gas is increased, so that the temperature of the exhaust gas discharged into the exhaust port 10 is considerably high. As a result, the temperature of the particulate filter 22 is rapidly increased. In this case, the opening degree of the exhaust control valve 73 is increased, and the main fuel Qm, The temperature of the particulate filter 22 can be reduced.
[0083]
Next, still another method for increasing the temperature TF of the particulate filter 22 will be described. FIG. 25 shows an internal combustion engine suitable for performing this method. Referring to FIG. 25, in this internal combustion engine, a wastegate valve 79 controlled by an actuator 78 is disposed in an exhaust bypass passage 77 bypassing the exhaust turbine 21. The actuator 78 normally controls the opening of the waste gate valve 79 in response to the pressure in the surge tank 12, ie, the supercharging pressure, so that the supercharging pressure does not exceed a predetermined pressure. In this method, when the temperature TF of the particulate filter 22 is to be increased, the waste gate valve 79 is fully opened. When the exhaust gas passes through the exhaust turbine 21, the temperature decreases, but when the wastegate valve 79 is fully opened, most of the exhaust gas flows through the exhaust bypass passage 77, so that the temperature does not decrease. Thus, the temperature of the particulate filter 22 rises. In this case, the temperature TF of the particulate filter 22 can be reduced by reducing the opening of the waste gate valve 79.
[0084]
In the above-described embodiment, for example, as shown in FIGS. 15 and 16, the temperature of the exhaust gas is lower than 250 ° C. to 500 ° C., which is the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, and the NOx absorption rate is 50% or more. When there is a possibility that the temperature TF of the particulate filter 22 becomes lower than the temperature range of 250 ° C. to 500 ° C., the exhaust gas is bypassed through the particulate filter 22 as shown in FIG. Accordingly, the temperature TF of the particulate filter 22 is maintained between 250 ° C. and 500 ° C. within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. Further, the temperature of the exhaust gas is higher than 250 ° C. to 500 ° C., which is a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more, and the exhaust gas temperature is higher than 250 ° C. to 500 ° C., a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more. When the temperature TF of the particulate filter 22 is likely to increase, the exhaust gas is similarly bypassed through the particulate filter 22, as shown in FIG. 9C, so that the NOx absorption rate becomes 50% or more. The temperature of the particulate filter is maintained between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the range. In such a case, for example, the time of the rapid acceleration operation of the internal combustion engine is included, and whether or not the time of the rapid acceleration operation is determined is, for example, the degree of change of the accelerator opening, angular speed, engine speed, torque, exhaust temperature, intake air amount, etc. Can be determined based on On the other hand, the exhaust gas temperature is between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, and is 250 ° C. to 500 ° C. which is the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. When there is no possibility that the temperature of the particulate filter deviates from between, the exhaust switching valve 73 is maintained at the position shown in FIG. 9A or 9B, and the exhaust gas is not bypassed by the particulate filter 22. Thus, the temperature TF of the particulate filter 22 is maintained between 250 ° C. and 500 ° C. within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. The temperature of the exhaust gas may be actually measured or may be estimated based on the operating conditions of the internal combustion engine. Further, by switching the switching position of the exhaust switching valve 73 and changing the operating conditions of the internal combustion engine as described above, the temperature is reduced from 250 ° C. within the temperature range where the NOx absorption rate becomes 50% or more. The temperature TF of the particulate filter 22 may be maintained during 500 ° C.
[0085]
Further, the temperature of the exhaust gas is lower than 250 ° C. to 500 ° C., which is a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more, and the particulates are more particulate than 250 ° C. to 500 ° C., a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more. When the temperature TF of the filter 22 is low, the temperature of the exhaust gas is increased by changing the operating conditions of the internal combustion engine as described above, and the exhaust switching valve 73 is moved to the forward flow position (FIG. 9A) or the reverse flow position (FIG. 9 (B)) and the heated exhaust gas flows into the particulate filter 22. Then, the exhaust switching valve 73 is arranged at the bypass position (FIG. 9 (C)) to remove the heated exhaust gas. The temperature T of the particulate filter 22 is confined within the particulate filter 22 and ranges from 250 ° C. to 500 ° C. within a temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. It is also possible to increase the. In this case, a change in the temperature TF of the particulate filter 22 is detected by the temperature sensor 39, and the temperature distribution in the particulate filter 22 is estimated. It is also possible to select the hydrocarbon feeders 170, 270 for feeding.
[0086]
In another embodiment, a cooling device (not shown) such as a cooling fin is provided in the second passage 72 (FIG. 1). The exhaust gas temperature is between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, and between 250 ° C. and 500 ° C., which is the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. When there is no possibility that the temperature TF of the particulate filter 22 will deviate, the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 by passing the exhaust gas through the first passage 71 without a cooling device will be reduced by the NOx absorption rate. Is maintained between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the NOx is 50% or more, so that the particulates are maintained between 250 ° C. and 500 ° C. within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. The temperature TF of the filter 22 is maintained. On the other hand, the temperature of the exhaust gas is higher than 250 ° C. to 500 ° C., which is a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more, and the exhaust gas temperature is higher than 250 ° C. to 500 ° C., a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more. When there is a possibility that the temperature TF of the particulate filter 22 becomes high, the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 by passing the exhaust gas through the second passage 72 provided with the cooling device becomes 50%. % By setting the temperature between 250 ° C. and 500 ° C. within the temperature range where the NOx absorption rate becomes 50% or more. Temperature TF is maintained.
[0087]
FIG. 26 is a schematic configuration diagram similar to FIG. 1 of another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention. In FIG. 26, reference numeral 123 denotes a casing. Instead of providing the cooling device in the second passage 72 as in the above-described embodiment, in the present embodiment, the length of the exhaust gas passage of the second passage 172 becomes longer than the length of the exhaust gas passage of the first passage 171. ing. In this embodiment, the temperature of the exhaust gas is between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, and from 250 ° C. which is the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. When there is no possibility that the temperature TF of the particulate filter 122 deviates from between 500 ° C., the exhaust gas flows into the particulate filter 122 by passing through the first passage 171 having a short exhaust gas flow path length. By maintaining the temperature of the exhaust gas as it is between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the NOx absorption rate becomes 50% or more, the exhaust gas temperature is within the temperature range where the NOx absorption rate becomes 50% or more. The temperature TF of the particulate filter 122 is maintained between 500C and 500C. On the other hand, the temperature of the exhaust gas is higher than 250 ° C. to 500 ° C., which is a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more, and the exhaust gas temperature is higher than 250 ° C. to 500 ° C., a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more. When there is a possibility that the temperature TF of the particulate filter 122 becomes high, the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 122 by passing the exhaust gas through the second passage 172 having a long exhaust gas passage length becomes NOx. By setting the temperature between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the absorption rate is 50% or more, between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. The temperature TF of the particulate filter 122 is maintained.
[0088]
Further, in the above-described embodiment, the temperature TF of the particulate filter 22 is between 250 ° C. and 500 ° C., which is within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, and the exhaust gas at the time of fuel cut is reduced When there is a possibility that the temperature TF of the particulate filter 22 becomes lower than 250 ° C. to 500 ° C., which is a temperature range in which the NOx absorption rate becomes 50% or more when flowing into the exhaust gas, the exhaust switching valve 73 is moved to the bypass position ( 9 (C), the exhaust gas is bypassed through the particulate filter 22, so that the particulate filter 22 is in a temperature range from 250 ° C. to 500 ° C. within a temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. Temperature TF is maintained. At this time, since the fuel is cut off, NOx is not discharged outside the vehicle even if the particulate filter 22 is bypassed. When the temperature TF of the particulate filter 22 is higher than 250 ° C. to 500 ° C., which is a temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, and the temperature TF of the particulate filter 22 needs to be lowered, the exhaust switching valve 73 is disposed at the forward flow position (FIG. 9 (A)) or the reverse flow position (FIG. 9 (B)), the exhaust gas is not bypassed through the particulate filter 22, and the exhaust gas having a relatively low temperature at the time of fuel cut is particulated. By flowing into the filter 22, the temperature TF of the particulate filter 22 is set between 250 ° C. and 500 ° C. within the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more. When the bypass of the exhaust gas is prohibited in this way, that is, when the fuel cut is performed and the temperature TF of the particulate filter 22 is within a temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, the temperature is from 250 ° C. to 500 ° C. If the temperature TF of the particulate filter 22 is actually higher than 250 ° C. to 500 ° C., which is a temperature range in which the NOx absorption rate is 50% or more, as described above, The case where the temperature TF of the particulate filter 22 is predicted to be higher than 250 ° C. to 500 ° C., which is the temperature range where the NOx absorption rate is 50% or more, by bypassing the exhaust gas is included.
[0089]
Next, a method of reducing the amount M of discharged fine particles will be described. That is, the more the injected fuel and the air are sufficiently mixed, that is, the greater the amount of air around the injected fuel, the better the injected fuel is burned, so that no fine particles are generated. Therefore, in order to reduce the amount M of discharged fine particles, the injected fuel and the air need to be more sufficiently mixed. However, if the mixture of the injected fuel and air is improved, the combustion becomes active, so that the generation amount of NOx increases. Therefore, in other words, the method of reducing the amount M of discharged fine particles can be said to be a method of increasing the generation amount of NOx. In any case, there are various methods for reducing the amount PM of discharged fine particles, and these methods will be sequentially described.
[0090]
The low-temperature combustion described above can be used as a method for reducing the amount PM of discharged fine particles, but another effective method is a method for controlling fuel injection. For example, when the fuel injection amount is reduced, sufficient air exists around the injected fuel, and thus the amount M of discharged particulates is reduced. Further, when the injection timing is advanced, sufficient air exists around the injected fuel, and thus the amount M of discharged particulates is reduced. In addition, when the fuel pressure in the common rail 27, that is, the injection pressure, is increased, the injected fuel is dispersed, so that the mixture of the injected fuel and the air becomes better, and thus the amount M of discharged particulates is reduced. In addition, main fuel QmWhen the auxiliary fuel is injected at the end of the compression stroke immediately before the injection, or when so-called pilot injection is performed, the combustion of the auxiliary fuel consumes oxygen, so that the main fuel QmInsufficient air around. Therefore, in this case, the amount M of discharged particulates is reduced by stopping the pilot injection. That is, when the amount M of discharged particulates is reduced by controlling the fuel injection, the fuel injection amount is reduced, or the fuel injection timing is advanced, or the injection pressure is increased, Alternatively, the pilot injection is stopped.
[0091]
Next, another method for reducing the amount M of discharged fine particles will be described. In this method, when the amount M of discharged particulates is to be reduced, the opening of the EGR control valve 25 is reduced to reduce the EGR rate. When the EGR rate decreases, the amount of air around the injected fuel increases, and thus the amount M of discharged particulates decreases.
[0092]
Next, still another method for reducing the amount M of discharged fine particles will be described. In this method, when the amount M of discharged particulates is to be reduced, the opening of the waste gate valve 79 (FIG. 25) is reduced to increase the supercharging pressure. When the supercharging pressure increases, the amount of air around the injected fuel increases, and thus the amount M of discharged particulates decreases.
[0093]
Next, a method of increasing the oxygen concentration in the exhaust gas in order to increase the amount G of the oxidizable and removable particles will be described. When the oxygen concentration in the exhaust gas increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation alone increases, but the amount of oxygen taken into the active oxygen releasing agent 61 further increases, so the amount of active oxygen released from the active oxygen releasing agent 61 Increases, and thus the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases. As a method for executing this method, there is a method for controlling the EGR rate. That is, when the amount G of oxidation-removable fine particles is to be increased, the opening of the EGR control valve 25 is reduced so that the EGR rate decreases. The decrease in the EGR rate means that the proportion of the intake air amount in the intake air increases, and thus, when the EGR rate decreases, the oxygen concentration in the exhaust gas increases. As a result, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases. Further, when the EGR rate decreases, the amount M of discharged particulates decreases as described above. Therefore, when the EGR rate decreases, the amount M of discharged fine particles rapidly becomes smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
[0094]
Next, a method of using secondary air to increase the oxygen concentration in the exhaust gas will be described. In the example shown in FIG. 27, an exhaust pipe 83 between the exhaust turbine 21 and the particulate filter 22 is connected to the intake duct 13 via a secondary air supply conduit 80, and a supply control valve 81 is provided in the secondary air supply conduit 80. Is arranged. In the example shown in FIG. 28, a secondary air supply conduit 80 is connected to an air pump 82 driven by the engine. The supply position of the secondary air into the exhaust passage may be anywhere between the particulate filter 22 and the exhaust port 10. In the internal combustion engine shown in FIG. 22 or FIG. 23, the supply control valve 81 is opened when the oxygen concentration in the exhaust gas is to be increased. At this time, the secondary air is supplied from the secondary air supply conduit 80 to the exhaust pipe 83, and thus the oxygen concentration in the exhaust gas is increased.
[0095]
【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, NOx in the exhaust gas can be purified while oxidizing and removing fine particles in the exhaust gas.
[0096]
According to the second aspect of the present invention, for example, even when the operating conditions of the internal combustion engine cannot be changed, the temperature of the particulate filter is maintained within the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value, and the NOx can be purified.
[0097]
According to the invention described in claim 3, for example, even when the operating conditions of the internal combustion engine cannot be changed, the temperature of the particulate filter is maintained within the temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. NOx can be purified.
[0098]
According to the fourth aspect of the present invention, even when the operating conditions of the internal combustion engine such as during fuel cut cannot be changed, the temperature of the particulate filter is kept within a temperature range where the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. It is possible to maintain and purify NOx in the exhaust gas.
[0099]
According to the invention described in claim 5, 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, and as a result, the fine particles accumulate on the wall of the particulate filter. Can be prevented. Further, it is possible to purify NOx in the exhaust gas while oxidizing and removing fine particles in the exhaust gas.
[0100]
According to the invention described in claim 6, fine particles inside the wall of the particulate filter can be oxidized and removed inside the wall of the particulate filter by the oxidizing agent inside the wall of the particulate filter. Further, an oxidizing agent inside the wall of the particulate filter is oxidized and removed by an 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
[0101]
According to the invention as set forth in claim 7, the fine particles are deposited on the particulate filter in a layered manner as in the conventional case, and there is no need to emit a bright flame to remove the fine particles. By oxidizing the fine particles before depositing them in a stack, it is possible to remove the fine particles in the exhaust gas and to purify NOx in the exhaust gas.
[0102]
According to the invention as set forth in claim 8, the operating condition of the internal combustion engine is such that the amount of discharged particulates is smaller than the amount of oxidizable and removable particulates, or the amount of discharged particulates is temporarily greater 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, if the amount of discharged fine particles is made 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 becomes smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation In this case, only a small amount of fine particles which can be oxidized and removed at a certain time or less 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.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a required torque of an engine.
FIG. 3 is a diagram showing a particulate filter.
FIG. 4 is a view for explaining an oxidizing action of fine particles.
FIG. 5 is a view for explaining a deposition action of fine particles.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of a particulate filter.
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a partition wall 54 of the particulate filter shown in FIG.
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.
FIG. 11 is a diagram showing the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
FIG. 12 is a diagram showing a map of the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
FIG. 13 is a diagram showing a map of oxygen concentration and NOx concentration in exhaust gas.
FIG. 14 is a diagram showing the amount of discharged fine particles.
FIG. 15 is a diagram showing a particulate NOx simultaneous processing region.
FIG. 16 is a diagram for explaining a method of oxidizing and removing fine particles.
FIG. 17 is a diagram for explaining injection control.
FIG. 18 is a diagram showing the amount of smoke generated.
FIG. 19 is a diagram showing a gas temperature and the like in a combustion chamber.
FIG. 20 is a diagram showing operation regions I 'and II'.
FIG. 21 is a diagram showing an air-fuel ratio A / F.
FIG. 22 is a diagram showing a change in a throttle valve opening and the like.
FIG. 23 is an overall view showing another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 24 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 25 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 26 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 27 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 28 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
[Explanation of symbols]
5. Combustion chamber
6 ... Fuel injection valve
20 ... exhaust pipe
22 ... Particulate filter
25 ... EGR control valve
54 ... partition wall
61 ... Reactive oxygen release / NOx absorbent
62 ... fine particles
73… Exhaust switching valve

Claims (8)

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に担持し、前記パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタの一方の側と他方の側とから交互に前記パティキュレートフィルタを通過するようにし、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持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 disposed in the engine exhaust passage, and the particulates in the exhaust gas are collected when the exhaust gas passes through 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 trapped in the particulate filter is carried on the particulate filter, Exhaust gas reversing means for reversing the flow of exhaust gas passing through the filter is provided so that the exhaust gas passes through the particulate filter alternately from one side and the other side of the particulate filter, A NOx absorbent that absorbs NOx and releases NOx at stoichiometric or rich Carried on preparative filter, exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as NOx absorption rate to maintain the temperature of the particulate filter in a temperature range equal to or greater than the predetermined value usually continuously. 排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされるか、あるいは、されないかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。By providing a bypass passage for exhaust gas to bypass the particulate filter and selecting whether the exhaust gas is bypassed or not, the NOx absorption rate becomes a certain value or more. 2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the temperature of the particulate filter is normally continuously maintained within a temperature range. 燃焼室から排出された排気ガスが前記パティキュレートフィルタ内に流入するための機関排気通路が第一通路と第二通路とを有し、前記第一通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度よりも、前記第二通路を通過して前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの温度が低くなるようにし、前記パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスが前記第一通路を通されるか、あるいは、前記第二通路を通されるかを選択することにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。An engine exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the combustion chamber flows into the particulate filter has a first passage and a second passage, and flows into the particulate filter through the first passage. The temperature of the exhaust gas passing through the second passage and flowing into the particulate filter is lower than the temperature of the exhaust gas to be discharged, and the exhaust gas flowing into the particulate filter passes through the first passage. Through the passage or through the second passage so that the temperature of the particulate filter is usually continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a certain value. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1. 排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を設け、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にあるときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされ、燃料カット時であってパティキュレートフィルタの温度が前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲よりも高いときに排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスされないようにすることにより、前記ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。A bypass passage for the exhaust gases to bypass the particulate filter provided, the exhaust gas when a fuel cut is the temperature of the particulate filter is within a temperature range where the NOx absorption rate becomes more than a predetermined value the By-passing the particulate filter so as to prevent exhaust gas from bypassing the particulate filter when the fuel is cut and the temperature of the particulate filter is higher than a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a predetermined value. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the temperature of the particulate filter is normally continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a predetermined value. 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、リーンでＮＯｘを吸収しストイキ又はリッチでＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を前記パティキュレートフィルタに担持し、ＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内にパティキュレートフィルタの温度を通常継続的に維持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 that releases 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. This reduces the possibility that the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are deposited without being oxidized and removed, and a NOx absorbent that absorbs NOx lean and releases NOx stoichiometric or rich is provided. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, carried on the particulate filter, wherein the temperature of the particulate filter is generally continuously maintained within a temperature range in which the NOx absorption rate is equal to or higher than a predetermined value. 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、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１〜５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 is temporarily trapped inside the wall of the particulate filter by reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the collected fine particles are moved. 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と輝炎を発することなく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、通常は継続的に前記排出微粒子量及びパティキュレートフィルタの温度を前記排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも少なくかつＮＯｘ吸収率が一定値以上となる温度範囲内の微粒子ＮＯｘ同時処理領域内に維持するようにした請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。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 When the fine particles inside flow into the particulate filter, they are oxidized and removed without emitting luminous flame, and the fine particles remain on the particulate filter even if the amount of the discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be oxidized and removed. When the amount is smaller than the limit, the particulates on the particulate filter are oxidized and removed without emitting a bright flame when the amount of the discharged particulates becomes smaller than the amount of the particulates that can be removed by oxidation. Possible fine particle amount Patiki It depends on the temperature of the rate filter. Normally, the amount of the exhausted particulates and the temperature of the particulate filter are continuously adjusted to a temperature at which the amount of the exhausted particulates is smaller than the amount of the particulates that can be removed by oxidation and the NOx absorption rate becomes a certain value or more. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust gas purifying apparatus is maintained in a particulate NOx simultaneous processing area within the range. 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７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, which can be oxidized and removed when the amount becomes smaller, is deposited on the particulate filter. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein
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