專利名稱：廢氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣凈化裝置。
現有技術的描述過去，在柴油機中，廢氣中含有的顆粒物，借助于在發動機的排氣通路中設置一顆粒物過濾器來過濾掉，用顆粒物過濾捕集廢氣中的顆粒物，并使被捕集在該顆粒物過濾器中的顆粒物點火燃燒，從而使該顆粒物過濾器再生。在這種情況下，使該顆粒物點火并燃燒需要相當高的溫度和相當長的時間。
在另一方面，公知的柴油機帶有一顆粒物過濾器，當空燃比稀薄時，一NOx吸收劑吸收NOx，在空燃比濃時，釋放被吸收的NOx(參見日本未審查專利申請JP平6-159037)。在該內燃機中，該發動機通常在稀薄的空燃比下運行。當NOx吸收劑吸收的NOx的量超過一許可值時，該空燃比臨時變濃，從而使NOx從該NOx吸收劑中釋放出來。
當NOx從該NOx吸收劑中釋放出來并減少時，該NOx減少時產生的熱量使該顆粒物過濾器的溫度上升。因此，在這種內燃機的一示例中，當NOx完成釋放時，空燃比再一次恢復到稀薄狀態。利用顆粒物過濾器的溫度在此時上升這一事實，可以使集結在顆粒物過濾器中的顆粒物燃燒。進一步地，在另一個示例中，當NOx應該從該NOx吸收劑中釋放時，當顆粒物過濾器上游的廢氣壓力不超過一預定壓力時，該空燃比正好是濃的，同時，在顆粒物過濾器上游的廢氣壓力超過該預定值時，使空燃比變濃，以便使NOx從該NOx吸收劑中釋放出來，然后，使空燃比變稀薄，以便使集結在顆粒物過濾器上的顆粒物燃燒。
然而，如上所述，使集結在顆粒物過濾器上的顆粒物點火并燃燒需要相當高的溫度和相當長的時間。在這種情況下，使顆粒物過濾器的溫度，上升到使集結的顆粒物點火并燃燒的溫度，需要從外部供給能量。因此，為了使顆粒物過濾器的溫度上升，通常使用額外的燃料或電加熱器。因此如果顆粒物燃燒需要時間，將需要非常多的剩余能量。減少這種能量的過度消耗將要求顆粒物燃燒的時間盡可能地縮短。
發明人基于這一觀點研究了集結的顆粒物的特性，結果是，集結的顆粒物的特性逐漸變得清晰了。其細節將在下面說明，但簡單地說，已經發現顆粒物集結在顆粒物過濾器上的時間越長，則集結的顆粒物越難于氧化，其結果是，使該集結的顆粒物點火并燃燒，將需要相當高的溫度和相當長的時間。這就是說，已經發現如果在集結的顆粒物難于氧化時，能將顆粒物的特性改變成容易氧化的特性，則使該顆粒物燃燒所需的時間能縮短。
因此，發明人基于這種觀點進行了進一步的研究，結果發現借助于臨時使空燃比變濃，集結的顆粒物的特性可以改變到容易氧化的特性。這就是說，已經發現當集結的顆粒物難于氧化時，如果使空燃比臨時變濃，則該顆粒物變得容易氧化，因此燃燒該顆粒物所需要的時間可以縮短。
在上述公知的內燃機中，借助于使空燃比臨時變濃，使NOx從該NOx吸收劑中釋放出來。因此，空燃比改變的形式類似于本發明的。然而，在這種公知的內燃機中，當NOx吸收劑吸收的NOx的量超過一許可值時，使空燃比臨時變濃，但在本發明中，當集結的顆粒物難于氧化時，使空燃比臨時變濃。因此不但使空燃比變濃的目的不同，而且時間也不同。這就是說，即使在NOx吸收劑釋放NOx的時間處使空燃比變濃，也不一定能使集結的顆粒物改變到容易氧化的狀態。
本發明的內容本發明的目的是提供一種使集結在顆粒物過濾器中的顆粒物在一較短的時間內燃燒掉的廢氣凈化裝置。
根據本發明第一方面的內容，其提供了一種內燃機用的廢氣凈化裝置，在該內燃機中，一個用于捕集并消除廢氣中的顆粒物的顆粒物過濾器設置在發動機的一廢氣通路中，并且燃燒是在稀薄空燃比的條件下連續進行的，該裝置包括一個用于預測該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比，是否在集結后已經改變到難于氧化的特性的預測裝置；用于在預測到該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比在集結后已經改變到難于氧化的特性時，臨時使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄切換到濃的狀態，從而使集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性改變到容易氧化的特性的空燃比切換裝置；用于判斷集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的量是否超過一預定值的判斷裝置；用于當集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的量已經超過一預定值時，在稀薄空燃比的條件下使顆粒物過濾器的溫度上升，以便利用氧化去除集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的溫度控制裝置。
根據本發明第二方面的內容，其提供了一種內燃機用的廢氣凈化裝置，在該內燃機中，一個用于捕集并消除廢氣中的顆粒物的顆粒物過濾器設置在發動機的一廢氣通路中，并且燃燒是在稀薄空燃比的條件下連續進行的，該裝置包括一個用于判斷該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比，是否在集結后已經改變到難于氧化的特性的第一判斷裝置；用于在判斷出該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比在集結后已經改變到難于氧化的特性時，臨時使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄切換到濃的狀態，從而使集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性改變到容易氧化的特性的空燃比切換裝置；用于判斷集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的量是否超過一預定值的第二判斷裝置；用于當集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的量已經超過一預定值時，在稀薄空燃比的條件下使顆粒物過濾器的溫度上升，以便利用氧化去除集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的溫度控制裝置。
根據本發明第三方面的內容，其提供了一種內燃機用的廢氣凈化裝置，在該內燃機中，一個用于捕集并消除廢氣中的顆粒物的顆粒物過濾器設置在發動機的一廢氣通路中，并且燃燒是在稀薄空燃比的條件下連續進行的，該裝置包括能臨時使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄切換到濃的狀態的空燃比切換裝置；用于判斷集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的量是否超過一預定值的判斷裝置；和用于當集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的量已經超過一預定值時，在使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄臨時切換到濃的狀態，從而使集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的特性改變到容易氧化的特性后，使在稀薄空燃比狀態下，顆粒物過濾器的溫度上升，以便利用氧化去除集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的的溫度控制裝置。
附圖的簡要說明
圖1是一內燃機的整體視圖；圖2A和2B是一顆粒物過濾器的視圖；圖3A和3B是顆粒物氧化性能的變化圖；圖4是一工作控制的一示例的視圖；圖5是另一工作控制的示例的視圖；圖6是一個用于解析噴射控制的視圖；圖7是顆粒物氧化性能下降的一視圖；圖8是一發動機工作控制的一流程圖；圖9是氧化去除的顆粒物量與顆粒物過濾器的溫度之間的關系的視圖；圖10是一個用于解析集結的顆粒物的狀態的圖；圖11A和11B是用于解析集結的顆粒物的狀態的圖；圖12A和12B是用于解析集結的顆粒物的狀態的圖；圖13是時間Δt的圖；圖14A和14B是排出的顆粒物量的圖；圖15和16是該發動機的控制的流程圖；圖17A，17B和17C是用于解析壓力降變化的圖；圖18是一發動機工作控制的一流程圖；圖19A，19B和19C是用于解析壓力降變化的圖；圖20是一發動機工作控制的一流程圖；圖21是一發動機工作控制的一流程圖；圖22是產生的煙霧量的圖；圖23A和23B是發動機工作區域等的圖24是節流閥開啟度等的變化的圖；圖25是氧化去除的顆粒物量與顆粒物過濾器的溫度之間的關系的視圖；圖26是集結的顆粒物量的圖；圖27是該發動機工作控制的一流程圖；圖28是該發動機工作控制的一流程圖；圖29A和29B是表示設定的圖譜等的圖；圖30是該發動機工作控制的一流程圖。
實施本發明的優化實施例圖1表示本發明用于一壓縮點火型內燃機的情況。請注意本發明也可以用于一火化點火型內燃機。
參見圖1，1表示一發動機機體，2表示一氣缸體，3表示一氣缸蓋，4表示一活塞，5表示一燃燒室，6表示一電控噴油器，7表示一進氣閥，8表示一進氣道，9表示一噴氣閥，10表示一排氣道。蓋進氣道8通過相應的進氣管11連接到一調壓箱12，而該調壓箱12通過一進氣管13連接到一廢氣渦輪增壓器14的壓氣機15上。在該進氣管13內設置一個由一步進電機16驅動的節流閥17。進一步地，繞該進氣管13設置一冷卻裝置18，用于冷卻流過該進氣管13的進氣空氣。在圖1所示實施例中，該發動機冷卻水在該冷卻裝置18中流動，并且進氣空氣由該發動機冷卻水冷卻。在另一方面，該排氣道10通過排氣支管19和排氣管20連接到一廢氣渦輪增壓器14的廢氣渦輪21上。該廢氣渦輪21的出口連接到一個過濾器殼體23上，該殼體中裝納有一顆粒物過濾器22。
該排氣支管19和調壓箱12通過一廢氣再循環(EGR)通道24相互連接。再該EGR通道24中設置一電控EGR控制閥25。繞該EGR通道24設置一冷卻裝置26，用于冷卻該EGR通道24中循環的EGR氣體。再圖1所示的實施例中，發動機冷卻水在該冷卻裝置26中導流，并且該EGR氣體由該發動機冷卻水冷卻。在另一方面，噴油器6通過供油管6a連接到一油箱，即一所謂的共軌27上。燃油從一電控可變輸油泵28中供到該共軌27中。供到該共軌27中的燃油通過供油管6a供給噴油器6中。該共軌27具有一個與之相連的油壓傳感器29，用于檢測該共軌27中的油壓。輸油泵28的輸出根據該油壓傳感器29的輸出信號進行控制，以便該共軌27中的油壓變為目標油壓。
電控單元30包括一個設置有一ROM(只讀儲存器)32，RAM(隨機儲存器)33，CPU(微處理器)34，通過一雙向總線31相互連接的輸入接口35和輸出接口36。油壓傳感器29的輸出信號通過一相應的AD轉換器37，輸入到該輸入接口35中。此外，一個用于檢測該顆粒物過濾器22的溫度的溫度傳感器39與該顆粒物過濾器22連接。該溫度傳感器39的輸出通過相應的AD轉換器37輸入到該輸入接口35中。此外，用于檢測該顆粒物過濾器22上游廢氣的壓力，和其下游廢氣的壓力之間的壓差，即顆粒物過濾器22中的壓力降的壓力傳感器43，與該顆粒物過濾器22連接。該壓力傳感器43的輸出信號通過相應的AD轉換器37輸入到該輸出接口35中。
在另一方面，加速踏板40與一負載傳感器41連接，產生一個與該加速踏板40的下降量L成正比的輸出電壓。負載傳感器41的輸出電壓通過相應的AD轉換器37輸入到該輸入接口35中。此外，輸出接口36通過相應的驅動電路38連接到該噴油器6，驅動該節流閥的步進電機16，EGR控制閥25和輸油泵28上。
圖2A和2B表示該顆粒物過濾器22的結構。請注意圖2A該顆粒物過濾器22的前視圖，而圖2B是該顆粒物過濾器22的側剖視圖。如圖2A和2B所示，該顆粒物過濾器22形成一個蜂窩結構，并設置有一組相互平行延伸的廢氣流通通道50，51。這些廢氣流通通道包括下游端由塞52堵塞的廢氣流入通道50，和上游端由塞53堵住的廢氣流出通道51。請注意，圖2A中的陰影部分表示塞53。因此，廢氣流入通道50和廢氣流出通道51通過薄的隔壁交替設置。換句話說，該廢氣流入通道50和廢氣流出通道51是如此設置的，以致于每個廢氣流入通道50都由四個廢氣流出通道51包圍，而每個廢氣流出通道51都由四個廢氣流入通道50包圍。
該顆粒物過濾器22例如由堇青石之類的多孔材料構成。因此流入該廢氣流入通道50的廢氣流出，并通過包圍的隔壁54流入相鄰的廢氣流出通道51中，如圖2B中箭頭所示。
在本發明的第一實施例到第五實施例中，一層包含例如氧化鋁的載體，形成在該廢氣流入通道50和廢氣流出通道51的圓周表面上，即該隔壁54的兩側表面和該隔壁54中各微孔的內壁上。在該載體上攜帶有諸如鉑Pt之類的多孔金屬催化劑，或諸如銫Ce之類的稀土催化劑。請注意本發明中所用的顆粒物過濾器22沒有攜帶在稀薄空燃比時吸收NOx，在濃空燃比時釋放NOx的NOx吸收劑。
主要是廢氣中的炭粒的顆粒物，被捕集并集結在該顆粒物過濾器22上。集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物，接著在30秒到1小時的時間內進行氧化。因此，顆粒物總是集結在該顆粒物過濾器22上。當該顆粒物過濾器22的溫度保持在該顆粒物可以被氧化，例如至少250℃時，當每單位時間內輸送到該顆粒物過濾器22中的顆粒物量不很大時，該顆粒物可以在某一時間或其它時間氧化。因此在這種情況下，所有顆粒物可以不斷地氧化。
在另一方面，當每單位時間輸送到該顆粒物過濾器22中的顆粒物量變大，或該顆粒物過濾器22的溫度變低時，沒有被足夠氧化的顆粒物量增加，從而集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量增加。在實際工作狀態中，每單位時間輸送到該顆粒物過濾器22中的顆粒物量有時變大，該顆粒物過濾器22的溫度有時變低，所以集結在該顆粒物過濾器22上的顆粒物量逐漸增加。
接下來，將參照附圖3A和3B來解析集結在該顆粒物過濾器22上的顆粒物容易氧化的程度，即顆粒物的氧化。請注意在圖3A和3B中，A/F表示流入該顆粒物過濾器22中的廢氣空燃比。在這種應用中，供入進氣道，燃燒室5和該顆粒物過濾器22的上游的排氣道中的空氣和燃料之間的比例，稱之為“廢氣空燃比”。
在圖3A中，實線X1表示顆粒物過濾器22的溫度相當低時的情況，而虛線X2表示顆粒物過濾器22的溫度較高時的情況。如果顆粒物集結在該顆粒物過濾器22上，則在集結的顆粒物質量內，將形成大量的微孔或空隙。因此，該質量的顆粒物的表面積S和該質量的顆粒物的體積V之間的比例，即，表面積/體積的比S/V變得相當大。該表面積/體積的比S/V大，意味著顆粒物和氧氣之間的接觸面積大，從而表示顆粒物的氧化是好的。
在另一方面，如果在顆粒物被捕集之后，空燃比A/F變稀薄的狀態繼續維持，則顆粒物集聚起來，并且顆粒物的尺寸逐漸變大。結果是，顆粒物質量中的微孔或空隙量逐漸縮小。因此，顆粒物質量的表面/體積比S/V逐漸下降，因此顆粒物的氧化如圖3A中X1和X2所示逐漸降低。溫度越高，該顆粒物的集聚作用越大。因此如圖3A所示，顆粒物的氧化在X2所示的高溫狀態比X1所示的低溫狀態下降得更早。如果允許顆粒物氧化性能的這種下降繼續進行，則顆粒物將變得極難氧化，結果是，需要一較長的時間來使該顆粒物燃燒。
然而，已經發現如果當顆粒物的氧化按這種方式下降時，使空燃比A/F如圖3A那樣變濃，則顆粒物的氧化得到恢復。其原因不清楚，但可以相信，使空燃比A/F變濃類似于在產生焦炭時的活性作用。即，如果空燃比A/F變濃，則氧氣非常少，所以廢氣中的CO2或H2O使炭鍵斷裂，結果是，再一次產生大量的微孔或空隙。實際上，如果在該空燃比A/F變濃后，試圖測量顆粒物質量的表面/體積比S/V，則該表面/體積比S/V增加相當多。
請注意在這種情況下，當顆粒物過濾器22的溫度較高時，C02或H2O的攻擊更有侵略性。因此，與圖3B中實線Y1所示的顆粒物過濾器22的溫度較低的情況相比，當圖3B中虛線Y2所示的顆粒物過濾器22的溫度較高時，該顆粒物的氧化性能變得更高。
如果使空燃比A/F按這種方式變濃，則顆粒物的氧化變得更好。因此當在稀薄的空燃比下，顆粒物連續燃燒時，如果使空燃比A/F偶爾變濃，則有可能使該顆粒物保持在容易氧化的狀態。
圖4和5表示根據本發明進行工作控制的基本思想。請注意在圖4和5中，TF表示顆粒物過濾器22的溫度。
在圖4所示實施例中，當顆粒物的氧化下降到許可的極限LL時，使空燃比A/F臨時轉換到濃狀態，因此使該顆粒物的氧化上升。接著，如果集結在該顆粒物過濾器22上的顆粒物量超過一預定值UL，則進行溫度上升控制，使該顆粒物過濾器22的溫度上升到至少600℃，然后使該溫度保持在至少600℃，而空燃比保持在稀薄狀態。當進行溫度上升控制時，使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物點火并燃燒。
這就是說，在本發明的實施例中，該技術方案由下列各裝置構成，即，用于在該顆粒物過濾器22中的顆粒物的特性與正確的相比在集結后已經改變到難于氧化的特性時，臨時使流入該顆粒物過濾器22中廢氣的空燃比A/F，從稀薄切換到濃的狀態，從而使集結在該顆粒物過濾器22中的顆粒物的特性改變到容易氧化的特性的空燃比切換裝置；用于判斷集結在該顆粒物過濾器22中的顆粒物的量是否超過一預定值UL的判斷裝置；和用于當集結在顆粒物過濾器22中的顆粒物的量已經超過一預定值UL時，在稀薄空燃比的條件下使顆粒物過濾器22的溫度上升，以便利用氧化去除集結在顆粒物過濾器22中的顆粒物的溫度控制裝置。
請注意具有各種不同的使空燃比A/F從稀薄狀態臨時切換到濃狀態的方法。例如，具有使燃燒室5中的平均空燃比變濃的方法；在膨脹沖程后或在排氣期間將額外的燃料噴入燃燒室中的方法；及將額外的燃料噴射入顆粒物過濾器22上游的排氣道中的方法。
在另一方面，還具有使顆粒物過濾器22的溫度上升的各種方法。例如，具有在該顆粒物過濾器22的上游端設置一電加熱器，并用該電加熱器加熱該顆粒物過濾器22或流入該顆粒物過濾器22中的廢氣的方法；將燃料噴射入該顆粒物過濾器22上游的排氣道中，并使該燃油燃燒，從而加熱該顆粒物過濾器22的方法；及使排氣溫度上升從而使顆粒物過濾器22的溫度上升的方法。
下面將參照附圖6說明此處最終的方法，即，使排氣溫度上升的方法。
一種使排氣溫度有效地上升的方法，是使燃料噴射正時延遲到壓縮沖程的上死點后的方法。即，如圖6中(I)所示，通常主燃料量QM是在壓縮沖程的上死點附近噴射的。在這種情況下，如圖6中(II)所示，如果主燃料量QM的噴射正時延遲，則后燃期變得更長，因此廢氣溫度上升。如果廢氣溫度變得更高，則顆粒物過濾器22的溫度TF因此而上升。
此外，為了是廢氣溫度上升，如圖6中(III)所示，在進氣沖程的上死點附近，除主燃料量QM之外也可以噴入輔助燃料量QV。如果按這種方式另外噴入輔助燃料量QV，則能燃燒的燃料量正好為增加的輔助燃料量QV，因此廢氣溫度上升，及顆粒物過濾器22的溫度TF上升。
在另一方面，如果按這種方式在進氣沖程的上死點附近噴射輔助燃料量QV，則在壓縮沖程期間，壓縮熱將使醛，酮，過氧化物，一氧化碳及其它中間產物產生。這些中間產物使主燃料量QM的反應加速。因此，在這種情況下，如圖6中(III)所示，即使使該主燃料量QM的的噴射正時延遲很多，也可以獲得良好的燃燒而不會產生熄火。即，可以按這種方式使主燃料量QM的噴射正時延遲很多，因此廢氣的溫度變得相當高，因此該顆粒物過濾器22的溫度TF可以迅速上升。
此外，如圖6中(IV)所示，除主燃料量QM之外，在膨脹沖程或排氣沖程期間，也可以噴射輔助燃料量QP。這就是說，在這種情況下，輔助燃料量QP的主要部分沒有燃燒，但以未燃燒的HC形式排放到排氣道中。這些未然燒的HC由顆粒物過濾器22中剩余的氧化氧化。氧化反應此時產生的熱量使該顆粒物過濾器22中的溫度上升。
在圖4中，使集結的顆粒物燃燒的顆粒物過濾器22的溫度，利用圖6中(IV)的方法上升。因此，如圖4所示，當顆粒物過濾器22的溫度如圖4那樣上升時，空燃比A/F變得只稍小一點。
在另一方面，在圖5所示實施例中，如果顆粒物的氧化下降到許可值LL，則空燃比A/F臨時切換到濃狀態。每當空燃比A/F變濃時，顆粒物的氧化得到改善。然而，在圖5所示實施例中，如果集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量超過預定值UL，則空燃比A/F臨時從稀薄狀態切換到濃狀態，以便使該顆粒物氧化。接著，進行溫度上升控制，從而使該顆粒物過濾器22的溫度上升到至少600℃，然后保持在至少600℃，而該空燃比繼續保持稀薄狀態。按這種方式，在圖5所示的實施例中，由于集結的顆粒物，在該集結的顆粒物氧化上升的狀態下，開始燃燒，因此該集結的顆粒物燃燒的時間進一步縮短。
作為工作控制，有可能使用圖4和圖5所示的任何方法。然而在下述實施例中，用圖5所示的方法作為示例進行解析。接著一個接一個地解析各實施例。
圖7和8表示一第一實施例。在該實施例中，計算出每單位時間集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的氧化的上升或下降，并且根據該氧化的上升或下降，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的性能，在集結后與正確的比較，是否已經改變到難于氧化的狀態。
這就是說，如參考圖3A和3B的解析那樣，當空燃比A/F保持為稀薄時，顆粒物過濾器22的溫度TF越高，則顆粒物的氧化越大。因此，簡而言之，每單位時間內顆粒物氧化性能的降低ΔDEO可以如圖7所示。即，如圖中實線L所示，當空燃比A/F變稀薄時，顆粒物過濾器22的溫度TF越高，則顆粒物氧化性能的降低ΔDEO變得越大。在另一方面，當空燃比A/F變濃時，如圖中實線R所示，則顆粒物氧化性能的降低ΔDEO變為負值，并且顆粒物過濾器22的溫度TF越高，則ΔDEO的絕對值，即每單位時間該顆粒物氧化性能的增加，變得越大。
因此，如果計算出如圖7所示每單位時間顆粒物氧化性能的降低ΔDEO，并將各個計算出的ΔDEO累加起來，則有可能判斷該顆粒物的氧化性能的降低。在該實施例中，當顆粒物氧化性能的降低超過一個對應于圖5中LL的許可值XO時，空燃比A/F臨時變濃。
圖8表示該第一實施例執行的一流程圖。
參見圖8，首先在步驟100處，將根據圖7計算出的顆粒物氧化性能的降低ΔDEO加到DEO上。因此，該DEO用來表示該顆粒物的氧化性能的降低。接著，在步驟101處，判斷該顆粒物的氧化性能的降低DEO是否已經超過一許可值XO，顆粒物過濾器22的溫度TF是否高于顆粒物進行氧化的溫度T0，例如250℃。當DEO≤XO或TF≤T0，則程序進行到步驟102，在此進行正常的工作。此時顆粒物在稀薄的空燃比下連續燃燒。接著，程序進行到步驟105。
在另一方面，當判斷出在步驟101處DEO≥XO并且TF＞T0時，程序進行到步驟103，此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使當TF≤T0時，DEO≥XO，變濃過程也不進行。接著，在步驟104處，清除DEO。接著，程序進行到步驟105處。
在步驟105處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否超過一預定值，即，由壓力傳感器43檢測到該顆粒物過濾器22處的壓力降，是否超過對應于圖5的UL的許可極限PDX。當PD＞PDX，程序進行到步驟106，在此進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟107，在此進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度TF上升到至少600℃，并在稀薄空燃比條件下保持在至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，溫度上升控制停止，從而正常的工作再進行。
圖9-16表示一第二實施例。在該第二實施例中，在集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物中，氧化性能下降最大的顆粒物的量利用是模型計算出來。當氧化性能下降最大的顆粒物的量超過一預定值時，判斷集結在該顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比已經改變到難于氧化了。
首先，參照圖9，圖9中的實線Z表示集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的氧化速率，即，例如每分鐘因氧化可去除的顆粒物量G(g/min)，和該顆粒物過濾器22的溫度TF之間的關系。這就是說，在圖9中，曲線Z表示流到顆粒物過濾器22中的顆粒物量與氧化去除的顆粒物量G相匹配的平衡點。此時，流入的顆粒物量與氧化去除的顆粒物量相等，所以集結在顆粒物過濾器22中的顆粒物量保持為常數。在另一方面，在圖9的I區域中，流入的顆粒物量小于氧化去除的顆粒物量，所以集結的顆粒物量變得更小，而在圖9的II區域中，流入的顆粒物量變得比氧化去除的顆粒物量更大，所以集結的顆粒物量增加。
圖10借助于模型示意性地表示，當流入的顆粒物量與氧化去除的顆粒物量G相匹配時，集結的顆粒物的狀態。在圖10中，橫坐標上的數字1-5表示集結的顆粒物的氧化。從數字1-5表示氧化變得越來越惡化。此外，在圖10中，W1，W2，W3，W4和W5表示在相對氧化性能1，2，3，4和5的某一時間處，集結的顆粒物量。WO1，WO2，WO3，WO4和WO5表示一段時間后，氧化去除的顆粒物量。WR1，WR2，WR3，WR4和WR5表示在這些時間處仍集結的剩余顆粒物量。
在這一模式中，可以考慮在一定的時間內利用氧化，使流入該顆粒物過濾器22中的顆粒物W1去除到正好為WO1的程度，以致于使正好為WR1的顆粒物保留，并且這些顆粒物WR1的氧化性能從1降低到2，然后在一定的時間內利用氧化使剩余的顆粒物W2去除，并到達正好為WO2的程度，所以使正好為WR2的顆粒物保留，并且這些顆粒物WR2的氧化性能從2降低到3。因此，如從圖10中知道的那樣，在該模型中，W2與WR1匹配，W3與WR2匹配，W4與WR3匹配，而W5與WR4匹配。
此外，在這一模型中，在一定時間內，集結的顆粒物W1，W2，W3，W4和W5與氧化去除的顆粒物量WO1，WO2，WO3，WO4和WO5的比值WO1/W1，WO2/W2，WO3/W3，WO4/W4和WO5/W5是固定的。在這種情況下，顆粒物的氧化下降越多，這些比值變得越小。因此，在這一模型中，比值WO1/W1為60％，WO2/W2為57％，WO3/W3為54％，WO4/W4為52％，而WO5/W5為50％。
此外，由于WO5/W5為50％，因此WR5/W5也為50％。在一預定的時間內，剩余的顆粒物WR5繼續由氧化去除。考慮到在該模式中，圖10所示模型是準備好的。
在另一方面，如果流入的顆粒物量大于氧化去除的顆粒物量G，則如圖11A所示，比值WO1/W1，WO2/W2，WO3/W3，WO4/W4和WO5/W5比圖10所示的情況的更小。結果是，剩余顆粒物量WR1，WR2，WR3，WR4和WR5與圖10所示情況相比，將增加。如果這種情況繼續得話，則如圖11B所示，顆粒物量W5隨氧化5大大增加。
這就是說，考慮到這一模型，有可能發現顆粒物量W5具有使氧化惡化的作用。
下面將簡要說明使氧化惡化的顆粒物量W5的計算方法。
圖12A和12B表示流入的顆粒物量和氧化去除的顆粒物量之間的平衡點是圖9中的A點和B點。圖12A和12B表示顆粒物處于與圖10的方式相同的狀態，當在圖12A和12B中，橫坐標表示當顆粒物流入之后的5分鐘，10分鐘，15分鐘，20分鐘和25分鐘。在圖12B中，橫坐標表示顆粒物流入之后的2分鐘，4分鐘，6分鐘，8分鐘和10分鐘。
圖9的點B中氧化去除的顆粒物量G，即，流入的顆粒物量，與A點的相比更大，所以圖12B中的顆粒物量W1變得比圖12A中的顆粒物量W1更大。在另一方面，圖9中B點的顆粒物過濾器22的溫度TF，與A點的相比更高，所以顆粒物的氧化很早就下降了。盡管這樣，在顆粒物的氧化變成橫坐標上的5之前，氧化去除顆粒物的事實，意味著如圖12B所示，該顆粒物很早就由氧化去除。
60％的顆粒物W1由氧化去除所需要的時間Δt，或57％的顆粒物W2由氧化去除所需要的時間Δt在圖12A中為5分鐘，在圖12B中為2分鐘。按這種方式，如圖13所示，顆粒物過濾器22的溫度TF越高，則時間Δt越短。
在該實施例中，每經過一時間Δt，就計算出剩余的顆粒物量WR1，WR2，WR3，WR4和WR5。當剩余的顆粒物量WR1，WR2，WR3，WR4和WR5超過相應于圖5中LL的許可的極限值WRX時，臨時使該空燃比A/F變濃。
此外，剩余的顆粒物量的計算要求求出流入的顆粒物量，即從發動機廢氣中排出的顆粒物量。這一排出的顆粒物量，隨發動機的模型，即發動機的模型是否確定而變化，并成為發動機扭矩TQ和發動機轉速N的函數。圖14A表示圖1所示內燃機排出的顆粒物量M。曲線M1，M2，M3，M4和M5表示排出的顆粒物量(M1＜M2＜M3＜M4＜M5)。在圖14A所示示例中，需要的扭矩TQ越高，排出的顆粒物量M越大。請注意圖14A所示排出的顆粒物量M，作為該需要的扭矩TQ和發動機轉速N的函數，以圖14B所示的圖譜形式預先儲存在該ROM32中。
圖15和16表示執行該第二實施例的流程圖。
參見圖15和16，首先，在步驟200處，從圖13所示的關系中計算時間Δt。接著在步驟201處計算在圖14B所示的時間Δt內排出的顆粒物量M的累加值∑M。接著，在步驟202處計算在圖9所示的時間Δt內氧化去除的顆粒物量G的累加值∑G。接著，在步驟203處判斷是否經過了時間Δt。當經過了時間Δt時，程序進行到步驟204處。
在步驟204處，計算氧化去除的顆粒物量WO1(＝∑G×0.6)，WO2(＝WR1×0.57)，WO3(＝WR2×0.54)，WO4(＝WR3×0.52)和WO5(＝WR4×0.5)。接著，在步驟205處，根據下列關系計算剩余的顆粒物量WR5，WR4，WR3，WR2和WR1WR5←WR4-WO5WR4←WR3-WO4WR3←WR2-WO3WR2←WR1-WO2WR1←∑M-WO1這些關系的含意相信從圖10中可以清除看出，故省略其解析。
接下來，在步驟206處判斷剩余的顆粒物量WR5是否超過一許可極限WRX，并且該顆粒物過濾器22的溫度TF是否高于顆粒物能進行氧化的溫度T0，例如250℃。當WR5≤WRX或TF＞T0時，程序進行到步驟207，在此處進行正常工作。此時，顆粒物在稀薄空燃比下連續燃燒。接著程序進行到210。
在另一方面，當判斷在步驟206處WR5＞WRX并且TF＞T0時，程序進行到步驟208，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使WR5＞WRX，當TF≤T0時，也不進行變濃過程。接著，在步驟209處，進行初始化。接著，程序進行到步驟210處。
在步驟210處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否已經超過一預定值，也就是說，由壓力傳感器43檢測到的顆粒物過濾器22處的壓力降PD是否已經超過相應于圖5中UL的許可極性值PDX。當PD＞PDX時，程序進行到步驟211，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到了恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟212處，在此處，進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，溫度上升控制停止，再進行正常的工作。
圖17A，17B和17C及圖18表示一第三實施例。在該實施例中，在一方面，估算顆粒物過濾器22處的壓力降，而在另一方面，檢測出顆粒物過濾器22處的實際壓力降，并且用估算的壓力降和實際壓力降之間的壓差來判斷，集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物特性，與集結后正確的相比，是否變成了難于氧化的特性。這就是說，當顆粒物的氧化降低時，顆粒物沒有被全部氧化，而是集結起來了，所以顆粒物過濾器22處的壓力降增加。因此，根據這一點就有可能判斷出顆粒物的氧化是否已經降低了。
因此，下面將首先說明用于估算顆粒物過濾器22處的壓力降的方法。在該實施例中，根據排出的顆粒物量M和氧化去除的顆粒物量G計算出顆粒物的累加值∑WR。圖17A表示顆粒物的累加值∑WR和標準狀態下的壓力降ΔPD之間的關系。因此，如果得出了顆粒物的累加值∑WR，則從圖17A所示的關系中可以得出標準狀態下的壓力降ΔPD。
在另一方面，即使顆粒物的累加值∑WR是相同的，如果顆粒物過濾器22的溫度TF和廢氣量GE改變，則壓力降也隨它們改變。在本發明的該實施例中，事先按圖17B所示一圖譜形式，將用于校正標準狀態下的壓力降ΔPD的校正系數K儲存在ROM中。借助于使該校正系數K與該壓力降ΔPD相乘，可以計算出相應于顆粒物過濾器22的溫度TF和廢氣量GE的壓力降。
如果顆粒物氧化如圖17C所示那樣下降，則壓力傳感器43檢測到的實際壓力降PD大于計算出的壓力降PDD。在第三實施例中，當這些壓力降的差值(PD-PDD)超過一設定值PX時，該空燃比A/F臨時變濃。
圖18表示實施第三實施例的一流程圖。
參見圖18，首先在步驟300處，根據圖14B所示圖譜計算出排出的顆粒物量M，并且從圖9所示的關系中計算出氧化去除的顆粒物量G。接著，在步驟301處，從前一循環過程中集結的顆粒物量WR和排出的顆粒物量M的和(WR+M)中，減去氧化去除的顆粒物量G，從而計算出當時集結的顆粒物的累加值∑WR(＝(M+WR)-G)。接著，在步驟302處，從∑WR得出WR。
接著，在步驟303處，判斷是否經過一預定的時間。當該預定的時間已經經過時，程序跳到步驟306處，而當該預定時間過去時，程序進行到步驟304處。在步驟304處，根據集結的顆粒物量∑WR，從圖17A所示的關系中計算出壓力降ΔPD。從該壓力降ΔPD和圖17B所示的校正系數K計算出該壓力降的估算值PDD。接著，在步驟305處，判斷由壓力傳感器43檢測到的實際壓力降PD和估算出的壓力降值PDD之間的差值(PD-PDD)是否大于一設定值PX，顆粒物過濾器22的溫度TF是否高于顆粒物氧化的溫度T0，例如250℃。
當PD-PDD≤PX或TF≤T0時，程序進行到步驟306處，在此處，進行正常的工作。此時，在稀薄空燃比下使顆粒物連續燃燒。接著，程序進行到步驟308處。
在另一方面，當在步驟305處判斷出PD-PDD＞PX并且TF＞T0時，程序進行到步驟307處，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使PD-PDD＞PX，當TF≤T0時，變濃過程也不會進行。接著程序進行到步驟308處。
在步驟308處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否已經超過一預定值，即，由壓力傳感器43檢測到的顆粒物過濾器22的壓力降PD是否已經超過對應于圖5中UL的許可極性值PDX。當PD＞PDX時，程序進行到步驟309處，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到了恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟310處，在此處，進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度上升到至少600℃，并在稀薄空燃比下保持至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，該溫度上升控制停止，再進行正常的工作。
圖19A，19B和19C及圖20表示一第四實施例。在該實施例中，顆粒物過濾器22的溫度TF臨時上升到大約450℃，從而使部分集結的顆粒物氧化，并判斷該顆粒物的氧化是否已經從后續壓力降的大小下降。這就是說，如果該顆粒物過濾器22溫度TF上升，當該顆粒物的氧化較高時，則可以氧化大量集結的顆粒物，但當顆粒物的氧化降低時，幾乎沒有集結的顆粒物能被氧化。因此，使顆粒物過濾器22的溫度TF上升后的壓力降，如圖19A中PDD所示，在顆粒物的氧化較高時，將變得更低，而在顆粒物的氧化較低時，如圖19A中PD所示，將變得更高。因此，根據壓力降PD和PDD之間的差值，可以判斷出顆粒物的氧化是否已經下降。
具體地說，在該實施例中，當壓力傳感器43檢測到的實際壓力降PD變為一預定的目標值PDT時，進行顆粒物過濾器22的溫度上升控制。該目標值PDT事先儲存在ROM32中，如圖19B所示，是所需扭矩TQ和發動機轉速N的函數。接著，該溫度上升控制結束后，當達到圖19A所示的判斷正時TK時，在顆粒物的氧化較高時，將該實際壓力降PD和壓力降PDD進行比較。壓力降PDD事先由試驗等求出。該壓力降PDD事先儲存在ROM32中，如圖19C所示，作為所需扭矩TQ和發動機轉速N的函數。在該實施例中，當壓差(PD-PDD)超過一設定值PXX時，臨時使空燃比A/F變濃。
圖20表示執行該第四實施例的一流程圖。
參見圖20，首先在步驟400處，判斷由壓力傳感器43檢測到的實際壓力降PD是否已經變成如圖19B所示的目標值PDT。當PD不等于PDT時，程序跳到步驟404處，但在PD＝PDT時，該程序進行到步驟401處。在步驟401處，進行溫度上升控制，從而使該顆粒物過濾器22的溫度TF臨時上升。當溫度上升控制結束時，程序進行到步驟402處，在此處，判斷圖19A所示的判斷正時TK是否已經達到。當該判斷正時TK已經達到時，程序進行到步驟403處，在此處，判斷壓力傳感器43檢測到的實際壓力降PD和從圖19C所示的圖譜中得出的壓力降PDD之間的差值(PD-PDD)是否大于一設定值PXX，并且該顆粒物過濾器22的溫度TF是否高于顆粒物產生氧化溫度T0，例如250℃。
當PD-PDD≤PX或TF≤T0時，程序進行到步驟404處，在此處，進行正常的工作。此時，在稀薄空燃比下使顆粒物連續燃燒。接著，程序進行到步驟406處。
在另一方面，當在步驟403處判斷出PD-PDD＞PX并且TF＞T0時，程序進行到步驟405處，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使PD-PDD＞PX，當TF≤T0時，變濃過程也不會進行。接著程序進行到步驟406處。
在步驟406處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否已經超過一預定值，即，由壓力傳感器43檢測到的顆粒物過濾器22的壓力降PD是否已經超過對應于圖5中UL的許可極性值PDX。當PD＞PDX時，程序進行到步驟407處，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到了恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟408處，在此處，進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度上升到至少600℃，并在稀薄空燃比下保持至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，該溫度上升控制停止，再進行正常的工作。
接著，將解析第五實施例。可以在一定程度上預測集結在顆粒物量過去22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，是否改變為難于氧化。例如在發動機啟動時，顆粒物過濾器22的溫度TF較低，所以大量的顆粒物沒有氧化就集結在該顆粒物過濾器22上了。即使顆粒物過濾器22的溫度上升，該顆粒物也不會立即氧化。因此大量的顆粒物將繼續集結在該顆粒物過濾器22上。在這期間，顆粒物的氧化將結束下降。進一步地，如果進行高速工作，顆粒物在稀薄空燃比下，長期暴露在高溫中，因此顆粒物的氧化將降低。因此，在發動機啟動時或高速工作的時間長于一預定時間時，可以預測集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態。
此外，如果發動機繼續工作更長一段時間，在這期間，可以認為顆粒物的氧化將下降。因此也可以預測到，在發動機工作時，集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態，并且發動機轉速的累加值或車輛運行的距離超過了預定值。
因此，在該實施例中，當預測到集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態時，可使空燃比A/F臨時變濃。
圖21表示實施第五實施例的一流程圖。
參見圖21，首先，在步驟500處，判斷是否可以預測集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態，并且該顆粒物過濾器22的溫度TF，是否高于顆粒物進行氧化的溫度T0，例如250℃。如果不能預測集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態，或TF≤T0，則程序進行到步驟501處，在此處，進行正常的工作。此時，顆粒物在稀薄空燃比下連續燃燒。接著，程序進行到步驟503處。
在另一方面，當能預測到集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態，或TF＞T0時，程序進行到步驟502處，在此處，進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，該顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使能預測到集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態，當TF≤T0時，也不進行變濃過程。接著，程序進行到步驟503處。
在步驟503處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否已經超過一預定值，即，由壓力傳感器43檢測到的顆粒物過濾器22的壓力降PD是否已經超過對應于圖5中UL的許可極性值PDX。當PD＞PDX時，程序進行到步驟504處，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到了恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟505處，在此處，進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度上升到至少600℃，并在稀薄空燃比下保持至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，該溫度上升控制停止，再進行正常的工作。
接著，參照圖22-24將簡要說明適合于使本發明工作的低溫燃燒方法。
在圖1所示內燃機中，當EGR率(EGR氣體量/EGR氣體量+進氣量)增加時，產生的煙霧量逐漸增加并達到峰值。如果EGR率進一步增加，則此時產生的煙霧量迅速下降。這一點將參照在改變EGR氣體的冷卻程度時，表示EGR率和煙霧之間的關系的圖22進行說明。請注意在圖22中，曲線A表示使EGR氣體強迫冷卻從而維持該EGR氣體的溫度為大約90℃的情況，曲線B表示由小型冷卻裝置冷卻EGR氣體的情況，曲線C表示不強迫冷卻EGR氣體的情況。
如圖22中曲線A所示，當強迫冷卻EGR氣體時，產生煙霧量的峰值處于EGR率略小于50％時。在這種情況下，如果使EGR率大于約55％，則幾乎不會再產生煙霧。在另一方面，如圖22中曲線B所示，當EGR氣體稍微冷卻時，產生煙霧量的峰值處于EGR率略大于50％處。在這種情況下，如果使EGR率為至少大約65％，則幾乎不會再產生煙霧。此外，如圖22中曲線C所示，當EGR氣體沒有強迫冷卻時，產生煙霧的峰值處于55％的EGR率附近。在這種情況下，如果使使EGR率為至少大約70％，則幾乎不會再產生煙霧。
在這種方式中使EGR率至少為55％從而不再產生煙霧的原因是，在燃燒室時燃料和周圍氣體的溫度，由于EGR氣體的吸熱作用沒有增高，即，燃燒是在低溫時進行的，因此，碳氫不會變成碳粒。
不論空燃比如何，這種低溫燃燒都具有可以降低N0x的生成量，同時抑制煙霧的生成的特性。這就是說，如果空燃比變濃，燃料變得過剩，但使該燃燒溫度抑制處于低溫，所以過剩的燃料不會變成炭粒，因此不會產生煙霧。此外，在這是，只產生非常少的NOx。在另一方面，當平均空燃比是稀薄的或空燃比處于化學當量空燃比時，如果燃燒溫度增高，將生成少量的炭粒，但在低溫燃燒時，燃燒溫度得到了抑制，處于較低的溫度，因此根本不會生成煙霧，并且也只形成非常少量的NOx。
然而，如果發動機的扭矩TQ需求變大，即噴射的燃料量增加，則燃燒室時燃料和周圍氣體的溫度將增加，所以低溫燃燒將變得很困難。這就是說，只有在發動機中等負荷和低負荷運行，并且燃燒產生的熱量相當少時，低溫燃燒才是可能的。在附圖23A中，區域I表示可以在燃燒室5的惰性氣體量大于炭粒生成處于峰值時的惰性氣體量時進行第一燃燒，即低溫燃燒的運行區域，而區域II表示可以在燃燒室5的惰性氣體量小于炭粒生成處于峰值時的惰性氣體量時進行第二燃燒，即正常燃燒的運行區域。
圖23B表示在區域I中運行時低溫燃燒情況的目標空燃比A/F。圖24表示節流閥17的開啟度，EGR控制閥25的開啟度，EGR率，空燃比，噴射開始正時θS，和噴射結束正時θE及在運行區域I中在低溫燃燒情況下相應于所需扭矩TQ的噴射量。請注意圖24表示在運行區域II中進行正常燃燒時節流閥17等的開啟度。
從圖23B和24中，可以懂得當在區域I中進行低溫燃燒時，EGR率為正時55％，空燃比A/F從15.5變到大約18的稀薄空燃比。如上所述，當進行低溫燃燒時，幾乎不會排出煙霧，即顆粒物。因此具有可以避免在顆粒物過濾器22中集結大量的顆粒物的優點。
此外，如果使用低溫燃燒，燃燒室5中的空燃比在不產生大量炭粒，即大量顆粒物的情況下可以變濃。因此當發動機的運行狀態處于圖23A所示的第二運行區域II中時，當要判斷或預測空燃比A/F將臨時變濃從而增加顆粒物的氧化時，較好的是，空燃比A/F沒有變濃直到發動機的運行狀態轉換到第一運行區域I為止，但在發動機運行狀態轉換到第一運行區域I之后，空燃比A/F才變濃。
圖25-30表示顆粒物過濾器22不帶催化劑的各實施例。當顆粒物過濾器22催化劑時，如圖25所示，顆粒物的氧化率，即氧化去除的顆粒物量在顆粒物過濾器22的溫度TF接近600℃時迅速增加。因此，當顆粒物過濾器22的溫度TF小于60℃時，顆粒物集結在顆粒物過濾器22上，而沒有由氧化去除。在一壓縮點火型內燃機中，通常顆粒物過濾器22的溫度比600℃低相當多。因此如果使用不帶催化劑的顆粒物過濾器22，則顆粒物會繼續集結在該顆粒物過濾器22上。
因此，當使用不帶催化劑的顆粒物過濾器22時，集結的顆粒物的氧化更容易降低。因此在這種情況下，為了使集結的顆粒物氧化上升，空燃比A/F不得不臨時變濃。
圖26和27表示第六實施例，該實施例表示不帶催化劑的顆粒物過濾器22的情況。圖26表示集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量W。圖26中的數字和符號的含意與圖10中的相同。當顆粒物過濾器22不帶催化劑時，流入的顆粒物W1將全部變成剩余的顆粒物WR1。這些剩余的顆粒物WR1在每單位時間過后接著變為氧化性能不好的顆粒物WR2，WR3，WR4和WR5。因此，氧化性能最壞的顆粒物量WR5逐漸增加。在該實施例中，當剩余的顆粒物量WR5超過一許可極限值WRXX時，空燃比A/F臨時變濃，從而增加顆粒物的氧化。
圖27表示該第六實施例的流程圖。
參見圖27，首先在步驟600處，根據下列關系計算剩余的顆粒物量WR5，WR4，WR3，WR2和WR1WR5←WR5+WR4WR4←WR3WR3←WR2WR2←WR1WR1←M此處，上述M表示從圖14B中計算出的排氣顆粒物量。
接著在步驟601處，判斷氧化性能最低的剩余顆粒物量WR5是否超過一許可極限值WRXX，顆粒物過濾器22的溫度TF是否高于顆粒物氧化的溫度T0，例如250℃。當WR5≤WRXX或TF≤T0時，程序進行到步驟602，在此處進行正常工作。此時，顆粒物在稀薄空燃比下連續燃燒。接著程序進行到605。
在另一方面，當判斷在步驟601處WR5＞WRXX并且TF＞T0時，程序進行到步驟603，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使WR5＞WRXX，當TF≤T0時，也不進行變濃過程。接著，在步驟604處，進行初始化。接著，程序進行到步驟605處。
在步驟605處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否已經超過一預定值，也就是說，由壓力傳感器43檢測到的顆粒物過濾器22處的壓力降PD是否已經超過相應于圖5中UL的許可極性值PDX。當PD＞PDX時，程序進行到步驟606，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到了恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟607處，在此處，進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，溫度上升控制停止，再進行正常的工作。
接著將說明第七實施例。當顆粒物流入顆粒物過濾器22中時，該顆粒物將早晚要變為氧化性能最低的剩余顆粒物WR5。因此，從流入該顆粒物過濾器22的顆粒物量中，可以在一定程度上預測最低氧化性能的剩余顆粒物量WR5。因此，在該實施例中，當流入顆粒物過濾器22中的顆粒物集結量超過一設定值MX時，空燃比A/M臨時變濃。
圖28表示該第七實施例的流程圖。
參見圖28，首先在步驟700處，將從圖14B所示的圖譜中計算出的排出顆粒物量M累加得出∑M。因此該∑M表示流入顆粒物過濾器22的顆粒物量的累加值。接著在步驟701處，判斷流入顆粒物過濾器22的顆粒物量的累加值∑M是否已經超過設定值MX，顆粒物過濾器22的溫度TF是否高于顆粒物氧化的溫度T0，例如250℃。當∑M≤MX或TF≤T0時，程序進行到步驟702，在此處進行正常工作。此時，顆粒物在稀薄空燃比下連續燃燒。接著程序進行到705。
在另一方面，當判斷在步驟701處∑M＞MX并且TF＞T0時，程序進行到步驟703，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使∑M＞MX，當TF≤T0時，也不進行變濃過程。接著，在步驟704處，清空∑M。接著，程序進行到步驟705處。
在步驟705處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否已經超過一預定值，也就是說，由壓力傳感器43檢測到的顆粒物過濾器22處的壓力降PD是否已經超過相應于圖5中UL的許可極性值PDX。當PD＞PDX時，程序進行到步驟706，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到了恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟707處，在此處，進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，溫度上升控制停止，再進行正常的工作。
圖29和30表示第八實施例。如上所述，當顆粒物流入顆粒物過濾器22中時，它早晚要變為氧化性能最低的剩余顆粒物WR5。因此從流入該顆粒物過濾器22中的顆粒物量的累加值中，利用最低氧化性能可以估算出剩余顆粒物量WR5。換句話說，從該顆粒物過濾器22處的壓力降的增加中，利用氧化性能可以估算出剩余顆粒物量WR5。因此，在該實施例中，顆粒物過濾器22處的實際壓力降PD超過一設定值DPTT時，空燃比A/F臨時變濃。在這種情況下，當空燃比A/F變濃過程結束時，借助于使該設定值剛好增加ΔD，使該空燃比A/F再一次變濃。
該初始設定值DPTT事先以一圖譜的形式儲存在ROM32中，作為所需扭矩TQ和發動機轉速N的函數，如圖29A所示。在設定的DPTT中該增量ΔD也事先以一圖譜的形式儲存在ROM32中，作為所需扭矩TQ和發動機轉速N的函數，如圖29B所示。
圖30表示實施該第八實施例的流程圖。
參見圖30，首先在步驟800處，判斷由壓力傳感器43檢測到的壓力降PD是否大于從圖29A所示的圖譜中計算出的設定值DPTT，顆粒物過濾器22的溫度TF是否高于顆粒物氧化的溫度T0，例如250℃。當DP≤DPTT或TF≤T0時，程序進行到步驟801，在此處進行正常工作。此時，顆粒物在稀薄空燃比下連續燃燒。接著程序進行到804。
在另一方面，當判斷在步驟800處DP＞DPTT并且TF＞T0時，程序進行到步驟802，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到恢復。請注意即使PD＞DPTT，當TF≤T0時，也不進行變濃過程。接著，在步驟803處，將從圖29B所示的圖譜中計算出的增量ΔD加到該設定值DPTT中，并且該增加的結果導致形成新的設定值DPTT。接著，程序進行到步驟804處。
在步驟804處，判斷集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物量是否已經超過一預定值，也就是說，由壓力傳感器43檢測到的顆粒物過濾器22處的壓力降PD是否已經超過相應于圖5中UL的許可極性值PDX。當PD＞PDX時，程序進行到步驟805，在此處進行變濃過程，從而使空燃比A/F臨時變濃。因此，顆粒物的氧化得到了恢復。當該變濃過程結束時，程序進行到步驟806處，在此處，進行溫度上升控制，從而使顆粒物過濾器22的溫度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物燃燒。當顆粒物過濾器22的再生結束時，溫度上升控制停止，再進行正常的工作。
如上所述，根據本發明，有可能使集結在顆粒物過濾器22上的顆粒物在很短的時間內進行燃燒。
權利要求
1.一種內燃機用的廢氣凈化裝置，在該內燃機中，一個用于捕集并消除廢氣中的顆粒物的顆粒物過濾器設置在發動機的一廢氣通路中，并且燃燒是在稀薄空燃比的條件下連續進行的，該裝置包括一個用于預測該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比，是否在集結后已經改變到難于氧化的特性的預測裝置；用于在預測到該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比在集結后已經改變到難于氧化的特性時，臨時使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄切換到濃的狀態，從而使集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性改變到容易氧化的特性的空燃比切換裝置；用于判斷集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的量是否超過一預定值的判斷裝置；用于當集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的量已經超過一預定值時，在稀薄空燃比的條件下使顆粒物過濾器的溫度上升，以便利用氧化去除集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的溫度控制裝置。
2.如權利要求1所述廢氣凈化裝置，其中當該顆粒物過濾器的溫度低于一預定溫度時，甚至當估算出集結在該顆粒物過濾器上的顆粒物的特性與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的特性時，所述空燃比切換裝置也不使空燃比從稀薄狀態切換到濃狀態。
3.如權利要求1所述廢氣凈化裝置，其中所述預測裝置預測，在發動機啟動時，或當高速運行已經維持至少一預定的時間后，集結在該顆粒物過濾器上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態。
4.如權利要求1所述廢氣凈化裝置，其中所述預測裝置預測，在發動機運行時，當發動機轉數的累加值，或車輛運行距離已經超過一預定值時，集結在該顆粒物過濾器上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態。
5.如權利要求1所述廢氣凈化裝置，其中該顆粒物過濾器攜帶有一催化劑。
6.一種內燃機用的廢氣凈化裝置，在該內燃機中，一個用于捕集并消除廢氣中的顆粒物的顆粒物過濾器設置在發動機的一廢氣通路中，并且燃燒是在稀薄空燃比的條件下連續進行的，該裝置包括一個用于判斷該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比，是否在集結后已經改變到難于氧化的特性的第一判斷裝置；用于在判斷出該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性與正確的相比在集結后已經改變到難于氧化的特性時，臨時使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄切換到濃的狀態，從而使集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的特性改變到容易氧化的特性的空燃比切換裝置；用于判斷集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的量是否超過一預定值的第二判斷裝置；用于當集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的量已經超過一預定值時，在稀薄空燃比的條件下使顆粒物過濾器的溫度上升，以便利用氧化去除集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的溫度控制裝置。
7.如權利要求6所述廢氣凈化裝置，其中當該顆粒物過濾器的溫度低于一預定溫度時，甚至當判斷出集結在該顆粒物過濾器上的顆粒物的特性與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的特性時，所述空燃比切換裝置也不使空燃比從稀薄狀態切換到濃狀態。
8.如權利要求6所述廢氣凈化裝置，其中所述裝置還設置有用于計算集結在顆粒物過濾器上的顆粒物每單位時間氧化的下降和上升的計算裝置，其中所述第一判斷裝置根據所述氧化的下降和上升，判斷集結在顆粒物過濾器上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，是否已經改變到難于氧化的特性。
9.如權利要求6所述廢氣凈化裝置，其中所述裝置還設置有利用一模型，計算集結在顆粒物過濾器上的顆粒物中氧化性能降低最多的顆粒物量的計算裝置，其中所述第一判斷裝置在氧化性能下降最多的顆粒物量超過一預定值時，判斷集結在顆粒物過濾器上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，是否已經改變到難于氧化的特性。
10.如權利要求6所述廢氣凈化裝置，其中所述裝置還設置有用于估算該顆粒物過濾器中壓力降的估算裝置，和用于檢測該顆粒物過濾器中實際壓力降的檢測裝置，其中所述第一判斷裝置根據由所述估算裝置估算出的壓力降和由所述檢測裝置檢測出的實際壓力降之間的壓力差，判斷集結在顆粒物過濾器上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，是否已經改變到難于氧化的特性。
11.如權利要求10所述廢氣凈化裝置，其中所述估算裝置根據流入該顆粒物過濾器中的顆粒物量，和該顆粒物過濾器的溫度計算集結在顆粒物過濾器上的顆粒物量，并根據集結的顆粒物量估算出顆粒物過濾器中的壓力降。
12.如權利要求10所述廢氣凈化裝置，其中所述裝置還設置有用于使該顆粒物過濾器的溫度臨時上升，以便利用氧化部分去除集結在該顆粒物過濾器上的顆粒物的溫度上升裝置，并且在所述溫度上升裝置使溫度上升完成后，所述第一判斷裝置根據所述壓力差，判斷集結在顆粒物過濾器上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，是否已經改變到難于氧化的特性。
13.如權利要求12所述廢氣凈化裝置，其中當由所述所述檢測裝置檢測到的實際壓力降達到事先儲存的目標值時，所述第一判斷裝置利用所述溫度上升裝置，使該顆粒物過濾器的溫度臨時上升，并根據事先儲存的溫度上升作用完成后的壓力降，和由所述檢測裝置檢測出的實際壓力降之間的壓力差，判斷集結在顆粒物過濾器上的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，是否已經改變到難于氧化的特性。
14.如權利要求6所述廢氣凈化裝置，其中該顆粒物過濾器上攜帶有一催化劑。
15.一種內燃機用的廢氣凈化裝置，在該內燃機中，一個用于捕集并消除廢氣中的顆粒物的顆粒物過濾器設置在發動機的一廢氣通路中，并且燃燒是在稀薄空燃比的條件下連續進行的，該裝置包括能臨時使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄切換到濃的狀態的空燃比切換裝置；用于判斷集結在該顆粒物過濾器中的顆粒物的量是否超過一預定值的判斷裝置；和用于當集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的量已經超過一預定值時，在使流入該顆粒物過濾器中廢氣的空燃比，從稀薄臨時切換到濃的狀態，從而使集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的特性改變到容易氧化的特性后，使在稀薄空燃比狀態下，顆粒物過濾器的溫度上升，以便利用氧化去除集結在顆粒物過濾器中的顆粒物的溫度控制裝置。
16.如權利要求15所述廢氣凈化裝置，其中該顆粒物過濾器上攜帶有一催化劑。
全文摘要
一種顆粒物過濾器(22)設置在一內燃機的排氣通道中。可以判斷或估算集結在該顆粒物過濾器(22)中的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，是否已經改變到難于氧化的狀態。當判斷出或估算出集結在該顆粒物過濾器(22)中的顆粒物的特性，與集結后正確的相比，已經改變到難于氧化的狀態時，流入顆粒物過濾器(22)中的廢氣的空燃比，將從稀薄狀態臨時切換到濃狀態。
文檔編號B01D46/42GK1462332SQ02801410
公開日2003年12月17日 申請日期2002年2月20日 優先權日2001年4月26日
發明者中谷好一郎, 田中俊明, 廣田信也, 伊藤和浩, 淺沼孝充 申請人:豐田自動車株式會社