专利名称：内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。
背景技术：
在内燃机特别是柴油机的排气中含有以碳黑为主要成份的微粒。微粒由于是有害物质，提出了在排出到大气之前将用于捕集微粒的过滤器配置到内燃机排气系统中的方案。这样的过滤器，为了防止由于堵塞所带来的排气阻抗的增加，需要使捕集的微粒烧掉。
在这样的过滤器再生中，微粒若成为约600℃就进行着火燃烧，但是柴油机的排气温度通常比600℃低的多，通常需要加热过滤器本身等的措施。
在日本特公平7-106290号公报中公开了将白金族金属和碱土金属氧化物载持在过滤器上，过滤器上的微粒在柴油机的通常排气温度即约400℃下连续地进行燃烧。
但是，即使使用该过滤器，只要通常排气温度不为400℃，根据运转状态也有从柴油机排出多量的微粒的情况，在各时间不能烧掉的微粒渐渐地堆积在过滤器上。
在该过滤器中当堆积了某种程度的微粒时，由于微粒烧掉能力极端降低，已经由自身不能再生过滤器。这样，只将该种过滤器配置在内燃机排气系统中，有时会比较早地产生堵塞而引起内燃机输出功率的大幅度降低。
发明的公开因此，本发明的目的是提供一种内燃机的排气净化装置，该内燃机的排气净化装置，可以良好地氧化除去在微粒过滤器中捕集到的微粒，防止微粒过滤器的堵塞。
根据本发明，具有配置在排气系统中微粒过滤器和用于使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转的逆转装置，在上述排气过滤器中使捕集的微粒氧化，上述微粒过滤器具有用于捕集微粒的捕集壁，上述捕集壁具有第一捕集面和第二捕集面，通过由上述逆转装置使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转，为了捕集微粒，交替使用上述捕集壁的上述第一捕集面和上述第二捕集面。
另外，根据本发明，具有配置在排气系统中微粒过滤器和用于使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转的逆转装置，上述微粒过滤器载持活性氧放出剂，从上述活性氧放出剂放出的活性氧使上述微粒过滤器的捕集微粒氧化，上述活性氧放出剂当在周围存在过剩氧时，使NOX与氧结合并予以保持，而且当周围的氧浓度降低时，使结合的NOX和氧分解为NOX和活性氧放出，上述微粒过滤器具有用于捕集微粒的捕集壁，上述捕集壁具有第一捕集面和第二捕集面，通过由上述逆转装置使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转，为了捕集微粒，交替使用上述捕集壁的上述第一捕集面和上述第二捕集面，有时使上述周围的氧浓度降低。
附图的简单说明
图1是具有本发明的排气净化装置的柴油机的概略纵剖面图。
图2是图1的燃烧室的放大纵断面图。
图3是图1的气缸盖的底面图。
图4是燃烧室的侧剖面图。
图5是表示吸排气阀的提升和燃烧喷射的图。
图6是表示烟和NOX的产生量等的图。
图7(A)是表示空燃比为21附近时烟的产生量最多时的燃烧压变化的图。
图7(B)是表示空燃比为18附近时烟的产生量几乎为零时的燃烧压变化的图。
图8是表示燃料分子的图。
图9是表示烟的产生量和EGR率的关系的图。
图10是表示喷射燃料量和混合气体量的关系的图。
图11是表示第一运转区域I和第二运转区域II的图。
图12是表示空燃比传感器的输出的图。
图13是表示节气阀的开度等的图。
图14是表示第一运转区域的I中的空燃比的图。
图15(A)是表示节气阀的目标开度图的图。
图15(B)是表示EGR控制阀的目标开度图的图。
图16是表示第二燃烧中的空燃比的图。
图17(A)是表示节气阀的目标开度图的图。
图17(B)是表示EGR控制阀的目标开度图的图。
图18是内燃机排气系统中的切换部及微粒过滤器附近的俯视图。
图19是图18的侧视图。
图20是表示切换部内的阀体的与图18不同的另一隔断位置的图。
图21(A)是表示微粒过滤器的构造的正视图。
图21(B)是表示微粒过滤器的侧剖面图。
图22(A)和图22(B)是用于说明微粒的氧化作用的图。
图23是表示可氧化除去微粒子量与微粒过滤器的温度的关系的图。
图24(A)、图24(B)、及图24(C)是用于说明微粒的堆积作用的图。
图25是用于防止微粒向微粒过滤器上堆积的第一程序方框图。
图26(A)及图26(B)是微粒残留时的微粒过滤器的隔壁的放大剖面图。
图27是用于防止微粒向微粒过滤器上堆积的第二程序方框图。
图28是用于防止微粒向微粒过滤器上堆积的第三程序方框图。
图29是表示微粒过滤器的各部温度的曲线图。
图30是用于防止微粒向微粒过滤器上堆积的第四程序方框图。
图31是表示从两个隔断位置的一方向另一方切换间的阀体位置的图。
图32是用于防止微粒向微粒过滤器上堆积的第五程序方框图。
实施例图1表示具有本发明的的排气净化装置的四冲程柴油机的概略纵断面图，图2是图1的柴油机中的燃烧室的放大纵断面图，图3是图1的柴油发动机中的气缸盖的底面图。参照图1～图3，1是内燃机本体，2是气缸体，3是气缸盖，4是活塞，5A是形成在活塞4的顶面上的腔，5是形成在腔5A内的燃烧室，6是电气控制式燃料喷射阀，7是一对喷射阀，8是吸气孔，9是一对排气阀，10是排气孔。吸气孔8通过对应的吸气支管11与平衡罐12连接，平衡罐12通过吸气管道13与空气滤清器14连接，在吸气管道13内配置着由电动机15驱动的节气阀16。另外，排气孔10与排气集管17连接。
如图1所示，在排气集管17内配置着空燃比传感器21。排气集管17和平衡罐12通过EGR通路相互连绵，在EGR通路22内配置电控式EGR控制阀23。另外，绕EGR通路22配置着用于冷却流动在EGR通路22内的ERR气体的冷却装置24。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入冷却装置24内，由内燃机冷却水冷却EGR气体。
另外，各燃料喷射阀6通过燃料供给管25与副燃料箱即公用油管26连接，从电控式的排出理可变的燃料泵27将燃料供给到该公用输油管26，供给到公用油管26内的燃料通过燃料供给管25供给到燃料喷射阀6。在公用油管26上安装着用于检测公用油管26内的燃料压力的燃料压传感器28，根据燃料压传感器28的输出信号控制燃料泵27的排出量，以使公用油管26内的燃料压成为目标燃料压。
30是电子控制单元，被输入空燃比传感器21的输出信号和燃料压传感器28的输出信号。另外，在油门踏板40上连接着负荷传感器41，该负荷传感器41产生与油门踏板40的踏入量L成正比的输出电压，在电子控制单元30上还输入负荷传感器40的输出信号，另外，还输入曲轴每旋转例如30°时产生输出脉冲的曲柄角度传感器42的输出信号。这样，电子控制阀单元30根据各种信号使燃料喷射阀6、电动机15、EGR控制阀23、及燃料泵27动作。
如图2及图3所示，在本发明的实施例中，燃料喷射阀6由具有六个喷口的孔式喷嘴构成，从燃料喷射阀6的喷口以相对水平面稍微朝向下方的等角度间隔喷射燃料F。如图3所示，在六个燃料喷雾F中，两个燃料喷雾沿各排气阀9的阀体的下侧面飞散。图2和图3表示压缩行程末期进行燃料喷射时的情况。在该时，燃料喷雾F朝向腔5a的内周面前进，接着使之着火燃烧。
图4是表示在排气行程中排气阀9的提升量最大时从燃料喷射阀6喷射追加的燃料的情况。即如图5所示，表示在压缩上死点附近进行主喷射Qm，接着在排气行程的中间位置喷射追加的燃料Qa的情况。这时，向排气阀9的阀体方向前进的燃料喷雾F朝向排气阀9的伞部背面与排气孔10之间去。即，换言之，在燃料喷射阀6的六个喷嘴口中的两个喷嘴口形成为在排气阀9开阀时进行追加燃料Qa的喷射时，燃料喷雾F朝向排气阀9的伞部背面与排气孔10之间去。在如图4所示的实施例中，在该时，燃料喷雾F与排气阀9的伞部背面冲撞，与排气阀9的伞部背面冲撞的燃料喷雾F在排气阀9的伞部背面进行反射而朝向排气孔10内去。
通常，追加的燃料Qa不进行喷射，只进行主喷射Qm。图6是表示在内燃机低负荷运转时通过使节气阀16开度及EGR率变化而使空燃比A/F(图6的横轴)变化时的输出转矩的变化及烟、HC、CO、NOX的排出量的变化的实施例的图。从图6可知，在该实施例中，空燃比A/F越小EGR率越大，理论空燃比(14.6)以下时EGR率大于65％。
如图6所示，通过增大EGR率使空燃比A/F减少时，在EGR率为40％附近、空燃比A/F成为30时，烟的产生量开始增大。接着当进一步提高EGR率、减少空燃比A/F时，烟的产生量急剧地增大并达到峰值。接着当进一步提高EGR率、减少空燃比A/F时，烟的产生量急剧地降低，当使EGR率为65％以上、空燃比A/F成为15.0附近时烟几乎成为零。即几乎不产生碳黑。这时，内燃机的输出转矩若干降低，另外，NOX的产生量变得相当低。另外，在这时HG及CO的产生量开始增大。
图7(A)表示空燃比A/F为21附近、烟的产生量最多时燃烧室5内的燃烧压变化，图7(B)表示空燃比A/F为18附近、烟的产生量几乎为零时的燃烧室5内的燃烧压变化。将图7(A)和图7(B)比较后可知，烟的产生量几乎为零的图7(B)所表示的情况的燃烧压比烟的产生量多的图7(A)所表示的情况的燃烧压低。
从图6及图7所示的实验结果可以道出如下的情况。即，首先第一，在空燃比A/F为15.0以下、烟的产生量几乎为零时，如图6所示，NOX的产生量变得相当低。NOX的产生量低意味着燃烧室5内的燃烧温度低，因此，在几乎不产生碳黑时可以说燃烧室5内的燃烧温度变低。从图7中也可以得到同样的情况，即在几乎不产生碳黑的图7(B)所示的状态中燃烧压变低，因此该时燃烧室5内的燃烧温度变低。
第二，在烟的产生量即碳黑的产生量几乎为零时，如图6所示，HG及CO的排出量增大，这意味着烃为成长为碳黑而被排出。即，含在燃料中的图8所示的那样中的直链式烃和芳香族烃在氧气不足的状态下温度上升时进行热分解而形成碳黑的前驱体，接着，生成由碳原子集合的固体构成的碳黑。这时，实际的碳黑的生成过程是复杂的，碳黑的前驱体成为怎样的形态不明确，但是不管怎样，图8所示的烃经过碳黑的前驱体成长到碳黑。因此，在上述那样地碳黑的产生量几乎为零时，如图6所示，HC及CO的排出量增大，但这时的HC是碳黑的前驱体或其之前的状态的烃。
综合基于图6及图7所示的实验结果的这些考察时，在燃烧室5内的燃烧温度低时，碳黑的产生量几乎为零，在这时，从燃烧室5排出碳黑的前驱体或其之前的状态的烃。对于该情况再进一步详细地进行实验研究的结果，搞清楚了在燃烧室5内的燃料及其周围的气体温度为某温度以下时，碳黑成长过程在中途停止，即完全不产生碳黑，燃烧室5内的燃料及其周围的温度成为某温度以下时生成碳黑的情况。
可是，在碳黑的前驱体的状态下，烃的生成过程停止时的燃料及其周围的温度、即上述的某温度由于燃料的种类及空燃比或压缩比等的种种的因素而进行变化，不能说是多少度，但是该某温度具有与NOX的产生量深的关系，因此该某温度可以由NOX的产生量规定某程度。即，EGR率越增大，燃烧室的燃料及其周围的气体温度越降低，NOX的产生量越降低。在这时，NOX的产生量成为10p.p.m前后或其以下时，几乎不产生碳黑，因此上述的某温度与NOX的产生量成为10p.p.m前后或其以下时的温度几乎一致。
一旦在生成碳黑时，该碳黑用仅具有氧化功能的催化剂的后处理不能进行净化。与此相对，碳黑的前驱体或其之前的状态烃可以由具有氧化功能的催化剂的后处理净化。这样，在降低NOX的产生量的同时在碳黑前驱体或其之前的状态下从燃烧室5内排出烃对排气的净化极其有效。
为了在生成碳黑之前的状态下使烃的成长停止，需要将燃烧室5内的燃烧时的燃料及其周围的气体温度抑制为比生成碳黑的温度低的温度。这时，判明为了抑制燃料及其周围的气体温度，燃料燃烧了时的燃料周围的气体的吸热作用产生大的影响。
即在燃料周围只存在空气时，蒸发的燃料立刻与空气中的氧反应而进行燃烧。这时从燃料离开的空气的温度不怎么上升，只燃料周围的温度局部地变得极高。即，在这时，从燃料离开的空气几乎不产生燃料的燃烧热的吸热作用。在这时，由于燃烧温度局部变得极高，受到该燃烧热的未燃烃生成碳黑。
另外，在多量的惰性气体和少量的空气混合气体中存在燃料时，状况若干不同。在这时蒸发燃料向周围扩散与混在隋性气体中的氧气反应而进行燃烧。在这时由于燃烧热被周围的惰性气体吸收，燃烧温度不怎么上升。即，可以抑制为低的燃烧温度。即，为了抑制燃烧温度，惰性气体的存在起到了重要的作用，由于惰性气体的吸热作用，可以低地抑制燃烧温度。
这时，为了将燃料及其周围的气体温度抑制为比生成碳黑的温度低的温度，就需要可以吸收充分的热量的惰性气体量。因此，如果燃料量增大，所需要的惰性气体量也随之增大。在这时，惰性气体的比热越大，吸热作用越强，因此惰性气体最好是比热大的气体。在这点上，由于CO2和EGR气体的比热比较大，作为惰性气体最好使用EGR气体。
图9表示惰性气体使用EGR气体，改变了EGR气体的冷却状况时的EGR率和烟的关系。即，在图9中，曲线A表示强力地冷却EGR将EGR气体温度维持为大致90℃时的情况，曲线B表示用小型的冷却装置冷却了EGR气体的情况，曲线C表示强制地不冷却EGR气体的情况。
如图9的曲线A所示，在强力地冷却了EGR气体时，EGR率在比50％稍低的地方，碳黑的产生量成为顶峰，在这时如果将EGR率成为大致55％以上，几乎不产生碳黑。另外，如图9的曲线B所示，在稍微冷却的EGR气体时，在EGR率比50％稍微高的地方，碳黑的产生量成为顶峰，在这时，如果将EGR率成为大致65％以上，几乎不产生碳黑。
另外，如图9的曲线C所示，在强制性地不冷却EGR气体时，在EGR率为55％附近，碳黑产生量成为顶峰，在这时若将EGR率成为大致70％以上，几乎不产生碳黑。另外，图9表示内燃机负荷比较高时的烟的产生量，如果内燃机负荷小，则碳黑的产生量成为峰值的EGR率若干降低，几乎不产生碳黑的EGR率的下限也若干降低。这样，几乎不产生碳黑的EGR率的下限根据EGR气体的冷却状况和内燃机负荷进行变化。
图10表示，在惰性气体使用EGR气体时，为了将燃烧时的燃料及其周围的气体温度成为比生成碳黑的温度低的温度所需要的EGR气体和空气的混合气体量、及该混合气体量中的空气比例、及该混合气体中的EGR气体的比例。另外，在图10中，纵轴表示吸入到燃烧室5内的全部吸入气体量，点划线Y表示在不进行增压时可以吸入到燃烧室5内的全部吸入气体量。另外，横轴表示要求负荷，Z1表示低负荷运转区域。
参照图10，空气的比例、即混合气体中的空气量表示使被喷射的燃料完全燃烧所需要的空气量。即，在图10所示的情况下，空气量和喷射燃料量的比成为理论空燃比。另外，在图10中，EGR气体的比例、即混合气体中的EGR气体量表示使喷射燃料燃烧时将燃料及其周围的气体温度成为比形成碳黑的温度低的温度所需要的最低限的EGR的气体量。该EGR气体量用EGR率表示时为大致55％以上，在图10所示的实施例中为70％以上。即，在图10中将吸入到燃烧室5内的全部吸入气体量用实线X表示，将该全吸入气体量X中的空气量和EGR气体量的比例设定为图10所示那样的比例时，燃料及其周围的气体温度成为比生成碳黑的温度低的温度，这样完全不产生碳黑。另外，这时的NOX产生量为10p.p.m左右、或其以下，因此NOX产生量极少。
如果增大燃料喷射量，由于燃料燃烧时的发热量增大，因此为了将燃料及其周围的气体温度维持为比生成碳黑的温度低的温度，必须增大EGR气体的热吸收量。因此如图10所示，EGR气体量随着喷射燃料量增大必须增大。即EGR气体量随着要求负荷变高而需要增大。
另外，在图10的负荷区域Z2中，阻止碳黑的产生所需要的全吸入气体量X超过了全吸入气体量Y。因此在这时，为了将阻止碳黑的产生所需要的全吸入气体量X供给到燃烧室，需要增压或加压EGR气体及吸入空气的双方、或EGR气体。在不增压或加压EGR气体等时在负荷区域Z2中，全吸入气体量X与可吸入的全吸入气体量一致。因此，这时，为了阻止碳黑的产生使空气量若干减小，使EGR气体量增大的同时在空燃比为负的状态下使燃料燃烧。
如上所述，图10表示将燃料在理论空燃比的状态下进行燃烧的情况，但是，在图10所示的低负荷运转区域Z1中即使将空气量比图10所示的空气量少、即，使空燃比成为浓，也可以阻止碳黑的产生，同时使NOX的产生量成为10p.p.m左右、或其以下。另外，在图10所示的低负荷区域21中，即使将空气量比图10所示的气量多，即将空燃比的平均值从17成为18的稀，也可以在阻止碳黑的发生的同时使NOX的产生量成为10p.p.m左右或其以下。
即，当空燃比为浓时燃料成为过剩，因为燃烧温度被抑制为低温度，过剩的燃料不成长为碳黑，这样不会生成碳黑。另外，在这时，NOx也只产生极少的量。另外，当空燃比为稀时、或空燃比是理论空燃比时，如果燃烧温度高则生成少量的碳黑，由于在本发明中燃烧温度被抑制为低温度，因此完全不产生碳黑。而且NOx也只产生极少的量。
这样在内燃机低负荷运转区域Z1中，不管空燃比如何、即无论空燃比是浓还是理论空燃比、或平均空燃比是稀都不产生碳黑，NOx的产生量也极少。因此当考虑燃料消耗率的提高时，最好使这时的平均空燃比成为稀。
可以将燃烧室内的燃烧时的燃料及其周围的气体温度抑制为烃的成长在中途停止的温度以下只限于燃烧所产生的发热量少的内燃机负荷比较低时。因此，在本发明的实施例中，在内燃机负荷比较低时，将燃料及其周围的气体温度抑制为烃的成长在中途停止的温度的以下，进行第一燃烧、即低温燃烧，在内燃机负荷比较高时，进行第二燃烧、即原来通常所进行的燃烧。在此所谓第一燃烧即低温燃烧如到此为止所说明的那样，是燃烧室内的惰性气体量比碳黑产生量成为最大的最差惰性气体量多，几乎不产生碳黑的燃烧，所谓第二燃烧、即原来通常所进行的燃烧是燃烧室内的惰性气体量比碳黑产生量成为最大的最差惰性气体量少的燃烧。
图11表示进行第一燃烧、即低温燃烧的第一运转区域I和进行第二燃烧、即原来燃烧方法所进行的燃烧的第二运转区域II。在图11中，纵轴L表示油门踏板40的踏入量、即要求负荷，横轴N表示内燃机转速。另外，在图11中X(N)表示第一运转区域I和第二运转区域II的第一边界，Y(N)表示第一运转区域I和第二运转区域II的第二边界。从第一运转区域I向第二运转区域II的运转区域的变化判断根据第一边界X(N)进行，从第二运转区域II向第一运转区域I的运转区域的变化判断根据第二边界Y(N)进行。
即在内燃机的运转状态处于第一运转区域I中进行低温燃烧时，当要求负荷L越过作为内燃机转速N的函数的第一边界X(N)时，判断为运转区域转移到第二运转区域II，进行原来的燃烧方法的燃烧。接着，当要求负荷L比作为内燃机转带N的函数的第二边界Y(N)低时，判断为运转区域转移到第一运转区域I，再进行低温燃烧。
图12表示空燃比传感器21的输出，如图12所示，空燃比传感器21的输出电流I根据空燃比A/F进行变化。因此可以从空燃比传感器21的输出电流I得知空燃比。以下参照图13对第一运转区域I及第二运转区域II中的运转控制进行概略说明。
图13表示相对要求负荷L的节气阀16的开度、EGR控制阀23的开度、EGR率、空燃比、喷射时期及喷射量。如图13所示，在要求负荷低的运转区域I中，节气阀16的开度随着要求负荷L变高而从全闭附近渐渐地增大到半开程度，EGR控制阀23的开度随着要求负荷L变高而从全闭附近渐渐地增大到全开。另外，在图13所示的例子中，第一运转区域I中，EGR率为大致70％，空燃比为稍微稀的稀空燃比。
换言之，在第一运转区域I中，控制节气阀16的开度及EGR控制阀23的开度，以使EGR率成为大致70％，空燃比成为稍微稀的稀空燃比。这时的空燃比通过根据空燃比传感器21的输出信号补正EGR控制阀23的开度，被控制为目标稀空燃比。另外，在第一运转区域I中，在压缩上死点TDC前进行燃料喷射。这时喷射开始时期θS随着要求负荷变高而变迟，喷射完毕时期θE也随着喷射开始时期θS变迟而变迟。
在怠速运转时，节气阀16关闭到全闭附近，这时，EGR控制阀23也关闭到全闭附近。当将节气阀16关闭到全闭附近时，开始压缩的燃烧室5内的压力变低，因此压缩压力变小。当压缩压力变小时，活塞4的压缩工作变少，因此内燃机本体的振动变小。即在怠速运转时，为了抑制内燃机本体的振动，将节气阀16关闭到全闭附近。
另外，当内燃机运转区域从第一运转区域I变到第二运转区域II时，节气阀26的开度从半开状态向全开方向阶梯状地增大。这时在图13所示的例子中，EGR率阶梯状地从70％减少到40％以下，空燃比阶梯状地变大。即，由于EGR率飞越过产生多量烟的EGR率范围(图9)，因此内燃机的运转区域从第一运转区域I变化到第二运转区域II时，不会产生多量的烟。
在第二运转区域II中进行过去所进行的燃烧，在该燃烧方法中，若干产生碳黑及NOx，但是与低温燃烧相比其燃烧效率高，因此内燃机的运转区域从第一运转区域I变化为第二运转区域 II时，如图13所示，喷射量阶梯状地降低。
在第二运转区域II中，节气阀16除去一部分外保持为全开状态，EGR控制阀23的开度当要求负荷变高时逐渐地变小。在该运转区域II中，要求负荷L越高，EGR率越低，要求负荷L越高空燃比越小。但是，即使要求负荷L变高，空燃比也成为稀空燃比。另外，在第二运转区域II中喷射开始时期θS在压缩上死点TDC附近。
图14表示第一运区域I中的空燃比A/F。在图14中，用A/F＝15.5、A/F＝16、A/F＝17、A/F＝18表示的各曲线分别表示空燃比是15.5、16、17、18时，各曲线间的空燃比由比例分配确定。如图14所示，在第一运转区域I中，空燃比成为稀，在第一运转区域I中，要求负荷L越低，空燃比A/F越稀。
即，空燃比A/F越低燃烧所产生的发热量越少。因此，要求负荷L越低即使EGR率降低，也可以进行低温燃烧。当使EGR率降低时，空燃比变大，因此如图14所示，随着要求负荷L变低，空燃比A/F变大。空燃比A/F越变大燃料消耗率变大，因此，为了尽量使空燃比为稀，在本实施例中，随着要求负荷L变低空燃比A/F变大。
将空燃比成为图14所示的目标空燃比所需要的节气阀16的目标开度ST如图15(A)所示地作为要求负荷L及内燃机转速N的函数用图的形式预先储存在ROM32内，将空燃比成为图14所示的目标空燃比所需要的EGR控制阀23的目标开度SE如图15(B)所示地作为要求负荷L及内燃机转速N的函数用图的形式预先储存在ROM32内。
图16表示进行第二燃烧即过去的燃烧方法进行的普通燃烧时的目标空燃比。在图16中用A/F＝24、A/F＝35、A/F＝45、A/F＝60所示的各曲线分别表示目标空燃比24、35、45、60，将空燃比成为该目标空燃比所需要的节气阀16的目标开度ST如图17(A)所示地作为要求负荷L及内燃机转速N的函数用图的形式预先储存在ROM32内，将空燃比成为该目标空燃比所需要的EGR控制阀23的目标开度SE如图17(B)所示地作为要求负荷L及内燃机转速N的函数用图的形式预先储存在ROM32内。
这样，在本实施例的柴油机中，根据油门踏板40的踏入量L及内燃机转速N，切换第一燃烧即低温燃烧和第二燃烧即普通燃烧，在各燃烧中，根据油门踏板40的踏入量L及内燃机转速N由图15或图17所示的图实施节气阀16和EGR阀的开度控制。
图18是表示排气净化装置的俯视图。图19是其侧视图。本排气净化装置具有切换部71、微粒过滤器70、第一连接部72a、第二连接部72b、切换部71的下游侧的排气通路73，该切换部71通过排气管18连接在排气集管17的下游侧，该第一连接部72a连接微粒过滤器70的一方侧和切换部71，该第二连接部72连接微粒过滤器70的另一方侧和切换部71。切换部71具有可在切换部71内隔断排气气流的阀体71a。该阀体71a由负压作动器或步进电机等驱动。在阀体71的一方隔断位置，切换部71内的上游侧与第一连接部72a连通的同时切换部71内的下游侧与第二连接部72b连通，排气如图18中用箭头所示的那样地从微粒过滤器70的一侧流向另一侧。
另外，图20表示阀体71a的另一方的隔断位置。在该隔断位置中，切换部71内的上游侧与第二连接部72b连通、同时切换部71内的下游侧与第一连接部72a连通，排气如图20中用箭头所示的那样地从微粒过滤器70的另一侧流向一侧。这样，通过切换阀体71a，可以逆转流入微粒过滤器70的排气的方向，即，可以逆转微粒过滤器70的排气上游侧和排气下游侧。在图18中，43a是用于检测第一连接部72a内的排气压力的第一压力传感器，43b是用于检测第二连接部72b内的排气压力的第二压力传感器。另外，44a是用于检测微粒过滤器70的一端部的温度的第一温度传感器，44b是用于检测微粒过滤器70的另一端部的温度的第二温度传感器。
这样，本排气净化装置可以由非常简单的构造逆转微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧。另外，在微粒过滤器中，为了使排气的流入容易而需要大的开口面积，在本排气净化装置中，如图18及图19所示在不使车辆搭载性变差的情况，可以使用具有大的开口面积的微粒过滤器。
图21表示微粒过滤器70的构造。在图21中，(A)是微粒过滤器70的正视图，(B)是侧视剖面图。如这些图所示，本微粒过滤器70具有长圆正面形状，例如是由堇青石那样的多孔质材料形成的蜂窝构造的隔壁通道式。具有由许多沿轴线方向延伸的隔壁54细分的许多轴线向空间。在相邻的两个轴线方向空间中，由塞53在排气下游侧封闭一方，在排气上游侧封闭另一方。这样相邻的两个轴线方向的空间的一方成为排气的流入通路50，另一方成为流出通路51，如图21(B)的箭头所示，排气一定通过隔壁54。排气中的微粒与隔壁54的细孔的大小相比非常小，但是，通过与隔壁54的排气上游侧表面和隔壁54内的细孔表面上冲撞而被捕集。这样，各隔壁54起到捕集微粒的捕集壁作用。在本微粒过滤器70中，为了氧化除去被捕集的微粒，在隔壁54的两侧表面上、最好也在隔壁54内的细孔表面上使用氧化铝等并载持以下说明的活性氧放出剂和贵金属催化剂。
所谓活性氧化放出剂，是指通过放出活性氧促进微粒氧化的物质，最好是当在周围存在过剩氧时吸入氧保持该氧，而且在周围的氧的浓度低时将保持的氧以活性氧的形式放出。
作为贵金属氧化剂通常使用白金Pt，作为活性氧放出剂使用的是从钾K、钠Na、锂Li、铯Cs、铷Rb那样的碱金属、钡Ba、钙Ca、锶Sr那样的碱土族金属、镧La、钇Y那样的稀土类、及过滤性金属中选出的至少一种。
这时，作为活性氧放出剂最好使用比钙更离子化倾向高的碱金属或碱土族金属、即钾K、锂Li、铯Cs、铷Rb、钡Ba、锶Sr。
以下，以白金Pr和钾K作为例子对于由载持这样的活性氧放出剂的微粒过滤器捕集的微粒怎样被氧化除去进行说明，即使使用其它的贵金属、碱金属、碱土族金属、稀土类、过滤性金属也发挥同样的微粒除去作用。
在柴油机中，在空气过剩的状态下进行燃烧，因此，排气含有多量的过剩空气。即供给到吸气通路和燃烧室内的空气与燃料的比称为排气的空燃比时，该空燃比成为贫。另外，在燃烧室内由于产生NO，在排气中含有NO。另外，在燃料中含有硫磺成份S，该硫磺成份S在燃烧室内与氧反应成为SO2，因此，在排气中含有SO2，因此，含有过剩氧、NO及SO2的排气流入微粒过滤器70的排气上游侧。
图22(A)及(B)模式地表示微粒过滤器70中的排气接触面的放大图。图22(A)及(B)中，60表示白金Pt的粒子。61表示含有钾的活性氧放出剂。
由于如上所述地在排气中含有多量的过剩氧，因此，当排气与微粒过滤器的排气接触面内时，如图22(A)所示，这些氧O2以O2-或O2-的形式附着在白金Pt的表面上。另外，排气中的NO在白金Pt的表面上与O2-或O2-反应而成为NO2()。接着，生成的NO2的一部分在白金Pt上被氧化的同时被吸收在活性氧放出剂61内，一边与钾K结合一边如图22(A)所示地以硝酸离子NO3-的形式扩散到活性氧放出剂61内，生成硝酸钾KNO3。这样，在本实施例中将排气中所含的NOx吸收到微粒过滤器70中，可以大幅度地减少向大气中的排放量。
另外，如上述那样地在排气中也含有SO2，该SO2也以与NO同样的机理被吸收到活性氧61内。即，如上所述地氧O2以O2-或O2-的形式附着在白金Pt的表面上，排气中的SO2在白金Pt的表面上与O2-或O2-反应而成为SO3。接着，生成的SO3的一部分在白金Pt上被氧化的同时被吸收在活性氧放出剂61内，一边与钾结合一边如图3A所示地以硫酸离子SO42-的形式扩散到活性氧放出剂61内，生成硫酸钾K2SO4。这样，在活性氧放出催化剂61内生成硝酸钾KNO3和硫酸钾K2SO4。
排气中的微粒，在图22(B)中用62表示，附着在载持在微粒过滤器上的活性氧放出剂61表面上。这时，在微粒62和活性氧和放出剂61的接触面处氧浓度降低。当氧浓度低时，在与氧浓度高的活性氧放出剂61内的内之间产生浓度差，这样活性氧和放出剂61内的氧朝向微粒62和活性氧和放出剂61的接触面移动。其结果形成在活性氧和放出剂61硝酸钾KNO3被分解为钾K和氧O和NO，氧O朝向微粒62和活性氧和放出剂61的接触面去，NO从活性氧放出剂61放出到外部，放出到外部的NO在白金Pt上被氧化，再次被活性氧和放出剂61吸收。
另外，这时形成在活性氧和放出剂61硫酸钾K2SO4也被分解为钾K和氧O和SO2，氧O朝向微粒62和活性氧和放出剂61的接触面去，SO2从活性氧和放出剂61放出到外部。放出到外部的SO2在下游的白金Pt上被氧化，再次被活性氧和放出剂61吸收。但是，硫酸钾K2SO4由于稳定，以硝酸钾KNO3相比难以放出活性氧。
朝向微粒62和活性氧和放出剂61的接触面去的氧是从硝酸钾KNO3和硫酸钾K2SO4那样的化合物分解的氧。从化合物分解的氧O具有高的能量，具有极高的活性。因此朝向微粒62和活性氧和放出剂61的接触面去的氧为活性氧O。该活性氧当与微粒62接触时，在数分钟至数十分钟的短时间内微粒62不产生光焰地被氧化。另外，氧化微粒62的活性氧O在NO及SO2被活性氧放出剂62吸收时也被放出。即，NOx反复进行氧原子的结合及分离，同时在活性氧放出剂61中以硝酸离子NO3-的形式进行扩散。在该期间也产生活性氧。微粒62由该活性氧氧化。另外，这样地在微粒过滤器70上附着微粒62由活性氧O氧化，但是这些微粒62也由排气中的氧氧化。
白金Pt及活性氧放出剂61由于微粒过滤器的温度越高越活性化，每单位时间从活性氧放出剂61放出的活性氧O的量随着微粒过滤器的温度越高越增大。另外，当然微粒自身的温度越高越容易被除去。因此，在微粒过滤器上不产生光焰地每单位时间可氧化除去微粒的可氧化除去粒子量是微粒过滤器的温度越高越增大。
图23的实线表示不产生光焰地每单位时间可氧化除去的可氧化除去粒子量G，在图23中，横轴表示微粒过滤器的温度TF。图23表示将单位时间作为一秒时的、即每一秒的可氧化除去微粒子量G，但是，作为该单位时间可以采用1分钟、10分钟等的任意的时间。例如，作为单位时间采用了10分时，每单位时间可氧化除去微粒的可氧化除去粒子量G，表示每10分钟可氧化除去的可氧化除去粒子量G，在这时，在微粒过滤器70上不产生光焰地每单位时间可氧化除去的可氧化除去粒子量G如图23所示，微粒过滤器70的温度越高越增大。
当将每单位时间从燃烧室排出的微粒的量称为排出微粒子量M时，在该排出微粒量M比可氧化除去微粒子量G少时、例如每一秒的排出微粒量M比每一秒的可氧化除去微粒子量G少时、或每10分钟的排出微粒量M比每10分钟的可氧化除去微粒子量G少时，即在图23的区域I中，从燃烧室排出的全部的微粒，在微粒过滤器70上不产生光焰地依次地在短时间内被氧化除去。
与此相对，在该排出微粒量M比可氧化除去微粒子量G多时，即在图23的区域II中，用于依次氧化全部的微粒的活性氧量不足。图24(A)～(C)表示这种情况下的微粒的氧化状况。
即，在用于依次氧化全部的微粒的活性氧量不足时，如图24(A)所示，当微粒62附着在活性氧放出剂61上时，只有微粒62的一部分被氧化，没有被充分氧化的微粒的部分残留在微粒过滤器的排气上游侧面上。接着，当活性氧量不足的状态继续时，未被氧化的微粒部分持续地残留在排气上游侧面，其结果，如图24(B)所示，微粒过滤器的排气上游面由残留微粒部分63覆盖。
这样的残留微粒部分63变质为难以逐渐地被氧化的碳质，另外当排气上游面由残留微粒部分63覆盖时，抑制了白金Pt的NO、SO2的氧化作用及活性氧放出剂61的活性氧放出作用。由此，虽然花费一定时间可以使残留微粒部分63氧化，但是如图24(C)所示，在残留微粒部分63之上接着堆积另外的微粒64。当微粒堆积成积层状时，这些微粒由于与白金Pt或活性氧放出剂隔着距离，即使是容易被氧化的微粒也不会被活性氧氧化。因此在该微粒64上再接着堆积另外的微粒。当排出微粒子量M比可氧化除去微粒子量G多的状态继续时，在微粒过滤器上积层状地堆积着微粒。
这样，在图23的区域I中，微粒在微粒过滤器上不产生光焰地在短时间被氧化，在图23的区域II中，微粒层状地堆积在微粒过滤器上。因此，如果将排出微粒子量M和可氧化除去微粒子量G的关系设定为区域I，则可以防止微粒向微粒过滤器上堆积。其结果微粒过滤器70中的排气流的压力损失几乎不变化地维持为基本一定的最小压力损失值。这样，可以将内燃机的输出功率的降低维持为最小限。但是，该这并不一定经常地被实现，如果不采用措施则有时在微粒过滤器上堆积微粒。
在本实施例中，由上述的电子控制单元30按照图25所示的第一程序方框图实施阀体71a的切换控制，防止微粒向微粒过滤器上堆积。本程序方框图每规定时间反复进行。首先，在步骤101中算出车辆行走距离累积值A。接着在步骤102中判断该行走距离累积值A是否为设定行走距离AS以上。在该判断是否定时，就这样结束，但在是肯定时则前进到步骤103。在步骤103中，行走距离累积值A被复位为0，在步骤104中，阀体71a从一方的隔断位置被切换为另一方的隔断位置。即，使微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。
图26是微粒过滤器的隔壁54的放大剖面图。在车辆行走设定行走距离AS之间，也有时实施图23的区域II中的运转，如图26(A)用格子所示的那样，排气主要进行冲撞的隔壁54的排气上游侧表面及细孔内的排气流相对面作为一方捕集面冲撞捕集微粒，由活性氧放出剂氧化除去，但是当该氧化除去不充分时有时残留微粒。在该时，微粒过滤器的排气阻抗虽然不怎么给车辆行走带来大的坏影响，但是，如果再堆积微粒，则产生内燃机输出功率的大幅度降低等问题。在第一程序方框图，在该时刻使微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。由其，在残留在隔壁54的一方捕集面上的微粒上不会在堆积微粒，由从一方捕集面放出的活性氧渐渐地氧化除去残留微粒。另外，残留在隔壁的细孔内的微粒借助逆方向的排气流而如图26(B)所示地容易被破坏被细分化，移动到下游侧。
由此，被细分化的许多的微粒分散在隔壁的细孔内，即通过微粒流动，直接与载持在隔壁的细孔内的表面上的活性氧放出剂接触，被氧化除去的机会变多。这样，通过在隔壁细孔内也载持活性氧放出剂，可以更加容易地氧化除去残留微粒。另外，在该氧化除去基础上，在由于排气的逆流而成为上游侧的隔壁54的另一方捕集面、即在现在排气主要进行冲撞的隔壁54的排气上游侧表面及细孔内的排气流相对面(成为与一方的捕集面相反侧的关系)中，排气中的新的微粒进行附着并由从活性放出剂放出的活性氧氧化除去。在这样的氧化除去时，从活性氧放出剂放出的活性氧的一部分与排气一起向下游侧移动，即使借助该排气的逆流也依然氧化除去残留的微粒。
即，在隔壁中的一方捕集面的残留微粒上不仅是从该捕集面放出的活性氧，还借助排气到来由排气的逆流使用于隔壁的另一方的捕集面中的微粒的氧化除去的剩余的活性氧。由此，在切换阀体时刻，即使在隔壁的一方捕集面上积层状地堆积着某种程度的微粒，如果使排气逆流，除了向堆积在残留微粒上的微粒到来活性氧之外，又不会再堆积微粒。因此，堆积的微粒渐渐地被氧化，如果在下次逆流之前有某种程度的时间，在这期间可以充分地氧化除去残留微粒。
在第一程序方框图中，阀体的切换是每规定行走距离进行的，但也可以每设定时间来进行。当然，也可以不是这样地定期地进行而是不定期地切换阀体，不管怎样，阀体的切换最好是在从内燃机起动到内燃机停止之间至少进行一次，以便在微粒过滤器上的残留微粒变质为难以被氧化碳质之前进行。另外，在堆积多量的微粒之前氧化除去也是防止由于多量的堆积微粒一度着火燃烧而使多量的燃烧热产生，而由于该燃烧热造成微粒过滤器的熔损等问题。另外，即使由于任何原因在阀体的切换时刻，在微粒过滤器隔壁一方的捕集面上堆积了多量的微粒，如果切换阀体，堆积的微粒由于逆方向的排气流而比较容易地被破坏和细分化，因此，在隔壁细孔内不能氧化除去一部分的细分化微粒从微粒过滤器排出，微粒过滤器的排出阻抗不会进一步变高而对车辆行走带来坏影响。另外，在微粒过滤器隔壁中的另一方捕集面中，可以进行新的微粒捕集。
图27表示阀体71a的切换控制用的第二程序方框图。本程序方框图也是每规定时间反复进行。首先在步骤201中，由第一连接部72a上的第一压力传感器43a检测微粒过滤器70的一方侧的排气压力P1即第一连接部72a(参照图18)内的排气压力。接着，在步骤202中，由配置在第二连接部72b上的第一压力传感器43b检测微粒过滤器70的另一方侧的排气压力P2、即第二连接部72b(参照图18)内的排气压力。
在步骤203中，判断在步骤201及202中检测出的排气压力的压差的绝对值是否大于设定压力差Ps。在此，之所以使用压差的绝对值是因为即使第一连接部72a及第二连接部72b的任何一个成为排气上游侧也可以把握压差的上升。在步骤203中的判断是否定时，就此结束，但当该判断是肯定时由于在微粒过滤器上残留着某程度的微粒，因此，在步骤204中切换阀体71a，使微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。
由此，如前所述，残留微粒从微粒过滤器被氧化除去。这样，利用微粒过滤器的两侧的压差间接地检测出在微粒过滤器上残留着某程度的微粒，可以确实地由于堆积过量的微粒而导致内燃机输出功率大幅度降低的现象。当然，除了该压差以外，也可以通过监视微粒过滤器上规定隔壁上的电阻抗值的变化，把由于微粒的堆积电阻抗值小于设定值时判断为在微粒过滤器上堆积着某种程度的微粒，另外，也可以利用由于微粒的堆积而使光的透过率降低或光反射率降低的现象来判断在微粒过滤器上堆积着某种程度的微粒。这样，通过直接地判断微粒的残留来切换阀体，可以进一步可靠地防止内燃机输出功率的大幅度的降低。另外，微粒过滤器两侧的压差严密地讲由于每个内燃机运转状态的从气缸内排出的排气压力进行变化，因此对于微粒的堆积的判断最好特定内燃机的运转状态。
这样，逆转微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧对于可以氧化除去残留及堆积微粒是非常有效的，即使不用特别判断时期偶尔切换阀体也可以充分地防止多量地微粒堆积带来内燃机的输出功率的大幅度降低。
另外，当使排气的空燃比为浓时，即使排气中的氧浓度降低时，活性氧O从活性氧放出剂61一气放出到外部。借助该一气放出的活性氧O，堆积微粒变得容易被氧化，从而容易被氧化除去。
另外，当空燃比维持为稀时，白金Pt的表面用氧覆盖，产生所谓的白金Pt的氧中毒。当产生这样的氧中毒时，由于对NOx的氧化作用降低，NOx的吸收效率降低，这样从活性氧放出剂61出来的活性氧放出量降低。但是，当空燃比成为浓时，由于白金Pt表面上的氧被消耗，消除了氧中毒，因此当空燃比从浓转换为稀时，因为加强对NOx的氧化作用，NOx的吸收效率变高，这样从活性放出剂61放出的活性氧放出量增大。
因此，在空燃比维持为稀时，当将空燃比偶尔从稀暂时变化为浓时，由此消除白金Pt的氧中毒，因此，空燃比是稀时的活性氧放出量增大，由此可以促进微粒过滤器70上的微粒的氧化作用。
另外，由于该氧被毒的消除是还原物质的燃烧，因此伴随着发热使微粒过滤器升温。由此，微粒上的可氧化除去微粒子量提高，残留及堆积微粒的氧化除去进一步变容易。由阀体71a将微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧刚刚切换后，如果将排气的空燃比成为浓，在未残留微粒的微粒过滤器隔壁的另一方的捕集面中，由于与一方的捕集面相比容易放出活性氧，由放出的更多量的活性氧可以进一步确实地氧化除去一方的捕集面的残留微粒。当然，也可与阀体71a的切换无关地偶尔使排气的空燃比变浓，由此，使微粒难以向微粒过滤器上残留及堆积。
作为使排气的空燃比变浓的方法，例如，可以实施上述的低温燃烧。当然，也可以从通常燃烧变换向低温燃烧时，或先于其使微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧切换。另外，为了使排气的空燃比变浓，也可以只使燃烧空燃比变浓。另外，也可以在压缩行程中的通常的主燃料喷射之上还由内燃机喷射阀在排气行程中或膨胀行程中向气缸内喷射(后补喷射)燃料。或者也可以在吸气行程中向气缸内喷射(ビゴム喷射)。当然后补喷射和ビゴム喷射也不非要在与主燃料喷射之间设有间隔。另外，也可以向内燃机排气系统中供给燃料。
图28表示用于阀体71a的切换控制的第三程序方框图。本程序方框图也是每规定时间反复进行。首先在步骤301中，由上述的任何一种方法判断现在是否是阀体71a的切换时期，在该判断是否定时就此结束，在是肯定时，在步骤302中判断在由第一温度传感器44a和第二温度传感器44b检测出的微粒过滤器70的两个端部的温度中现在的排气出口侧的端部的温度To是否比排气入口侧端部的温度Ti高。
在该判断是肯定时，在步骤304中切换阀体71a。但是，在步骤302的判断是否定时，在步骤303中判断成为阀体71a的切换时期后的经过时间t是否成为了设定时间t1以上。在该判断是肯定时，可能在微粒过滤器隔壁的现在上游侧的捕集面上堆积了多量的微粒，前进到步骤304而立刻切换阀体71a。
另外，在步骤303中的判断是否定时，返回到步骤302。这样，反复进行步骤302和303中的判断，当步骤302中的判断是肯定时，在步骤304中切换阀体71a。
如本实施例那样，在载持了白金等的氧化催化剂而使微粒过滤器具有氧化功能时，在微粒过滤器中可以使排气中的HC和CO等的还原物质燃烧。该燃烧热使微粒过滤器升温，而使可氧化除去微粒子量提高的同时提高了微粒自身的温度，因此对于微粒的氧化除去有利。
排气从微粒过滤器隔壁的排气上游侧表面朝向排气下游侧表面流过隔壁的细孔，但是除了流过细孔之外，还沿排气上游侧表面和排气下游侧表面流动。由此，在微粒过滤器的排气入口部(各隔壁的排气入口侧端部)处的燃烧热与排气一起通过微粒过滤器的中央部(各隔壁的中央部)向排气过滤器的排气出口部(各隔壁的排气出口侧端部)移动，最终从微粒过滤器排出。
通常的排气的空燃比是稀，在排气中只含有微量的还原物质，在排气入口部，由排气夺取微量的燃烧热，几乎没有燃烧热带来的升温。另外，中央部虽然由排气夺取此处的燃烧热，但是由于有来自排气入口部的热移动，因此比排气入口部温度高，排气出口部在该处的燃烧热之上加上来自排气入口部和中央部的热移动，因此升温最大。
这样，在微粒过滤器的各部带有温度差时，各部的氧化催化剂的活性化程度产生差别，排气中的还原物质在排气入口部几乎不燃烧，主要是在排气出口部进行燃烧，微粒过滤器各部的温度的差如图29用点划线所示的那样很明显。
但是，即使主要在排气出口部使还物质燃烧，该燃烧热不使微粒过滤器的其它部分升温而从微粒过滤器排出，对于提高微粒过滤器的可氧化除去微粒量无效。
在第三程序方框图中，通常在成为阀体71a的切换时期时，如上所述，排气出口部的温度比排气入口部的高，步骤302中的判断是肯定，实施阀体71的切换，如前所述那样地，开始之前的排气上游侧处所具有的捕集面的残留微粒的氧化除去的同时开始现在成为排气上游侧的捕集面处的新的微粒的捕集。另外，现在的排气入口部由于是之前的排气出口部，由于温度比较高，使排气中的还原物质的多数燃烧，排气入口部的燃烧热增大，即使某种程度由排气向中央部及排气出口部移动，也可以比较良好地使排气入口部升温。
这样，排气入口部的温度维持为比较高，可以在一段时间内在排气入口部使排气中的还原物质的多数燃烧。如果主要在排气入口部使还物质燃烧，该燃烧热不仅使排气入口部升温，还由于排气的热移动在从微粒过滤器排出之前使中央部和排气出口部升温，因此成为图29用实线表示的温度分布，可以整体地使微粒过滤器升温。由此，可以将排气中的还原物质有效地利用于可氧化除去微粒量的提高。
由于在通常的稀状态的排气中含有的还原物质的量是微量，排气入口部的温度这样地在维持比较高的期间不很长，排气入口部的温度渐渐地降低，终于如前所述地成为图29中用点划线表示的温度分布。但是，如果排气中的空燃比为浓，在排气中含有比较多的还原物质，在其之间，在排气入口部中产生比较多量的燃烧热，可以比较高地维持排气入口部的温度。
这样，如果即使是阀体71的切换时期在微粒过滤器中排气入口部的温度也比排气出口部的高，则立刻逆转排气入口部和排气出口部，这时由于不能将排气中的还原物质有效地利用于微粒过滤器的升温，因此不理想，在第三程序方框图的步骤303中，成为阀体的切换时期后的经过时间t直到成为设定时间t1之前的期间，不使阀体71a切换。
在第三程序方框图中，在根据车辆行走距离等成为了阀体的切换时期时，比较微粒过滤器的排气入口部的温度和排气出口部的温度，判断是否实际上切换了阀体，但是，阀体的切换由于即使在任意的时期实施也是有效的，因此，也可以仅在排气过滤器的排气出口部的温度变得比排气入口部的温度高时切换阀体。
另外，如图30所示的第四程序方框图所示，微粒过滤器的排气出口部的温度To比排气入口部的温度Ti高(步骤401)时，判断是否是内燃机减速时(步骤402)，若是内燃机减速时则可以切换阀体(步骤403)。另外，每当微粒过滤器的排气出口部的温度To比排气入口部的温度Ti高时，可以通过等待内燃机减速时切换阀体。内燃机减速时的判断只要检测出燃油切断信号即可，另外，也可以在车辆行走中检测出油门踏板的踏入信号、或在车辆行走中也可以检测出油门踏板的打开信号来进行。
在本排气净化装置的切换部71的构造中，如图31所示，阀体71a从两个隔断位置的一方切换向另一方之间，一部分排气绕过微粒过滤器。内燃机减速时，由于燃油被切断或燃料喷射量非常少，在排气中几乎不含有微粒。因此，如果在这时切换阀体，即使一部分的排气绕过排气过滤器也不会向大气中放出微粒。另外，在内燃机减速时，由于燃料被切断或燃料喷射量非常少，排气温度非常低，因此，如果在这时切换阀体，可以使一部分排气绕过微粒过滤器，可以抑制微粒过滤器的温度降低即可氧化除去微粒量的减少。
阀体71a的切换由于在任何时期实施都有效，因此，如图32所示的第五程序方框图，也可以只在燃料切断时那样的内燃机减速时进行实施。
在第三程序方框图和第四程序方框图中，是实际地检测出微粒过滤器排气入口部的温度和排气出口部的温度，但是，也可以根据由于内燃机运转状态进行变化的排气温度和排气中的还原物质量等来推定微粒过滤器的排气入口部的温度和排气出口部的温度。另外，也可以只推定任何一个温度是否高。
排气中的钙Ca当存在SO3时，生成硫酸钙CaSO4，该硫酸钙CaSO4难以被氧化除去而作为灰残留在微粒过滤器上。因此，为了防止由于硫酸钙的残留而引起微粒过滤器堵塞，作为活性氧放出剂61最好使用比钙Ca更离子化倾向高的碱金属或碱土族金属，例如使用钾K，由此，扩散到活性氧放出剂61内的SO3与钾结合而形成硫酸钾K2SO4，钙Ca不会与SO3结合而通过微粒过滤器的隔壁。因此，微粒过滤器不会被灰堵塞。这样，如前所述作为活性氧放出剂61最好使用比钙Ca更离子化倾向高的碱金属或碱土族金属、即钾K、锂Li、铯Cs、铷Rb、钡Ba、锶Sr。
另外，作为活性氧放出剂即使在微粒过滤器上只载持白金Pt那样的贵金属也可以从保持在白金Pt的表面上的NO2或SO3放出活性氧。但是，在这时，表示可氧化除去微粒量G的实线与图23所示的实线相比若干向右侧移动。另外，作为活性氧放出剂也可以使用铈氧。铈氧，当排气中的氧浓度高时，吸收氧气()，当排气中的氧浓度降低时放出活性氧()，因此，为了氧化除去微粒，需要定期或不定期地使排气中的空燃比变浓。也可以使用铁或锡代替铈氧。
另外，作为活性氧放出剂也可以使用于排气净化中的NOX净化的NOX吸藏还原催化剂。在这时，由于为了放出NOX或SOX，需要至少暂时使排气中的空燃比变为浓，最好在微粒过滤器的上游侧和下游侧逆转后实施该浓化控制。
在本实施例中，微粒过滤器本身载持着活性氧放出剂，由该活性氧放出剂放出的活性氧氧化除去微粒。但本发明也不限定于此。例如活性氧及与活性氧起相同作用的二氧化氮等的微粒氧化物质即使从微粒过滤器或载持在其上的物质被放出，也可以从外部流入微粒过滤器。即使在微粒氧化物质从外部流入时，为了捕集微粒通过交替地使用捕集壁的第一捕集面和第二捕集面，在成为排气下游侧的一方捕集面上也不会堆积新的微粒，由从另一方的捕集面流入的微粒氧化成份渐渐地氧化除去该堆积的微粒，可以在某程度的时间内充分地氧化除去堆积微粒。在该期间中，在另一方的捕集面中，由于与微粒的捕集同时进行由微粒氧化成份进行的氧化，因此带来上述同样的效果。另外，在这种情况下，微粒过滤器的升温提高微粒自身的温度也使微粒氧化除去变容易。
本实施例的柴油机是通过切换低燃烧和通常燃烧进行实施的，但是本发明不限定于此，本发明也可以使用于只实施通常燃烧的柴油机、或排出微粒的汽油发动机。
这样，根据本发明的内燃机的排气净化装置，具有配置在内燃机排气系统中的微粒过滤器和用于使微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧的逆转装置，在微粒过滤器中氧化捕集的微粒，微粒过滤器具有用于捕集微粒的捕集壁，捕集壁具有第一捕集面和第二捕集面，通过由逆转装置使微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转，为了捕集微粒而交替地使用捕集壁的第一捕集面和第二捕集面。由此，根据运转状态，有时微粒过滤器中的微粒的氧化不充分而在微粒过滤器捕集壁的一方捕集面上残留某种程度的微粒，但是通过由逆转装置使微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转，不会在捕集壁的该捕集面上堆积新的微粒，可以渐渐地氧化除去残留微粒。同时，由捕集壁的另一方捕集面开始微粒的捕集和氧化。这样，当交替地将第一捕集面和第二捕集面使用于微粒的捕集时，与经常以单一的捕集面捕集微粒的情况相比，可以降低各捕集面的微粒捕集量，由于对微粒的氧化除去有利，在微粒过滤器上不会堆积微粒，可以防止微粒过滤器的堵塞。
权利要求
1.内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有配置在排气系统中微粒过滤器和用于使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转的逆转装置，在上述排气过滤器中使捕集的微粒氧化，上述微粒过滤器具有用于捕集微粒的捕集壁，上述捕集壁具有第一捕集面和第二捕集面，通过由上述逆转装置使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转，为了捕集微粒，交替使用上述捕集壁的上述第一捕集面和上述第二捕集面。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在上述捕集壁上载持活性氧放出剂，从上述活性氧放出剂放出的活性氧使微粒氧化。
3.如权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述活性氧放出剂当在周围存在过剩氧时取入氧并保持氧，并且在周围的氧浓度降低时以活性氧的形式放出所保持的氧。
4.如权利要求1～3中的任何一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述逆转装置每规定时间或每规定行走距离使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。
5.如权利要求1～3中的任何一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述逆转装置在上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧压差成为设定压差以上时，使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。
6.如权利要求1～3中的任何一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述逆转装置，在上述微粒过滤器的微粒堆积量成为设定堆积量以上时，使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。
7.如权利要求1～3中的任何一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，偶尔使排气中的氧浓度降低。
8.如权利要求1～3中的任何一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述微粒过滤器具有氧化功能，上述逆转装置在上述微粒过滤器的排气出口部的温度比排气入口部的温度高时，使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。
9.如权利要求8所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，即使成为由上述逆转装置使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转的时期，直到上述微粒过滤器的排气出口部的温度比排气入口部的温度高之前延期上述逆转装置进行的逆转。
10.如权利要求1～3中的任何一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述微粒过滤器具有氧化功能，上述逆转装置在上述微粒过滤器的排气出口部的温度比排气入口部的温度高并且在内燃机车减速时，使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转。
11.排气净化装置，其特征在于，具有配置在排气系统中微粒过滤器和用于使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转的逆转装置，上述微粒过滤器载持活性氧放出剂，从上述活性氧放出剂放出的活性氧使上述微粒过滤器的捕集微粒氧化，上述活性氧放出剂当在周围存在过剩氧时，使NOX与氧结合并予以保持，并且当周围的氧浓度降低时，使结合的NOX和氧分解为NOX和活性氧放出，上述微粒过滤器具有用于捕集微粒的捕集壁，上述捕集壁具有第一捕集面和第二捕集面，通过由上述逆转装置使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转，为了捕集微粒，交替使用上述捕集壁的上述第一捕集面和上述第二捕集面，有时使上述周围的氧浓度降低。
全文摘要
本排气净化装置,具有配置在排气系统中微粒过滤器70和用于使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转的逆转装置71,在上述微粒过滤器中使捕集的微粒氧化,上述微粒过滤器具有用于捕集微粒的捕集壁,上述捕集壁具有第一捕集面和第二捕集面,通过由上述逆转装置使上述微粒过滤器的排气上游侧和排气下游侧逆转,为了捕集微粒,交替使用上述捕集壁的上述第一捕集面和上述第二捕集面。
文档编号F02F1/24GK1365424SQ01800690
公开日2002年8月21日 申请日期2001年3月27日 优先权日2000年3月27日
发明者广田信也, 田中俊明, 伊藤和浩, 中谷好一郎, 木村光壹 申请人:丰田自动车株式会社