专利名称：废气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废气净化装置。
现有技术的描述过去，在柴油机中，废气中含有的颗粒物，借助于在发动机的排气通路中设置一颗粒物过滤器来过滤掉，用颗粒物过滤捕集废气中的颗粒物，并使被捕集在该颗粒物过滤器中的颗粒物点火燃烧，从而使该颗粒物过滤器再生。在这种情况下，使该颗粒物点火并燃烧需要相当高的温度和相当长的时间。
在另一方面，公知的柴油机带有一颗粒物过滤器，当空燃比稀薄时，一NOx吸收剂吸收NOx，在空燃比浓时，释放被吸收的NOx(参见日本未审查专利申请JP平6-159037)。在该内燃机中，该发动机通常在稀薄的空燃比下运行。当NOx吸收剂吸收的NOx的量超过一许可值时，该空燃比临时变浓，从而使NOx从该NOx吸收剂中释放出来。
当NOx从该NOx吸收剂中释放出来并减少时，该NOx减少时产生的热量使该颗粒物过滤器的温度上升。因此，在这种内燃机的一示例中，当NOx完成释放时，空燃比再一次恢复到稀薄状态。利用颗粒物过滤器的温度在此时上升这一事实，可以使集结在颗粒物过滤器中的颗粒物燃烧。进一步地，在另一个示例中，当NOx应该从该NOx吸收剂中释放时，当颗粒物过滤器上游的废气压力不超过一预定压力时，该空燃比正好是浓的，同时，在颗粒物过滤器上游的废气压力超过该预定值时，使空燃比变浓，以便使NOx从该NOx吸收剂中释放出来，然后，使空燃比变稀薄，以便使集结在颗粒物过滤器上的颗粒物燃烧。
然而，如上所述，使集结在颗粒物过滤器上的颗粒物点火并燃烧需要相当高的温度和相当长的时间。在这种情况下，使颗粒物过滤器的温度，上升到使集结的颗粒物点火并燃烧的温度，需要从外部供给能量。因此，为了使颗粒物过滤器的温度上升，通常使用额外的燃料或电加热器。因此如果颗粒物燃烧需要时间，将需要非常多的剩余能量。减少这种能量的过度消耗将要求颗粒物燃烧的时间尽可能地缩短。
发明人基于这一观点研究了集结的颗粒物的特性，结果是，集结的颗粒物的特性逐渐变得清晰了。其细节将在下面说明，但简单地说，已经发现颗粒物集结在颗粒物过滤器上的时间越长，则集结的颗粒物越难于氧化，其结果是，使该集结的颗粒物点火并燃烧，将需要相当高的温度和相当长的时间。这就是说，已经发现如果在集结的颗粒物难于氧化时，能将颗粒物的特性改变成容易氧化的特性，则使该颗粒物燃烧所需的时间能缩短。
因此，发明人基于这种观点进行了进一步的研究，结果发现借助于临时使空燃比变浓，集结的颗粒物的特性可以改变到容易氧化的特性。这就是说，已经发现当集结的颗粒物难于氧化时，如果使空燃比临时变浓，则该颗粒物变得容易氧化，因此燃烧该颗粒物所需要的时间可以缩短。
在上述公知的内燃机中，借助于使空燃比临时变浓，使NOx从该NOx吸收剂中释放出来。因此，空燃比改变的形式类似于本发明的。然而，在这种公知的内燃机中，当NOx吸收剂吸收的NOx的量超过一许可值时，使空燃比临时变浓，但在本发明中，当集结的颗粒物难于氧化时，使空燃比临时变浓。因此不但使空燃比变浓的目的不同，而且时间也不同。这就是说，即使在NOx吸收剂释放NOx的时间处使空燃比变浓，也不一定能使集结的颗粒物改变到容易氧化的状态。
本发明的内容本发明的目的是提供一种使集结在颗粒物过滤器中的颗粒物在一较短的时间内燃烧掉的废气净化装置。
根据本发明第一方面的内容，其提供了一种内燃机用的废气净化装置，在该内燃机中，一个用于捕集并消除废气中的颗粒物的颗粒物过滤器设置在发动机的一废气通路中，并且燃烧是在稀薄空燃比的条件下连续进行的，该装置包括一个用于预测该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比，是否在集结后已经改变到难于氧化的特性的预测装置；用于在预测到该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比在集结后已经改变到难于氧化的特性时，临时使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄切换到浓的状态，从而使集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性改变到容易氧化的特性的空燃比切换装置；用于判断集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的量是否超过一预定值的判断装置；用于当集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的量已经超过一预定值时，在稀薄空燃比的条件下使颗粒物过滤器的温度上升，以便利用氧化去除集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的温度控制装置。
根据本发明第二方面的内容，其提供了一种内燃机用的废气净化装置，在该内燃机中，一个用于捕集并消除废气中的颗粒物的颗粒物过滤器设置在发动机的一废气通路中，并且燃烧是在稀薄空燃比的条件下连续进行的，该装置包括一个用于判断该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比，是否在集结后已经改变到难于氧化的特性的第一判断装置；用于在判断出该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比在集结后已经改变到难于氧化的特性时，临时使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄切换到浓的状态，从而使集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性改变到容易氧化的特性的空燃比切换装置；用于判断集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的量是否超过一预定值的第二判断装置；用于当集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的量已经超过一预定值时，在稀薄空燃比的条件下使颗粒物过滤器的温度上升，以便利用氧化去除集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的温度控制装置。
根据本发明第三方面的内容，其提供了一种内燃机用的废气净化装置，在该内燃机中，一个用于捕集并消除废气中的颗粒物的颗粒物过滤器设置在发动机的一废气通路中，并且燃烧是在稀薄空燃比的条件下连续进行的，该装置包括能临时使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄切换到浓的状态的空燃比切换装置；用于判断集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的量是否超过一预定值的判断装置；和用于当集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的量已经超过一预定值时，在使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄临时切换到浓的状态，从而使集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的特性改变到容易氧化的特性后，使在稀薄空燃比状态下，颗粒物过滤器的温度上升，以便利用氧化去除集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的的温度控制装置。
附图的简要说明
图1是一内燃机的整体视图；图2A和2B是一颗粒物过滤器的视图；图3A和3B是颗粒物氧化性能的变化图；图4是一工作控制的一示例的视图；图5是另一工作控制的示例的视图；图6是一个用于解析喷射控制的视图；图7是颗粒物氧化性能下降的一视图；图8是一发动机工作控制的一流程图；图9是氧化去除的颗粒物量与颗粒物过滤器的温度之间的关系的视图；图10是一个用于解析集结的颗粒物的状态的图；图11A和11B是用于解析集结的颗粒物的状态的图；图12A和12B是用于解析集结的颗粒物的状态的图；图13是时间Δt的图；图14A和14B是排出的颗粒物量的图；图15和16是该发动机的控制的流程图；图17A，17B和17C是用于解析压力降变化的图；图18是一发动机工作控制的一流程图；图19A，19B和19C是用于解析压力降变化的图；图20是一发动机工作控制的一流程图；图21是一发动机工作控制的一流程图；图22是产生的烟雾量的图；图23A和23B是发动机工作区域等的图24是节流阀开启度等的变化的图；图25是氧化去除的颗粒物量与颗粒物过滤器的温度之间的关系的视图；图26是集结的颗粒物量的图；图27是该发动机工作控制的一流程图；图28是该发动机工作控制的一流程图；图29A和29B是表示设定的图谱等的图；图30是该发动机工作控制的一流程图。
实施本发明的优化实施例图1表示本发明用于一压缩点火型内燃机的情况。请注意本发明也可以用于一火化点火型内燃机。
参见图1，1表示一发动机机体，2表示一气缸体，3表示一气缸盖，4表示一活塞，5表示一燃烧室，6表示一电控喷油器，7表示一进气阀，8表示一进气道，9表示一喷气阀，10表示一排气道。盖进气道8通过相应的进气管11连接到一调压箱12，而该调压箱12通过一进气管13连接到一废气涡轮增压器14的压气机15上。在该进气管13内设置一个由一步进电机16驱动的节流阀17。进一步地，绕该进气管13设置一冷却装置18，用于冷却流过该进气管13的进气空气。在图1所示实施例中，该发动机冷却水在该冷却装置18中流动，并且进气空气由该发动机冷却水冷却。在另一方面，该排气道10通过排气支管19和排气管20连接到一废气涡轮增压器14的废气涡轮21上。该废气涡轮21的出口连接到一个过滤器壳体23上，该壳体中装纳有一颗粒物过滤器22。
该排气支管19和调压箱12通过一废气再循环(EGR)通道24相互连接。再该EGR通道24中设置一电控EGR控制阀25。绕该EGR通道24设置一冷却装置26，用于冷却该EGR通道24中循环的EGR气体。再图1所示的实施例中，发动机冷却水在该冷却装置26中导流，并且该EGR气体由该发动机冷却水冷却。在另一方面，喷油器6通过供油管6a连接到一油箱，即一所谓的共轨27上。燃油从一电控可变输油泵28中供到该共轨27中。供到该共轨27中的燃油通过供油管6a供给喷油器6中。该共轨27具有一个与之相连的油压传感器29，用于检测该共轨27中的油压。输油泵28的输出根据该油压传感器29的输出信号进行控制，以便该共轨27中的油压变为目标油压。
电控单元30包括一个设置有一ROM(只读储存器)32，RAM(随机储存器)33，CPU(微处理器)34，通过一双向总线31相互连接的输入接口35和输出接口36。油压传感器29的输出信号通过一相应的AD转换器37，输入到该输入接口35中。此外，一个用于检测该颗粒物过滤器22的温度的温度传感器39与该颗粒物过滤器22连接。该温度传感器39的输出通过相应的AD转换器37输入到该输入接口35中。此外，用于检测该颗粒物过滤器22上游废气的压力，和其下游废气的压力之间的压差，即颗粒物过滤器22中的压力降的压力传感器43，与该颗粒物过滤器22连接。该压力传感器43的输出信号通过相应的AD转换器37输入到该输出接口35中。
在另一方面，加速踏板40与一负载传感器41连接，产生一个与该加速踏板40的下降量L成正比的输出电压。负载传感器41的输出电压通过相应的AD转换器37输入到该输入接口35中。此外，输出接口36通过相应的驱动电路38连接到该喷油器6，驱动该节流阀的步进电机16，EGR控制阀25和输油泵28上。
图2A和2B表示该颗粒物过滤器22的结构。请注意图2A该颗粒物过滤器22的前视图，而图2B是该颗粒物过滤器22的侧剖视图。如图2A和2B所示，该颗粒物过滤器22形成一个蜂窝结构，并设置有一组相互平行延伸的废气流通通道50，51。这些废气流通通道包括下游端由塞52堵塞的废气流入通道50，和上游端由塞53堵住的废气流出通道51。请注意，图2A中的阴影部分表示塞53。因此，废气流入通道50和废气流出通道51通过薄的隔壁交替设置。换句话说，该废气流入通道50和废气流出通道51是如此设置的，以致于每个废气流入通道50都由四个废气流出通道51包围，而每个废气流出通道51都由四个废气流入通道50包围。
该颗粒物过滤器22例如由堇青石之类的多孔材料构成。因此流入该废气流入通道50的废气流出，并通过包围的隔壁54流入相邻的废气流出通道51中，如图2B中箭头所示。
在本发明的第一实施例到第五实施例中，一层包含例如氧化铝的载体，形成在该废气流入通道50和废气流出通道51的圆周表面上，即该隔壁54的两侧表面和该隔壁54中各微孔的内壁上。在该载体上携带有诸如铂Pt之类的多孔金属催化剂，或诸如铯Ce之类的稀土催化剂。请注意本发明中所用的颗粒物过滤器22没有携带在稀薄空燃比时吸收NOx，在浓空燃比时释放NOx的NOx吸收剂。
主要是废气中的炭粒的颗粒物，被捕集并集结在该颗粒物过滤器22上。集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物，接着在30秒到1小时的时间内进行氧化。因此，颗粒物总是集结在该颗粒物过滤器22上。当该颗粒物过滤器22的温度保持在该颗粒物可以被氧化，例如至少250℃时，当每单位时间内输送到该颗粒物过滤器22中的颗粒物量不很大时，该颗粒物可以在某一时间或其它时间氧化。因此在这种情况下，所有颗粒物可以不断地氧化。
在另一方面，当每单位时间输送到该颗粒物过滤器22中的颗粒物量变大，或该颗粒物过滤器22的温度变低时，没有被足够氧化的颗粒物量增加，从而集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量增加。在实际工作状态中，每单位时间输送到该颗粒物过滤器22中的颗粒物量有时变大，该颗粒物过滤器22的温度有时变低，所以集结在该颗粒物过滤器22上的颗粒物量逐渐增加。
接下来，将参照附图3A和3B来解析集结在该颗粒物过滤器22上的颗粒物容易氧化的程度，即颗粒物的氧化。请注意在图3A和3B中，A/F表示流入该颗粒物过滤器22中的废气空燃比。在这种应用中，供入进气道，燃烧室5和该颗粒物过滤器22的上游的排气道中的空气和燃料之间的比例，称之为“废气空燃比”。
在图3A中，实线X1表示颗粒物过滤器22的温度相当低时的情况，而虚线X2表示颗粒物过滤器22的温度较高时的情况。如果颗粒物集结在该颗粒物过滤器22上，则在集结的颗粒物质量内，将形成大量的微孔或空隙。因此，该质量的颗粒物的表面积S和该质量的颗粒物的体积V之间的比例，即，表面积/体积的比S/V变得相当大。该表面积/体积的比S/V大，意味着颗粒物和氧气之间的接触面积大，从而表示颗粒物的氧化是好的。
在另一方面，如果在颗粒物被捕集之后，空燃比A/F变稀薄的状态继续维持，则颗粒物集聚起来，并且颗粒物的尺寸逐渐变大。结果是，颗粒物质量中的微孔或空隙量逐渐缩小。因此，颗粒物质量的表面/体积比S/V逐渐下降，因此颗粒物的氧化如图3A中X1和X2所示逐渐降低。温度越高，该颗粒物的集聚作用越大。因此如图3A所示，颗粒物的氧化在X2所示的高温状态比X1所示的低温状态下降得更早。如果允许颗粒物氧化性能的这种下降继续进行，则颗粒物将变得极难氧化，结果是，需要一较长的时间来使该颗粒物燃烧。
然而，已经发现如果当颗粒物的氧化按这种方式下降时，使空燃比A/F如图3A那样变浓，则颗粒物的氧化得到恢复。其原因不清楚，但可以相信，使空燃比A/F变浓类似于在产生焦炭时的活性作用。即，如果空燃比A/F变浓，则氧气非常少，所以废气中的CO2或H2O使炭键断裂，结果是，再一次产生大量的微孔或空隙。实际上，如果在该空燃比A/F变浓后，试图测量颗粒物质量的表面/体积比S/V，则该表面/体积比S/V增加相当多。
请注意在这种情况下，当颗粒物过滤器22的温度较高时，C02或H2O的攻击更有侵略性。因此，与图3B中实线Y1所示的颗粒物过滤器22的温度较低的情况相比，当图3B中虚线Y2所示的颗粒物过滤器22的温度较高时，该颗粒物的氧化性能变得更高。
如果使空燃比A/F按这种方式变浓，则颗粒物的氧化变得更好。因此当在稀薄的空燃比下，颗粒物连续燃烧时，如果使空燃比A/F偶尔变浓，则有可能使该颗粒物保持在容易氧化的状态。
图4和5表示根据本发明进行工作控制的基本思想。请注意在图4和5中，TF表示颗粒物过滤器22的温度。
在图4所示实施例中，当颗粒物的氧化下降到许可的极限LL时，使空燃比A/F临时转换到浓状态，因此使该颗粒物的氧化上升。接着，如果集结在该颗粒物过滤器22上的颗粒物量超过一预定值UL，则进行温度上升控制，使该颗粒物过滤器22的温度上升到至少600℃，然后使该温度保持在至少600℃，而空燃比保持在稀薄状态。当进行温度上升控制时，使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物点火并燃烧。
这就是说，在本发明的实施例中，该技术方案由下列各装置构成，即，用于在该颗粒物过滤器22中的颗粒物的特性与正确的相比在集结后已经改变到难于氧化的特性时，临时使流入该颗粒物过滤器22中废气的空燃比A/F，从稀薄切换到浓的状态，从而使集结在该颗粒物过滤器22中的颗粒物的特性改变到容易氧化的特性的空燃比切换装置；用于判断集结在该颗粒物过滤器22中的颗粒物的量是否超过一预定值UL的判断装置；和用于当集结在颗粒物过滤器22中的颗粒物的量已经超过一预定值UL时，在稀薄空燃比的条件下使颗粒物过滤器22的温度上升，以便利用氧化去除集结在颗粒物过滤器22中的颗粒物的温度控制装置。
请注意具有各种不同的使空燃比A/F从稀薄状态临时切换到浓状态的方法。例如，具有使燃烧室5中的平均空燃比变浓的方法；在膨胀冲程后或在排气期间将额外的燃料喷入燃烧室中的方法；及将额外的燃料喷射入颗粒物过滤器22上游的排气道中的方法。
在另一方面，还具有使颗粒物过滤器22的温度上升的各种方法。例如，具有在该颗粒物过滤器22的上游端设置一电加热器，并用该电加热器加热该颗粒物过滤器22或流入该颗粒物过滤器22中的废气的方法；将燃料喷射入该颗粒物过滤器22上游的排气道中，并使该燃油燃烧，从而加热该颗粒物过滤器22的方法；及使排气温度上升从而使颗粒物过滤器22的温度上升的方法。
下面将参照附图6说明此处最终的方法，即，使排气温度上升的方法。
一种使排气温度有效地上升的方法，是使燃料喷射正时延迟到压缩冲程的上死点后的方法。即，如图6中(I)所示，通常主燃料量QM是在压缩冲程的上死点附近喷射的。在这种情况下，如图6中(II)所示，如果主燃料量QM的喷射正时延迟，则后燃期变得更长，因此废气温度上升。如果废气温度变得更高，则颗粒物过滤器22的温度TF因此而上升。
此外，为了是废气温度上升，如图6中(III)所示，在进气冲程的上死点附近，除主燃料量QM之外也可以喷入辅助燃料量QV。如果按这种方式另外喷入辅助燃料量QV，则能燃烧的燃料量正好为增加的辅助燃料量QV，因此废气温度上升，及颗粒物过滤器22的温度TF上升。
在另一方面，如果按这种方式在进气冲程的上死点附近喷射辅助燃料量QV，则在压缩冲程期间，压缩热将使醛，酮，过氧化物，一氧化碳及其它中间产物产生。这些中间产物使主燃料量QM的反应加速。因此，在这种情况下，如图6中(III)所示，即使使该主燃料量QM的的喷射正时延迟很多，也可以获得良好的燃烧而不会产生熄火。即，可以按这种方式使主燃料量QM的喷射正时延迟很多，因此废气的温度变得相当高，因此该颗粒物过滤器22的温度TF可以迅速上升。
此外，如图6中(IV)所示，除主燃料量QM之外，在膨胀冲程或排气冲程期间，也可以喷射辅助燃料量QP。这就是说，在这种情况下，辅助燃料量QP的主要部分没有燃烧，但以未燃烧的HC形式排放到排气道中。这些未然烧的HC由颗粒物过滤器22中剩余的氧化氧化。氧化反应此时产生的热量使该颗粒物过滤器22中的温度上升。
在图4中，使集结的颗粒物燃烧的颗粒物过滤器22的温度，利用图6中(IV)的方法上升。因此，如图4所示，当颗粒物过滤器22的温度如图4那样上升时，空燃比A/F变得只稍小一点。
在另一方面，在图5所示实施例中，如果颗粒物的氧化下降到许可值LL，则空燃比A/F临时切换到浓状态。每当空燃比A/F变浓时，颗粒物的氧化得到改善。然而，在图5所示实施例中，如果集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量超过预定值UL，则空燃比A/F临时从稀薄状态切换到浓状态，以便使该颗粒物氧化。接着，进行温度上升控制，从而使该颗粒物过滤器22的温度上升到至少600℃，然后保持在至少600℃，而该空燃比继续保持稀薄状态。按这种方式，在图5所示的实施例中，由于集结的颗粒物，在该集结的颗粒物氧化上升的状态下，开始燃烧，因此该集结的颗粒物燃烧的时间进一步缩短。
作为工作控制，有可能使用图4和图5所示的任何方法。然而在下述实施例中，用图5所示的方法作为示例进行解析。接着一个接一个地解析各实施例。
图7和8表示一第一实施例。在该实施例中，计算出每单位时间集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的氧化的上升或下降，并且根据该氧化的上升或下降，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的性能，在集结后与正确的比较，是否已经改变到难于氧化的状态。
这就是说，如参考图3A和3B的解析那样，当空燃比A/F保持为稀薄时，颗粒物过滤器22的温度TF越高，则颗粒物的氧化越大。因此，简而言之，每单位时间内颗粒物氧化性能的降低ΔDEO可以如图7所示。即，如图中实线L所示，当空燃比A/F变稀薄时，颗粒物过滤器22的温度TF越高，则颗粒物氧化性能的降低ΔDEO变得越大。在另一方面，当空燃比A/F变浓时，如图中实线R所示，则颗粒物氧化性能的降低ΔDEO变为负值，并且颗粒物过滤器22的温度TF越高，则ΔDEO的绝对值，即每单位时间该颗粒物氧化性能的增加，变得越大。
因此，如果计算出如图7所示每单位时间颗粒物氧化性能的降低ΔDEO，并将各个计算出的ΔDEO累加起来，则有可能判断该颗粒物的氧化性能的降低。在该实施例中，当颗粒物氧化性能的降低超过一个对应于图5中LL的许可值XO时，空燃比A/F临时变浓。
图8表示该第一实施例执行的一流程图。
参见图8，首先在步骤100处，将根据图7计算出的颗粒物氧化性能的降低ΔDEO加到DEO上。因此，该DEO用来表示该颗粒物的氧化性能的降低。接着，在步骤101处，判断该颗粒物的氧化性能的降低DEO是否已经超过一许可值XO，颗粒物过滤器22的温度TF是否高于颗粒物进行氧化的温度T0，例如250℃。当DEO≤XO或TF≤T0，则程序进行到步骤102，在此进行正常的工作。此时颗粒物在稀薄的空燃比下连续燃烧。接着，程序进行到步骤105。
在另一方面，当判断出在步骤101处DEO≥XO并且TF＞T0时，程序进行到步骤103，此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使当TF≤T0时，DEO≥XO，变浓过程也不进行。接着，在步骤104处，清除DEO。接着，程序进行到步骤105处。
在步骤105处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否超过一预定值，即，由压力传感器43检测到该颗粒物过滤器22处的压力降，是否超过对应于图5的UL的许可极限PDX。当PD＞PDX，程序进行到步骤106，在此进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤107，在此进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度TF上升到至少600℃，并在稀薄空燃比条件下保持在至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，温度上升控制停止，从而正常的工作再进行。
图9-16表示一第二实施例。在该第二实施例中，在集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物中，氧化性能下降最大的颗粒物的量利用是模型计算出来。当氧化性能下降最大的颗粒物的量超过一预定值时，判断集结在该颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比已经改变到难于氧化了。
首先，参照图9，图9中的实线Z表示集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的氧化速率，即，例如每分钟因氧化可去除的颗粒物量G(g/min)，和该颗粒物过滤器22的温度TF之间的关系。这就是说，在图9中，曲线Z表示流到颗粒物过滤器22中的颗粒物量与氧化去除的颗粒物量G相匹配的平衡点。此时，流入的颗粒物量与氧化去除的颗粒物量相等，所以集结在颗粒物过滤器22中的颗粒物量保持为常数。在另一方面，在图9的I区域中，流入的颗粒物量小于氧化去除的颗粒物量，所以集结的颗粒物量变得更小，而在图9的II区域中，流入的颗粒物量变得比氧化去除的颗粒物量更大，所以集结的颗粒物量增加。
图10借助于模型示意性地表示，当流入的颗粒物量与氧化去除的颗粒物量G相匹配时，集结的颗粒物的状态。在图10中，横坐标上的数字1-5表示集结的颗粒物的氧化。从数字1-5表示氧化变得越来越恶化。此外，在图10中，W1，W2，W3，W4和W5表示在相对氧化性能1，2，3，4和5的某一时间处，集结的颗粒物量。WO1，WO2，WO3，WO4和WO5表示一段时间后，氧化去除的颗粒物量。WR1，WR2，WR3，WR4和WR5表示在这些时间处仍集结的剩余颗粒物量。
在这一模式中，可以考虑在一定的时间内利用氧化，使流入该颗粒物过滤器22中的颗粒物W1去除到正好为WO1的程度，以致于使正好为WR1的颗粒物保留，并且这些颗粒物WR1的氧化性能从1降低到2，然后在一定的时间内利用氧化使剩余的颗粒物W2去除，并到达正好为WO2的程度，所以使正好为WR2的颗粒物保留，并且这些颗粒物WR2的氧化性能从2降低到3。因此，如从图10中知道的那样，在该模型中，W2与WR1匹配，W3与WR2匹配，W4与WR3匹配，而W5与WR4匹配。
此外，在这一模型中，在一定时间内，集结的颗粒物W1，W2，W3，W4和W5与氧化去除的颗粒物量WO1，WO2，WO3，WO4和WO5的比值WO1/W1，WO2/W2，WO3/W3，WO4/W4和WO5/W5是固定的。在这种情况下，颗粒物的氧化下降越多，这些比值变得越小。因此，在这一模型中，比值WO1/W1为60％，WO2/W2为57％，WO3/W3为54％，WO4/W4为52％，而WO5/W5为50％。
此外，由于WO5/W5为50％，因此WR5/W5也为50％。在一预定的时间内，剩余的颗粒物WR5继续由氧化去除。考虑到在该模式中，图10所示模型是准备好的。
在另一方面，如果流入的颗粒物量大于氧化去除的颗粒物量G，则如图11A所示，比值WO1/W1，WO2/W2，WO3/W3，WO4/W4和WO5/W5比图10所示的情况的更小。结果是，剩余颗粒物量WR1，WR2，WR3，WR4和WR5与图10所示情况相比，将增加。如果这种情况继续得话，则如图11B所示，颗粒物量W5随氧化5大大增加。
这就是说，考虑到这一模型，有可能发现颗粒物量W5具有使氧化恶化的作用。
下面将简要说明使氧化恶化的颗粒物量W5的计算方法。
图12A和12B表示流入的颗粒物量和氧化去除的颗粒物量之间的平衡点是图9中的A点和B点。图12A和12B表示颗粒物处于与图10的方式相同的状态，当在图12A和12B中，横坐标表示当颗粒物流入之后的5分钟，10分钟，15分钟，20分钟和25分钟。在图12B中，横坐标表示颗粒物流入之后的2分钟，4分钟，6分钟，8分钟和10分钟。
图9的点B中氧化去除的颗粒物量G，即，流入的颗粒物量，与A点的相比更大，所以图12B中的颗粒物量W1变得比图12A中的颗粒物量W1更大。在另一方面，图9中B点的颗粒物过滤器22的温度TF，与A点的相比更高，所以颗粒物的氧化很早就下降了。尽管这样，在颗粒物的氧化变成横坐标上的5之前，氧化去除颗粒物的事实，意味着如图12B所示，该颗粒物很早就由氧化去除。
60％的颗粒物W1由氧化去除所需要的时间Δt，或57％的颗粒物W2由氧化去除所需要的时间Δt在图12A中为5分钟，在图12B中为2分钟。按这种方式，如图13所示，颗粒物过滤器22的温度TF越高，则时间Δt越短。
在该实施例中，每经过一时间Δt，就计算出剩余的颗粒物量WR1，WR2，WR3，WR4和WR5。当剩余的颗粒物量WR1，WR2，WR3，WR4和WR5超过相应于图5中LL的许可的极限值WRX时，临时使该空燃比A/F变浓。
此外，剩余的颗粒物量的计算要求求出流入的颗粒物量，即从发动机废气中排出的颗粒物量。这一排出的颗粒物量，随发动机的模型，即发动机的模型是否确定而变化，并成为发动机扭矩TQ和发动机转速N的函数。图14A表示图1所示内燃机排出的颗粒物量M。曲线M1，M2，M3，M4和M5表示排出的颗粒物量(M1＜M2＜M3＜M4＜M5)。在图14A所示示例中，需要的扭矩TQ越高，排出的颗粒物量M越大。请注意图14A所示排出的颗粒物量M，作为该需要的扭矩TQ和发动机转速N的函数，以图14B所示的图谱形式预先储存在该ROM32中。
图15和16表示执行该第二实施例的流程图。
参见图15和16，首先，在步骤200处，从图13所示的关系中计算时间Δt。接着在步骤201处计算在图14B所示的时间Δt内排出的颗粒物量M的累加值∑M。接着，在步骤202处计算在图9所示的时间Δt内氧化去除的颗粒物量G的累加值∑G。接着，在步骤203处判断是否经过了时间Δt。当经过了时间Δt时，程序进行到步骤204处。
在步骤204处，计算氧化去除的颗粒物量WO1(＝∑G×0.6)，WO2(＝WR1×0.57)，WO3(＝WR2×0.54)，WO4(＝WR3×0.52)和WO5(＝WR4×0.5)。接着，在步骤205处，根据下列关系计算剩余的颗粒物量WR5，WR4，WR3，WR2和WR1WR5←WR4-WO5WR4←WR3-WO4WR3←WR2-WO3WR2←WR1-WO2WR1←∑M-WO1这些关系的含意相信从图10中可以清除看出，故省略其解析。
接下来，在步骤206处判断剩余的颗粒物量WR5是否超过一许可极限WRX，并且该颗粒物过滤器22的温度TF是否高于颗粒物能进行氧化的温度T0，例如250℃。当WR5≤WRX或TF＞T0时，程序进行到步骤207，在此处进行正常工作。此时，颗粒物在稀薄空燃比下连续燃烧。接着程序进行到210。
在另一方面，当判断在步骤206处WR5＞WRX并且TF＞T0时，程序进行到步骤208，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使WR5＞WRX，当TF≤T0时，也不进行变浓过程。接着，在步骤209处，进行初始化。接着，程序进行到步骤210处。
在步骤210处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否已经超过一预定值，也就是说，由压力传感器43检测到的颗粒物过滤器22处的压力降PD是否已经超过相应于图5中UL的许可极性值PDX。当PD＞PDX时，程序进行到步骤211，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到了恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤212处，在此处，进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，温度上升控制停止，再进行正常的工作。
图17A，17B和17C及图18表示一第三实施例。在该实施例中，在一方面，估算颗粒物过滤器22处的压力降，而在另一方面，检测出颗粒物过滤器22处的实际压力降，并且用估算的压力降和实际压力降之间的压差来判断，集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物特性，与集结后正确的相比，是否变成了难于氧化的特性。这就是说，当颗粒物的氧化降低时，颗粒物没有被全部氧化，而是集结起来了，所以颗粒物过滤器22处的压力降增加。因此，根据这一点就有可能判断出颗粒物的氧化是否已经降低了。
因此，下面将首先说明用于估算颗粒物过滤器22处的压力降的方法。在该实施例中，根据排出的颗粒物量M和氧化去除的颗粒物量G计算出颗粒物的累加值∑WR。图17A表示颗粒物的累加值∑WR和标准状态下的压力降ΔPD之间的关系。因此，如果得出了颗粒物的累加值∑WR，则从图17A所示的关系中可以得出标准状态下的压力降ΔPD。
在另一方面，即使颗粒物的累加值∑WR是相同的，如果颗粒物过滤器22的温度TF和废气量GE改变，则压力降也随它们改变。在本发明的该实施例中，事先按图17B所示一图谱形式，将用于校正标准状态下的压力降ΔPD的校正系数K储存在ROM中。借助于使该校正系数K与该压力降ΔPD相乘，可以计算出相应于颗粒物过滤器22的温度TF和废气量GE的压力降。
如果颗粒物氧化如图17C所示那样下降，则压力传感器43检测到的实际压力降PD大于计算出的压力降PDD。在第三实施例中，当这些压力降的差值(PD-PDD)超过一设定值PX时，该空燃比A/F临时变浓。
图18表示实施第三实施例的一流程图。
参见图18，首先在步骤300处，根据图14B所示图谱计算出排出的颗粒物量M，并且从图9所示的关系中计算出氧化去除的颗粒物量G。接着，在步骤301处，从前一循环过程中集结的颗粒物量WR和排出的颗粒物量M的和(WR+M)中，减去氧化去除的颗粒物量G，从而计算出当时集结的颗粒物的累加值∑WR(＝(M+WR)-G)。接着，在步骤302处，从∑WR得出WR。
接着，在步骤303处，判断是否经过一预定的时间。当该预定的时间已经经过时，程序跳到步骤306处，而当该预定时间过去时，程序进行到步骤304处。在步骤304处，根据集结的颗粒物量∑WR，从图17A所示的关系中计算出压力降ΔPD。从该压力降ΔPD和图17B所示的校正系数K计算出该压力降的估算值PDD。接着，在步骤305处，判断由压力传感器43检测到的实际压力降PD和估算出的压力降值PDD之间的差值(PD-PDD)是否大于一设定值PX，颗粒物过滤器22的温度TF是否高于颗粒物氧化的温度T0，例如250℃。
当PD-PDD≤PX或TF≤T0时，程序进行到步骤306处，在此处，进行正常的工作。此时，在稀薄空燃比下使颗粒物连续燃烧。接着，程序进行到步骤308处。
在另一方面，当在步骤305处判断出PD-PDD＞PX并且TF＞T0时，程序进行到步骤307处，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使PD-PDD＞PX，当TF≤T0时，变浓过程也不会进行。接着程序进行到步骤308处。
在步骤308处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否已经超过一预定值，即，由压力传感器43检测到的颗粒物过滤器22的压力降PD是否已经超过对应于图5中UL的许可极性值PDX。当PD＞PDX时，程序进行到步骤309处，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到了恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤310处，在此处，进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度上升到至少600℃，并在稀薄空燃比下保持至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，该温度上升控制停止，再进行正常的工作。
图19A，19B和19C及图20表示一第四实施例。在该实施例中，颗粒物过滤器22的温度TF临时上升到大约450℃，从而使部分集结的颗粒物氧化，并判断该颗粒物的氧化是否已经从后续压力降的大小下降。这就是说，如果该颗粒物过滤器22温度TF上升，当该颗粒物的氧化较高时，则可以氧化大量集结的颗粒物，但当颗粒物的氧化降低时，几乎没有集结的颗粒物能被氧化。因此，使颗粒物过滤器22的温度TF上升后的压力降，如图19A中PDD所示，在颗粒物的氧化较高时，将变得更低，而在颗粒物的氧化较低时，如图19A中PD所示，将变得更高。因此，根据压力降PD和PDD之间的差值，可以判断出颗粒物的氧化是否已经下降。
具体地说，在该实施例中，当压力传感器43检测到的实际压力降PD变为一预定的目标值PDT时，进行颗粒物过滤器22的温度上升控制。该目标值PDT事先储存在ROM32中，如图19B所示，是所需扭矩TQ和发动机转速N的函数。接着，该温度上升控制结束后，当达到图19A所示的判断正时TK时，在颗粒物的氧化较高时，将该实际压力降PD和压力降PDD进行比较。压力降PDD事先由试验等求出。该压力降PDD事先储存在ROM32中，如图19C所示，作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数。在该实施例中，当压差(PD-PDD)超过一设定值PXX时，临时使空燃比A/F变浓。
图20表示执行该第四实施例的一流程图。
参见图20，首先在步骤400处，判断由压力传感器43检测到的实际压力降PD是否已经变成如图19B所示的目标值PDT。当PD不等于PDT时，程序跳到步骤404处，但在PD＝PDT时，该程序进行到步骤401处。在步骤401处，进行温度上升控制，从而使该颗粒物过滤器22的温度TF临时上升。当温度上升控制结束时，程序进行到步骤402处，在此处，判断图19A所示的判断正时TK是否已经达到。当该判断正时TK已经达到时，程序进行到步骤403处，在此处，判断压力传感器43检测到的实际压力降PD和从图19C所示的图谱中得出的压力降PDD之间的差值(PD-PDD)是否大于一设定值PXX，并且该颗粒物过滤器22的温度TF是否高于颗粒物产生氧化温度T0，例如250℃。
当PD-PDD≤PX或TF≤T0时，程序进行到步骤404处，在此处，进行正常的工作。此时，在稀薄空燃比下使颗粒物连续燃烧。接着，程序进行到步骤406处。
在另一方面，当在步骤403处判断出PD-PDD＞PX并且TF＞T0时，程序进行到步骤405处，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使PD-PDD＞PX，当TF≤T0时，变浓过程也不会进行。接着程序进行到步骤406处。
在步骤406处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否已经超过一预定值，即，由压力传感器43检测到的颗粒物过滤器22的压力降PD是否已经超过对应于图5中UL的许可极性值PDX。当PD＞PDX时，程序进行到步骤407处，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到了恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤408处，在此处，进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度上升到至少600℃，并在稀薄空燃比下保持至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，该温度上升控制停止，再进行正常的工作。
接着，将解析第五实施例。可以在一定程度上预测集结在颗粒物量过去22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，是否改变为难于氧化。例如在发动机启动时，颗粒物过滤器22的温度TF较低，所以大量的颗粒物没有氧化就集结在该颗粒物过滤器22上了。即使颗粒物过滤器22的温度上升，该颗粒物也不会立即氧化。因此大量的颗粒物将继续集结在该颗粒物过滤器22上。在这期间，颗粒物的氧化将结束下降。进一步地，如果进行高速工作，颗粒物在稀薄空燃比下，长期暴露在高温中，因此颗粒物的氧化将降低。因此，在发动机启动时或高速工作的时间长于一预定时间时，可以预测集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态。
此外，如果发动机继续工作更长一段时间，在这期间，可以认为颗粒物的氧化将下降。因此也可以预测到，在发动机工作时，集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态，并且发动机转速的累加值或车辆运行的距离超过了预定值。
因此，在该实施例中，当预测到集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态时，可使空燃比A/F临时变浓。
图21表示实施第五实施例的一流程图。
参见图21，首先，在步骤500处，判断是否可以预测集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态，并且该颗粒物过滤器22的温度TF，是否高于颗粒物进行氧化的温度T0，例如250℃。如果不能预测集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态，或TF≤T0，则程序进行到步骤501处，在此处，进行正常的工作。此时，颗粒物在稀薄空燃比下连续燃烧。接着，程序进行到步骤503处。
在另一方面，当能预测到集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态，或TF＞T0时，程序进行到步骤502处，在此处，进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，该颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使能预测到集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态，当TF≤T0时，也不进行变浓过程。接着，程序进行到步骤503处。
在步骤503处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否已经超过一预定值，即，由压力传感器43检测到的颗粒物过滤器22的压力降PD是否已经超过对应于图5中UL的许可极性值PDX。当PD＞PDX时，程序进行到步骤504处，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到了恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤505处，在此处，进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度上升到至少600℃，并在稀薄空燃比下保持至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，该温度上升控制停止，再进行正常的工作。
接着，参照图22-24将简要说明适合于使本发明工作的低温燃烧方法。
在图1所示内燃机中，当EGR率(EGR气体量/EGR气体量+进气量)增加时，产生的烟雾量逐渐增加并达到峰值。如果EGR率进一步增加，则此时产生的烟雾量迅速下降。这一点将参照在改变EGR气体的冷却程度时，表示EGR率和烟雾之间的关系的图22进行说明。请注意在图22中，曲线A表示使EGR气体强迫冷却从而维持该EGR气体的温度为大约90℃的情况，曲线B表示由小型冷却装置冷却EGR气体的情况，曲线C表示不强迫冷却EGR气体的情况。
如图22中曲线A所示，当强迫冷却EGR气体时，产生烟雾量的峰值处于EGR率略小于50％时。在这种情况下，如果使EGR率大于约55％，则几乎不会再产生烟雾。在另一方面，如图22中曲线B所示，当EGR气体稍微冷却时，产生烟雾量的峰值处于EGR率略大于50％处。在这种情况下，如果使EGR率为至少大约65％，则几乎不会再产生烟雾。此外，如图22中曲线C所示，当EGR气体没有强迫冷却时，产生烟雾的峰值处于55％的EGR率附近。在这种情况下，如果使使EGR率为至少大约70％，则几乎不会再产生烟雾。
在这种方式中使EGR率至少为55％从而不再产生烟雾的原因是，在燃烧室时燃料和周围气体的温度，由于EGR气体的吸热作用没有增高，即，燃烧是在低温时进行的，因此，碳氢不会变成碳粒。
不论空燃比如何，这种低温燃烧都具有可以降低N0x的生成量，同时抑制烟雾的生成的特性。这就是说，如果空燃比变浓，燃料变得过剩，但使该燃烧温度抑制处于低温，所以过剩的燃料不会变成炭粒，因此不会产生烟雾。此外，在这是，只产生非常少的NOx。在另一方面，当平均空燃比是稀薄的或空燃比处于化学当量空燃比时，如果燃烧温度增高，将生成少量的炭粒，但在低温燃烧时，燃烧温度得到了抑制，处于较低的温度，因此根本不会生成烟雾，并且也只形成非常少量的NOx。
然而，如果发动机的扭矩TQ需求变大，即喷射的燃料量增加，则燃烧室时燃料和周围气体的温度将增加，所以低温燃烧将变得很困难。这就是说，只有在发动机中等负荷和低负荷运行，并且燃烧产生的热量相当少时，低温燃烧才是可能的。在附图23A中，区域I表示可以在燃烧室5的惰性气体量大于炭粒生成处于峰值时的惰性气体量时进行第一燃烧，即低温燃烧的运行区域，而区域II表示可以在燃烧室5的惰性气体量小于炭粒生成处于峰值时的惰性气体量时进行第二燃烧，即正常燃烧的运行区域。
图23B表示在区域I中运行时低温燃烧情况的目标空燃比A/F。图24表示节流阀17的开启度，EGR控制阀25的开启度，EGR率，空燃比，喷射开始正时θS，和喷射结束正时θE及在运行区域I中在低温燃烧情况下相应于所需扭矩TQ的喷射量。请注意图24表示在运行区域II中进行正常燃烧时节流阀17等的开启度。
从图23B和24中，可以懂得当在区域I中进行低温燃烧时，EGR率为正时55％，空燃比A/F从15.5变到大约18的稀薄空燃比。如上所述，当进行低温燃烧时，几乎不会排出烟雾，即颗粒物。因此具有可以避免在颗粒物过滤器22中集结大量的颗粒物的优点。
此外，如果使用低温燃烧，燃烧室5中的空燃比在不产生大量炭粒，即大量颗粒物的情况下可以变浓。因此当发动机的运行状态处于图23A所示的第二运行区域II中时，当要判断或预测空燃比A/F将临时变浓从而增加颗粒物的氧化时，较好的是，空燃比A/F没有变浓直到发动机的运行状态转换到第一运行区域I为止，但在发动机运行状态转换到第一运行区域I之后，空燃比A/F才变浓。
图25-30表示颗粒物过滤器22不带催化剂的各实施例。当颗粒物过滤器22催化剂时，如图25所示，颗粒物的氧化率，即氧化去除的颗粒物量在颗粒物过滤器22的温度TF接近600℃时迅速增加。因此，当颗粒物过滤器22的温度TF小于60℃时，颗粒物集结在颗粒物过滤器22上，而没有由氧化去除。在一压缩点火型内燃机中，通常颗粒物过滤器22的温度比600℃低相当多。因此如果使用不带催化剂的颗粒物过滤器22，则颗粒物会继续集结在该颗粒物过滤器22上。
因此，当使用不带催化剂的颗粒物过滤器22时，集结的颗粒物的氧化更容易降低。因此在这种情况下，为了使集结的颗粒物氧化上升，空燃比A/F不得不临时变浓。
图26和27表示第六实施例，该实施例表示不带催化剂的颗粒物过滤器22的情况。图26表示集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量W。图26中的数字和符号的含意与图10中的相同。当颗粒物过滤器22不带催化剂时，流入的颗粒物W1将全部变成剩余的颗粒物WR1。这些剩余的颗粒物WR1在每单位时间过后接着变为氧化性能不好的颗粒物WR2，WR3，WR4和WR5。因此，氧化性能最坏的颗粒物量WR5逐渐增加。在该实施例中，当剩余的颗粒物量WR5超过一许可极限值WRXX时，空燃比A/F临时变浓，从而增加颗粒物的氧化。
图27表示该第六实施例的流程图。
参见图27，首先在步骤600处，根据下列关系计算剩余的颗粒物量WR5，WR4，WR3，WR2和WR1WR5←WR5+WR4WR4←WR3WR3←WR2WR2←WR1WR1←M此处，上述M表示从图14B中计算出的排气颗粒物量。
接着在步骤601处，判断氧化性能最低的剩余颗粒物量WR5是否超过一许可极限值WRXX，颗粒物过滤器22的温度TF是否高于颗粒物氧化的温度T0，例如250℃。当WR5≤WRXX或TF≤T0时，程序进行到步骤602，在此处进行正常工作。此时，颗粒物在稀薄空燃比下连续燃烧。接着程序进行到605。
在另一方面，当判断在步骤601处WR5＞WRXX并且TF＞T0时，程序进行到步骤603，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使WR5＞WRXX，当TF≤T0时，也不进行变浓过程。接着，在步骤604处，进行初始化。接着，程序进行到步骤605处。
在步骤605处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否已经超过一预定值，也就是说，由压力传感器43检测到的颗粒物过滤器22处的压力降PD是否已经超过相应于图5中UL的许可极性值PDX。当PD＞PDX时，程序进行到步骤606，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到了恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤607处，在此处，进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，温度上升控制停止，再进行正常的工作。
接着将说明第七实施例。当颗粒物流入颗粒物过滤器22中时，该颗粒物将早晚要变为氧化性能最低的剩余颗粒物WR5。因此，从流入该颗粒物过滤器22的颗粒物量中，可以在一定程度上预测最低氧化性能的剩余颗粒物量WR5。因此，在该实施例中，当流入颗粒物过滤器22中的颗粒物集结量超过一设定值MX时，空燃比A/M临时变浓。
图28表示该第七实施例的流程图。
参见图28，首先在步骤700处，将从图14B所示的图谱中计算出的排出颗粒物量M累加得出∑M。因此该∑M表示流入颗粒物过滤器22的颗粒物量的累加值。接着在步骤701处，判断流入颗粒物过滤器22的颗粒物量的累加值∑M是否已经超过设定值MX，颗粒物过滤器22的温度TF是否高于颗粒物氧化的温度T0，例如250℃。当∑M≤MX或TF≤T0时，程序进行到步骤702，在此处进行正常工作。此时，颗粒物在稀薄空燃比下连续燃烧。接着程序进行到705。
在另一方面，当判断在步骤701处∑M＞MX并且TF＞T0时，程序进行到步骤703，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使∑M＞MX，当TF≤T0时，也不进行变浓过程。接着，在步骤704处，清空∑M。接着，程序进行到步骤705处。
在步骤705处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否已经超过一预定值，也就是说，由压力传感器43检测到的颗粒物过滤器22处的压力降PD是否已经超过相应于图5中UL的许可极性值PDX。当PD＞PDX时，程序进行到步骤706，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到了恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤707处，在此处，进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，温度上升控制停止，再进行正常的工作。
图29和30表示第八实施例。如上所述，当颗粒物流入颗粒物过滤器22中时，它早晚要变为氧化性能最低的剩余颗粒物WR5。因此从流入该颗粒物过滤器22中的颗粒物量的累加值中，利用最低氧化性能可以估算出剩余颗粒物量WR5。换句话说，从该颗粒物过滤器22处的压力降的增加中，利用氧化性能可以估算出剩余颗粒物量WR5。因此，在该实施例中，颗粒物过滤器22处的实际压力降PD超过一设定值DPTT时，空燃比A/F临时变浓。在这种情况下，当空燃比A/F变浓过程结束时，借助于使该设定值刚好增加ΔD，使该空燃比A/F再一次变浓。
该初始设定值DPTT事先以一图谱的形式储存在ROM32中，作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数，如图29A所示。在设定的DPTT中该增量ΔD也事先以一图谱的形式储存在ROM32中，作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数，如图29B所示。
图30表示实施该第八实施例的流程图。
参见图30，首先在步骤800处，判断由压力传感器43检测到的压力降PD是否大于从图29A所示的图谱中计算出的设定值DPTT，颗粒物过滤器22的温度TF是否高于颗粒物氧化的温度T0，例如250℃。当DP≤DPTT或TF≤T0时，程序进行到步骤801，在此处进行正常工作。此时，颗粒物在稀薄空燃比下连续燃烧。接着程序进行到804。
在另一方面，当判断在步骤800处DP＞DPTT并且TF＞T0时，程序进行到步骤802，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到恢复。请注意即使PD＞DPTT，当TF≤T0时，也不进行变浓过程。接着，在步骤803处，将从图29B所示的图谱中计算出的增量ΔD加到该设定值DPTT中，并且该增加的结果导致形成新的设定值DPTT。接着，程序进行到步骤804处。
在步骤804处，判断集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物量是否已经超过一预定值，也就是说，由压力传感器43检测到的颗粒物过滤器22处的压力降PD是否已经超过相应于图5中UL的许可极性值PDX。当PD＞PDX时，程序进行到步骤805，在此处进行变浓过程，从而使空燃比A/F临时变浓。因此，颗粒物的氧化得到了恢复。当该变浓过程结束时，程序进行到步骤806处，在此处，进行温度上升控制，从而使颗粒物过滤器22的温度TF上升到至少600℃，并且在稀薄空燃比下保持在至少600℃。因此，可以使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物燃烧。当颗粒物过滤器22的再生结束时，温度上升控制停止，再进行正常的工作。
如上所述，根据本发明，有可能使集结在颗粒物过滤器22上的颗粒物在很短的时间内进行燃烧。
权利要求
1.一种内燃机用的废气净化装置，在该内燃机中，一个用于捕集并消除废气中的颗粒物的颗粒物过滤器设置在发动机的一废气通路中，并且燃烧是在稀薄空燃比的条件下连续进行的，该装置包括一个用于预测该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比，是否在集结后已经改变到难于氧化的特性的预测装置；用于在预测到该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比在集结后已经改变到难于氧化的特性时，临时使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄切换到浓的状态，从而使集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性改变到容易氧化的特性的空燃比切换装置；用于判断集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的量是否超过一预定值的判断装置；用于当集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的量已经超过一预定值时，在稀薄空燃比的条件下使颗粒物过滤器的温度上升，以便利用氧化去除集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的温度控制装置。
2.如权利要求1所述废气净化装置，其中当该颗粒物过滤器的温度低于一预定温度时，甚至当估算出集结在该颗粒物过滤器上的颗粒物的特性与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的特性时，所述空燃比切换装置也不使空燃比从稀薄状态切换到浓状态。
3.如权利要求1所述废气净化装置，其中所述预测装置预测，在发动机启动时，或当高速运行已经维持至少一预定的时间后，集结在该颗粒物过滤器上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态。
4.如权利要求1所述废气净化装置，其中所述预测装置预测，在发动机运行时，当发动机转数的累加值，或车辆运行距离已经超过一预定值时，集结在该颗粒物过滤器上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态。
5.如权利要求1所述废气净化装置，其中该颗粒物过滤器携带有一催化剂。
6.一种内燃机用的废气净化装置，在该内燃机中，一个用于捕集并消除废气中的颗粒物的颗粒物过滤器设置在发动机的一废气通路中，并且燃烧是在稀薄空燃比的条件下连续进行的，该装置包括一个用于判断该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比，是否在集结后已经改变到难于氧化的特性的第一判断装置；用于在判断出该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性与正确的相比在集结后已经改变到难于氧化的特性时，临时使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄切换到浓的状态，从而使集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的特性改变到容易氧化的特性的空燃比切换装置；用于判断集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的量是否超过一预定值的第二判断装置；用于当集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的量已经超过一预定值时，在稀薄空燃比的条件下使颗粒物过滤器的温度上升，以便利用氧化去除集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的温度控制装置。
7.如权利要求6所述废气净化装置，其中当该颗粒物过滤器的温度低于一预定温度时，甚至当判断出集结在该颗粒物过滤器上的颗粒物的特性与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的特性时，所述空燃比切换装置也不使空燃比从稀薄状态切换到浓状态。
8.如权利要求6所述废气净化装置，其中所述装置还设置有用于计算集结在颗粒物过滤器上的颗粒物每单位时间氧化的下降和上升的计算装置，其中所述第一判断装置根据所述氧化的下降和上升，判断集结在颗粒物过滤器上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，是否已经改变到难于氧化的特性。
9.如权利要求6所述废气净化装置，其中所述装置还设置有利用一模型，计算集结在颗粒物过滤器上的颗粒物中氧化性能降低最多的颗粒物量的计算装置，其中所述第一判断装置在氧化性能下降最多的颗粒物量超过一预定值时，判断集结在颗粒物过滤器上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，是否已经改变到难于氧化的特性。
10.如权利要求6所述废气净化装置，其中所述装置还设置有用于估算该颗粒物过滤器中压力降的估算装置，和用于检测该颗粒物过滤器中实际压力降的检测装置，其中所述第一判断装置根据由所述估算装置估算出的压力降和由所述检测装置检测出的实际压力降之间的压力差，判断集结在颗粒物过滤器上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，是否已经改变到难于氧化的特性。
11.如权利要求10所述废气净化装置，其中所述估算装置根据流入该颗粒物过滤器中的颗粒物量，和该颗粒物过滤器的温度计算集结在颗粒物过滤器上的颗粒物量，并根据集结的颗粒物量估算出颗粒物过滤器中的压力降。
12.如权利要求10所述废气净化装置，其中所述装置还设置有用于使该颗粒物过滤器的温度临时上升，以便利用氧化部分去除集结在该颗粒物过滤器上的颗粒物的温度上升装置，并且在所述温度上升装置使温度上升完成后，所述第一判断装置根据所述压力差，判断集结在颗粒物过滤器上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，是否已经改变到难于氧化的特性。
13.如权利要求12所述废气净化装置，其中当由所述所述检测装置检测到的实际压力降达到事先储存的目标值时，所述第一判断装置利用所述温度上升装置，使该颗粒物过滤器的温度临时上升，并根据事先储存的温度上升作用完成后的压力降，和由所述检测装置检测出的实际压力降之间的压力差，判断集结在颗粒物过滤器上的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，是否已经改变到难于氧化的特性。
14.如权利要求6所述废气净化装置，其中该颗粒物过滤器上携带有一催化剂。
15.一种内燃机用的废气净化装置，在该内燃机中，一个用于捕集并消除废气中的颗粒物的颗粒物过滤器设置在发动机的一废气通路中，并且燃烧是在稀薄空燃比的条件下连续进行的，该装置包括能临时使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄切换到浓的状态的空燃比切换装置；用于判断集结在该颗粒物过滤器中的颗粒物的量是否超过一预定值的判断装置；和用于当集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的量已经超过一预定值时，在使流入该颗粒物过滤器中废气的空燃比，从稀薄临时切换到浓的状态，从而使集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的特性改变到容易氧化的特性后，使在稀薄空燃比状态下，颗粒物过滤器的温度上升，以便利用氧化去除集结在颗粒物过滤器中的颗粒物的温度控制装置。
16.如权利要求15所述废气净化装置，其中该颗粒物过滤器上携带有一催化剂。
全文摘要
一种颗粒物过滤器(22)设置在一内燃机的排气通道中。可以判断或估算集结在该颗粒物过滤器(22)中的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，是否已经改变到难于氧化的状态。当判断出或估算出集结在该颗粒物过滤器(22)中的颗粒物的特性，与集结后正确的相比，已经改变到难于氧化的状态时，流入颗粒物过滤器(22)中的废气的空燃比，将从稀薄状态临时切换到浓状态。
文档编号B01D46/42GK1462332SQ02801410
公开日2003年12月17日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年4月26日
发明者中谷好一郎, 田中俊明, 广田信也, 伊藤和浩, 浅沼孝充 申请人:丰田自动车株式会社