WO2001061160A1 - Procede d'epuration de gaz d'echappement - Google Patents

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WO2001061160A1
WO2001061160A1 PCT/JP2001/001099 JP0101099W WO0161160A1 WO 2001061160 A1 WO2001061160 A1 WO 2001061160A1 JP 0101099 W JP0101099 W JP 0101099W WO 0161160 A1 WO0161160 A1 WO 0161160A1
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Kazuhiro Itoh
Toshiaki Tanaka
Shinya Hirota
Koichi Kimura
Koichiro Nakatani
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification method.
  • a particulate filter is disposed in an engine exhaust passage to remove fine particles contained in the exhaust gas, and the particulate filter in the exhaust gas is provided by the particulate filter. Particulates are once collected, and the particulates collected on the particulate filter are ignited and burned to regenerate the particulate filter.
  • the fine particles collected on the patikilet filter do not ignite until the temperature reaches about 600 ° C or more, whereas the exhaust gas temperature of diesel engines is usually 600 ° C. Much lower than ° C. Therefore, it is difficult to ignite the fine particles collected on the particulate filter with the heat of the exhaust gas, and it is difficult to ignite the fine particles collected on the particulate filter with the heat of the exhaust gas. The ignition temperature of the particles must be lowered.
  • Japanese Patent Publication No. 7-106290 discloses a paticular filter in which a mixture of a platinum group metal and an alkaline earth metal oxide is supported on a particulate filter. This patiki The fine filter ignites the particles at a relatively low temperature of approximately 35 ° C to 400 ° C and then burns continuously.
  • the above-mentioned particulate filter reduces the exhaust gas heat when the engine load increases. Thus, it seems that the particles can be ignited and burned.
  • the fine particles may not ignite even when the exhaust gas temperature reaches 350 ° C. to 400 ° C., and even if the fine particles ignite, only some of the fine particles burn. A large amount of fine particles remain unburned.
  • the deposited fine particles will ignite, but in this case, another problem will occur. That is, in this case, the deposited fine particles emit a bright flame when ignited and burn, and at this time, the temperature of the particulate filter is 800 ° C. for a long time until the combustion of the deposited fine particles is completed. It is maintained above C. However, if the particulate filter is exposed to a high temperature of 800 ° C. or more for a long period of time, the particulate filter deteriorates prematurely, and thus the particulate filter is deteriorated. The problem arises that the filter must be replaced with a new one early.
  • the ash condenses into large lumps, and the lumps of ash cause clogging of the pores of the particulate filter.
  • the number of clogged pores increases gradually over time, and thus the pressure drop of the exhaust gas flow in the particulate filter increases.
  • the pressure loss of the exhaust gas flow becomes large, the output of the engine is reduced, and this also raises a problem that the particulate filter must be replaced with a new one at an early stage.
  • the fine particles when the exhaust gas temperature becomes equal to or lower than 350 ° C., the fine particles are not ignited, and thus the fine particles accumulate on the particulate filter.
  • the accumulation amount is small, the accumulated particulates will burn when the exhaust gas temperature changes from 350 ° C to 400 ° C, but if a large amount of particulates accumulate in a stack, the exhaust gas
  • the temperature rises from 350 ° C to 400 ° C the deposited fine particles do not ignite, and even if ignited, some of the fine particles do not burn, leaving unburned residues.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying method capable of continuously oxidizing and removing fine particles in exhaust gas on a particulate filter.
  • the removal child the N_ ⁇ x in the exhaust gas particulates in the exhaust gas can and child continuously removed by oxidation on the particulate Kiyu les over preparative filter and at the same time It is to provide a possible exhaust gas purification method.
  • the oxygen when there is excess oxygen around the particulate filter for removing particulates in the exhaust gas discharged from the combustion chamber, the oxygen is taken in, the oxygen is retained and the surrounding oxygen is retained.
  • An active oxygen release agent that releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the oxygen concentration of the exhaust gas drops decreases, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is normally maintained as lean.
  • particulate Leh occasionally temporarily active oxygen release ⁇ NO x absorbent when the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched to the re Tutsi is switched to Li pitch while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the preparative filter usually in rie down From the agent Together to promote oxidation reaction of the particulate on the emitted active oxygen by Ri particulate rate filter, it is reduced Nyu_
  • FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine
  • Figures 2A and 2B show the required torque of the engine
  • Figures 3A and 3B show a particulate filter
  • Figures 4A and 4B show the oxidizing action of particulates.
  • FIGS. 5A to 5C are diagrams for explaining the accumulation of fine particles
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of the particulate filter
  • FIG. a, 7 B is a diagram showing the particulate removable by oxidation amount
  • FIG 8 F from FIG. 8 a is showing a map of the particulate removable by oxidation amount G
  • FIG. 9 a, 9 B is oxygen concentration in the exhaust gas and NO x Figures showing concentration maps
  • Figures 10A and 10B show the amount of discharged particulates
  • Figure 11 is a flowchart for controlling engine operation
  • Figure 12 is for explaining injection control.
  • Figure 13 shows the amount of smoke generated
  • Figures 14A and 14B show the gas temperature etc. in the combustion chamber
  • Figure 15 shows the figure of the internal combustion engine.
  • FIG. 16 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine
  • FIG. 17 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine
  • FIG. 18 is a further view of the internal combustion engine.
  • FIG. 19 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine
  • FIG. 19 is a view showing the accumulation concentration of fine particles, etc. from FIG. 2 OA to 20 C
  • FIG. This is a flowchart for controlling operation.
  • FIG. 1 shows a case where 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.
  • FIG. 1 1 is the engine body
  • 2 is the cylinder block
  • 3 is the cylinder head
  • 4 is the piston
  • 5 is the combustion chamber
  • 6 is the electrically controlled fuel injection valve
  • 7 is the intake valve
  • 8 is the intake port
  • 9 is the exhaust valve
  • 10 is the exhaust port — Show each
  • the intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch 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 the intake air flowing through the intake duct 13 is provided around the intake duct 13.
  • a cooling device 18 for cooling is arranged.
  • FIG. 1 is the engine body
  • 2 is the cylinder block
  • 3 is the cylinder head
  • 4 is the piston
  • 5 is the combustion chamber
  • 6 is the electrically controlled fuel injection valve
  • 7 is the intake valve
  • 8 is the intake port
  • 9 is the exhaust valve
  • 10 is
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust port 10 is connected to the exhaust turbine 21 of the exhaust turbocharger 14 via the exhaust manifold 19 and the exhaust pipe 20, and the outlet of the exhaust turbine 21 is connected to the particulate filter 2.
  • 2 is connected to the casing 2 3 containing the 2.
  • the exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other through an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 2 is provided in the EGR passage 24. 5 is arranged.
  • 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 engine cooling water cools the EGR gas.
  • each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 27, via a fuel supply pipe 6a.
  • the common rail 27 is supplied with fuel 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 via each fuel supply pipe 6a. Supplied to 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 pressure in the common rail 27 is set to the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount of the fuel pump 28 is controlled so that
  • the electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31.
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • CPU micro processor
  • the output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
  • a temperature sensor 39 for detecting the temperature of the particulate filter 22 is attached to the particulate filter 22, and the output signal of the temperature sensor 39 is applied to 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 passed through the corresponding AD converter 37.
  • the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crank shaft rotates, for example, 30 °.
  • the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, and the fuel pump 28 via the corresponding drive circuit 38.
  • FIG. 2A shows the relationship between the required torque TQ, the depression amount L of the accelerator pedal 40, and the engine speed N.
  • each curve represents an isotorque curve
  • the required torque gradually increases.
  • the required torque TQ shown in FIG. 2A is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N. It is remembered.
  • 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 this required torque T The fuel injection amount and the like are calculated based on Q.
  • FIGS. 3A and 3B show the structure of the particulate filter 22.
  • FIG. FIG. 3A shows a front view of the particulate filter 22
  • FIG. 3B shows a side sectional view of the particulate filter 22.
  • 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 composed of 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. .
  • the hatched portion in FIG. 3A indicates the plug 53.
  • the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54.
  • the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are each surrounded by four exhaust gas inflow passages 50 by four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is formed by four exhaust gas outflow passages. It is arranged so as to be surrounded by the inflow passage 50.
  • the patiti plate 22 is made of a porous material such as cordierite, so that the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 50 is indicated by an arrow in FIG. 3B. As a result, the gas flows through the surrounding partition wall 54 and flows into the adjacent exhaust gas outlet passage 51.
  • 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 pores in the partition wall 54.
  • a noble metal catalyst is formed on the carrier, and when there is excess oxygen in the surroundings, oxygen is taken in to retain oxygen, and when the surrounding oxygen concentration decreases, the retained oxygen is retained.
  • An active oxygen releasing agent that releases the active oxygen in the form of active oxygen is supported.
  • platinum Pt is used as the noble metal catalyst
  • potassium K, sodium ⁇ a, lithium Li, cesium C are used as the active element releasing agent.
  • alkaline metal such as noredium Rb
  • alkaline earth metal such as barium Ba, calcium Ca, strontium Sr, lanthanum La, yttrium Y, cerium
  • rare earths such as C e and transition metals such as tin Sn and iron F e is used.
  • the active oxygen releasing agent is an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, a power beam 1: lithium Li, cesium. It is preferable to use a force using C s, norebidium R b, norium Ba, or strontium S r, or use cerium Ce.
  • the effect of removing particulates in the exhaust gas by the particulate filter 22 will be described by taking as an example a case where platinum Pt and a force beam K are carried on a carrier, but other noble metals and alkali metals However, the same effect of removing fine particles can be obtained by using alkaline earth metals, rare earths, and transition metals.
  • 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.
  • 60 indicates platinum Pt particles
  • 61 indicates an active oxygen releasing agent containing potassium K.
  • the exhaust gas contains S ⁇ ⁇ 2 , and this SO 2 is also absorbed into the active oxygen releasing agent 61 by the same mechanism as NO. That is, as described above, oxygen ⁇ 2 adheres to the surface of platinum Pt in the form of o 2 ⁇ or ⁇ 2 , and SO 2 in the exhaust gas contains 0 2 or ⁇ 2 — Reacts with so 3 Then a part of the SO 3 which is produced is absorbed in the active oxygen release agent 61 while being further oxidized on the platinum P t, mosquitoes Li ⁇ beam K and the coupling while sulfate ion S_ ⁇ 4 2 - in the form of diffuses in the active oxygen release agent 6 1, to produce a sulfuric acid mosquitoes Li um K 2 S 0 4. This is in good cormorants on to the active oxygen release catalyst 6 in 1 nitric force re U beam KN_ ⁇ 3 and sulfuric mosquito Li um K 2 S 0 4 is generated.
  • the combustion chamber 5 fine particles mainly composed of carbon C are produced. T / JP01 / 01099
  • the exhaust gas contains these fine particles. These fine particles contained in the exhaust gas are generated when the exhaust gas flows through the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22 or from the exhaust gas inflow passage 50 to the exhaust gas outflow passage 5. As it moves toward 1, it contacts and adheres to the surface of the carrier layer, for example, the surface of the active oxygen releasing agent 61 as shown by 62 in FIG. 4B.
  • the oxygen concentration decreases at the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61.
  • the oxygen concentration decreases, a concentration difference occurs between the active oxygen release agent 61 and the active oxygen release agent 61 having a high oxygen concentration, and thus the oxygen in the active oxygen release agent 61 becomes fine particles 62 and the active oxygen release agent 61. Try to move toward the contact surface.
  • the potassium nitrate KNO 3 formed in the active oxygen releasing agent 61 is decomposed into potassium K, oxygen O and NO, and the oxygen O becomes fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61
  • the NO is released from the active oxygen releasing agent 61 toward the contact surface with the NO.
  • the NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side, and is absorbed again in the active oxygen releasing agent 61.
  • this time is decomposed into sulphate Ca Li ⁇ beam K 2 S 0 4 formed in the active oxygen release agent 6 in 1 also mosquito Li um K and oxygen O so 2 and oxygen O is fine particles 6 2 and the active toward the contact surface between the oxygen release agent 61, S 0 2 is released from the active oxygen release agent 61 to the outside.
  • the SO 2 released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side and is absorbed again into the active oxygen releasing agent 61.
  • oxygen O toward the contact surface between the particles 6 2 and the active oxygen release agent 61 is oxygen decomposed from compounds such as nitric acid mosquito Li um KN 0 3 and sulfuric mosquito Li um K 2 SO 4.
  • Oxygen decomposed from the compound has high energy and extremely high activity. Therefore fine particles 6 Oxygen toward the contact surface between 2 and the active oxygen releasing agent 61 is active oxygen O.
  • the active oxygen O comes into contact with the fine particles 62, the oxidizing action of the fine particles 62 is promoted, and the fine particles 62 are oxidized in a short time of several minutes to several ten minutes without emitting a bright flame. While the fine particles 62 are oxidized in this way, other fine particles adhere to the particulate filter 22 one after another.
  • a certain amount of fine particles is constantly deposited on the patiti filter 22. Some of the deposited fine particles are oxidized and removed. . In this way, the fine particles 62 adhering to the particulate filter 22 are continuously burned without emitting a bright flame.
  • NO x diffuses in the form of nitrate ion NO 3 in the active oxygen releasing agent 61 while repeating bonding and separation of oxygen atoms, and active oxygen is also generated during this time.
  • the fine particles 62 are also oxidized by this active oxygen.
  • the fine particles 62 attached to the particulate filter 22 in this manner are oxidized by the active oxygen O, but the fine particles 62 are also oxidized by the oxygen in the exhaust gas.
  • the particulate filter 22 When the particulates deposited in layers on the particulate filter 22 are burned, the particulate filter 22 glows red and burns with a flame. Combustion with such a flame cannot be sustained unless it is at a high temperature.Therefore, in order to sustain combustion with such a flame, the temperature of the particulate filter 22 must be maintained at a high temperature. Absent.
  • the fine particles 62 are oxidized without emitting a luminous flame as described above, and the surface of the particulate filter 22 does not glow at this time.
  • the particles 62 are oxidized and removed. 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. 2 is activated as the temperature increases, so that the amount of active oxygen O that the active oxygen releasing agent 61 can release per unit time increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
  • the fine particles are more easily oxidized and removed as the temperature of the fine particles themselves is higher. Accordingly, the amount of oxidizable and removable fine particles that can be oxidized and removed without emitting a luminous flame per unit time on the particulate filter 22 increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
  • the solid line in FIG. 6 indicates the amount of fine particles G that can be oxidized and removed without emitting a bright flame per unit time
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the temperature TF of the particulate finoleta 22.
  • FIG. 6 shows the amount G of particles that can be oxidized and removed per unit of time, that is, 1 second, that is, the unit time is 1 minute or 10 minutes. Can be adopted. For example, when 10 minutes is used as the unit time, the amount G of oxidizable and removable particles per unit time indicates the amount G of oxidizable and removable particles per 10 minutes.
  • the amount of fine particles G that can be oxidized and removed on the filter 22 without emitting a bright flame per unit time increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
  • a discharged fine particle amount M when the amount of 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 oxidation-removable fine particles G per the same unit time, for example, When the amount M of discharged fine particles per second is smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation per second, or Or, when the amount M of discharged particles per 10 minutes is smaller than the amount G of particles that can be removed by oxidation per 10 minutes G, that is, in the region I in Fig. 6, all the particles discharged from the combustion chamber 5 are removed. Oxidation can be removed in a short period of time without producing a bright flame on the particulate filter 22.
  • the residual fine particle portions 63 covering the surface of the carrier layer gradually change to carbon materials which are difficult to be oxidized, and thus the residual fine particle portions 63 easily remain as they are. Further, the surface of the carrier layer NO by covered is the platinum P t by the residual particulate portion 6 3, the action of release of active oxygen from the oxidizing action and the active oxygen release agent 61 in S_ ⁇ 2 is suppressed. As a result, as shown in FIG. 5C, another fine particle 64 is deposited one after another on the residual fine particle portion 63. That is, the fine particles are deposited in a layered manner.
  • the fine particles are oxidized in 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 oxidized by the particulate filter. 22 Deposit on 2 Therefore, in order to prevent the fine particles from depositing on the particulate filter 22 in a layered manner, the amount M of discharged fine particles must always be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • the particulate filter 22 used in the embodiment of the present invention can oxidize the fine particles even if the temperature TF of the particulate filter 22 is considerably low.
  • the compression ignition type internal combustion engine shown in FIG. 1 it is possible to maintain the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 such that the amount M of discharged particulates becomes smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. . Therefore, in the embodiment according to the present invention, basically, the amount of discharged fine particles and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained so that the amount of discharged fine particles M becomes smaller than the amount of fine particles G that can be removed by oxidation.
  • the amount M of discharged fine particles is maintained to be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, the fine particles will not be deposited on the particulate filter 22 in a stacked manner.
  • 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.
  • the decrease in engine output can be kept to a minimum.
  • the action of removing fine particles by oxidation of the fine particles is quite low. Done. 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. In addition, since fine particles do not accumulate on the particulate filter 22 in a layered manner, there is less danger of ash agglomeration, and accordingly, there is less risk of clogging of the particulate filter 22.
  • an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca that is, calcium K and lithium Li It is preferable to use cesium C s, norredium Rb, norium Ba, and strontium Sr.
  • the amount M of discharged fine particles is maintained so as to be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • the amount M of discharged fine particles may be larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • the non-oxidized fine particles begin to remain on the particulate filter 22 as described above.
  • the fine particles will be deposited in layers on the particulate filter 22.
  • the amount M of discharged fine particles is smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • the residual fine particles are oxidized and removed by the active oxygen O without producing a bright flame.
  • the amount M of discharged fine particles is set to be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • the amount M of discharged fine particles becomes larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation
  • the amount M of discharged fine particles becomes smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • fine particles may be deposited on the particulate filter 22 in a stacked manner.
  • the air-fuel ratio of part or all of the exhaust When the liquid is temporarily refilled, 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, active oxygen O is released from the active oxygen releasing agent 61 to the outside and released at once. The deposited fine particles are burned and removed in a short time without emitting luminous flame by the active oxygen 0.
  • cell re um C e takes in oxygen in-out bets air-fuel ratio is rie down (C e 2 ⁇ 3 ⁇ 2 C e ⁇ 2), the air-fuel ratio to release active oxygen becomes the Li Tutsi ( 2 C e 0 2 ⁇ C e 0 3) it has a function. Therefore, when Ce Ce is used as the active oxygen releasing agent 61, when the air-fuel ratio is lean, the fine particles adhere to the particulate filter 22 when the active oxygen releasing agent 61 is used. The fine particles are oxidized by the active oxygen released from 1 and a large amount of active oxygen is released from the active oxygen releasing agent 61 when the air-fuel ratio becomes rich. Therefore, the fine particles are oxidized. Therefore, even when cerium Ce is used as the active oxygen releasing agent 61, if the air-fuel ratio is occasionally temporarily switched from lean to rich, the oxidation of the fine particles on the particulate filter 22 is oxidized. The reaction can be accelerated.
  • the amount G of particles that can be removed by oxidation is shown as a function of only the temperature TF of the particulate filter 22, but this amount G of particles that can be removed by oxidation is actually the amount of oxygen in the exhaust gas.
  • the temperature TF of the particulate filter 22 has the greatest influence on the amount G of particles that can be removed by oxidation, and the relatively large influences are the oxygen concentration and NO in the exhaust gas. x concentration.
  • Fig. 7A shows the change in the temperature TF of the particulate filter 22 and the amount G of the particles that can be removed by oxidation when the oxygen in the exhaust gas changes
  • Fig. 7B shows the temperature of the particulate filter 22.
  • TF and N_ ⁇ x concentration in the exhaust gas shows a change in the changed Kino particulate removable by oxidation amount G. Incidentally, broken lines have you in FIG.
  • FIG. 7 A and 7 B shows when the oxygen concentration and NO x concentration in the exhaust gas which is a reference value, even Ri [0 2] J'll reference value in FIG. 7 A exhaust when high oxygen concentration in the gas, [O 2] 2 shows respectively the time [0 2] ⁇ Ri I is high more oxidation concentration in Fig. 7 B [N_ ⁇ ]! When is the concentration of NO x also in the exhaust gas Ri by reference value high, [NO] 2 [NO]! Shows respectively when the high further NO x concentration Ri good. Oxidation can be removed by itself when the oxygen concentration in the exhaust gas is high. Although the particle amount G increases, the amount of oxygen taken into the active oxygen releasing agent 61 increases, so that the active oxygen released from the active oxygen releasing agent 61 also increases. Therefore, as shown in FIG. 7A, the higher the oxygen concentration in the exhaust gas, the greater the amount G of particles that can be removed by oxidation.
  • NO in the exhaust gas will be is to N0 2 is oxidized to have you on the surface of the platinum P t to cormorants I mentioned above. Part of the NO 2 thus generated is absorbed into the active oxygen releasing agent 61, and the remaining N 2 is released from the surface of the platinum Pt to the outside. At this time, when the fine particles come into contact with NO 2 , the oxidation reaction is accelerated. Therefore, as shown in FIG. 7B, the higher the NO x concentration in the exhaust gas, the larger the amount G of fine particles that can be oxidized and removed. However, the effect of NO 2 to promote the oxidation of fine particles occurs only when the exhaust gas temperature is approximately between 250 ° C. and 450 ° C. As shown in FIG. oxidation amount G of the particulate removable increases when during the concentration of NO x becomes higher when the particulate rate off Inoreta 2 2 temperature TF is approximately 2 5 0 ° C from 4 5 0 ° C.
  • the amount G of the oxidizable / removable fine particles is calculated in consideration of all the factors affecting the amount G of the oxidizable / removable fine particles.
  • the temperature TF of the particulate filter 22 which has the largest influence on the amount G of particles that can be oxidized and removed among these factors, and the oxygen concentration in the exhaust gas which has a relatively large influence and NO x concentration only on the basis that the earthenware pots by calculating the particulate removable by oxidation amount G.
  • each temperature TF 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 5 0 ° C, 4 0 0 ° C, 4 5 0 ° C
  • G an oxygen concentration [O 2] in the respective exhaust gas [NO] in
  • each Patikiyure one preparative filter 2 second temperature TF, oxidation concentration [0 2] and concentration of NO x [NO] removable by oxidation fine particles amount G corresponding to is shown in 8 F from FIG. 8 A Calculated by pro-rata from the map.
  • the oxygen concentration in the exhaust gas [0 2] and concentration of NO x [NO] can be detected using an oxygen concentration sensor and NO x concentration sensor.
  • the oxygen concentration [O 2 ] in the exhaust gas is previously stored in the ROM 32 in the form of a map as shown in FIG. 9A as a function of the required torque TQ and the engine speed N. are stored, is stored in advance in the R OM 3 in 2 in the form of the NO x concentration in the exhaust gas [NO] be a function of the required torque TQ and engine speed N Una by FIG 9 B map From these maps, the oxygen concentration [O 2 ] and NO x concentration [NO] in the exhaust gas are calculated.
  • the amount M of discharged particulates varies depending on the engine type, but when the engine type is determined, it becomes a function of the required torque TQ and engine speed N.
  • 1 0 A shows the amount M of discharged particulate of the internal combustion engine shown in FIG. 1, each curve, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, M 5 is equal discharged particulate amount (lambda ⁇ Ku M 2 ⁇ M 3 ⁇ M 4 ⁇ M 5 ).
  • the amount M of discharged particulate increases as the required torque TQ increases.
  • the amount M of discharged particulate shown in FIG. 10A is stored in advance in the ROM 32 as a function of the required torque TQ and the engine speed N in the form of a map shown in FIG. 10B.
  • the amount M of discharged fine particles exceeds the amount G of fine particles that can be removed by oxidation
  • the amount M of discharged fine particles or the amount of oxidized particles is set so that the amount M of discharged fine particles becomes smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation. At least one of the amount G of removable fine particles is controlled.
  • the amount M of discharged particles is slightly larger than the amount G of particles that can be removed by oxidation.
  • the amount of fine particles deposited on the particulate filter 22 is not so large. Therefore, when the amount M of discharged fine particles becomes larger than the allowable amount (G + ⁇ ) obtained by adding a small constant value ⁇ to the amount G of fine particles removable by oxidation, the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles removable by oxidation. At least one of the amount M of discharged fine particles and the amount G of fine particles that can be removed by oxidation may be controlled so as to reduce the amount of fine particles.
  • step 100 the opening of the throttle valve 17 is controlled, and then, in step 101, the opening of the EGR control valve 25 is controlled.
  • step 102 injection control from the fuel injection valve 6 is performed.
  • step 103 the amount M of discharged fine particles is calculated from the map shown in FIG. 10B.
  • Sutetsu flop 1 0 4 8 from the map shown in 8 F from A of the particulate Kyure preparative filter 2 2 temperature TF, the concentration of NO x in oxygen concentration [0 2] and the exhaust gas in the exhaust gas [NO]
  • the corresponding oxidizable / removable particle amount G is calculated.
  • step 105 it is determined whether or not a flag indicating that the amount M of discharged particulate has become larger than the amount G of particulate that can be removed by oxidation is set. If the flag has not been set, the routine proceeds to step 106, where it is determined whether or not the amount M of discharged fine particles has become larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • M ⁇ G that is, when the amount M of discharged fine particles is the same as the amount M of fine particles removable by oxidation or smaller than the amount G of fine particles removable by oxidation, the processing cycle is completed.
  • step 106 determines whether M> G, that is, if the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation. If it is determined in step 106 that M> G, that is, if the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, the process proceeds to step 107 and the flag is set. And then go to step 108. When the flag is set, the subsequent processing The kuru jumps from step 105 to step 108.
  • step 108 the amount M of discharged fine particles is compared with a control release value (G-i3) obtained by subtracting a constant value 3 from the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
  • M ⁇ G—] 3 that is, when the amount M of discharged particulates is larger than the control release value (G—] 3
  • the routine proceeds to step 109, where the particulate finolators 22 perform continuous oxidation of particulates. Control to continue is performed. That is, at least one of the amount M of discharged fine particles and the amount G of fine particles removable by oxidation is controlled so that the amount M of discharged fine particles becomes smaller than the amount G of fine particles removable by oxidation.
  • step 108 when it is determined in step 108 that M is smaller than G ⁇ / 3, that is, when the amount M of discharged particulates is smaller than the control release value (G ⁇ i3), the process proceeds to step 110 to return to the original operation. Control to gradually return to the state is performed, and the flag is reset.
  • the continuous oxidation continuation control performed in step 109 of FIG. 11 and the return control performed in step 110 of FIG. 11 can be performed in various ways. The various methods are described in order.
  • one of the methods for reducing the amount M of discharged fine particles to be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is to raise the temperature TF of the particulate filter 22. Therefore, a method of increasing the temperature TF of the particulate filter 22 will be described first.
  • One of the effective methods for increasing the temperature TF of the pasty filter 22 is to retard the fuel injection timing until after the compression top dead center. That is, normally the main fuel Q m is injected near compression top dead center as shown in the FIG. 1 2 (I). In this case, sea urchin main fuel Q injection timing of n is burning period becomes longer after the is retarded by shown in (II) of FIG. 1 2, the exhaust gas temperature rises in thus. Exhaust gas temperature rises Accordingly, the temperature TF of the particulate finalizer 22 increases, and as a result, the state becomes M and G.
  • the auxiliary fuel Qv is injected near the top dead center of the intake air in addition to the main fuel as shown in (III) of Fig. 12. Can also.
  • the temperature TF of the particulate filter 22 can be immediately increased, and the temperature TF of the particulate filter 22 can be increased quickly by using the method of FIG. ),
  • the auxiliary fuel Q p during the expansion stroke or the exhaust stroke can be a child injection.
  • the auxiliary fuel Q p most is discharged into the exhaust passage in the form of unburned HC without having to go to burn
  • the unburned HC is oxidized by excess oxygen on the particulate filter 22, and the heat of the oxidation reaction generated at this time raises the temperature TF of the particulate filter 22.
  • This low temperature combustion has the feature that it is a child reduced generation amount of the NO x 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 the combustion temperature is suppressed to a low temperature, so that the excess fuel does not grow into soot, thus producing smoke. There is no. In addition, only occur a small amount also extremely this and can NO x. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean or when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated when the combustion temperature increases, but the combustion temperature is suppressed to a low temperature under low-temperature combustion.
  • the solid line in Fig. 14A shows the relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 and the crank angle when the low-temperature combustion was performed, and the broken line in Fig. 14A shows the normal combustion.
  • the graph shows the relationship between the average gas temperature T g in the combustion chamber 5 and the crank angle at the time of the operation.
  • the solid line in Fig. 14B shows the relationship between the fuel and surrounding gas temperature Tf and the crank angle when low-temperature combustion is performed, and the dashed line in Fig. 14B shows normal combustion.
  • the graph shows the relationship between the temperature of fuel and the surrounding gas temperature T f and the crank angle.
  • the average gas temperature Tg at the time of low-temperature combustion shown by the solid line is a broken line as shown in Fig. 14A. It is higher than the average gas temperature Tg during normal combustion shown.
  • the fuel and the surrounding gas temperature T f are almost the same as the average gas temperature T g.
  • the temperature is lower when normal combustion is performed than when low-temperature combustion is performed.Therefore, as shown in Figure 14A, combustion near compression top dead center is performed.
  • the average gas temperature T g in the chamber 5 is higher when low-temperature combustion is performed than when normal combustion is performed.
  • the burned gas temperature in the combustion chamber 5 after the completion of combustion is lower in the case of low-temperature combustion than in the case of normal combustion.
  • the low temperature combustion increases the exhaust gas temperature.
  • FIG. 15 shows an internal combustion engine suitable for performing this method.
  • a hydrocarbon supply device 70 is disposed in an exhaust pipe 20.
  • hydrocarbon is supplied from the hydrocarbon supply device 70 into the exhaust pipe 20.
  • This hydrocarbon is oxidized by excess oxygen on the particulate filter 22, and the heat of the oxidation reaction at this time raises the temperature TF of the particulate filter 22.
  • the supply of hydrocarbons from the hydrocarbon supply device 70 is stopped.
  • the hydrocarbon supply device 70 may be arranged anywhere between the particulate filter 22 and the exhaust port 10.
  • FIG. 16 shows an internal combustion engine suitable for carrying out this method.
  • an exhaust control valve 73 driven by an actuator 72 is disposed in an exhaust pipe 71 downstream of the particulate filter 22.
  • step 109 the exhaust control valve 73 is almost fully closed in step 109.
  • the amount of injection of the main fuel Q m in order to prevent the decrease in the engine output torque by a child of the exhaust control valve 7 3 almost fully closed is made to increase.
  • the exhaust control valve 73 is almost fully closed, the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 73, that is, the back pressure increases.
  • 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 therefore the temperature does not decrease so much.
  • step 1 1 0 is determined to be M rather G-3
  • Step 1 0 8 1 bulking effect of the amount of injection of the main fuel Q n is stopped You.
  • FIG. 17 shows an internal combustion engine suitable for performing this method.
  • a waste gate valve 76 controlled by an actuator 75 is disposed in an exhaust bypass passage 74 bypassing the exhaust turbine 21.
  • the actuator 75 normally controls the opening of the waste gate valve 76 in response to the pressure in the surge tank 12, that is, the supercharging pressure so that the supercharging pressure does not exceed a certain pressure. .
  • the waste gate valve 76 is fully opened in step 109.
  • the temperature drops.
  • the waste gate valve 76 is fully opened, most of the exhaust gas flows through the exhaust bypass passage 74, so that the temperature does not drop.
  • the temperature of the particulate filter 22 rises.
  • the waste gate valve 76 is closed in step 110 to prevent the supercharging pressure from exceeding a certain pressure.
  • the opening of the West gate valve 76 is controlled.
  • the low-temperature combustion described above can be used as a method of reducing the amount PM of emitted particulates, but another effective method is a method of controlling fuel injection. For example, when the fuel injection amount is reduced, sufficient air is present around the injected fuel, and thus the amount M of discharged particulates is reduced.
  • step 109 when the amount M of discharged particulates is reduced by controlling the fuel injection, if it is determined that M> G in step 106 of FIG. 11, step 109 In this case, the fuel injection amount is reduced, or the fuel injection timing is advanced or the injection pressure is increased, or the pilot injection is stopped, thereby reducing the amount M of discharged particulates. I'm sullen.
  • step 110 when it is determined in step 110 of FIG. 11 that M is less than G—3, in step 110, the fuel injection state is returned to the original state.
  • step 110 of FIG. 11 when it is determined that M> G in step 106 of FIG. 11, the opening of the EGR control valve 25 is reduced in step 109 to reduce the EGR rate.
  • the EGR rate decreases, the amount of air around the injected fuel increases, and thus the amount M of discharged particulates decreases.
  • step 110 if it is determined in step 110 of FIG. 11 that M is less than G_i3, in step 110 the EGR rate is increased to the original EGR rate.
  • step 110 the supercharging pressure is returned to the original supercharging pressure.
  • a method for increasing the oxygen concentration in the exhaust gas to satisfy M ⁇ G will be described. As the oxygen concentration in the exhaust gas increases, the amount of fine particles G that can be removed by oxidation alone increases, but the amount of oxygen taken into the active oxygen releasing agent 61 further increases. The amount of active oxygen to be removed increases, and thus the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases.
  • One way to implement this method is to control the EGR rate. That is, if it is determined in step 106 of FIG. 11 that M> G, the opening of the EGR control valve 25 is reduced in step 109 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.
  • the EGR rate decreases, the amount M of emitted particulates decreases as described above. Therefore, when the EGR rate decreases, M ⁇ G rapidly.
  • step 110 determines it is determined in step 110 of FIG. 11 that M is less than G—] 3
  • the EGR rate is returned to the original EGR rate.
  • the exhaust pipe 77 between the exhaust turbine 21 and the particulate filter 22 is connected to the intake duct 13 via the secondary air supply pipe 78, and A supply control valve 79 is disposed in the secondary air supply conduit 78.
  • the secondary air supply conduit 78 is connected to an engine-driven air pump 80.
  • the supply position of the secondary air into the exhaust passage may be anywhere between the particulate filter 22 and the exhaust port 10.
  • step 106 of FIG. 19 if it is determined that M> G in step 106 of FIG.
  • the supply control valve 79 is opened. As a result, the secondary air is supplied from the secondary air supply conduit 78 to the exhaust pipe 77, and the oxygen concentration in the exhaust gas is increased.
  • step 110 of FIG. 11 when it is determined in step 110 of FIG. 11 that M is less than G—in step 110, the supply control valve 79 is closed.
  • the amount of oxidized and removed particles GG that can be oxidized per unit time on the particulate filter 22 is sequentially calculated, and when the amount of discharged particles M exceeds the calculated amount of oxidized and removed particles GG, M becomes GG.
  • An embodiment will be described in which at least one of the amount M of discharged fine particles and the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is controlled.
  • the fine particles adhere to the particulate filter 22 the fine particles are oxidized within a short period of time, but before the fine particles are completely oxidized and removed, other fine particles are successively removed. Adheres to the particulate filter 22. Therefore, in practice, a certain amount of fine particles is constantly deposited on the particulate filter 22, and some of the deposited fine particles are oxidized and removed. In this case, if the fine particles GG to be oxidized and removed per unit time are the same as the amount M of the discharged fine particles, all the fine particles in the exhaust gas are oxidized and removed on the particulate filter 22.
  • the amount M of discharged fine particles exceeds the amount GG of fine particles that can be oxidized and removed per unit time, the amount of fine particles deposited on the particulate finoleta 22 gradually increases, and finally the fine particles are stacked. It accumulates at low temperatures and cannot ignite at low temperatures.
  • the amount M of discharged fine particles is When the temperature exceeds G, the temperature TF of the particulate filter 22 and the amount M of discharged particulates are controlled so that M and GG are obtained.
  • the amount of oxidized fine particles G can be expressed by the following equation.
  • C is a constant
  • E is the activation energy
  • R is the gas constant
  • T is the temperature TF of the particulate filter 22
  • [PM] is the concentration of particles deposited on the particulate filter 22 (molZcm 2)
  • [NO] represents the concentration of NO x in the exhaust gas respectively.
  • the amount GG of the particles removed by oxidation is actually the concentration of unburned HC in the exhaust gas, the degree of oxidation of the particles, the space velocity of the exhaust gas flow in the particulate filter 22, the exhaust gas pressure, etc.
  • the amount GG of the particles removed by oxidation increases exponentially as the temperature TF of the particulate filter 22 increases. Also, as the deposition concentration [PM] of the fine particles increases, the amount of the fine particles to be oxidized and removed increases, so that the amount GG of the oxidation-removed fine particles increases as the “PM” increases.
  • NO x concentration [NO] is high the oxide removal particulate amount GG since the amount of generated by Uni N0 2 described above is increased in the exhaust gas you increase.
  • conversion of NO to N 0 2 is sea urchin I described above exhaust gas temperature does not occur only between approximately 4 5 0 ° C from about 2 5 0 ° C. Therefore, the relationship between the NO x concentration [NO] in the exhaust gas and [NO] in the above equation is that when the exhaust gas temperature is approximately between 250 ° C. and 450 ° C., the relationship in FIG. As shown by the solid line [NO] n !, [NO) increases as [NO] increases. However, when the exhaust gas temperature is approximately 250 ° C or lower or approximately 450 ° C or higher, FIG. As shown by the solid line [NO] "in C, [NO] n is almost zero regardless of [NO].
  • the amount of oxidized and removed fine particles GG is calculated based on the above equation every time a predetermined time elapses. If the amount of fine particles deposited at this time is PM (g), fine particles corresponding to the amount of oxygen-removed fine particles GG are removed from the fine particles, and fine particles corresponding to the amount of discharged fine particles M are newly added to the particulate filter 22. Stick on top. Therefore, the final accumulation amount of fine particles is expressed by the following equation.
  • step 200 the opening of the throttle valve 17 is controlled, and then, in step 201, the opening of the EGR control valve 25 is controlled.
  • step 202 injection control from the fuel injection valve 6 is performed.
  • step 1 ⁇ 3 the amount M of discharged particulate is calculated from the map shown in FIG. 10B.
  • step 204 the amount of oxidized and removed fine particles GG is calculated based on the following equation.
  • step 205 the final fine particle deposition amount PM is calculated based on the following equation.
  • step 206 it is determined whether or not a flag indicating that the amount M of discharged fine particles has become larger than the amount GG of oxidation-removed fine particles has been set. If the flag has not been set, the routine proceeds to step 207, where it is determined whether or not the amount M of discharged fine particles has become larger than the amount GG of particles that can be removed by oxidation.
  • M ⁇ G G that is, when the amount M of discharged fine particles is smaller than the amount G G of fine particles removed by oxidation, the processing cycle is completed.
  • step 207 when it is determined in step 207 that M> GG, that is, when the amount M of discharged fine particles is larger than the amount GG of oxidized and removed fine particles, the process proceeds to step 208 and a flag is set. Then, go to step 209. When the flag is set, the next processing cycle jumps to step 209 in step 206.
  • step 209 the amount M of discharged fine particles is compared with the control release value (G G —) obtained by subtracting the constant value (3) from the amount of oxidized fine particles GG.
  • M ⁇ GG—) 3 that is, when the amount M of discharged particulates is larger than the control release value (GG-3)
  • the process proceeds to step 210 and the particulate filter 22 continuously oxidizes in the particulate filter 22.
  • Control that is, as described above, to increase the temperature TF of the particulate filter 22 or to reduce the amount M of discharged particulates, or to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas. Control for raising is performed.
  • step 209 if it is determined in step 209 that M has become GG ⁇ / 3, that is, if the amount M of discharged particulates has become smaller than the control release value (GG-i3), the flow proceeds to step 211 to return to the original operation. Control to gradually return to the state Is performed and the flag is reset.
  • 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 active oxygen releasing agent are supported on this carrier.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate Kiyu, single preparative filter 2 2 on the support is in-out bets rie down absorbs NO x contained in the exhaust gas particulate rate filter 2 2 air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas can also Turkey by supporting the NO x absorbent to release the NO x absorbed and becomes the stoichiometric air-fuel ratio or Li pitch on.
  • the noble metal platinum P t is used to cormorants I mentioned above, NO x absorbent and to the Ca Li um K, Na Application Benefits um N a, Lithium L i, cesium C s, Norebijiumu Alkali metals such as Rb, Norium Ba, Canoledium Ca, Strontium Sr Alkaline earths, Lanthanum La, rare earths such as yttrium Y At least one selected from the list is used. Note that largely match the metal constituting the metal forming the NO x absorbent in earthenware pots by seen in comparison with the metal comprising the active oxygen release agent described above, the active oxygen release agent.
  • the NO x absorbent and the active oxygen release agent and to mutually different metals may also Mochiiruko, the same metal may also Mochiiruko. And this fulfilling both functions of the function of the function and the active oxygen release agent as the the NO x absorbent simultaneously in the case of using the same metal as the the NO x absorbent and the active oxygen release agent become.
  • NO x Considering the absorption of the First NO x Figure 4 A It is absorbed by the NO x absorbent by the same mechanism as shown in Fig. 1. However, in this case, reference numeral 61 in FIG. 4A indicates a NO x absorbent.
  • gas inflow passages 5 when flowing into the 0 4 these oxygen 0 2 in earthenware pots by shown in a is O 2 - or O 2 - is in the form of adhering to the surface of the platinum P t.
  • NO in the exhaust gas is 0 on the surface of the platinum P t 2 - or O 2 and reacts, that Do and NO 2 (2 NO + O 2 ⁇ 2 N 0 2).
  • particulate rate filter 2 2 When the inflowing exhaust gas becomes re pitch nitrate ion N0 3 - is decomposed into oxygen and O and NO, the next one we next from the NO x absorbent 6 1 NO Is released.
  • particulate queue air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the rate filter 2 2 is NO from the NO x absorbent 61 to Chi sac short time become re Tutsi emitted, released NO in Shikamoko is reduced NO is not released into the atmosphere.
  • the NO x absorbent when the the NO x absorbent or the active oxygen release-N_ ⁇ x absorbent is used NO x
  • NO x absorbent or active oxygen air-fuel ratio of the exhaust gas flowing from the discharge ⁇ NO x absorbent Patikiyu, single preparative filter 2 2 in order to release the NO x is temporarily re Tsu I will be hurt. That is, the air-fuel ratio is temporarily refilled occasionally when combustion is performed under the lean air-fuel ratio.
  • the present invention can be applied to a case where only a noble metal such as platinum Pt is supported on a carrier layer formed on both side surfaces of the particulate filter 22.
  • a noble metal such as platinum Pt
  • the solid line indicating the amount of fine particles G that can be removed by oxidation moves slightly to the right as compared with the solid line shown in FIG. The active oxygen from the N0 2 or SO 3 held on the surface of the platinum P t is released in the case.
  • active oxygen release agent N0 2 or S 0 3 adsorbed and held can also be used these adsorbed NO 2 or catalyst Ru bovine release active oxygen from the SO 3.
  • the present invention is to place the acid catalyst to Patikyure bets filter upstream of the exhaust passage to convert the NO in by Ri exhaust gas to the oxidation catalyst NO 2, in the N0 2 and particulate rate on the filter reacting the deposited fine particles are also applicable to exhaust gas purifying apparatus was by Unishi to oxidize by Ri particles to the N0 2.

Description

明 細 書 排気ガス浄化方法 技術分野
本発明は排気ガス浄化方法に関する。 背景技術
従来よ りディ一ゼル機関においては、 排気ガス中に含まれる微粒 子を除去するために機関排気通路内にパティ キュ レー トフィルタを 配置してこのパティ キュ レー トフィルタによ り排気ガス中の微粒子 を一旦捕集し、 パティ キユ レ一 トフィルタ上に捕集された微粒子を 着火燃焼せしめるこ とによ りパティキュ レー トフィルタを再生する よ う にしている。 と ころがパティキユ レ一 トフィルタ上に捕集され た微粒子は 6 0 0 °C程度以上の高温にならないと着火せず、 これに 対してディ一ゼル機関の排気ガス温は通常、 6 0 0 °Cよ り もかなり 低い。 従って排気ガス熱でもってパティ キユ レ一 トフィルタ上に捕 集された微粒子を着火させるのは困難であり 、 排気ガス熱でもって パティキュ レー ト フィルタ上に捕集された微粒子を着火させるため には微粒子の着火温度を低く しなければならない。
と ころで従来よ りパティキュ レー ト フィルタ上に触媒を担持すれ ば微粒子の着火温度を低下できるこ とが知られており 、 従って従来 よ り微粒子の着火温度を低下させるために触媒を担持した種々のパ ティキュ レー トフィルタが公知である。
例えば特公平 7— 1 0 6 2 9 0号公報にはパティ キュ レー トフィ ルタ上に白金族金属およびアルカ リ 土類金属酸化物の混合物を担持 させたパティキユレ一 トフィルタが開示されている。 このパティ キ ユ レ一 ト フィルタではほぼ 3 5 ϋ °Cから 4 0 0 °Cの比較的低温でも つて微粒子が着火され、 次いで連続的に燃焼せしめられる。
ディーゼル機関では負荷が高く なれば排気ガス温が 3 5 0 °Cから 4 0 0 °Cに達し、 従って上述のパティ キュレー トフィルタでは一見 したと ころ機関負荷が高く なつたときに排気ガス熱によつて微粒子 を着火燃焼せしめるこ とができるよ う に見える。 しかしながら実際 には排気ガス温が 3 5 0 °Cから 4 0 0 °Cに達しても微粒子が着火し ない場合があり 、 またたとえ微粒子が着火したと しても一部の微粒 子しか燃焼せず、 多量の微粒子が燃え残る という問題を生ずる。
即ち、 排気ガス中に含まれる微粒子量が少ないときにはパティ キ ユ レ一トフィルタ上に付着する微粒子量が少なく 、 このときには排 気ガス温が 3 5 0 °Cから 4 0 0 °Cになる とパティ キュ レー トフィル タ上の微粒子は着火し、 次いで連続的に燃焼せしめられる。
しかしながら排気ガス中に含まれる微粒子量が多く なる とパティ キュレー トフィルタ上に付着した微粒子が完全に燃焼する前にこの 微粒子の上に別の微粒子が堆積し、 その結果パティキュ レー トフィ ルタ上に微粒子が積層状に堆積する。 このよ う にパティ キユ レ一 ト フィルタ上に微粒子が積層状に堆積する と酸素と接触しやすい一部 の微粒子は燃焼せしめられるが酸素と接触しずらい残り の微粒子は 燃焼せず、 斯く して多量の微粒子が燃え残るこ とになる。 従って排 気ガス中に含まれる微粒子量が多く なる とパティ キユ レ一 ト フ ィル タ上に多量の微粒子が堆積し続けるこ とになる。
一方、 パティ キュ レー ト フィルタ上に多量の微粒子が堆積する と これら堆積した微粒子は次第に着火燃焼しずら く なる。 このよ うに 燃焼しずらく なるのはおそらく堆積している間に微粒子中の炭素が 燃焼しずらいグラフイイ ト等に変化するからである と考えられる。 事実、 パティ キュ レー トフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続ける と 3 5 0 °Cから 4 0 0 °Cの低温では堆積した微粒子が着火せず、 堆 積した微粒子を着火せしめるためには 6 0 0 °C以上の高温が必要と なる。 しかしながらディーゼル機関では通常、 排気ガス温が 6 0 0 °C以上の高温になるこ とがなく 、 従ってパティ キユ レ一 トフィルタ 上に多量の微粒子が堆積し続ける と排気ガス熱によって堆積した微 粒子を着火せしめるのが困難となる。
一方、 このとき排気ガス温を 6 0 0 °C以上の高温にするこ とがで きたとする と堆積した微粒子は着火するがこの場合には別の問題を 生ずる。 即ち、 この場合、 堆積した微粒子は着火せしめられる と輝 炎を発して燃焼し、 このと きパティ キュ レー トフィルタの温度は堆 積した微粒子の燃焼が完了するまで長時間に亘り 8 0 0 °C以上に維 持される。 しかしながらこのよ う にパティ キユ レ一 トフィルタが長 時間に亘り 8 0 0 °C以上の高温にさ らされる とパティ キユ レ一 ト フ ィルタが早期に劣化し、 斯く してパティ キュ レー トフィルタを新品 と早期に交換しなければならないという 問題が生ずる。
また、 堆積した微粒子が燃焼せしめられる とアッシュが凝縮して 大きな塊ま り となり、 これらア ッ シュの塊ま り によってパティ キュ レー ト フ ィルタの細孔が目詰ま り を生ずる。 目詰ま り した細孔の数 は時間の経過と共に次第に増大し、 斯く してパティ キュ レー トフィ ルタにおける排気ガス流の圧損が次第に大き く なる。 排気ガス流の 圧損が大き く なる と機関の出力が低下し、 斯く してこの点からもパ ティキュ レー ト フィルタを新品と早期に交換しなければならないと いう 問題が生ずる。
このよ う に多量の微粒子が一旦積層状に堆積してしま う と上述の 如き種々の問題が生じ、 従って排気ガス中に含まれる微粒子量とパ ティ キュ レー トフィルタ上において燃焼しう る微粒子量とのバラン スを考えて多量の微粒子が積層状に堆積しないよ う にする必要があ る。 しかしながら上述の公報に記載されたパティ キュ レー ト フィル タでは排気ガス中に含まれる微粒子量とパティキュ レー ト フィルタ 上において燃焼しう る微粒子量とのバラ ンスについては何ら考えて おらず、 斯く して上述したよ う に種々の問題を生じるこ とになる。
また、 上述の公報に記載されたパティキュレー トフィルタでは排 気ガス温が 3 5 0 °C以下になる と微粒子は着火されず、 斯く してパ ティキユ レ一 トフィルタ上に微粒子が堆積する。 この場合、 堆積量 が少なければ排気ガス温が 3 5 0 °Cから 4 0 0 °Cになったと きに堆 積した微粒子が燃焼せしめられるが多量の微粒子が積層状に堆積す る と排気ガス温が 3 5 0 °Cから 4 0 0 °Cになったと きに堆積した微 粒子が着火せず、 たとえ着火したと しても一部の微粒子は燃焼しな いために燃え残り が生じる。
この場合、 多量の微粒子が積層状に堆積する前に排気ガス温を上 昇させれば堆積した微粒子を燃え残るこ となく燃焼せしめるこ とが できるが上述の公報に記載されたパティキュ レー ト フィルタではこ のよ うなこ とは何ら考えておらず、 斯く して多量の微粒子が積層状 に堆積した場合には排気ガス温を 6 0 0 °C以上に上昇させない限り 、 堆積した全微粒子を燃焼させるこ とができない。 発明の開示
本発明の目的は、 排気ガス中の微粒子をパティ キュ レー ト フィル タ上において連続的に酸化除去するこ と のできる排気ガス浄化方法 を提供するこ とにある。
また、 本発明の別の目的は、 排気ガス中の微粒子をパティ キユ レ ー トフィルタ上において連続的に酸化除去するこ とができかつ同時 に排気ガス中の N〇x を除去するこ とのできる排気ガス浄化方法を 提供するこ とにある。 本発明によれば、 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除 去するためのパティキュ レー トフィルタ上に、 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活性酸素放出剤を担持 させ、 パティキユ レ一 トフィルタに流入する排気ガスの空燃比を通 常はリ ーンに維持する と共に時折一時的にリ ツチに切換えて排気ガ スの空燃比がリ ツチに切換えられたと きには活性酸素放出剤から放 出される活性酸素によ りパティ キュ レー トフ ィルタ上の微粒子の酸 化反応を促進させ、 それによつてパティ 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排気ガス浄化方 法が提供される。
また、 本発明によれば、 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒 子を除去するためのパティ キュ レー トフィルタ上に、 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 と共に、 パティ キュ レー ト フィルタに流入する排気ガスの空燃比が リ ーンのときに は排気ガス中の N O x を吸収しパティ キュ レー トフィルタに流入す 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 N O x を放出する活性酸素放出 · N O x 吸収剤を担持させ、 パティ キュ レー ト フィルタに流入する排気ガスの空燃比を通常はリ ーンに維持 する と共に時折一時的に リ ツチに切換えて排気ガスの空燃比がリ ッ チに切換えられたときには活性酸素放出 · N O x 吸収剤から放出さ れる活性酸素によ りパティ キュ レー ト フィルタ上の微粒子の酸化反 応を促進させる と共に、 活性酸素放出 · Ν Ο χ 吸収剤から放出され る Ν〇χ を還元させ、 それによつてパティ 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 と共に、 同時 に排気ガス中の Ν Ο χ が除去せしめられる排気ガス浄化方法が提供 される。 図面の簡単な説明
図 1 は内燃機関の全体図、 図 2 A， 2 Bは機関の要求トルクを示 す図、 図 3 A， 3 Bはパティキュレー トフィルタを示す図、 図 4 A ， 4 Bは微粒子の酸化作用を説明するための図、 図 5 Aから 5 Cは 微粒子の堆積作用を説明するための図、 図 6は酸化除去可能微粒子 量とパティキユ レ一 トフィルタの温度との関係を示す図、 図 7 A， 7 Bは酸化除去可能微粒子量を示す図、 図 8 Aから 8 Fは酸化除去 可能微粒子量 Gのマップを示す図、 図 9 A， 9 Bは排気ガス中の酸 素濃度および NOx 濃度のマップを示す図、 図 1 0 A， 1 0 Bは排 出微粒子量を示す図、 図 1 1 は機関の運転を制御するためのフロー チャー ト、 図 1 2は噴射制御を説明するための図、 図 1 3はスモー クの発生量を示す図、 図 1 4 A， 1 4 Bは燃焼室内のガス温等を示 す図、 図 1 5は内燃機関の別の実施例を示す全体図、 図 1 6は内燃 機関の更に別の実施例を示す全体図、 図 1 7は内燃機関の更に別の 実施例を示す全体図、 図 1 8は内燃機関の更に別の実施例を示す全 体図、 図 1 9は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、 図 2 O A から 2 0 Cは微粒子の堆積濃度等を示す図、 図 2 1 は機関の運転を 制御するためのフローチヤ一トである。 発明を実施するための最良の形態
図 1 は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している 。 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、 1 0は排気ポ — トを夫々示す。 吸気ポー ト 8 は対応する吸気枝管 1 1 を介してサ ージタンク 1 2に連結され、 サージタンク 1 2は吸気ダク ト 1 3 を 介して排気ターボチャージャ 1 4のコンプレッサ 1 5 に連結される 。 吸気ダク ト 1 3内にはステップモータ 1 6 によ り駆動されるス ロ ッ トル弁 1 7が配置され、 更に吸気ダク ト 1 3周 り には吸気ダク ト 1 3内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置 1 8が配置され る。 図 1 に示される実施例では機関冷却水が冷却装置 1 8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 1 0 は排気マ二ホル ド 1 9および排気管 2 0 を介して排気ターボ チャージャ 1 4 の排気タービン 2 1 に連結され、 排気タービン 2 1 の出口はパティ キュ レー ト フイノレタ 2 2 を内蔵したケーシング 2 3 に連結される。
排気マ二ホル ド 1 9 とサージタンク 1 2 とは排気ガス再循環 （以 下、 E G R と称す） 通路 2 4 を介して互いに連結され、 E G R通路 2 4内には電気制御式 E G R制御弁 2 5が配置される。 また、 E G R通路 2 4周り には E G R通路 2 4内を流れる E G Rガスを冷却す るための冷却装置 2 6が配置される。 図 1 に示される実施例では機 関冷却水が冷却装置 2 6 内に導びかれ、 機関冷却水によって E G R ガスが冷却される。 一方、 各燃料噴射弁 6 は燃料供給管 6 a を介し て燃料リ ザーバ、 いわゆるコモンレール 2 7 に連結される。 このコ モンレール 2 7 内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ 2 8か ら燃料が供給され、 コモンレール 2 7 内に供給された燃料は各燃料 供給管 6 a を介して燃料噴射弁 6 に供給される。 コモンレール 2 7 にはコモンレール 2 7 内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ 2 9が取付けられ、 燃料圧センサ 2 9 の出力信号に基づいてコモンレ ール 2 7 内の燃料圧が目標燃料圧となるよ う に燃料ポンプ 2 8の吐 出量が制御される。 電子制御ュニッ ト 3 0はデジタルコ ンピュータからなり、 双方向 性バス 3 1 によって互いに接続された R OM (リ ー ドオンリ メ モ リ ) 3 2、 R AM (ラ ンダムアクセスメ モ リ ） 3 3、 C P U (マイ ク 口プロセッサ） 3 4、 入力ポー ト 3 5および出力ポー ト 3 6を具備 する。 燃料圧センサ 2 9の出力信号は対応する A D変換器 3 7を介 して入力ポ一 ト 3 5に入力される。 また、 パティキュ レー ト フィル タ 2 2にはパティ キユレ一 トフィルタ 2 2の温度を検出するための 温度センサ 3 9が取付けられ、 この温度センサ 3 9の出力信号は対 応する A D変換器 3 7を介して入力ポー ト 3 5に入力される。 ァク セルペダル 4 0にはアクセルペダル 4 0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 4 1 が接続され、 負荷センサ 4 1の出 力電圧は対応する AD変換器 3 7を介して入力ポー ト 3 5に入力さ れる。 更に入力ポー ト 3 5にはク ランクシャ フ トが例えば 3 0 ° 回 転する毎に出力パルスを発生するク ラ ンク角センサ 4 2が接続され る。 一方、 出力ポー ト 3 6は対応する駆動回路 3 8 を介して燃料嘖 射弁 6、 スロ ッ トル弁駆動用ステップモータ 1 6、 E G R制御弁 2 5、 および燃料ポンプ 2 8に接続される。
図 2 Aは要求 トルク T Qと、 アクセルペダル 4 0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、 T Q = 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 T Q = a， T Q = b， T Q = c , T Q = 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 T Qは図 2 Bに示されるよ う にアクセルペダル 4 0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 R OM 3 2内に記憶されている。 本発明による実施例では図 2 Bに示 すマップからアクセルペダル 4 0の踏込み量 Lおよび機関回転数 N に応じた要求 トルク T Qがまず初めに算出され、 こ の要求 トルク T Qに基づいて燃料噴射量等が算出される。
図 3 Aおよび 3 Bにパティ キュレー トフィルタ 2 2の構造を示す 。 なお、 図 3 Aはパティキュ レー トフィルタ 2 2の正面図を示して おり、 図 3 Bはパティ キュ レー トフィルタ 2 2 の側面断面図を示し ている。 図 3 Aおよび 3 Bに示されるよ う にパティキュ レー ト フィ ルタ 2 2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 5 0， 5 1 を具備する。 これら排気流通路は下 流端が栓 5 2 によ り 閉塞された排気ガス流入通路 5 0 と、 上流端が 栓 5 3 によ り 閉塞された排気ガス流出通路 5 1 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 5 3 を示して いる。 従って排気ガス流入通路 5 0および排気ガス流出通路 5 1 は 薄肉の隔壁 5 4 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 5 0および排気ガス流出通路 5 1 は各排気ガス流入通路 5 0が 4つの排気ガス流出通路 5 1 によって包囲され、 各排気ガス流 出通路 5 1 が 4つの排気ガス流入通路 5 0によって包囲されるよ う に配置される。
パティ キユ レ一 ト フイノレタ 2 2は例えばコージライ トのよ う な多 孔質材料から形成されており 、 従って排気ガス流入通路 5 0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 5 4内を通って隣接する排気ガス流出通路 5 1 内に流出する。
本発明による実施例では各排気ガス流入通路 5 0および各排気ガ ス流出通路 5 1 の周壁面、 即ち各隔壁 5 4 の両側表面上および隔壁 5 4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活性酸素放出剤が担持 されている。 この場合、 本発明に る実施例では貴金属触媒と して白金 P t が 用いられており、 活性 素放出剤と してカ リ ウム K、 ナ ト リ ウム Ν a 、 リ チウム L i 、 セシウム C s 、 ノレビジゥム R bのよ うなアル力 リ金属、 バリ ウム B a 、 カルシウム C a 、 ス ト ロ ンチウム S r のよ うなアルカ リ土類金属、 ランタン L a 、 イ ッ ト リ ウム Y、 セリ ウム C e のよ うな希土類、 および錫 S n、 鉄 F e のよ う な遷移金属から 選ばれた少く と も一つが用いられている。
なお、 この場合活性酸素放出剤と してはカルシウム C a よ り もィ オン化傾向の高いアル力 リ金属又はアル力 リ 土類金属、 即ち力 リ ゥ ム 1：、 リ チウム L i 、 セシウム C s 、 ノレビジゥム R b 、 ノ リ ウム B a 、 ス ト ロ ンチウム S r を用いる力、、 或いはセ リ ウム C e を用いる こ とが好ま しい。
次にパティ キュ レー トフィルタ 2 2 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 P t および力 リ ゥム 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 N Oが発生するので排気ガス中には N Oが含まれて いる。 また、 燃料中にはィォゥ Sが含まれており、 このィォゥ Sは 燃焼室 5 内で酸素と反応して S 0 2 となる。 従って排気ガス中には S〇2 が含まれている。 従って過剰酸素、 N Oおよび S〇2 を含ん だ排気ガスがパティ キュレー ト フィルタ 2 2の排気ガス流入通路 5 0内に流入するこ とになる。
図 4 Aおよび 4 Bは排気ガス流入通路 5 0の内周面および隔壁 5 4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 4 Bにおいて 6 0は白金 P t の 粒子を示しており、 6 1 はカ リ ウム Kを含んでいる活性酸素放出剤 を示している。
上述したよ う に排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているの で排気ガスがパティ キュ レー トフィルタ 2 2の排気ガス流入通路 5 0内に流入する と図 4 Aに示されるよ う にこれら酸素 02 が 02 ― 又は〇 2—の形で白金 P t の表面に付着する。 一方、 排気ガス中の N Oは白金 P t の表面上で O2 ― 又は O2 と反応し、 N 02 となる （ 2 N O + 02 → 2 N O2 ) 。 次いで生成された N02 の一部は白金 P t上で酸化されつつ活性酸素放出剤 6 1 内に吸収され、 力 リ ゥム 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 で活性酸素放出剤 6 1 内に拡散し、 一部の硝酸イオン N O3 は硝 酸カ リ ウム KNO3 を生成する。
一方、 上述したよ う に排気ガス中には S〇2 も含まれており、 こ の S O2 も N Oと同様なメ力二ズムによつて活性酸素放出剤 6 1 内 に吸収される。 即ち、 上述したよ う に酸素〇2 が o2 ― 又は〇2 の 形で白金 P t の表面に付着しており 、 排気ガス中の S O 2 は白金 P t の表面で 02 ― 又は〇2— と反応して so3 となる。 次いで生成さ れた S O 3 の一部は白金 P t 上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤 6 1 内に吸収され、 カ リ ゥム Kと結合しながら硫酸イオン S〇4 2— の形で活性酸素放出剤 6 1 内に拡散し、 硫酸カ リ ウム K2 S 04 を 生成する。 このよ う にして活性酸素放出触媒 6 1 内には硝酸力 リ ウ ム KN〇3 および硫酸カ リ ウム K2 S 04 が生成される。
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 T/JP01/01099 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ユレ一 ト フィルタ 2 2の排気ガス流入通路 5 0内を流れているときに、 或い は排気ガス流入通路 5 0から排気ガス流出通路 5 1 に向かう ときに 図 4 Bにおいて 6 2で示されるように担体層の表面、 例えば活性酸 素放出剤 6 1の表面上に接触し、 付着する。
このよ うに微粒子 6 2が活性酸素放出剤 6 1 の表面上に付着する と微粒子 6 2 と活性酸素放出剤 6 1 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活性酸素放出剤 6 1 内 との間で濃度差が生じ、 斯く して活性酸素放出剤 6 1 内の酸素が微 粒子 6 2 と活性酸素放出剤 6 1 との接触面に向けて移動しょ う とす る。 その結果、 活性酸素放出剤 6 1 内に形成されている硝酸カ リ ゥ 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 6 2 と活性酸素放出剤 6 1 との接触面に向かい、 NOが活性酸 素放出剤 6 1 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 P t上において酸化され、 再び活性酸素放出剤 6 1 内に吸 収される。
一方、 このとき活性酸素放出剤 6 1 内に形成されている硫酸カ リ ゥム K2 S 04 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 6 2 と活性酸素放出剤 6 1 との接触面に向かい、 S 02 が活性酸素放出剤 6 1 から外部に放出される。 外部に放出された S O2 は下流側の白金 P t上において酸化され、 再び活性酸素放出剤 6 1 内に吸収される。
一方、 微粒子 6 2 と活性酸素放出剤 6 1 との接触面に向かう酸素 Oは硝酸カ リ ウム KN 03 や硫酸カ リ ウム K2 S O4 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〇は高い 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 6 2 と活性酸素放出剤 6 1 との接触面に向かう酸素は活性酸素 Oとな つている。 これら活性酸素 Oが微粒子 6 2に接触する と微粒子 6 2 の酸化作用が促進され、 微粒子 6 2は数分から数 1 0分の短時間の う ちに輝炎を発するこ となく 酸化せしめられる。 このよ う に微粒子 6 2が酸化せしめられている間に他の微粒子が次から次へとパティ キュ レー トフィルタ 2 2 に付着する。 従って実際にはパティキユ レ — トフィルタ 2 2上には或る程度の量の微粒子が常時堆積しており 、 この堆積している微粒子のう ちの一部の微粒子が酸化除去せしめ られるこ とになる。 このよ う にしてパティ キュ レー トフィルタ 2 2 上に付着した微粒子 6 2が輝炎を発するこ となく連続燃焼せしめら れる。
なお、 N O x は酸素原子の結合および分離を繰返しつつ活性酸素 放出剤 6 1 内において硝酸イオン N O 3 の形で拡散するものと考え られ、 この間にも活性酸素が発生する。 微粒子 6 2 はこの活性酸素 によっても酸化せしめられる。 また、 このよ う にパティ キュ レー ト フィルタ 2 2上に付着した微粒子 6 2 は活性酸素 Oによつて酸化せ しめられるがこれら微粒子 6 2 は排気ガス中の酸素によっても酸化 せしめられる。
パティ キュ レー トフィルタ 2 2上に積層状に堆積した微粒子が燃 焼せしめられる ときにはパティ キュ レー トフィルタ 2 2 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 2 2 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 6 2 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 2 2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 なり低い温度でもつて^粒子 6 2が酸化除去せしめられている。 従 つて本発明による輝炎を発しない微粒子 6 2 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 ところで白金 P t および活性酸素放出剤 6 1 はパティキュレー ト フィルタ 2 2 の温度が高く なるほど活性化するので単位時間当 りに 活性酸素放出剤 6 1 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 2 2の温度が高くなるほど増大する。 また当然のこ とな がら微粒子は微粒子自身の温度が高いほど酸化除去されやすく なる 。 従ってパティキュレー トフィルタ 2 2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 ィキユ レ一ト フ ィルタ 2 2 の温度が高く なるほど増大する。
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を示しており、 図 6 の横軸はパティキュ レー トフイノレタ 2 2の温度 T Fを示している。 なお、 図 6は単位時 間を 1秒と した場合の、 即ち 1秒当 りの酸化除去可能微粒子量 Gを 示しているがこの単位時間と しては 1分、 1 0分等任意の時間を採 用するこ とができる。 例えば単位時間と して 1 0分を用いた場合に は単位時間当 りの酸化除去可能微粒子量 Gは 1 0分間当 りの酸化除 去可能微粒子量 Gを表すことになり、 この場合でもパティキュレー ト フィルタ 2 2上において単位時間当 りに輝炎を発することなく酸 化除去可能な酸化除去可能微粒子量 Gは図 6に示されるよ うにパテ ィキュレー トフィルタ 2 2の温度が高く なるほど増大する。
さて、 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が同じ単位時間当 りに酸 化除去可能微粒子 Gよ り も少ないとき、 例えば 1秒当 りの排出微粒 子量 Mが 1秒当 りの酸化除去可能微粒子量 Gよ り も少ないとき、 或 いは 1 0分当 りの排出微粒子量 Mが 1 0分当 りの酸化除去可能微粒 子量 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 2 2上において輝 炎を発するこ となく順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。
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 I Iでは全ての微粒子を順次酸化するには活 性酸素量が不足している。 図 5 A〜 5 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、 全ての微粒子を順次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 6 2が活性酸素放出剤 6 1上 に付着すると微粒子 6 2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 6 3によって覆われるよ うになる。
担体層の表面を覆う この残留微粒子部分 6 3は次第に酸化されに くいカーボン質に変質し、 斯く してこの残留微粒子部分 6 3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 6 3 によって覆われると白金 P t による N O， S〇2 の酸化作用および 活性酸素放出剤 6 1 からの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 6 3の上に別の微粒 子 6 4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 P tや活性酸素放出剤 6 1 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 6 4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 2 2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 、 或いはパティキユレ一 トフィルタ 2 2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 2 2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 I Iでは微粒子がパティ キュ レー トフィルタ 2 2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 2 2 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。
図 6からわかるよ うに本発明の実施例で用いられているパティキ ュ レー ト フィルタ 2 2ではパティ キュ レー トフイノレタ 2 2の温度 T F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 ィキユレ一トフィルタ 2 2の温度 T Fを排出微粒子量 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が可能である 。 従って本発明による実施例においては基本的に排出微粒子量 お よびパティキュレー トフィルタ 2 2の温度 T Fを排出微粒子量 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 2 2上に微粒子 が積層状に堆積しなく なる。 その結果、 パティキュレー トフィルタ 2 2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 2 2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 2 2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 2 2上に微粒子 が積層状に堆積しないのでアッシュが凝集する危険性が少なく 、 従 つてパティ キュ レー トフィルタ 2 2が目詰ま りする危険性が少なく なる。
と ころでこの目詰ま り は主に硫酸カルシウム C a S〇4 によって 生ずる。 即ち、 燃料や潤滑油はカルシウム C a を含んでおり、 従つ て排気ガス中にカルシウム C aが含まれている。 このカルシウム C aは S O3 が存在する と硫酸カルシウム C a S〇4 を生成する。 こ の硫酸カルシウム C a S〇4 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 C a S 04 が生成され、 この硫酸力 ルシゥム C a S O4 によってパティキュ レー ト フイノレタ 2 2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、 活性酸素放出剤 6 1 と してカルシウム C a よ り もイオン化傾向の高いアル力 リ金属又はアル力 リ 土類金属、 例えばカ リ ウム Kを用いる と活性酸素放出剤 6 1 内に拡散する S〇 3 はカ リ ウム Kと結合して硫酸カ リ ウム K2 S 04 を形成し、 カル シゥム C a は S 03 と結合するこ となく ノ、。ティ キュ レー トフイ ノレタ 2 2の隔壁 5 4を通過して排気ガス流出通路 5 1 内に流出する。 従 つてパティ キュ レー ト フィルタ 2 2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 に活性酸素放出剤 6 1 と してはカルシ ゥム C a よ り もイオン化傾向の高いアル力 リ金属又はアル力 リ 土類 金属、 即ちカ リ ウム K、 リ チウム L i 、 セシウム C s 、 ノレビジゥム R b、 ノ リ ウム B a、 ス ト ロ ンチウム S r を用いるこ とが好ま しい こ とになる。
さて、 本発明による実施例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 維持している。 しかしながら実際にはこのよ う 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 も少く なるよ うに維持するよ う にしていても機関の運転状態の急激な変化等の何 らの理由によつて排出微粒子量 Mの方が酸化除去可能微粒子量 Gよ り も多く なる場合がある。 このよ 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 と前述したよ う にパティ キユレ一 トフィルタ 2 2上に酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめる このとき、 排出微粒子量 Mの方が酸化除去可能微粒子量 Gよ り も 多い状態が継続する と前述したよ う に微粒子がパティ キユ レ一トフ ィルタ 2 2上に積層状に堆積してしま う。 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。 即ち、 排出 微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 Gよ り多く なつたと しても微粒 子が積層状に堆積する前に排出微粒子量 Mを酸化除去可能微粒子量 Gよ り も少なくすれば微粒子が積層状に堆積するこ とがなく なる。 そこで本発明による実施例では排出微粒子量 Mが酸化除去可能微 粒子量 Gよ り も多く なつたと きには排出微粒子量 Mが酸化除去可能 微粒子量 Gよ り も少なく なるよ う にしている。
なお、 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 も多く なつたと きには排出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 Gよ り も少なく なるよ う にしていても何らかの理由によ りパティ キユ レ ー ト フィルタ 2 2上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。 と こ ろがこのよ 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 ツチにされる とパティ キュ レー トフィルタ 2 2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 ツチにされる と、 即ち排気ガス中の酸素濃度が低 下せしめられる と活性酸素放出剤 6 1 から外部に活性酸素 Oがー気 に放出され、 これら一気に放出された活性酸素 0によって堆積した 微粒子が輝炎を発するこ となく短時間で燃焼除去せしめられる。
一方、 空燃比がリ ーンに維持されている と 白金 P t の表面が酸素 で覆われ、 いわゆる白金 P t の酸素被毒が生ずる。 このよ う な酸素 被毒が生ずる と NOx に対する酸化作用が低下するために NOx の 吸収効率が低下し、 斯く して活性酸素放出剤 6 1からの活性酸素放 出量が低下する。 しかしながら空燃比がリ ツチにされる と 白金 P t 表面上の酸素が消費されるために酸素被毒が解消され、 従って空燃 比がリ ツチから リ ーンに切換えられる と N Ox に対する酸化作用が 強まるために N〇x の吸収効率が高く な り 、 斯く して活性酸素放出 剤 6 1 からの活性酸素放出量が増大する。
従って空燃比がリ ーンに維持されている と きに空燃比を時折リ ー ンから リ ツチに一時的に切換える とその都度白金 P t の酸素被毒が 解消されるために空燃比がリ ーンである と きの活性酸素放出量が増 大し、 斯く してパティ キュ レー ト フイノレタ 2 2上における微粒子の 酸化作用を促進するこ とができる。
また、 セ リ ウム C e は空燃比がリ ーンのと きには酸素を取込み （ C e 2〇3→ 2 C e 〇2 ) 、 空燃比がリ ツチになる と活性酸素を放出 する （ 2 C e 02→C e 03) 機能を有する。 従って活性酸素放出剤 6 1 と してセ リ ゥム C e を用いる と空燃比がリ ーンのと きにはパテ ィ キュ レー トフィルタ 2 2上に微粒子が付着する と活性酸素放出剤 6 1 から放出された活性酸素によって微粒子が酸化され、 空燃比が リ ツチになる と活性酸素放出剤 6 1 から多量の活性酸素が放出され るために微粒子が酸化される。 従って活性酸素放出剤 6 1 と してセ リ ウム C e を用いた場合にも空燃比を時折リ ーンから リ ツチに一時 的に切換える とパティ キユ レ一 トフィルタ 2 2上における微粒子の 酸化反応を促進するこ とができる。
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 2 2の温度 T F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 N Ox 濃度、 排気ガス中の未燃 H C濃度、 微粒子の酸化のしゃ すさの程度、 パティ キュ レー ト フィルタ 2 2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 2 2の温度 T F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。
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 2 2の温度 T F 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 N Ox 濃度である。 図 7 Aはパティ キュ レー トフィルタ 2 2の温度 T F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 7 Bはパティキュ レー トフイノレタ 2 2の 温度 T Fおよび排気ガス中の N〇 x 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 7 Aおよび 7 Bにお いて破線は排気ガス中の酸素濃度および N Ox 濃度が基準値である ときを示しており 、 図 7 Aにおいて 〔02 〕 J 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 〔02 〕 〗 よ り も更に 酸化濃度が高いときを夫々示しており 、 図 7 Bにおいて 〔N〇〕 ！ は基準値よ り も排気ガス中の N Ox 濃度が高いとき、 〔N O〕 2 は [N O] ！ よ り も更に N Ox 濃度が高いときを夫々示している。 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が増大するが活性酸素放出剤 6 1 内に取込まれる酸素量が 増大するので活性酸素放出剤 6 1から放出される活性酸素も増大す る。 従って図 7 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 N Oは前述したよ う に白金 P t の表面上にお いて酸化されて N02 となる。 このよ う にして生成された NO2 の 一部は活性酸素放出剤 6 1 内に吸収され、 残り の N〇2 は白金 P t の表面から外部に離脱する。 この とき微粒子は N O2 と接触する と 酸化反応が促進され、 従って図 7 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 2 5 0 °Cからほぼ 4 5 0 °Cの間でしか生じないので図 7 Bに示され る よ う に排気ガス中の N Ox 濃度が高く なる とパティ キュ レー ト フ イノレタ 2 2の温度 T Fがほぼ 2 5 0 °Cから 4 5 0 °Cの間のときに酸 化除去可能微粒子量 Gが増大する。
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例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 2 2の温度 T F 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 N Ox 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、 本発明による実施例では図 8 Aから 8 Fに示されるよ う に パティキユ レ一 トフイノレタ 2 2の各温度 T F ( 2 0 0 °C、 2 5 0 °C 、 3 0 0 °C、 3 5 0 °C、 4 0 0 °C、 4 5 0 °C) 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 〔02 〕 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 R OM 3 2内に 記憶されており、 各パティキユレ一 トフィルタ 2 2の温度 T F、 酸 化濃度 〔02 〕 および NOx 濃度 〔NO〕 に応じた酸化除去可能微 粒子量 Gが図 8 Aから 8 Fに示されるマップから比例配分によ り算 出される。
なお、 排気ガス中の酸素濃度 〔02 〕 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例では排気ガス中の酸素濃 度 〔O2 〕 が要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数と して図 9 Aに示すよ うなマップの形で予め R OM 3 2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 T Qおよび機関回転 数 Nの関数と して図 9 Bに示すよ うなマップの形で予め R OM 3 2 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。
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 T Qおよび機関回転数 Nの関数となる。 図 1 0 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 , Μ2 , Μ3 , Μ4 , M5 は等排出微粒子量 （λ^ く M 2 < M3 < M4 <M5 ) を示している。 図 1 O Aに示される例では 要求トルク T Qが高く なるほど排出微粒子量 Mが増大する。 なお、 図 1 0 Aに示される排出微粒子量 Mは要求 トルク T Qおよび機関回 転数 Nの関数と して図 1 0 Bに示すマップの形で予め R OM 3 2内 に記憶されている。
前述したよ うに本発明による実施例では排出微粒子量 Mが酸化除 去可能微粒子量 Gを越えたときには排出微粒子量 Mが酸化除去可能 微粒子量 Gよ り も少なくなるよ うに排出微粒子量 M又は酸化除去可 能微粒子量 Gの少く とも一方が制御される。
なお、 排出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 Gよ り多少多く て もパティ キュレー ト フィルタ 2 2上に堆積する微粒子量はさほど多 く ない。 従って排出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 Gに小さな 一定値 α を加算した許容量 （G + α ) よ り も大き く なつたときに排 出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 Gよ り も少なく なるよ う に排 出微粒子量 Mおよび酸化除去可能微粒子量 Gの少く と も一方を制御 するよ う にしてもよい。
次に図 1 1 を参照しつつ運転制御方法について説明する。
図 1 1 を参照する とまず初めにステップ 1 0 0 においてスロ ッ ト ル弁 1 7 の開度が制御され、 次いでステップ 1 0 1 では E G R制御 弁 2 5 の開度が制御される。 次いでステップ 1 0 2では燃料噴射弁 6からの噴射制御が行われる。 次いでステップ 1 0 3では図 1 0 B に示されるマップから排出微粒子量 Mが算出される。 次いでステツ プ 1 0 4では図 8 Aから 8 Fに示されるマップからパティ キュレー トフィルタ 2 2の温度 T F、 排気ガス中の酸素濃度 〔0 2 〕 および 排気ガス中の N O x 濃度 〔N O〕 に応じた酸化除去可能微粒子量 G が算出される。
次いでステップ 1 0 5では排出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子 量 Gよ り も大き く なつたこ と を示すフラグがセッ ト されているか否 かが判別される。 フラグがセッ ト されていないときにはステップ 1 0 6 に進んで排出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 Gよ り も大き く なつたか否かが判別される。 M≤ Gのと き、 即ち排出微粒子量 M が酸化除去可能微粒子量 Mと同じか、 又は酸化除去可能微粒子量 G よ り も少ないときには処理サイ クルを完了する。
これに対してステップ 1 0 6 において M〉 Gである と判別された とき、 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 つたときにはステップ 1 0 7 に進んでフラグがセッ 卜 され、 次いで ステップ 1 0 8 に進む。 フラグがセッ ト される とその後の処理サイ クルではステップ 1 0 5からステップ 1 0 8 にジャンプする。
ステップ 1 0 8では排出微粒子量 Mと、 酸化除去可能微粒子量 G から一定値 3を差引いた制御解除値 （G— i3 ) とが比較される。 M ≥ G— ]3のとき、 即ち排出微粒子量 Mが制御解除値 （G— ]3 ) よ り も大きいときにはステップ 1 0 9に進んでパティキュレートフィノレ タ 2 2において微粒子の連続酸化作用を続行するための制御が行わ れる。 即ち排出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 Gよ り も少なく なるように排出微粒子量 Mおよび酸化除去可能微粒子量 Gの少く と も一方が制御される。
次いでステップ 1 0 8において Mく G— /3になったと判断される と、 即ち排出微粒子量 Mが制御解除値 （G— i3 ) よ り も少なくなる とステップ 1 1 0に進んで元の運転状態に徐々に復帰する制御が行 われ、 フラグがリセッ トされる。
図 1 1 のステップ 1 0 9において行われる連続酸化続行制御およ び図 1 1 のステップ 1 1 0において行われる復帰制御は種々のやり 方があり、 従って次にこれら連続酸化続行制御および復帰制御の種 々 のやり方について順次説明する。
M〉 Gとなったときに排出微粒子量 Mを酸化除去可能微粒子量 G よ り も少なくする方法の一つはパティキユレ一 トフィルタ 2 2の温 度 T Fを上昇させる方法である。 そこでまず初めにパティキュレー トフィルタ 2 2の温度 T Fを上昇させる方法について説明する。 パティ キユ レ一 トフィルタ 2 2の温度 T F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 Q m は図 1 2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 1 2の （I I ) に 示されるよ うに主燃料 Q n 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 トフイノレタ 2 2の温度 T Fが高く な り、 その結果 Mく Gの状態となる。
また、 パティキュ レー トフィルタ 2 2の温度 T Fを上昇させるた めに図 1 2の （III)に示されるよ う に主燃料 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 2 2の温度 T Fが上昇する。
一方、 このよ う に吸気上死点付近において補助燃料 Qv を嘖射す 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 Q„ の反応が加速される。 従つ てこの場合には図 1 2の （III)に示されるよ う に主燃料 Qn 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 Qn 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 キユ レ ― トフィルタ 2 2の温度 T Fをすみやかに上昇させる こ とができる また、 パティ キュ レー ト フイノレタ 2 2の温度 T Fを上昇させるた めに図 1 2の （IV) に示されるよ う に主燃料 Qra 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 H Cの形 で排気通路内に排出される。 この未燃 H Cはパティ キュ レー ト フィ ルタ 2 2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 2 2の温度 T Fが上昇 せしめられる。
これまで説明した例ではたとえば図 1 2の （ I ) に示されるよ う に主燃料 Qn が噴射さわている ときに図 1 1 のステップ 1 0 6にお いて M〉 Gになったと半 j断されると図 1 1のステップ 1 0 9におい て図 1 2の （II) 又は （III)又は （IV) に示されるよ うに噴射制御 される。 次いで図 1 1のステップ 1 0 8において Mく G— 3になつ たと判断されるとステップ 1 1 0において図 1 2の （ I ) に示す噴 射方法に復帰するための制御が行われる。
次に M < Gの状態にするために低温燃焼を用いる方法について説 明する。
即ち、 E G R率を増大していく 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 E G R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とが知られている。 このこ とについて E G Rガスの冷却度合を変えたときの E G R率とスモーク との関係を 示す図 1 3を参照しつつ説明する。 なお、 図 1 3において曲線 Aは E G Rガスを強力に冷却して E G Rガス温をほぼ 9 0 °C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 E G Rガスを冷却し た場合を示しており、 曲線 Cは E G Rガスを強制的に冷却していな い場合を示している。
図 1 3の曲線 Aで示されるよ うに E G Rガスを強力に冷却した場 合には E G R率が 5 0パ一セン 卜よ 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 E G R率をほぼ 5 5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 1 3の曲線 Bで示されるよ うに E G Rガスを少し冷却した場合には E G R率が 5 0パ一セントよ 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 E G R率をほぼ 6 5パ一セン 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 1 3の曲線 Cで示されるよ うに E G Rガスを強制的に冷却していない場合には E G R率が 5 5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 E G R率をほぼ 7 0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 E G Rガス率を 5 5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、 E G Rガスの吸熱作用によつて燃焼時にお 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。
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 N O x 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 N O x 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、 N O x も極めて少量しか発生しない 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 1 4 Aおよび 1 4 Bを参照しつつ説明する。
図 1 4 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 T g と ク ランク角との関係を示しており 、 図 1 4 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 T g と ク ランク 角との関係を示している。 また、 図 1 4 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 T f と ク ランク角 との関係 を示しており、 図 1 4 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 T f と ク ランク角との関係を示している。 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 E G Rガス量が多く 、 従って図 1 4 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 T gのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス温 T g よ り も高く なつている。 なお、 このと き図 1 4 Bに示されるよ う に燃料およびその周囲のガス温 T f は平均ガス温 T g 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 1 4 Bの実線が示されるよ う に燃 料およびその周囲のガス温 T f 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 1 4 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 T f 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 T f 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 なつており、 従って図 1 4 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 T g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 1 4 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。
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 M〉 G とな つたとき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は 減少し、 しかもパティ キュ レー ト フイノレタ 2 2 の温度 T Fが上昇し て酸化除去可能微粒子量 Gが増大するので容易に M < Gの状態にす るこ とができる。 この低温燃焼を用いる場合には図 1 1 のステップ 1 0 6において M〉 Gである と判断される とステップ 1 0 9 におい て低温燃焼に切換えられ、 次いでステップ 1 0 8 において Mく G— )3である と判断される とステップ 1 1 0 において通常の燃焼に切換 えられる。
次に Mく Gの状態にするためにパティ キュ レー ト フィノレタ 2 2の 温度 T Fを上昇させるための更に別の方法について説明する。 図 1 5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 1 5 を参照する と この内燃機関では排気管 2 0内に炭化水素供給装置 7 0が配置されている。 この方法では図 1 1 のステップ 1 0 6 におい て M〉 Gである と判別される とステップ 1 0 9において炭化水素供 給装置 7 0から排気管 2 0内に炭化水素が供給される。 この炭化水 素はパティキュ レー トフィルタ 2 2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 2 2の温度 T Fが上昇せしめられる。 次いで図 1 1 のステップ 1 0 8 において Mく G— ]3 である と判断される とステップ 1 1 0に おいて炭化水素供給装置 7 0からの炭化水素の供給が停止される。 なお、 この炭化水素供給装置 7 0はパティ キュ レー ト フィルタ 2 2 と排気ポー ト 1 0 との間であればどこに配置してもよい。
次に Mく Gの状態にするためにパティ キュ レー ト フイノレタ 2 2の 温度 T Fを上昇させるための更に別の方法について説明する。 図 1 6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 1 6 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 2 2下流 の排気管 7 1 内にァクチユエータ 7 2 によ り駆動される排気制御弁 7 3が配置されている。
この方法では図 1 1 のステップ 1 0 6 にぉぃて1^1〉 0でぁる と判 別される とステップ 1 0 9 において排気制御弁 7 3 がほぼ全閉と さ れ、 排気制御弁 7 3 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 Q m の噴射量が増大せしめられる。 排 気制御弁 7 3 をほぼ全閉にする と排気制御弁 7 3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 1 0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 Q n 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 なつており、 従って排気ポー ト 1 0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 キユ レ一 トフ ィルタ 2 2 の温度が急速に上昇せしめられる。
次いで図 1 1 のステップ 1 0 8 において Mく G— 3である と判断 される とステップ 1 1 0において排気制御弁 7 3が全開せしめられ 、 主燃料 Q n の噴射量の増量作用が停止される。
次に M < Gの状態にするためにパティ キユ レ一 トフィルタ 2 2の 温度 T Fを上昇させるための更に別の方法について説明する。 図 1 7 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 1 7 を参照する と この内燃機関では排気タービン 2 1 を迂回する排気バ ィパス通路 7 4内にァクチユエータ 7 5 によ り制御されるウェス ト ゲ一 トバルブ 7 6が配置されている。 このァクチユエ一タ 7 5 は通 常サージタ ンク 1 2 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 7 6の開度を制御し ている。
この方法では図 1 1 のステップ 1 0 6 において M > Gである と判 別される とステップ 1 0 9 においてウェス トゲー トバルブ 7 6が全 開せしめられる。 排気ガスは排気タービン 2 1 を通過する と温度低 下するがウェス トゲー トバルブ 7 6 を全開にする と大部分の排気ガ スは排気バイパス通路 7 4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 2 2の温度が上昇するこ とにな る。 次いで図 1 1 のステップ 1 0 8 において Mく G— /3 である と判 断される とステップ 1 1 0においてウェス トゲー トバルブ 7 6が閉 弁せしめられ、 過給圧が一定圧を越えないよ う にウェス トゲー トバ ルブ 7 6の開度が制御される。
次に M < Gの状態にするために排出微粒子量 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 N〇 x 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 N O x 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 P M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。
排出微粒子量 P M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が低减する。 また、 コモン レール 2 7 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 Q m 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 つ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 Qn 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つて排出微粒子量 Mが低減する。
即ち、 燃料噴射を制御するこ とによつて排出微粒子量 Mを低減す るようにした場合には図 1 1 のステップ 1 0 6において M> Gであ ると判別されるとステップ 1 0 9において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 れる力、、 又はパイ ロ ッ ト噴射が停止され、 それによつて排出微粒子 量 Mが低減せしめられる。 次いで図 1 1 のステップ 1 0 8において Mく G— ]3であると判断されるとステップ 1 1 0において元の燃料 噴射状態に復帰せしめられる。
次に M < Gにするために排出微粒子量 Mを低減するための別の方 法について説明する。 この方法では図 1 1 のステップ 1 0 6におい て M〉 Gであると判別されるとステップ 1 0 9において E G R率を 低下させるために E G R制御弁 2 5の開度が低下せしめられる。 E G R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。 次いで図 1 1 のステップ 1 0 8において M く G _ i3であると判断される とステップ 1 1 0において E G R率が 元の E G R率まで上昇せしめられる。
次に Mく Gにするために排出微粒子量 Mを低減するための更に別 の方法について説明する。 この方法では図 1 1 のステップ 1 0 6に おいて M〉 Gであると判別されるとステップ 1 0 9において過給圧 を増大するためにウェス トゲー トバルブ 7 6 (図 1 7 ) 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。 次いで図 1 1 のステップ
1 0 8において Mく G— /3である と判断される とステップ 1 1 0に おいて過給圧が元の過給圧に戻される。 次に M < Gに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 6 1 内 に取込まれる酸素量が増大するので活性酸素放出剤 6 1 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 E G R率を制御する方法 が挙げられる。 即ち、 図 1 1 のステップ 1 0 6において M〉 Gであ る と判別される とステップ 1 0 9 において E G R率が低下するよ う に E G R制御弁 2 5の開度が減少せしめられる。 E G R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 E G R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、 E G R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 E G R率が低下する と急速に M < G となる。 次いで 図 1 1 のステップ 1 0 8 において Mく G— ]3である と判断される と ステップ 1 1 0において E G R率が元の E G R率に戻される。
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 1 8 に示す例では排気タービン 2 1 とパ ティ キュ レー トフィルタ 2 2 との間の排気管 7 7 が 2次空気供給導 管 7 8 を介して吸気ダク ト 1 3 に連結され、 2次空気供給導管 7 8 内に供給制御弁 7 9 が配置される。 また、 図 1 9 に示す例では 2次 空気供給導管 7 8が機関駆動のエアポンプ 8 0 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 2 2 と排気ポー ト 1 0 との間であればどこでもよい。
図 1 8又は図 1 9 に示す内燃機関においては図 1 1 のステップ 1 0 6 において M〉 Gである と判別される とステップ 1 0 9 において 供給制御弁 7 9が開弁せしめられる。 その結果、 2次空気供給導管 7 8から排気管 7 7 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。 次いで図 1 1 のステップ 1 0 8にお いて Mく G— である と判断される とステップ 1 1 0において供給 制御弁 7 9が閉弁せしめられる。
次にパティ キュ レー トフィルタ 2 2上において単位時間当 り酸化 せしめられる酸化除去微粒子量 G Gを逐次算出し、 排出微粒子量 M が算出された酸化除去微粒子量 G Gを越えたときには Mく G Gとな るよ う に排出微粒子量 M又は酸化除去可能微粒子量 Gの少く と もい ずれか一方を制御するよ う にした実施例について説明する。
前述したよ う に微粒子がパティ キュ レー トフィルタ 2 2上に付着 する と この微粒子は短時間のう ちに酸化せしめられるがこの微粒子 が完全に酸化除去せしめられる前に他の微粒子が次から次へとパテ ィキュ レー トフィルタ 2 2に付着する。 従って実際にはパティ キュ レー トフィルタ 2 2上には或る程度の量の微粒子が常時堆積してお り、 この堆積している微粒子のう ちの一部の微粒子が酸化除去せし められる。 この場合、 単位時間当 り に酸化除去せしめられる微粒子 G Gが排出微粒子量 Mと同じであれば排気ガス中の全微粒子はパテ ィキユ レ一 ト フィルタ 2 2上において酸化除去せしめられる。 しか しながら排出微粒子量 Mが単位時間当 り に酸化除去せしめられる微 粒子量 G G量よ り も多く なる とパティ キュ レー トフイノレタ 2 2上の 堆積微粒子量は次第に増大し、 ついには微粒子が積層状に堆積して 低い温度では着火しえなく なる。
このよ う に排出微粒子量 Mが酸化除去微粒子量 G G と同じか又は 酸化除去微粒子量 G Gよ り も少なければ排気ガス中の全微粒子をパ ティ キュ レー トフィルタ 2 2上において酸化除去せしめるこ とがで きる。 従ってこの実施例では排出微粒子量 Mが酸化除去微粒子量 G Gを越えたときには Mく G G となるよ う にパティ キユ レ一 トフィル タ 2 2の温度 T Fや排出微粒子量 M等を制御するよ う にしている。
と ころで酸化除去微粒子量 G Gは次式のよ う に表すこ とができる
G G ( g / s e c ) = C - E X P ( - E / R T ) . 〔 P M〕 1 · ( 〔O2 " + [N O] n )
ここで Cは定数、 Eは活性化エネルギ、 Rはガス定数、 Tはパテ ィ キユレ一ト フイノレタ 2 2の温度 T F、 [ P M] はパティ キュ レー トフィルタ 2 2上における微粒子の堆積濃度（molZcm2 ) 、 〔〇2 〕 は排気ガス中の酸素濃度、 〔N O〕 は排気ガス中の N Ox 濃度を 夫々示している。
なお、 酸化除去微粒子量 G Gは実際には、 排気ガス中の未燃 H C 濃度、 微粒子の酸化のしゃすさの程度、 パティ キュ レー トフィルタ 2 2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 るがここではこれらの影響を考えないこ と とする。
上式からわかるよ う に酸化除去微粒子量 G Gはパティ キュ レー ト フィルタ 2 2の温度 T Fが上昇する と指数関数的に増大する。 また 、 微粒子の堆積濃度 〔 P M〕 が増大すれば酸化除去される微粒子が 増大するので 「 P M〕 が増大するほど酸化除去微粒子量 G Gは増大 する。 しかしながら微粒子の堆積濃度 〔 P M〕 が高く なるほど酸化 しずらい位置に堆積する微粒子量が増大するので酸化除去微粒子量 G Gの増大率は次第に減少する。 従って微粒子の堆積濃度 〔 P M〕 と上式中の 〔 P M〕 1 との関係は図 2 O Aに示されるよ う になる。 一方、 排気ガス中の酸素濃度 〔o2 〕 が高く なれば前述したよ う にそれだけでも酸化除去微粒子量 G Gは増大するが更に活性酸素放 出剤 6 1 から放出される活性酸素量が増大する。 従って排気ガス中 の酸素濃度 〔O2 〕 が高く なる とそれに比例して酸化除去微粒子量 G Gは増大し、 斯く して排気ガス中の酸素濃度 〔02 〕 と上式中の 〔 O 2 〕 " との関係は図 2 0 Bに示されるようになる。
一方、 排気ガス中の NOx 濃度 〔NO〕 が高く なると前述したよ うに N02 の発生量が増大するので酸化除去微粒子量 G Gは増大す る。 しかしながら N Oから N 02 への変換は前述したよ うに排気ガ ス温がほぼ 2 5 0 °Cからほぼ 4 5 0 °Cの間でしか生じない。 従って 排気ガス中の NOx 濃度 〔NO〕 と上式中の 〔NO〕 " との関係は 、 排気ガス温がほぼ 2 5 0 °Cから 4 5 0 °Cの間のときには図 2 0 C の実線 〔NO〕 n ！ で示されるよ うに 〔NO〕 が増大するにつれて [N O) " が増大するが、 排気ガス温がほぼ 2 5 0 °C以下又はほぼ 4 5 0 °C以上では図 2 0 Cの実線 〔NO〕 " 。 で示されるよ うに 〔 NO) にかかわらずに 〔 N O〕 n 。 はほぼ零となる。
この実施例では一定時間経過する毎に上式に基づいて酸化除去微 粒子量 G Gが算出される。 このとき堆積している微粒子量を P M ( g ) とするとこの微粒子のうち酸素除去微粒子量 G Gに相当する微 粒子が除去され、 新たに排出微粒子量 Mに相当する微粒子がパティ キュレー トフィルタ 2 2上に付着する。 従って最終的な微粒子の堆 積量は次式で表されることになる。
P M + M- G G
次に図 2 1 を参照しつつ運転制御方法について説明する。
図 2 1 を参照するとまず初めにステップ 2 0 0においてスロ ッ ト ル弁 1 7の開度が制御され、 次いでステップ 2 0 1では E G R制御 弁 2 5の開度が制御される。 次いでステップ 2 0 2では燃料噴射弁 6からの噴射制御が行われる。 次いでステップ 1 ◦ 3では図 1 0 B に示されるマップから排出微粒子量 Mが算出される。 次いでステツ プ 2 0 4では次式に基づいて酸化除去微粒子量 G Gが算出される。
G G = C - E X P (- E/R T) . [ P M] 1 · ( 〔O2 " + JP01 1 9
〔N O〕 n )
次いでステ ップ 2 0 5では次式に基づいて最終的な微粒子の堆積 量 P Mが算出される。
P M— P M + M - G G
次いでステ ップ 2 0 6では排出微粒子量 Mが酸化除去微粒子量 G Gよ り も大き く なつたこ とを示すフラグがセッ ト されているか否か が判別される。 フラグがセッ ト されていないときにはステップ 2 0 7 に進んで排出微粒子量 Mが酸化除去可能微粒子量 G Gよ り も大き く なつたか否かが判別される。 M≤ G Gとき、 即ち排出微粒子量 M が酸化除去微粒子量 G Gよ り も少ないときには処理サイ クルを完了 する。
これに対してステップ 2 0 7 において M〉 G Gである と判別され たとき、 即ち排出微粒子量 Mが酸化除去微粒子量 G Gよ り も多く な つたときにはステップ 2 0 8に進んでフラグがセッ ト され、 次いで ステップ 2 0 9 に進む。 フラグがセッ ト される とその後の処理サイ クルではステップ 2 0 6力、らステップ 2 0 9 にジャンプする。
ステ ップ 2 0 9では排出微粒子量 Mと、 酸化除去微粒子量 G Gか ら一定値）3 を差引いた制御解除値 （G G — ） とが比較される。 M ≥ G G— )3 のとき、 即ち排出微粒子量 Mが制御解除値 （G G— 3 ) よ り も大きレヽときにはステップ 2 1 0に進んでパティ キュ レー ト フ ィルタ 2 2 において微粒子の連続酸化作用を続行するための制御、 即ち前述したよ う にパティキュ レー ト フィルタ 2 2の温度 T Fを上 昇させるための制御、 又は排出微粒子量 Mを低下させるための制御 、 又は排気ガス中の酸素濃度を高めるための制御が行われる。
次いでステップ 2 0 9 において Mく G G— /3 になったと判断され る と、 即ち排出微粒子量 Mが制御解除値 （G G— i3 ) よ り も少なく なる とステップ 2 1 1 に進んで元の運転状態に徐々に復帰する制御 が行われ、 フラグがリ セッ ト される。
さて、 これまで述べた実施例ではパティ キュ レー トフィルタ 2 2 の各隔壁 5 4の両側面上および隔壁 5 4内の細孔内壁面上に例えば 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 触媒および活性酸素放出剤が担持されている。 この場合、 この担体 上にパティ キユ レ一 トフィルタ 2 2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 2 2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 N O x を放出する N O x 吸収剤を担持させ るこ と もできる。
この場合、 貴金属と しては前述したよ う に白金 P t が用いられ、 NOx 吸収剤と してはカ リ ウム K、 ナ ト リ ウム N a、 リ チウム L i 、 セシウム C s、 ノレビジゥム R bのよ う なアルカ リ金属、 ノ リ ウム B a、 カノレシゥム C a、 ス ト ロ ンチウム S rのよ う なアルカ リ 土類 、 ランタン L a、 イ ッ ト リ ウム Yのよ う な希土類から選ばれた少く と も一つが用いられる。 なお、 前述した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 N Ox 吸収剤を構成する金属と、 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。
次に貴金属触媒と して白金 P t を用い、 N Ox 吸収剤と してカ リ ゥム Kを用いた場合を例にとって N O x 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 N Ox は図 4 A に示すメカニズムと同じメカニズムでもって N O x 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 6 1 は N Ox 吸収剤を 示す。
即ち、 パティ キュ レー トフィルタ 2 2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 2 2 の排気ガス流入通路 5 0内に流入する と図 4 Aに示されるよ う にこれら酸素 02 が O2 - 又は O2—の形で白金 P t の表面に付着する。 一方、 排気ガス中 の N Oは白金 P t の表面上で 02 ― 又は O2 と反応し、 N O2 とな る （ 2 N O + O2 → 2 N 02 ) 。 次いで生成された N 02 の一部は 白金 P t 上で酸化されつつ N O x 吸収剤 6 1 内に吸収され、 力 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 N O3 - の 形で N Ox 吸収剤 6 1 内に拡散し、 一部の硝酸イオン N〇3 ― は硝 酸カ リ ウム KN O3 を生成する。 このよ う にして N Oが N Ox 吸収 剤 6 1 内に吸収される。
一方、 パティ キュ レー ト フィルタ 2 2 に流入する排気ガスがリ ッ チになる と硝酸イオン N03 ― は酸素と O と N Oに分解され、 次か ら次へと N Ox 吸収剤 6 1 から N Oが放出される。 従ってパティ キ ュ レー ト フィルタ 2 2 に流入する排気ガスの空燃比がリ ツチになる と短時間のう ちに N O x 吸収剤 6 1 から N Oが放出され、 しかもこ の放出された N Oが還元されるために大気中に N O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 2 2 に流入する排気 ガスの空燃比を理論空燃比にしても N O x 吸収剤 6 1 から N Oが放 出される。 しかしながらこの場合には N〇 x 吸収剤 6 1 から N Oが 徐々にしか放出されないために N O x 吸収剤 6 1 に吸収されている 全 N Ox を放出させるには若干長い時間を要する。 と ころで前述したよ う に NOx 吸収剤および活性酸素放出剤と し て夫々異なる金属を用いるこ と もできる し、 N Ox 吸収剤および活 性酸素放出剤と して同一の金属を用いるこ と もできる。 N Ox 吸収 剤および活性酸素放出剤と して同一の金属を用いた場合には前述し たよ う に NOx 吸収剤と しての機能と活性酸素放出剤と 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 · Ν Οχ 吸収剤と称する。 こ の場合には図 4 Αにおける符号 6 1 は活性酸素放出 · Ν〇χ 吸収剤 を示すこ とになる。
このよ う な活性酸素放出 · Ν〇χ 吸収剤 6 1 を用いた場合、 パテ ィキュ レー ト フィルタ 2 2に流入する排気ガスの空燃比がリ一ンの ときには排気ガス中に含まれる N Oは活性酸素放出 · Ν Οχ 吸収剤 6 1 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 · Ν 〇χ 吸収剤 6 1 に付着する と この微粒子は活性酸素放出 · Ν Οχ 吸 収剤 6 1から放出される活性酸素等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 ΝΟχ 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 2 2に流入する排気ガスの空燃 比がリ ツチになる と活性酸素放出 · Ν Ο χ 吸収剤 6 1 から Ν Οが放 出される。 この N Oは未燃 H C， C O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 2 2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 · N Ox 吸収剤 6 1 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。
なお、 NOx 吸収剤又は活性酸素放出 · N〇x 吸収剤が用いられ た場合には N Ox 吸収剤又は活性酸素放出 · N Ox 吸収剤の N Ox 吸収能力が飽和する前に、 NOx 吸収剤又は活性酸素放出 · N Ox 吸収剤から N O x を放出するためにパティキユ レ一 トフィルタ 2 2 に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリ ッチにされる。 即ち、 リ —ン空燃比のもとで燃焼が行われているときに時折空燃比が一時的 にリ ツチにされる。
また、 本発明はパティキュレー トフィルタ 2 2の両側面上に形成 された担体の層上に白金 P t のよ うな貴金属のみを担持した場合に も適用するこ とができる。 ただし、 この場合には酸化除去可能微粒 子量 Gを示す実線は図 5に示す実線に比べて若干右側に移動する。 この場合には白金 P t の表面上に保持される N02 又は S O3 から 活性酸素が放出される。
また、 活性酸素放出剤と して N02 又は S 03 を吸着保持し、 こ れら吸着された NO2 又は S O3 から活性酸素を放出しう る触媒を 用いることもできる。
更に本発明は、 パティキュレー トフィルタ上流の排気通路内に酸 化触媒を配置してこの酸化触媒によ り排気ガス中の N Oを N O 2 に 変換し、 この N02 とパティ キュ レー トフィルタ上に堆積した微粒 子とを反応させてこの N02 によ り微粒子を酸化するよ うにした排 気ガス浄化装置にも適用できる。

Claims

If 求 の 範 囲 1 . 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去するための パティキュ レー トフィルタ上に、 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活性酸素放出剤を担持させ、 パティ キユ レ一 トフィルタに流入する排気ガスの空燃比を通常はリ ーンに 維持する と共に時折一時的に リ ツチに切換えて排気ガスの空燃比が リ ツチに切換えられたと きには活性酸素放出剤から放出される活性 酸素によ りパティ キユ レ一 ト フィルタ上の微粒子の酸化反応を促進 させ、 それによつてパティ 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排気ガス浄化方法。
2 . 燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を除去するための パティ キユ レ一 トフィルタ上に、 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 と共に、 パティ キュ レー トフィルタ 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の N O x を吸収しパティ キユ レ一 トフ ィルタに流入する排気ガスの空燃比 が理論空燃比又はリ ツチになる と吸収した N O x を放出する活性酸 素放出 · Ν Ο χ 吸収剤を担持させ、 パティ キュ レー トフ ィ ルタに流 入する排気ガスの空燃比を通常はリ ーンに維持する と共に時折一時 的にリ ツチに切換えて排気ガスの空燃比がリ ツチに切換えられたと きには活性酸素放出 · Ν〇χ 吸収剤から放出される活性酸素によ り パティ キュ レー ト フ ィルタ上の微粒子の酸化反応を促進させる と共 に、 活性酸素放出 · Ν Ο χ 吸収剤から放出される Ν Ο χ を還元させ 、 それによつてパティ 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 と共に、 同時に排気ガス中の N O x が除去せしめられる排気ガス浄化方法。
3 . 上記パティ キュ レー ト フィルタは、 単位時間当 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 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 も少ないときには微粒子をパティ キュ レー ト フィルタ 上において輝炎を発するこ となく酸化除去し、 該排出微粒子量が該 酸化除去可能微粒子量を越えたと しても排気ガスの空燃比を時折一 時的にリ ツチに切換えるこ とによ り微粒子がパティ キュ レー ト フィ ルタ上において輝炎を発するこ となく 酸化除去せしめられるよ う に 該排出微粒子量および該酸化除去可能微粒子量を維持するよ う にし た請求項 1又は 2 に記載の排気ガス浄化方法。
4 . 該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 の関数である請求項 3 に記載の排気ガス浄化方法。
5 . 該酸化除去可能微粒子量はパティ キュ レー トフィルタの温度 に加え、 排気ガス中の酸素濃度又は N O x 濃度の少く と も一つの関 数である請求項 4に記載の排気ガス浄化方法。
6 . 該酸化除去可能微粒子量が少く と もパティ キュ レー ト フィル タの温度の関数と して予め記憶されている請求項 4 に記載の排気ガ ス浄化方法。
7 . 該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量を越えたときには 該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よ り も少なく なるよ う に 排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少く と も一方を制御するよ うにした請求項 3 に記載の排気ガス浄化方法。
8 . 該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量を予め定められた 量以上越えたときには該排出微粒子量が該酸化除去可能微粒子量よ り も少なく なるよ う に排出微粒子量と酸化除去可能微粒子量の少く と も一方を制御するよ う にした請求項 7 に記載の排気ガス浄化方法
9 . パティ キュレー ト フィルタの温度を上昇させるこ とによ り該 排出微粒子量を該酸化除去可能微粒子量よ り も少なくするよ うにし た請求項 7 に記載の排気ガス浄化方法。
1 0 . 該排出微粒子量を減少させるこ とによ り該排出微粒子量を 該酸化除去可能微粒子量よ り も少なくするよ う にした請求項 7に記 載の排気ガス浄化方法。
1 1 . 排気ガス中の酸素濃度を高めるこ とによ り該排出微粒子量 を該酸化除去可能微粒子量よ り も少なくするよ う にした請求項 7 に 記載の排気ガス浄化方法。
1 2 . パティ キュ レー ト フ ィルタ上において単位時間当 り に輝炎 を発するこ となく酸化除去せしめられる酸化除去微粒子量を算出し 、 該排出微粒子量が該酸化除去微粒子量を越えたときには該排出微 粒子量が該酸化除去微粒子量よ り も少なく なるよ う に該排出微粒子 量又は該酸化除去可能微粒子量の少く と も一方を制御するよ う にし た請求項 3 に記載の排気ガス浄化方法。
1 3 . パティ キュ レー トフィルタ上に貴金属触媒を担持した請求 項 1 又は 2 に記載の排気ガス浄化方法。
1 4 . パティ キユ レ一 トフィルタ上に貴金属触媒に加え、 アル力 リ金属又はアルカ リ土類金属又は希土類又は遷移金属を担持した請 求項 1 3 に記載の排気ガス浄化方法。
1 5 . 上記アル力 リ 金属およびアル力 リ 土類金属がカルシウムよ り もイオン化傾向の高い金属からなる請求項 1 4に記載の排気ガス 浄化方法。
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