專利名稱：內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)。
背景技術：
本領域已知的是內(nèi)燃機設置有當流入發(fā)動機排氣通路的排氣的空燃比為稀時吸藏排氣中的NOx且當流入排氣的空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驗闈鈺r釋放所吸藏的NOx的NOx吸藏還原催化劑。該NOx吸藏還原催化劑包括由鉑Pt構成的貴金屬催化劑和NOx吸收劑。當空燃比為稀，排氣中的NOx，也即NO，在鉑Pt上被氧化成NO2，然后以硝酸根NO3-的形式被吸藏在NOx吸收劑中。
另一方面，當釋放并還原由NOx吸收劑吸收的NOx時，流入NOx吸藏還原催化劑的排氣的空燃比變濃。如果排氣的空燃比變濃，排氣中的氧濃度下降，因此NOx吸收劑以硝酸根的形式吸收的NOx從NOx吸收劑中以NO2的形式出現(xiàn)在鉑Pt上。該NO2被排氣中的未燃燒的HC和CO所還原。
注意到通過向燃燒室供給額外的燃料或者通過向發(fā)動機排氣通路內(nèi)添加額外的燃料來使排氣的空燃比變濃。這種情況下，當添加的燃料是氣體并流入NOx吸藏還原催化劑，如果排氣的空燃比變濃，則NOx從NOx吸藏還原催化劑被釋放并還原。然而，當排氣空燃比應變濃時，額外的燃料以霧滴的形式添加到發(fā)動機排氣通路中。當該添加的燃料以液滴形式沉積在NOx吸藏還原催化劑上時，情況有所不同。
也即，如果要在排氣的空燃比應變濃時添加的燃料以液滴形式沉積在NOx吸藏還原催化劑上，則NOx吸藏還原催化劑上的鉑Pt被燃料滴覆蓋。然而，如果鉑Pt被燃料滴覆蓋，則排氣中的氧不能到達鉑Pt的表面，結果鉑Pt上燃料滴的氧化反應不再能很好的進行。如果燃料滴的氧化反應不能很好的進行，則排氣中的氧就不會充分消耗，結果排氣中的氧濃度不會充分地下降，因此NOx將不再很好地從NOx吸收劑釋放。另外，燃料滴將不能充分蒸發(fā)，因此排氣中含有的氣態(tài)的未燃燒的HC的數(shù)量不足且釋放的NOx將不能被充分還原。
因此，發(fā)明人在研究過程中記錄了鈀Pd的氧吸藏能力并發(fā)現(xiàn)通過利用一種不僅有鉑Pt而且有鈀Pd的貴金屬，吸藏在鈀Pd上的大量氧會促進燃料滴的氧化反應，氧化反應產(chǎn)生的熱量會促進鉑Pt上燃料滴的蒸發(fā)，因此會促進NOx吸收劑的NOx釋放作用。
這種情況下，如果增加鈀Pd的量并減少鉑Pt的量，鈀Pd所吸藏的氧的氧化反應產(chǎn)生的熱量會促進鉑Pt上燃料滴的蒸發(fā)，但是由于鉑Pt量少，NOx的釋放作用弱，結果將不能獲得良好的NOx釋放作用。與此相反，如果減少鈀Pd的量并增加鉑Pt的量，鈀Pd所吸藏的氧的氧化反應所產(chǎn)生的熱量將不能充分地促進Pt上燃料滴的蒸發(fā)，因此即使增加鉑Pt的量，也僅獲得弱的NOx釋放作用，因此，在這種情況下也不會獲得良好的NOx釋放作用。
也即，在鉑Pt和鈀Pd的比率為既不極端大也不極端小的合適比率時具有良好的NOx釋放作用。關于這一點，已知的柴油機顆粒濾清器(參見日本專利特開NO.2003-205245)設計成濾清器本體每公升容積承載總計1g的鉑Pt和鈀Pd。鉑Pt相對于鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率約為35.7。然而，對于該摩爾比率，與鉑Pt相比，鈀Pd的量太大，結果不能獲得良好的NOx釋放作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鉑Pt和鈀Pd的比率，該比率即使在當燃料以液滴形式添加以便從NOx吸藏還原催化劑釋放NOx時鉑Pt被燃料滴覆蓋的情況下仍能確保良好的NOx釋放作用。
也即，根據(jù)本發(fā)明，提供一種內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機在發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有添加霧滴形式的燃料的燃料添加裝置，在所述燃料添加裝置下游的所述發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有氧化催化劑，在所述氧化催化劑下游的所述發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有當流入排氣的空燃比為稀時吸藏包含在排氣中的NOx且當所述流入排氣的空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驗闈鈺r釋放所吸藏的NOx的NOx吸藏還原催化劑，在使流入所述NOx吸藏還原催化劑的排氣的空燃比變濃時從所述燃料添加裝置添加燃料，以便使所述NOx吸藏還原催化劑釋放NOx，并使此時所添加的燃料以液滴形式沉積在所述氧化催化劑上，其中，為使以液滴形式沉積在所述氧化催化劑上的燃料蒸發(fā)，所述氧化催化劑承載的貴金屬不僅有鉑Pt，還有鈀Pd，并且將鉑Pt相對于承載在所述氧化催化劑上的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設定為從約50％到約80％。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機在發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有添加霧滴形式的燃料的燃料添加裝置，在氧化催化劑下游的所述發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有當流入排氣的空燃比為稀時吸藏包含在排氣中的NOx且當流入排氣的空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驗闈鈺r釋放所吸藏的NOx的NOx吸藏還原催化劑，在使流入所述NOx吸藏還原催化劑的排氣的空燃比變濃時從所述燃料添加裝置添加燃料，以便使所述NOx吸藏還原催化劑釋放NOx，并使此時所添加的燃料以液滴形式沉積在所述NOx吸藏還原催化劑上，其中，為使以液滴形式沉積在所述NOx吸藏還原催化劑上的燃料蒸發(fā)，所述NOx吸藏還原催化劑承載的貴金屬不僅有鉑Pt，還有鈀Pd，并將鉑Pt相對于承載在所述NOx吸藏還原催化劑上的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設定為從約50％到約80％。


圖1是燃燒點火式內(nèi)燃機的總體圖；圖2是燃燒點火式內(nèi)燃機的另一實施例的總體圖；圖3是顯示顆粒濾清器的視圖；圖4是用于說明NOx的吸收/釋放作用的視圖；圖5是氧化催化劑的側視截面圖；
圖6是說明氧化催化劑的基底的表面部分的截面圖；圖7是顯示氧化速度和鉑摩爾比率之間關系的視圖；圖8是顯示NOx凈化率和氧化催化劑的溫度之間關系的視圖；圖9是顯示NOx凈化率和鉑摩爾比率之間關系的視圖；圖10是一比較例的視圖；圖11是NOx釋放過程的時間表；圖12是單位時間NOx吸藏量的映射圖的視圖；圖13是排氣凈化過程的流程圖；以及圖14是另一實施例的視圖。
具體實施例方式
圖1是燃燒點火式內(nèi)燃機的總體圖。
參照圖1，1是發(fā)動機本體，2是氣缸的燃燒室，3是用于將燃料噴入燃燒室2的電子控制式燃料噴射器，4是進氣歧管，5是排氣歧管。進氣歧管4經(jīng)進氣道6與排氣渦輪增壓器7的壓縮器7a的出口相連，而壓縮器7a的入口與空氣濾清器8相連。進氣道6內(nèi)設置有由步進電機驅動的節(jié)氣門9。另外，在進氣道6的周圍設置有用于冷卻在進氣道6內(nèi)循環(huán)的吸入空氣的冷卻裝置。在圖1所示的實施例中，將發(fā)動機冷卻水導入冷卻裝置10，發(fā)動機冷卻水在該冷卻裝置處冷卻吸入空氣。
另一方面，該排氣歧管5與排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪7b的入口相連，而排氣渦輪7b的出口與氧化催化劑11的入口相連。另外，氧化催化劑11的出口經(jīng)排氣管13與NOx吸藏還原催化劑12相連。排氣歧管5安裝有用于向排氣中添加液滴形式的霧狀亦即顆粒狀燃料的燃料添加閥14。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，所述燃料由柴油組成。
排氣歧管5和進氣歧管4經(jīng)排氣再循環(huán)(以下稱之為“EGR”)通路15相互連通。在EGR通路15內(nèi)配置有電子控制式EGR控制閥16。另外，在EGR通路15周圍配置有用于冷卻流經(jīng)EGR通路15內(nèi)部的EGR氣體的冷卻裝置17。在圖1所示的實施例中，將發(fā)動機冷卻水導入冷卻裝置17中，然后發(fā)動機冷卻水在該冷卻裝置處冷卻EGR氣體。另一方面，各燃料噴射器3經(jīng)燃料管18與共用管路19相連。該共用管路19由電子控制式可變排量燃料泵20供給燃料。供給進共用管路19的燃料經(jīng)各燃料管18供給到每一個燃料噴射器3。
電子控制單元30包括數(shù)字計算機并設置有通過雙向總線31相互連接的ROM(只讀存儲器)32，RAM(隨機存儲器)33，CPU(微處理器)34，輸入端口35和輸出端口36。NOx吸藏還原催化劑12設置有用于檢測NOx吸藏還原催化劑12前后壓差的壓差傳感器21。該壓差傳感器21的輸出信號經(jīng)對應的AD轉換器37輸入到輸入端口35。另外，加速踏板40連接到產(chǎn)生與加速踏板40的下踏量L成比例的輸出電壓的負荷傳感器41上。負荷傳感器41的輸出電壓經(jīng)對應的AD轉換器37輸入到輸入端口35。另外，輸入端口35與曲柄轉角傳感器42相連，該曲柄轉角傳感器42在曲軸每次轉動例如15°時產(chǎn)生輸出脈沖。另一方面，輸出端口36經(jīng)對應的驅動電路38與燃料噴射器3相連，節(jié)氣門9驅動步進電機、燃料添加閥14、EGR控制閥16和燃料泵20。
圖2示出燃燒點火式內(nèi)燃機的另一實施例。在本實施例中，發(fā)動機排氣通路沒有設置任何氧化催化劑。排氣渦輪7b的出口與NOx吸藏還原催化劑12的入口相連。
首先，說明圖1和圖2所示的NOx吸藏還原催化劑12，所述NOx吸藏還原催化劑12由三維網(wǎng)狀結構的單塊載體或顆粒形載體承載或者由形成蜂窩狀結構的顆粒濾清器承載。這樣，NOx吸藏還原催化劑12可被各種載體承載，但是以下將對承載在顆粒濾清器上的NOx吸藏還原催化劑12作以說明。
圖3(A)和(B)示出承載有NOx吸藏還原催化劑12的顆粒濾清器12a的結構。注意圖3(A)示出顆粒濾清器12a的主視圖，而圖3(B)示出顆粒濾清器12a的側視截面圖。如圖3(A)和(B)所示，顆粒濾清器12a形成蜂窩狀結構并且設置有平行延伸的多個排氣通路60，61。這些排氣通路包括下游端由塞子62堵住的排氣流入通路60和上游端由塞子63堵住的排氣流出通路61。注意到在圖3(A)中，陰影部分為塞子63。因此，該排氣流入通路60和排氣流出通路61通過薄隔壁64交替配置。換句話說，排氣流入通路60和排氣流出通路61配置成各排氣流入通路60由四個排氣流出通路61包圍，各排氣流出通路61由四個排氣流入通路60包圍。
顆粒濾清器12a例如由多孔材料比如堇青石形成。因此，流入排氣流入通路60的排氣，如圖3(B)中箭頭所示，通過周圍隔壁64流出進入鄰接的排氣流出通路61。
當NOx吸藏還原催化劑12以此方式承載在顆粒濾清器12a上時，排氣流入通路60和排氣流出通路61的隔壁，也即隔壁64的兩個表面和隔壁64中孔的內(nèi)壁承載有由例如礬土構成的催化劑載體。圖4(A)和(B)示意性地示出催化劑載體45表面部分的斷面。如圖4(A)和(B)所示，催化劑載體45的表面承載有分散于其上的貴金屬催化劑46。另外，催化劑載體45的表面上形成一層NOx吸收劑47。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，鉑Pt被用作貴金屬催化劑46，而作為形成NOx吸收劑47的成分，例如，可使用選自鉀K、鈉Na、銫Cs等堿金屬，鋇Ba、鈣Ca等堿土，以及鑭La，釔Y等稀土中的至少一種成分。
如果將發(fā)動機進氣通路、燃燒室2、NOx吸藏還原催化劑12上游的排氣通路中供給的空氣和燃料(碳氫化合物)的比率稱為“排氣的空燃比”，則NOx吸收劑47執(zhí)行在排氣空燃比為稀時吸收NOx且在排氣中的氧濃度下降時釋放所吸收的NOx的NOx吸收和釋放作用。
也即，以下用鋇Ba作為構成NOx吸收劑47的成分為例加以說明，當排氣空燃比是稀，即當排氣具有高的氧濃度時，排氣中含有的NO，如圖4(A)所示，在鉑Pt46上氧化成NO2，NO2之后在NOx吸收劑47中被吸收并與氧化鋇BaO結合而以硝酸根NO3-的形式分散在NOx吸收劑47中。這樣，NOx在NOx吸收劑47中被吸收。只要排氣中的氧濃度高，就會在鉑Pt46的表面上形成NO2。只要NOx吸收劑47的吸收能力尚未飽和，NO2就在NOx吸收劑47中被吸收并生成硝酸根NO3-。
與此相反，如果排氣的空燃比變?yōu)闈饣蛘呃碚摽杖急龋瑒t排氣中的氧濃度下降，所以反應朝相反方向(NO3-→NO2)進行，因此，如圖4(B)所示，NOx吸收劑47中的硝酸根NO3-以NO2的形式從NOx吸收劑47中釋放。接著，釋放的NOx被排氣中含有的未燃燒的HC和CO還原。
這樣，當排氣的空燃比為稀，即當在稀空燃比下發(fā)生燃燒時，排氣中的NOx在NOx吸收劑47中被吸收。然而，如果在稀空燃比下繼續(xù)燃燒，NOx吸收劑47的NOx吸收能力變得飽和。因此NOx將不再能被NOx吸收劑47吸收。因此，在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，在NOx吸收劑47的吸收能力達到飽和之前從燃料添加閥14添加燃料，以便使排氣的空燃比臨時變濃并且由此使NOx吸收劑47釋放NOx。
接著，將對在圖1中的配置在NOx吸藏還原催化劑12上游側的氧化催化劑11作以說明。
圖5示出氧化催化劑11的側視截面圖。如圖5所示，氧化催化劑11形成設置有多個直線延伸的排氣通路65的蜂窩狀結構。該氧化催化劑11的基底由礬土、氧化鋯等合成氧化物構成。圖6(A)和(B)示出氧化催化劑11的基底表面部分的斷面。如圖6(A)和(B)所示，基底50的表面承載有散布于其上的由51顯示的鉑Pt和由52顯示的鈀Pd。
鉑Pt具有在其表面捕集氧的特性，但是能被捕集的氧的數(shù)量小。與此相反，鈀Pd具有捕集氧的數(shù)量遠遠多于鉑Pt的能力。因此，當排氣空燃比為稀時，如6(A)所示，與鉑Pt相比，更巨大數(shù)量的氧被捕集并吸藏在鈀Pd上。另一方面，如果從氧化能力這一點上看，鉑Pt具有非常強大的氧化能力，而鈀Pd的氧化能力弱。這樣，鉑Pt和鈀Pd的特性具有相當大的差別。
另外，如上所述，如果從燃料添加閥14添加燃料使排氣空燃比變濃，NOx吸收劑47釋放NOx并且釋放的NOx被排氣中含有的未燃燒的HC和CO還原。在這種情況下，如果添加的燃料為液態(tài)，即使排氣空燃比在理論上變?yōu)闈猓艢庵械难鯘舛纫膊粫陆?，所以NOx吸收劑47不會釋放NOx。但是，在本申請的發(fā)明中，即使添加的燃料為液態(tài)，仍然能使NOx吸收劑47很好地釋放NOx。
也即，從燃料添加閥14添加的燃料一部分變成氣體，但燃料的大部分以液滴形式與排氣一起流過排氣通路，然后燃料滴沉積在氧化催化劑11上。結果，如圖6(B)所示覆蓋，鉑Pt和鈀Pd被燃料滴53覆蓋。如果鉑Pt被燃料滴53覆蓋，包含在排氣中的氧被沉積的燃料滴53攔截而不能到達鉑Pt的表面。因此，如果僅注意到鉑Pt，無論鉑Pt的氧化能力有多強，燃料液滴53的氧化反應不會進行的太多，因此燃料液滴53不會蒸發(fā)太多。
與此相反，鈀Pd在其表面上吸藏有大量的氧，因此如果鈀Pd被燃料滴53覆蓋，燃料滴53將被鈀Pd上大量的氧所氧化。此時，產(chǎn)生大量氧化反應的熱量。這些氧化反應產(chǎn)生的熱量必然導致覆蓋鈀Pd的燃料滴53以及覆蓋鉑Pt的燃料滴53蒸發(fā)。如果覆蓋鉑Pt的燃料滴53蒸發(fā)，排氣中的氧能夠到達鉑Pt的表面，結果未燃燒的HC和CO的氧化反應在鉑Pt上變的活躍起來。結果，排氣中的氧濃度下降，因此NOx吸收劑47釋放NOx并且蒸發(fā)的未燃燒的HC和CO還原釋放的NOx。
通過這種方式使氧化催化劑11不僅承載有鉑Pt，而且有鈀Pd，NOx吸收劑47可制成用于釋放和還原NOx。但是，當鉑Pt和鈀Pd的總和不變時，如果增加鈀Pd的量并減少鉑Pt的量，鈀Pd所吸藏的氧的氧化反應產(chǎn)生的熱量促進了鉑Pt上燃料滴53的蒸發(fā)，但是由于鉑Pt的量少，未燃燒的HC和CO未被充分氧化，結果，不能獲得良好的NOx釋放作用。
與此相反，如果減少鈀Pd的量并增加鉑Pt的量，通過鈀Pd所吸藏的氧的氧化反應產(chǎn)生的熱量沒有充分促進鉑Pt上的燃料滴53的蒸發(fā)，所以即使增加鉑Pt的量，相當數(shù)量的未燃燒的HC和CO未被氧化，因此，在這種情況下同樣不能獲得良好的NOx釋放作用。也即，鉑Pt和鈀Pd的比率為合適的比率既不極大也不極小時會有良好的NOx釋放作用。
圖7示出顯示表示單位時間氧化的數(shù)量的氧化速度和鉑Pt的摩爾數(shù)相對于鉑Pt的摩爾數(shù)和鈀Pd的摩爾數(shù)之和的比率(這里指的是“鉑摩爾比率”)之間關系的實驗結果。在圖7中，氧化速度越高，NOx吸收劑47的NOx釋放作用越好，因此，如圖7所示，當鉑摩爾比率約為66％時NOx釋放作用最好。
圖8示出顯示NOx釋放作用完畢之后的NOx凈化率和氧化催化劑11的溫度Tc之間的關系的實驗結果。注意到圖8中，黑點代表氧化催化劑11僅承載鉑Pt的情況，也即鉑摩爾比率為100％的情況，而白點則代表鉑摩爾比率為66％的情況。在鉑摩爾比率為100％和66％兩種情況下，隨著氧化催化劑11的溫度越高，NOx凈化率越高，但是不管溫度Tc為多少，可以得知NOx凈化率在鉑摩爾比率為66％時比鉑摩爾比率為100％時高。
圖9示出當在圖8中的氧化催化劑11的溫度Tc約為350℃時NOx凈化率和鉑摩爾比率之間的關系。圖9中的NOx凈化率的變化形式與圖7中的氧化速度的變化形式具有相同的趨勢。如圖9所示，當鉑Pt摩爾比率約為66％時NOx凈化率最高。因此，氧化催化劑11上承載的鉑Pt和鈀Pd的數(shù)量最優(yōu)選地確定為使鉑摩爾比率約為66％。
注意到即使NOx凈化率變得低于凈化率最大值，如果下降的程度約為5％，仍然可以說該比率基本為最大NOx凈化率。當鉑摩爾比率的范圍變成在如圖9中X所示的58％到75％之間，此時NOx凈化率可以說基本為最大NOx凈化率。因此，該鉑摩爾比率優(yōu)選設定在58％到75％之間。
注意到NOx凈化率即使低于最大NOx凈化率約10％也可以在實際中應用。在NOx凈化率變成比最大NOx凈化率低10％的情況下，鉑摩爾比率的范圍變成如圖9中Y所示在50％到80％之間。因此，從實際上看，鉑摩爾比率應設定在約50％到80％之間。
在圖2所示的實施例中，NOx吸藏還原催化劑12的催化劑載體45(圖4)不僅承載有鉑Pt而且還有鈀Pd。本例中的NOx凈化率也變成如圖9所示的基本相同的NOx凈化率。因此，同樣在本例中，當鉑摩爾比率約為66％時NOx凈化率最高。因此，NOx吸藏還原催化劑12上承載的鉑Pt和鈀Pd的數(shù)量最優(yōu)選地確定為使鉑摩爾比率約為66％。
另外，同樣在如圖2所示的實施例中，在NOx凈化率基本為最大NOx凈化率時鉑摩爾比率的范圍在58％到75％之間。因此，同樣在本實施例中，鉑摩爾比率優(yōu)選地設定為從約58％到約75％。
另外，同樣在如圖2所示的實施例中，在NOx凈化率低于最大NOx凈化率10％時的鉑摩爾比率范圍，也即從實際角度來看能用的鉑摩爾比率范圍，變?yōu)閺募s50％到約80％，因此，同樣在本實施例中，當從實際層面上看時，鉑摩爾比率可以設定在約50％到80％之間。
圖10示出在氧化催化劑11僅承載鉑Pt的情況下和氧化催化劑11承載鉑Pt和鈀Pd的情況下，在例如汽油發(fā)動機的燃燒室中的空燃比為濃，也即本身為氣態(tài)的排氣的空燃比為濃時從NOx吸藏還原催化劑12流出的排氣中的NOx濃度。從圖10中可以理解，當排氣空燃比應變濃時的NOx濃度在氧化催化劑11僅承載鉑Pt時較低，但在氧化催化劑11承載鉑Pt和鈀Pd時變得較高。
也即，如果排氣的空燃比變濃，排氣中氧的濃度下降，則NOx吸收劑47釋放NOx。但是，如果氧化催化劑11承載鈀Pd，排氣中含有的未燃燒的HC和CO被鈀Pd上吸藏的大量氧所氧化，并且釋放的NOx不再能被未燃燒的HC和CO還原。結果，當氧化催化劑11承載鉑Pt和鈀Pd時，NOx濃度變的更高。
也即，當NOx吸收劑47應釋放NOx時，當排氣的空燃比在氣態(tài)下變濃時，如果氧化催化劑11承載鈀Pd，大量NOx排入大氣，并且因此NOx凈化率最終下降。但是，即使采用相同的承載有鈀Pd的氧化催化劑11，當NOx吸收劑47應釋放NOx時，可以獲得與以液滴形式向排氣中添加燃料的情況相反的高NOx凈化率。如果從NOx的凈化這一點來看，當以液滴形式添加燃料時鈀Pd是行之有效的。
下面，將參照圖11對NOx釋放控制作以說明。
圖11示出吸藏在NOx吸藏還原催化劑12中的NOx量∑NOX和為使排氣空燃比A/F變濃而添加燃料釋放NOx的定時的變化。每單位時間從發(fā)動機排出的NOx量隨發(fā)動機的運轉狀態(tài)變化。因此每單位時間吸藏在NOx吸藏還原催化劑12中的NOx量也隨發(fā)動機的運轉狀態(tài)變化。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，每單位時間吸藏在NOx吸藏還原催化劑12中的NOx量NOXA作為要求轉矩TQ和發(fā)動機轉速N的函數(shù)以圖12所示的映射圖的形式預先存儲在ROM32中。通過累加NOx量NOXA，算出吸藏在NOx吸藏還原催化劑12中的NOx量∑NOX。
另一方面，在圖11中，MAX表示NOx吸藏還原催化劑12能吸藏的NOx吸藏量的最大值，而NX表示NOx吸藏還原催化劑12可吸藏的NOx量的容許值。因此，如圖11所示，如果NOx量∑NOX達到容許值NX，添加燃料，由此流入NOx吸藏還原催化劑12中的排氣的空燃比A/F臨時變濃并且NOx吸藏還原催化劑12釋放NOx。
另一方面，排氣中含有的顆粒物質被捕集并接著在承載有NOx吸藏還原催化劑12的顆粒濾清器12a上被氧化。然而，如果沉積的顆粒物質的數(shù)量大于被氧化的顆粒物質，則顆粒物質會逐漸地集結在顆粒濾清器12a上。在這種情況下，如果顆粒物質的沉積數(shù)量增大，會導致發(fā)動機的輸出下降。因此，當顆粒物質的沉積數(shù)量增大時，必須去除沉積的顆粒物質。這種情況下，如果在過量空氣下將顆粒濾清器12a的溫度升高到約600℃，沉積的顆粒物質就會被氧化并去除。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，當沉積在顆粒濾清器12a上的顆粒物質的數(shù)量超過容許值時，在排氣的稀空燃比下提高顆粒濾清器12a的溫度，由此沉積的顆粒物質經(jīng)氧化被去除。具體地說，在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，當壓差傳感器21檢測的顆粒濾清器12a前后的壓差ΔP超過容許值PX時，判定沉積的顆粒物質的數(shù)量已超過容許值。此時，流入顆粒濾清器12a的排氣的空燃比維持為稀并從燃料添加閥14添加燃料以利用該添加的燃料的氧化反應產(chǎn)生的熱量提高顆粒濾清器12a的溫度。
圖13示出排氣凈化處理程序。
參照圖13，首先，在步驟100，從圖12所示的映射圖計算單位時間吸藏的NOx量NOXA。接著，在步驟101，將NOXA與吸藏在NOx吸藏還原催化劑12中的NOx量∑NOX相加。接著，在步驟102，判定所吸藏的NOx量∑NOX是否已超過容許值NX。當∑NOx＞NX時，程序前進至步驟103，在此執(zhí)行從燃料添加閥14添加燃料的過程。接著，在步驟104，壓差傳感器21檢測顆粒濾清器12a前后的壓差ΔP。接著，在步驟105，判定壓差ΔP是否已超過容許值PX。當ΔP＞PX時，程序前進至步驟106，在此執(zhí)行顆粒濾清器12a的升溫控制。
圖14(A)和(B)示出另一實施例。
如果承載有鈀Pd的載體制成為含有能給鈀Pd提供電子的堿性元素，會有大量的電子聚集在鈀Pd的表面上。這樣，如果鈀Pd的表面上聚集大量電子，排氣中含有的大量氧會因尋找電子而吸附在鈀的表面上，因此鈀Pd的氧吸藏量會增大。因此，在圖14(A)和(B)所示的實施例中，為提高鈀Pd的氧吸藏量，承載有鈀Pd的載體可制成為含有能給鈀Pd提供電子的堿性元素，例如堿土或稀土元素。
也即，類似圖6(A)，圖14(A)示出氧化催化劑11的基底50的表面部分的橫截面。在本實施例中，如圖14(A)所示，基底50制成為含有稀土元素鑭La。在本實施例中，鑭La用作基底50的熱穩(wěn)定劑。另一方面，圖14(B)示出在氧化催化劑11由顆粒載體的聚集體(aggregate)構成的情況下的實施例。在本實施例中，顆粒載體由包括堿土或稀土元素的堿性載體70和包括鎢或鈦等具有高負電的元素的酸性載體71構成。除了鉑Pt，在堿性載體70上選擇性地承載有鈀Pd。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過將鉑Pt相對于承載在氧化催化劑或者NOx吸藏還原催化劑上的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設定在約50％到約80％之間，能夠確保NOx吸藏還原催化劑的良好的NOx釋放作用。
權利要求
1.一種內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機在發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有添加霧滴形式的燃料的燃料添加裝置，在所述燃料添加裝置下游的所述發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有氧化催化劑，在所述氧化催化劑下游的所述發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有當流入排氣的空燃比為稀時吸藏包含在排氣中的NOx且當所述流入排氣的空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驗闈鈺r釋放所吸藏的NOx的NOx吸藏還原催化劑，在使流入所述NOx吸藏還原催化劑的排氣的空燃比變濃時從所述燃料添加裝置添加燃料，以便使所述NOx吸藏還原催化劑釋放NOx，并使此時所添加的燃料以液滴形式沉積在所述氧化催化劑上，其中，為使以液滴形式沉積在所述氧化催化劑上的燃料蒸發(fā)，所述氧化催化劑承載的貴金屬不僅有鉑Pt，還有鈀Pd，并且將鉑Pt相對于承載在所述氧化催化劑上的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設定為從約50％到約80％。
2.如權利要求1所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，將鉑Pt相對于承載在所述氧化催化劑上的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設置為從約58％到約75％。
3.如權利要求1所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化催化劑的載體由包括選自堿土或稀土的至少一種元素的堿性載體構成。
4.如權利要求1所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述NOx吸藏還原催化劑承載在顆粒濾清器上。
5.一種內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機在發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有添加霧滴形式的燃料的燃料添加裝置，在氧化催化劑下游的所述發(fā)動機排氣通路內(nèi)設置有當流入排氣的空燃比為稀時吸藏包含在排氣中的NOx且當流入排氣的空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驗闈鈺r釋放所吸藏的NOx的NOx吸藏還原催化劑，在使流入所述NOx吸藏還原催化劑的排氣的空燃比變濃時從所述燃料添加裝置添加燃料，以便使所述NOx吸藏還原催化劑釋放NOx，并使此時所添加的燃料以液滴形式沉積在所述NOx吸藏還原催化劑上，其中，為使以液滴形式沉積在所述NOx吸藏還原催化劑上的燃料蒸發(fā)，所述NOx吸藏還原催化劑承載的貴金屬不僅有鉑Pt，還有鈀Pd，并將鉑Pt相對于承載在所述NOx吸藏還原催化劑上的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設定為從約50％到約80％。
6.如權利要求5所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，將鉑Pt相對于承載在所述吸藏還原催化劑上的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設定為從約58％到約75％。
7.如權利要求5所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述NOx吸藏還原催化劑承載在顆粒濾清器上。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)。在發(fā)動機排氣通路中依次設置有用于添加霧滴形式的燃料的燃料添加閥(14)，氧化催化劑(11)，以及NOx吸藏還原催化劑(12)。氧化催化劑(11)承載的貴金屬不僅有鉑Pt而且還有鈀Pd。將鉑Pt相對于氧化催化劑(11)上承載的鉑Pt和鈀Pd的總和的摩爾比率設定在從約50％到約80％。
文檔編號B01D53/94GK101052792SQ20068000106
公開日2007年10月10日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權日2005年8月24日
發(fā)明者吉田耕平, 林孝太郎, 淺沼孝充, 利岡俊祐 申請人:豐田自動車株式會社