排氣凈化裝置制造方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置100設(shè)置有排氣凈化催化劑40、上游O2傳感器14、下游O2傳感器15以及執(zhí)行主F/B控制和副F/B控制的控制部30。該排氣凈化裝置100在從在排氣凈化催化劑40的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部43a起的規(guī)定區(qū)域45內(nèi)的載體上包含具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料。
【專利說明】排氣凈化裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種排氣凈化裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種設(shè)置有排氣凈化催化劑的排氣凈化裝置，所述排氣凈化催化劑包含具有氧儲存能力的無機(jī)材料(即，OSC材料)作為載體。
[0002]本國際申請要求在2011年12月22日提交的日本專利申請N0.2011-281079的優(yōu)先權(quán)，所述日本專利申請的全部內(nèi)容引用于此作為參考。
【背景技術(shù)】
[0003]從例如汽車中的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)排出的排氣包含污染物成分，如一氧化碳(CO)、烴(HC)和氮氧化物(NOx)。為了從排氣去除這些污染物成分，在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣路徑中設(shè)有配備有排氣凈化催化劑的排氣凈化裝置。同時(shí)執(zhí)行CO和HC的氧化以及NOx的還原的三元催化劑優(yōu)選用于該排氣凈化催化劑。眾所周知的三元催化劑在此一般具有載持在由諸如氧化鋁(Al2O3)的金屬氧化物制成的多孔載體上的貴金屬催化劑，例如鉬(Pt)、銠(Rh)、鈀(Pd)，并且特別是對于在處于理論空燃比(理論配比:A/F = 14.7)附近的空氣-燃料混合物被供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)時(shí)產(chǎn)生的排氣而言發(fā)揮高催化能力。
[0004]然而，難以將實(shí)際供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比持續(xù)地維持在理論配比附近，并且例如根據(jù)汽車的行駛條件，空氣-燃料混合物的空燃比可能呈現(xiàn)燃料過剩狀態(tài)(濃:A/F < 14.7)或氧過剩狀態(tài)(稀:A/F > 14.7)。因此，近年來，載體已包括具有氧儲存能力(OSC)的無機(jī)材料，即OSC材料。該OSC材料吸收和儲存空氣-燃料混合物變稀時(shí)的排氣(下文將該排氣稱為“稀排氣”)中的氧并由此通過使排氣成為還原氣氛來促進(jìn)排氣中的NOx的還原。另一方面，OSC材料在從已變濃的空氣-燃料混合物供給排氣(下文將該排氣稱為“濃排氣”)時(shí)釋放所儲存的氧，由此通過使排氣成為氧化氣氛來促進(jìn)排氣中的CO和HC的氧化。
[0005]反饋控制(F/B控制)也廣泛地用于排氣凈化裝置中。在該F/B控制中，首先檢測排氣凈化催化劑的上游的氧濃度(上游O2濃度)并且基于該上游O2濃度和規(guī)定的目標(biāo)空燃比來建立第一控制目標(biāo)值(主F/B控制)。還檢測排氣凈化催化劑的下游的氧濃度(下游O2濃度)并且通過基于該下游O2濃度修正已通過主F/B控制建立的第一控制目標(biāo)值來建立第二控制目標(biāo)值(副F/B控制)。此外，通過基于該第二控制目標(biāo)值調(diào)節(jié)空氣-燃料混合物的空燃比，能將反映當(dāng)前空氣-燃料混合物的空燃比和排氣凈化催化劑的狀態(tài)的空氣-燃料混合物供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。通過將空氣-燃料混合物的空燃比調(diào)節(jié)為適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，這種F/B控制有助于改善燃料消耗和提高排氣中的污染物成分的凈化效率。
[0006]然而，在通過上述F/B控制對空氣-燃料混合物的空燃比控制中會產(chǎn)生一定延時(shí)(控制延遲)，并且源自不合適的空燃比的排氣將在該控制延遲所產(chǎn)生的時(shí)間間隔內(nèi)繼續(xù)供給到排氣凈化催化劑。在這種情況下，源于排氣凈化催化劑的排氣凈化功能無法適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行并且于是產(chǎn)生其中排氣中的污染物向外部排出的排放物。
[0007]廣義上講，該控制延遲由“輸送延遲”和“響應(yīng)延遲”構(gòu)成?！拜斔脱舆t”是指在已通過F/B控制設(shè)定用于空氣-燃料混合物的第二控制目標(biāo)值之后一直到反映該第二控制目標(biāo)值的空氣-燃料混合物在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中燃燒并轉(zhuǎn)化為排氣且到達(dá)排氣凈化催化劑為止的延時(shí)。另一方面，“響應(yīng)延遲”是指在排氣與用于檢測上游O2濃度和下游O2濃度的O2傳感器相接觸并建立基于這些O2傳感器的輸出的第二控制目標(biāo)值之前的延時(shí)。
[0008]作為如上所述的控制延遲中的一個因素的響應(yīng)延遲例如由檢測下游O2濃度的下游O2傳感器的響應(yīng)性的下降而產(chǎn)生。當(dāng)氧以氧處于傳感器元件的周邊的程度存在時(shí)，典型的氧傳感器能發(fā)揮高的響應(yīng)性，但是當(dāng)在傳感器元件的周邊不存在氧時(shí)，響應(yīng)性惡化。因此，當(dāng)過濃的排氣持續(xù)供給到下游O2傳感器時(shí)，達(dá)到在傳感器元件的周邊幾乎沒有氧的狀態(tài)，并且于是在隨后開始供給稀排氣時(shí)響應(yīng)性下降。此后，即使在目標(biāo)空燃比被調(diào)節(jié)到稀側(cè)并且具有高氧濃度的排氣供給到下游O2傳感器時(shí)，也無法檢測出用于現(xiàn)有下游O2濃度的修正值；關(guān)于上述副F/B控制的第二控制目標(biāo)值的修正于是在一定時(shí)間不被適當(dāng)?shù)貓?zhí)行；并且產(chǎn)生上述響應(yīng)延遲。
[0009]專利文獻(xiàn)I中公開了一種用于抑制上述F/B控制中的控制延遲的控制裝置。該控制裝置設(shè)置有排氣凈化催化劑，該排氣凈化催化劑在面向下游O2傳感器的一側(cè)具有比在面向上游O2傳感器的一側(cè)低的氧儲存速度(排氣凈化催化劑的下游區(qū)域具有比上游區(qū)域慢的氧儲存速度)。具體地，在專利文獻(xiàn)I中記載的控制裝置中，通過減小載持在排氣凈化催化劑的下游區(qū)域內(nèi)的貴金屬的量和/或通過減小下游區(qū)域內(nèi)的OSC材料的Zr組成比率來減慢出口側(cè)的氧儲存速度。具有該結(jié)構(gòu)的控制裝置能阻止將過濃的排氣供給到下游O2傳感器，因?yàn)榧词乖谏嫌螀^(qū)域內(nèi)的OSC材料的氧儲存量下降時(shí)，也會有少量氧繼續(xù)從氧儲存速度較慢的下游區(qū)域OSC材料釋放。結(jié)果，能抑制由于如上所述的下游O2傳感器的響應(yīng)性受損而引起的響應(yīng)延遲。此外，專利文獻(xiàn)2和3中公開了與排氣凈化催化劑有關(guān)的其它技術(shù)。引用清單
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本專利申請?zhí)亻_N0.2011-111922
[0012]專利文獻(xiàn)2:W02008/093471
[0013]專利文獻(xiàn)3:日本專利申請?zhí)亻_N0.2011-167631
[0014]專利文獻(xiàn)I中記載的排氣凈化裝置確實(shí)能阻止下游O2傳感器的響應(yīng)性下降并且能有利地防止因控制延遲導(dǎo)致的污染物成分排放。然而，作為為了改進(jìn)專利文獻(xiàn)I中記載的發(fā)明而進(jìn)行的各種調(diào)查研究的結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了迄今為止尚未被考慮到的新問題。
[0015]一般而言，從內(nèi)燃發(fā)動機(jī)排出的排氣的流量不是始終恒定的而是會發(fā)生相應(yīng)變動。因此，在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，將存在發(fā)生大流量且將排出流速快的排氣的情況。當(dāng)該大流量的排氣供給到排氣凈化催化劑時(shí)，污染物成分僅在排氣凈化催化劑的上游區(qū)域不能被適當(dāng)?shù)貎艋⑶椅廴疚锍煞謺竭_(dá)排氣凈化催化劑的下游區(qū)域。在專利文獻(xiàn)I中記載的發(fā)明中，在面向下游O2傳感器的一側(cè)(排氣凈化催化劑的下游區(qū)域)建立起較慢的氧儲存速度，以消除下游O2傳感器的響應(yīng)性下降。因此，當(dāng)供給高流量的排氣且污染物成分到達(dá)下游區(qū)域時(shí)，下游區(qū)域的氧儲存速度無法追上所供給的排氣的速度并且可能排放出污染物成分。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0016]創(chuàng)建本發(fā)明是為了解決上述問題并且本發(fā)明的一個目的是提出一種排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置除了防止F/B控制中的控制延遲外還能有利地防止在供給高流量的排氣時(shí)排放出污染物成分。
[0017]為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供一種具有在下文中說明的結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置。亦即，根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置是配置在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中并且凈化排氣的排氣凈化裝置。該排氣凈化裝置設(shè)置有排氣凈化催化劑、上游O2傳感器和下游O2傳感器。所述排氣凈化催化劑配置在所述排氣系統(tǒng)中并且具有催化劑層，所述催化劑層形成在基底上且包括載體和載持在該載體上的貴金屬催化劑，所述載體包含具有氧儲存能力的OSC材料。所述上游O2傳感器在所述排氣凈化催化劑的上游配置在所述排氣系統(tǒng)中并且檢測上游O2濃度，所述上游O2濃度是在所述排氣凈化催化劑的上游側(cè)的排氣中的氧濃度。所述下游O2傳感器在所述排氣凈化催化劑的下游配置在所述排氣系統(tǒng)中并且檢測下游O2濃度，所述下游O2濃度是在所述排氣凈化催化劑的下游側(cè)的排氣中的氧濃度。此外，本文中公開的排氣凈化裝置的控制部構(gòu)造成能夠執(zhí)行主反饋控制(主F/B控制)、副反饋控制(副F/B控制)和空燃比調(diào)節(jié)控制。該主F/B控制基于所述上游O2濃度來計(jì)算正供給到所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的當(dāng)前空燃比并基于計(jì)算出的當(dāng)前空燃比和預(yù)定的目標(biāo)空燃比來設(shè)定第一控制目標(biāo)值。所述副F/B控制通過基于所述下游O2濃度修正所述第一控制目標(biāo)值來設(shè)定第二控制目標(biāo)值。所述空燃比調(diào)節(jié)控制基于該第二控制目標(biāo)值來調(diào)節(jié)待供給到所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比。此外，本文中公開的排氣凈化裝置在位于從在所述排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)(優(yōu)選在與所述催化劑出口側(cè)端部鄰接的區(qū)域內(nèi))的載體上包含具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料。
[0018]在本說明書中，“濃空燃比排氣”是指具有與在具有濃空燃比(A/F < 14.7)的空氣-燃料混合物在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中燃燒時(shí)排出的排氣的空燃比相同的空燃比的排氣。類似地，“理論空燃比排氣”是指具有與在具有理論空燃比的空氣-燃料混合物燃燒時(shí)排出的排氣的空燃比相同的空燃比的排氣，而“稀空燃比排氣”是指具有與在具有稀空燃比的空氣-燃料混合物燃燒時(shí)排出的排氣的空燃比相同的空燃比的排氣。這是本領(lǐng)域的各技術(shù)人員能清楚和容易地理解的技術(shù)事項(xiàng)。為了說明的方便起見，在本說明書中酌情將“濃空燃比排氣”簡稱為“濃排氣”，將“理論空燃比排氣”簡稱為“理論排氣”，并且將“稀空燃比排氣”簡稱為“稀排氣”。
[0019]在本文中公開的排氣凈化裝置中，從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體上存在具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料。具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的特征在于其氧儲存速度比具有其它晶體結(jié)構(gòu)的OSC材料慢。因此，在本文中公開的排氣凈化裝置的排氣凈化催化劑中，由于從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體上存在氧儲存速度慢的OSC材料，故即使在持續(xù)供給過濃排氣并且排氣凈化催化劑的上游區(qū)域內(nèi)的氧儲存量達(dá)到低水平時(shí)也能繼續(xù)從該規(guī)定區(qū)域釋放少量氧。因此，保護(hù)了下游O2傳感器免于暴露于過濃排氣，并且結(jié)果抑制了下游O2傳感器響應(yīng)性的下降且能有利地防止F/B控制中的控制延遲。
[0020]在本文中公開的排氣凈化裝置中，從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體上也存在具有比上述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料。亦即，在本文中公開的排氣凈化裝置中，在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體上并存具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料。因此，即使通過包含上述具有相對慢的氧儲存速度的OSC材料的上述規(guī)定區(qū)域也能發(fā)揮具有適當(dāng)速度的氧儲存能力。因此，即使在大流量的排氣供給到排氣凈化催化劑并且未凈化的污染物成分確實(shí)到達(dá)排氣凈化催化劑的該規(guī)定區(qū)域時(shí)，也能防止污染物成分的排放，因?yàn)檫@些未凈化的污染物成分能在該規(guī)定區(qū)域內(nèi)被凈化。
[0021]當(dāng)如傳統(tǒng)技術(shù)中那樣通過調(diào)節(jié)構(gòu)成OSC材料的元素的比率或通過調(diào)節(jié)所載持的貴金屬的量來減慢催化劑層的氧儲存速度時(shí)，難以如本發(fā)明中那樣將氧儲存速度慢的OSC材料(低速OSC材料)和氧儲存速度快的OSC材料(高速OSC材料)兩者置于排氣凈化裝置的催化劑層的同一區(qū)域內(nèi)。然而，由于在本發(fā)明中是基于OSC材料的晶體結(jié)構(gòu)的差異而不是例如基于催化劑層的材料的組成比率來獲得低速OSC材料和高速OSC材料，故本發(fā)明使得上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)能并存低速OSC材料和高速OSC材料。
[0022]由于如上所述，根據(jù)本文中公開的排氣凈化裝置，從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)并存具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比該具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料，故除了消除F/B控制中因下游O2傳感器的響應(yīng)性降低引起的控制延遲外，還能在供給高流量的排氣時(shí)有利地防止排放出污染物成分。
[0023]在本文中公開的排氣凈化裝置的一個優(yōu)選方面中，所述具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料的晶體結(jié)構(gòu)為熒石型結(jié)構(gòu)。
[0024]由于具有螢石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的氧儲存速度快，故結(jié)合了包含具有這種晶體結(jié)構(gòu)的OSC材料的載體的區(qū)域非常適于排氣中的污染物成分的凈化。因此，由于具有上述結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置在從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中包含具有該晶體結(jié)構(gòu)的OSC材料，故在供給高流量的排氣時(shí)能更加有利地防止污染物成分的排放。
[0025]在本文中公開的排氣凈化裝置的一個優(yōu)選方面中，在上述從所述催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體的X射線衍射分析中通過將[式1]2 Θ / Θ =14°附近的峰值強(qiáng)度I14除以[式2]2 Θ / Θ = 29°附近的峰值強(qiáng)度I29所獲得的值114/29為0.005以上。
[0026][式3]2Θ/Θ=14°附近的峰值強(qiáng)度I14源自燒綠石型結(jié)構(gòu)，而[式4]2Θ/Θ =29°附近的峰值強(qiáng)度I29源自其它晶體結(jié)構(gòu)。因此，能通過確定通過將峰值強(qiáng)度I14除以峰值強(qiáng)度I29所獲得的值114/29來說明具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的含量。在具有上述結(jié)構(gòu)的排氣凈化催化裝置中，值(114/29)為至少0.005。在這種情況下，能更加有利地防止下游O2傳感器的響應(yīng)性的下降，因?yàn)榫哂袩G石型結(jié)構(gòu)的OSC材料以適當(dāng)?shù)谋壤嬖凇?14/29優(yōu)選在0.02以上且更優(yōu)選在0.04以上。當(dāng)值(I細(xì))處在所述的數(shù)值范圍內(nèi)時(shí)，在供給大流量的排氣時(shí)能使防止下游O2傳感器響應(yīng)性的下降與防止污染物成分的排放更好地共存。
[0027]在本文中描述的排氣凈化裝置的一個優(yōu)選方面中，從所述催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域的在排氣流動方向上的長度為所述排氣凈化催化劑的所述催化劑層的總長度的10%至 50%。
[0028]當(dāng)該規(guī)定區(qū)域的長度過短時(shí)，從規(guī)定區(qū)域釋放少量的氧且于是防止向下游O2傳感器供給過量濃排氣的能力受損。因此，當(dāng)包含具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的區(qū)域的長度處在所述的數(shù)值范圍內(nèi)時(shí)，除了很好地防止下游O2傳感器響應(yīng)性的下降外，還能有利地防止在供給大流量的排氣時(shí)排放出污染物成分。
[0029]在本文中公開的排氣凈化裝置的一個優(yōu)選方面中，所述下游O2傳感器為陶瓷氧傳感器，其中由氧化物傳導(dǎo)體形成的中間層被夾在測量電極和基準(zhǔn)電極之間并且在所述測量電極上形成有由金屬氧化物制成的多孔覆層。
[0030]在具有該結(jié)構(gòu)的陶瓷氧傳感器中，通過保持在多孔覆層中的氧的濃度和大氣中的氧濃度之間的差異來產(chǎn)生輸出。在具有該結(jié)構(gòu)的陶瓷氧傳感器中，覆層中的氧濃度和已通過排氣凈化催化劑凈化的排氣中的氧濃度(殘留氧濃度)期望上相同。然而，實(shí)際上，覆層中的氧濃度在該殘留氧濃度改變之后改變。例如，當(dāng)將覆層中的氧已耗盡的狀態(tài)與覆層中保持存在一定氧水平的狀態(tài)進(jìn)行比較時(shí)，在覆層中殘留有氧的狀態(tài)的情況下覆層中的氧濃度更快速地接近殘留氧濃度。在本文中公開的排氣凈化裝置中，能通過從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中存在的具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料來防止過濃排氣供給到下游O2傳感器，并且因此能防止覆層中的氧耗盡且能實(shí)現(xiàn)在稀排氣供給到具有上述結(jié)構(gòu)的陶瓷氧傳感器時(shí)氧濃度追從殘留氧濃度的能力(即，稀響應(yīng)性)的提聞。
[0031]在本文中公開的排氣凈化裝置的一個優(yōu)選方面中，所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的基于BET法的比表面積在10m2/g以下。
[0032]在具有該結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置中，具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料——其為低速OSC材料——的比表面積在10m2/g以下且該低速OSC材料的氧儲存速度更進(jìn)一步減慢。結(jié)果，能更好地防止下游O2傳感器響應(yīng)性的下降。此外，具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的比表面積易于達(dá)到10m2/g以下。
[0033]在本文中公開的排氣凈化裝置的一個優(yōu)選方面中，所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和所述具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料兩者都是
氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物。
[0034]氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物具有高的氧儲存能力且比較廉價(jià)，并且因此優(yōu)選用作OSC材料。此外，由于在本文中公開的排氣凈化裝置中，氧儲存速度的差異由晶體結(jié)構(gòu)的差異來確定，故能對低速OSC材料和高速OSC材料兩者使用相同的材料。結(jié)果能更容易地進(jìn)行排氣凈化催化劑的制造。
[0035]在本文中公開的排氣凈化裝置的一個優(yōu)選方面中，所述控制部構(gòu)造成能夠在所述副反饋控制中通過基于所述下游O2濃度調(diào)節(jié)所述目標(biāo)空燃比并通過將該調(diào)節(jié)后的目標(biāo)空燃比與所述第一控制目標(biāo)值進(jìn)行比較而修正所述第一控制目標(biāo)值，來設(shè)定所述第二控制目標(biāo)值。
[0036]在具有該結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置中，基于已通過經(jīng)過排氣凈化催化劑而改變氧濃度的排氣中的O2濃度(下游O2濃度)來調(diào)節(jié)提供用于空氣-燃料混合物的空燃比調(diào)節(jié)的指標(biāo)的目標(biāo)空燃比。因此，由于排氣凈化催化劑的當(dāng)前氧儲存能力被反映在目標(biāo)空燃比中，故能在排氣凈化催化劑中維持用于對污染物成分的凈化功能的更好狀態(tài)。
[0037]具有上文所述的結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置能出色地防止由下游O2傳感器的響應(yīng)性的下降所引起的控制延遲且能出色地防止在供給高流速排氣時(shí)的污染物成分排放。因此，由于具有前文所述結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置能顯著減少污染物成分的排放，故它非常適合用于在行駛時(shí)排出排氣的車輛(例如，汽車)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038][圖1]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的排氣凈化裝置的圖。
[0039][圖2]圖2是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的排氣凈化裝置中的排氣凈化催化劑的圖。
[0040][圖3]圖3是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的排氣凈化裝置中的排氣凈化催化劑的擴(kuò)大的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0041][圖4]圖4是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的排氣凈化裝置中的下游O2傳感器的擴(kuò)大的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0042][圖5]圖5是示出對于(A)具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和⑶具有螢石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的氧釋放量的變化的時(shí)間進(jìn)程的曲線圖。
[0043][圖6]圖6是示意性地示出正保持在下游O2傳感器的覆層中的氧的濃度的圖，其中圖6(A)示出在排氣凈化催化劑中使用具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的情況，而圖6(B)示出在排氣凈化催化劑中使用具有螢石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的情況。
[0044][圖7]圖7是示出基于下游02傳感器計(jì)算出的排氣凈化催化劑的下游的排氣空燃比的變化并且還示出下游O2傳感器的輸出電壓的變化以及一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)排放量的變化的圖。
[0045][圖8]圖8是示出試樣I至5的峰值強(qiáng)度比(114/29)和OSC存量(mol-02/mol-Ce)的曲線圖。
[0046][圖9]圖9是示出試樣6至10的比表面積和存留OSC的比例)的曲線圖。
[0047][圖10]圖10是示出對于15g/秒的進(jìn)氣量而言試樣11至14的NOx排放比率的圖。
[0048][圖11]圖11是示出對于30g/秒的進(jìn)氣量而言試樣11至14的NOx排放比率的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下文將說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域的各技術(shù)人員基于相關(guān)領(lǐng)域中的常規(guī)技術(shù)能將實(shí)施本發(fā)明所需但未包括在該【具體實(shí)施方式】部分中特別說明的事項(xiàng)中的事項(xiàng)理解為設(shè)計(jì)事項(xiàng)。本發(fā)明能基于該【具體實(shí)施方式】部分中公開的內(nèi)容和相關(guān)領(lǐng)域中的公知技術(shù)常識來實(shí)施。
[0050]<排氣凈化裝置>
[0051]首先將說明根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)。本文中公開的排氣凈化裝置設(shè)置在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中。下文參照圖1說明內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和排氣凈化裝置。圖1是示意性地示出內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I和設(shè)置在該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I的排氣系統(tǒng)中的排氣凈化裝置100的圖。
[0052]A.內(nèi)燃發(fā)動機(jī)
[0053]包含氧和燃料氣體的空氣-燃料混合物供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)執(zhí)行該空氣-燃料混合物的燃燒并且將燃燒能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。此時(shí)燃燒的空氣-燃料混合物轉(zhuǎn)化為排氣并且排出到下文所述的排氣系統(tǒng)中。具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I設(shè)置有多個燃燒室2和將燃料噴射到各燃燒室2內(nèi)的燃料噴射閥3。各燃料噴射閥3經(jīng)燃料供給管21連接到共軌22。共軌22經(jīng)燃料泵23連接到燃料箱24。燃料泵23經(jīng)共軌22、燃料供給管21和燃料噴射閥3將燃料箱24中的燃料供給到燃燒室2內(nèi)。燃料泵23的結(jié)構(gòu)并不特別地限制本發(fā)明，并且例如，可使用變排量的、電子控制的燃料泵。
[0054]進(jìn)氣歧管4和排氣歧管5均與燃燒室2連通。在接下來的說明中，將空氣(氧)供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I并且設(shè)置在進(jìn)氣歧管4的上游側(cè)的系統(tǒng)被稱為“進(jìn)氣系統(tǒng)”，而將由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I產(chǎn)生的排氣排出到外部并且設(shè)置在排氣歧管5的下游側(cè)的系統(tǒng)被稱為“排氣系統(tǒng)”。該進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)經(jīng)排氣再循環(huán)通路18彼此連通并且排出到排氣系統(tǒng)中的排氣還能再供給到燃燒室2。在排氣再循環(huán)通路18中配置有電子控制的控制閥19，并且能通過該控制閥19的動作來調(diào)節(jié)再循環(huán)排氣的量。在排氣再循環(huán)通路18的周圍配置有用于冷卻在排氣再循環(huán)通路18中流動的氣體的冷卻裝置20。
[0055]A-1.進(jìn)氣系統(tǒng)
[0056]現(xiàn)在將說明內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I的進(jìn)氣系統(tǒng)。進(jìn)氣管道6連接到進(jìn)氣歧管4，該進(jìn)氣歧管4將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I連接到進(jìn)氣系統(tǒng)。該進(jìn)氣管道6連接到排氣渦輪增壓器7的壓縮機(jī)7a，并且空氣濾清器9連接到壓縮機(jī)7a。在空氣濾清器9中裝設(shè)有進(jìn)氣溫度傳感器9a，該進(jìn)氣溫度傳感器9a檢測從內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的外部吸入的空氣的溫度(進(jìn)氣溫度)。在空氣濾清器9的下游(內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I這一側(cè))配置有空氣流量計(jì)8?？諝饬髁坑?jì)8是檢測供給到進(jìn)氣管道6的進(jìn)氣量Ga的傳感器。在空氣流量計(jì)8的更下游在進(jìn)氣管道6中設(shè)置有節(jié)氣門10。能通過該節(jié)氣門10的動作來調(diào)節(jié)供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I的空氣量。理想地，在節(jié)氣門10的附近配置有檢測節(jié)氣門10的開度的節(jié)氣門傳感器(圖中省略)。優(yōu)選地，在進(jìn)氣管道6的周圍配置有用于冷卻在進(jìn)氣管道6中流動的空氣的冷卻器11。
[0057]A-2.排氣系統(tǒng)
[0058]現(xiàn)在將說明內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I中的排氣系統(tǒng)。將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I連接到排氣系統(tǒng)的排氣歧管5連接到排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪7b。供排氣流過的排氣通路12連接到該排氣渦輪7b。在排氣系統(tǒng)中(例如，在排氣歧管5中)可設(shè)置有將燃料F噴射到排氣中的排氣系統(tǒng)燃料噴射閥13。通過將燃料F噴射到排氣中，該排氣系統(tǒng)燃料噴射閥13能調(diào)節(jié)供給到下述排氣凈化催化劑40的排氣的空燃比(A/F)。
[0059]B.排氣凈化裝置
[0060]本文中公開的排氣凈化裝置設(shè)置在上述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中。該排氣凈化裝置設(shè)置有排氣凈化催化劑、上游O2傳感器、下游O2傳感器和控制部并且執(zhí)行從內(nèi)燃發(fā)動機(jī)排出的排氣中存在的污染物成分(例如，一氧化碳(CO)、烴(He)、氮氧化物(NOx))的凈化。下面說明本文中公開的排氣凈化裝置的各結(jié)構(gòu)。
[0061]C.排氣凈化催化劑
[0062]排氣凈化催化劑配置在上述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中。在具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置100中，排氣凈化催化劑40配置在作為內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I的排氣系統(tǒng)的構(gòu)件的排氣通路12中，并且由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I產(chǎn)生且經(jīng)由排氣歧管5流入排氣通路12中的排氣供給到排氣凈化催化劑40。[0063]排氣凈化催化劑通過在基底上形成催化劑層而構(gòu)成。排氣凈化催化劑的催化劑層包括包含具有氧儲存能力的OSC材料的載體和載持在該載體上的貴金屬催化劑，并且排氣中的污染物成分通過該催化劑層的催化功能而被凈化。
[0064]將參照圖2和3特別說明該排氣凈化催化劑。圖2是示意性地示出排氣凈化催化劑40的透視圖，而圖3是示意性地示出排氣凈化催化劑40的截面結(jié)構(gòu)的一個示例的擴(kuò)大圖。
[0065]C-1.基底
[0066]迄今為止已知的用于排氣凈化催化劑的基底能用于所述排氣凈化催化劑的基底。例如，該基底優(yōu)選由具有多孔結(jié)構(gòu)的耐熱材料構(gòu)成。該耐熱材料能通過堇青石、碳化硅(SiC)、鈦酸鋁和氮化硅以及通過耐熱金屬和它們的合金如不銹鋼來舉例說明。該基底優(yōu)選具有例如蜂巢結(jié)構(gòu)、泡沫構(gòu)型或球丸構(gòu)型。對于基底的整體外形可使用圓柱形狀、橢圓柱形狀、多面體形狀等等。具有蜂巢結(jié)構(gòu)的圓柱形部件被用作用于具有圖2所示的結(jié)構(gòu)的排氣凈化催化劑40的基底42。該蜂巢結(jié)構(gòu)的基底42具有沿圓柱的軸向方向(圖2中箭頭的方向)延伸的多個流動通路48，所述軸向方向是排氣流動的方向。此外，基底42的容量(流動通路48的體積)理想而言在0.1L以上(優(yōu)在0.5L以上)、5L以下(優(yōu)選在3L以下且更優(yōu)選在2L以下)。
[0067]C-2.催化劑層
[0068]排氣凈化催化劑的催化劑層形成在上述基底上。該催化劑層包含載體和載持在該載體上的貴金屬催化劑，所述載體包含具有氧儲存能力的OSC材料。在具有圖3所示的結(jié)構(gòu)的排氣凈化催化劑40中的基底42的表面上形成有催化劑層43。當(dāng)供給到排氣凈化催化劑40的排氣在基底42的流動通路48內(nèi)流動時(shí)，污染物成分通過與催化劑層43接觸而被凈化。例如，排氣中存在的CO和HC通過催化劑層43的催化功能被氧化且轉(zhuǎn)化(凈化)為水(H2O)和二氧化碳(CO2),而NOx通過催化劑層43的催化功能被還原且轉(zhuǎn)化(凈化)為氮(N2)。
[0069]該催化劑層43的總長度LI理想而言為2cm至30cm(優(yōu)選5cm至15cm且更優(yōu)選約IOcm)。當(dāng)催化劑層43的總長度過短時(shí)，這不利于排氣中的污染物成分在大流量的排氣供給到排氣凈化催化劑40時(shí)的徹底凈化。當(dāng)排氣凈化催化劑40的總長度過長時(shí)，這由于制造成本的急劇上升和設(shè)備設(shè)計(jì)的自由度降低而不利。
[0070]C-2-1.載體
[0071]催化劑層中存在的載體由OSC材料和除該OSC材料以外的載持材料構(gòu)成。具體地，用于本文中公開的排氣凈化催化劑的載體通過將下述OSC材料置于除OSC材料以外的載持材料上而形成。優(yōu)選對該非OSC材料的載持材料使用多孔且高耐熱的金屬氧化物。例如，優(yōu)選的是鋁氧化物(氧化鋁=Al2O3)、鋯氧化物(氧化鋯:Zr02)、硅氧化物(二氧化硅:Si02)和以這些金屬氧化物為主要成分的復(fù)合氧化物。在上述成分之中，特別優(yōu)選使用氧化鋁和氧化鋯，因?yàn)樗鼈兞畠r(jià)且滿足載持材料優(yōu)選的規(guī)格。
[0072]C-2-2.0SC 材料
[0073]如上所述，本文中公開的排氣凈化催化劑中的載體中存在OSC材料。OSC材料是具有氧儲存能力的無機(jī)材料，并且它在供給稀排氣時(shí)吸入和儲存氧且在供給濃排氣時(shí)釋放該儲存的氧。OSC材料能通過鈰氧化物(氧化鈰:CeO2)和包含氧化鈰的復(fù)合氧化物(例如，氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物(CZ復(fù)合氧化物))來舉例說明。在這些OSC材料之中，特別優(yōu)選使用CZ復(fù)合氧化物，因?yàn)樗鼈儽容^廉價(jià)并且具有高的氧儲存能力。CZ復(fù)合氧化物中的氧化鈰和氧化鋯的混合比理想地為Ce02/Zr02 = 0.65至1.5 (優(yōu)選0.75至1.3且更優(yōu)選0.8至 1.0)。
[0074]本文中公開的排氣凈化裝置的一個特征在于，從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中存在具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比該燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料。更具體地，該規(guī)定區(qū)域理想而言是在排氣凈化催化劑的總長度中在從催化劑出口側(cè)端部朝向催化劑入口側(cè)的端部的方向上具有規(guī)定長度(例如，(總長度的)5%至80% (優(yōu)選30%至70%且更優(yōu)選約50% )的區(qū)域?；蛘?，包含上述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的規(guī)定區(qū)域可設(shè)置在排氣凈化催化劑的催化劑層的全部范圍上。當(dāng)該規(guī)定區(qū)域的長度過短時(shí)，難以徹底地抑制下游O2傳感器響應(yīng)性的下降。如上所述設(shè)定規(guī)定區(qū)域的長度使得能出色地防止由下游O2傳感器的響應(yīng)性下降所引起的控制延遲并且還能有利地防止在供給大流量的排氣時(shí)污染物成分的排放。
[0075]具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料可均勻地存在于規(guī)定區(qū)域的全部范圍上或者能以更大或更小的量存在于規(guī)定區(qū)域的一部分中。盡管規(guī)定區(qū)域不必一定與催化劑出口側(cè)端部鄰接，但規(guī)定區(qū)域更優(yōu)選設(shè)置在鄰接催化劑出口側(cè)端部的區(qū)域(即，排氣凈化催化劑的后部區(qū)域)內(nèi)。在這種情況下，從具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料釋放的氧能更好地到達(dá)下游O2傳感器，這使得更好地抑制下游O2傳感器的響應(yīng)性下降。
[0076]在示出本文中公開的排氣凈化催化裝置的一個示例的圖3中的結(jié)構(gòu)中，具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料被包含在從在排氣凈化催化劑40的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部43a起的規(guī)定區(qū)域(這里，排氣凈化催化劑的后部區(qū)域)45內(nèi)。因此，在具有圖3所示的結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置中，下述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料兩者并存于后部區(qū)域45內(nèi)。具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料也存在于后部區(qū)域45以外的區(qū)域(上游區(qū)域)44內(nèi)的載體上。
[0077]C-2-2-1.具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料
[0078]燒綠石型結(jié)構(gòu)用A2B2O7表示，其中B是過渡金屬元素并且是一種由組合A3+/B4+或A2+/B5+構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)且在具有該組成的晶體結(jié)構(gòu)中的A的離子半徑比較小時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)CZ復(fù)合氧化物被用作所述OSC材料時(shí)，具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的化學(xué)式用Ce2Zr2O7表示且Ce和Zr與介于其間的氧交替地規(guī)則排列。如圖5所示，具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料(A)與具有其它晶體結(jié)構(gòu)的OSC材料(B)(例如，螢石型結(jié)構(gòu))相比具有較慢的氧儲存速度并且即使在具有其它晶體結(jié)構(gòu)的OSC材料已停止釋放氧之后也依然釋放氧。因此，具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料用作所謂的存留OSC材料，該存留OSC材料即使在具有其它結(jié)構(gòu)的OSC的氧儲存峰值已過去之后也能發(fā)揮氧儲存能力。這被認(rèn)為是由于具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料具有更復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)并且由此氧儲存期間的通道回旋。更具體地，如圖5所示，對于具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料而言，在從氧釋放開始之后10秒到氧釋放開始之后120秒的間隔內(nèi)釋放的氧的總量為60%至95% (優(yōu)選70%至90%且更優(yōu)選75%至85% )，其中100%是緊接在氧釋放開始之后(O秒之后)到氧釋放開始之后120秒釋放的氧的總量。通過從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中存在這種氧儲存速度慢的OSC材料，能出色地抑制過濃排氣供給到下游O2傳感器。
[0079]此外，具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的比表面積能比具有其它晶體結(jié)構(gòu)的OSC材料的情況更容易地減小。由于OSC材料的較小比表面積提供了氧儲存速度的進(jìn)一步下降，這能更好地抑制下游O2傳感器響應(yīng)性的下降。該具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的比表面積(通過BET法測得的比表面積；在下文中也是這樣)理想而言例如在10m2/g以下(優(yōu)選在
0.lm2/g以上但在10m2/g以下且更優(yōu)選在lm2/g以上但在5m2/g以下)。
[0080]C-2-2-2.其它 OSC 材料
[0081]如前文已指出的，在本文中公開的排氣凈化裝置中，在排氣凈化催化劑的催化劑層中在包含具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的規(guī)定區(qū)域內(nèi)和在該規(guī)定區(qū)域之外的區(qū)域內(nèi)(即，在催化劑層的幾乎全部范圍內(nèi))存在具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料(下文在適當(dāng)?shù)那闆r下稱為“其它OSC材料”)。螢石型結(jié)構(gòu)是該具有較快的氧儲存速度的OSC材料的晶體結(jié)構(gòu)的一個具體示例。具有螢石型結(jié)構(gòu)的OSC材料具有比具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度，因此即使在供給大流量的排氣時(shí)也能出色地抑制污染物成分的排放。通過在排氣凈化催化劑的幾乎全部范圍內(nèi)存在該OSC材料，能實(shí)現(xiàn)污染物成分的徹底凈化并且即使在大流量的排氣供給到排氣凈化催化劑時(shí)也能防止污染物成分的排放。
[0082]與具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的情況不同，具有較快的氧儲存速度的OSC材料優(yōu)選具有大的比表面積。具體地，具有較快的氧儲存速度的OSC材料的比表面積理想而言在20m2/g以上但在80m2/g以下(優(yōu)選40m2/g以上但在60m2/g以下)。這使得能獲得具有更快的氧儲存速度的OSC材料。為了實(shí)現(xiàn)這種比表面積，優(yōu)選的OSC材料的具體形式為粉末(顆粒)形式。這種顆粒 OSC材料的平均粒徑理想而言形成為在5nm以上但在20nm以下且優(yōu)選在7nm以上但在12nm以下。不贊成該OSC材料的粒徑過小(或比表面積過大)，因?yàn)樗档土?OSC材料本身的耐熱性并且降低了催化劑的耐熱性能。另一方面，不贊成該OSC材料的平均粒徑過大(或比表面積過小)，因?yàn)樗鼘?dǎo)致更慢的氧儲存速度。
[0083]如前面已經(jīng)指出的，在本文中公開的排氣凈化裝置中，在從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中并存具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料兩者。該規(guī)定區(qū)域內(nèi)共存的兩種OSC材料更優(yōu)選地由相同的復(fù)合氧化物構(gòu)成并且只有它們的晶體結(jié)構(gòu)不同。在這種情況下，這兩種OSC材料能有利地分散在所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中并且因此能帶來具有較快的氧儲存速度的OSC材料的氧儲存速度的進(jìn)一步提高。具體地，該規(guī)定區(qū)域內(nèi)共存的兩種OSC材料優(yōu)選均由氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物構(gòu)成。
[0084]通過在X射線衍射分析中測量峰值強(qiáng)度，能確定規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中共存的兩種OSC材料的含量。具體地，當(dāng)對規(guī)定區(qū)域內(nèi)的構(gòu)成材料執(zhí)行X射線衍射分析時(shí)，在[式5]2Θ/Θ =14。和[式6]2Θ/Θ =29。附近發(fā)現(xiàn)特征峰值。
[0085]這里，[式7]2 θ / Θ = 14°附近的峰值源于燒綠石型結(jié)構(gòu)且[式8]2 θ / Θ = 29°附近的峰值源于另一晶體結(jié)構(gòu)(例如，螢石型結(jié)構(gòu))。因此，能通過調(diào)節(jié)值114/29來獲得燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和另一種OSC材料以適當(dāng)?shù)谋壤泊娴呐艢鈨艋呋瘎?，所述?14/29是通過將[式9]2Θ/Θ =14°附近的峰值強(qiáng)度除以[式10]2Θ/Θ =29°附近的峰值強(qiáng)度而獲得的。[0086]具體地，該值114/29理想而言在0.005以上(例如，在0.005以上，優(yōu)選在0.02以上，且更優(yōu)選在0.04以上)。通過將114/29的值調(diào)節(jié)到所述的數(shù)值范圍內(nèi)，可獲得在規(guī)定區(qū)域內(nèi)以有利的比例存在具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的排氣凈化催化劑。設(shè)置有該排氣凈化催化劑的排氣凈化裝置能出色地抑制向下游O2傳感器供給過濃排氣并且能在規(guī)定區(qū)域內(nèi)發(fā)揮有利的氧儲存速度。因此，具有該結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置能出色地抑制F/B控制中的控制延遲和供給大流量的排氣時(shí)的污染物成分排放。為了進(jìn)行如上所述對規(guī)定區(qū)域內(nèi)的兩種OSC材料的含量的調(diào)節(jié)，例如，理想地在排氣凈化催化劑的容量為IL的規(guī)定區(qū)域內(nèi)提供含量為0.5g至20g的具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和含量為IOg至IOOg的另一種OSC材料。
[0087]設(shè)置在本發(fā)明的排氣凈化裝置中的排氣凈化催化劑并不限于圖3所示的結(jié)構(gòu)。具體地，在圖3所示的排氣凈化催化劑40中，在上游區(qū)域44和作為規(guī)定區(qū)域的后部區(qū)域45之間存在明顯的界限。然而，本發(fā)明的排氣凈化裝置也可使用具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的含量在朝向催化劑出口側(cè)端部43a的方向上增加的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，后部區(qū)域45和上游區(qū)域44之間不存在明顯的界限；然而，由于燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和另一種OSC材料確實(shí)共存于規(guī)定區(qū)域內(nèi)，故能出色地抑制供給大流量的排氣時(shí)污染物成分的排放和下游O2傳感器響應(yīng)性的下降兩者。
[0088]在前面說明的實(shí)施例中，說明涉及具有不同氧儲存速度的兩種OSC材料共存于規(guī)定區(qū)域內(nèi)的方面，但該方面并非對本發(fā)明的限制。例如，規(guī)定區(qū)域內(nèi)可存在兩種以上具有不同氧儲存速度的OSC材料，只要氧儲存速度慢的OSC材料和氧儲存速度快的OSC材料共存于規(guī)定區(qū)域內(nèi)即可。
[0089]C-2-3.貴金屬催化劑
[0090]貴金屬催化劑載持在上述載體上。迄今為止已知用作排氣凈化催化劑的催化金屬能被用作該貴金屬催化劑。具體地，由各種貴金屬元素構(gòu)成的貴金屬顆粒能用于該貴金屬催化劑，只要存在對排氣中的污染物成分的催化功能即可。可用于貴金屬催化劑中的金屬的優(yōu)選示例是鉬族中的任何金屬和主要基于鉬族中的任何金屬的合金。這些鉬族金屬為鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、釕(Ru)、銥(Ir)和鋨(Os)。
[0091]至少包含鈀和銠的三元催化劑更優(yōu)選用于所述貴金屬催化劑。當(dāng)供給理想配比的排氣時(shí)，三元催化劑能同時(shí)凈化排氣中的CO、HC和N0X。此外，三元催化劑能在具有高氧儲存能力的排氣凈化催化劑中發(fā)揮高催化作用。該三元催化劑可包含除鈀和銠以外的催化金屬(例如，鉬)。
[0092]C-2-4.其它添加劑
[0093]可向催化劑層添加其它材料(通常為無機(jī)氧化物)作為輔助材料。能向催化劑層添加的物質(zhì)可用稀土元素如鑭(La)和釔(Y)、堿土元素如鈣以及其它過渡金屬元素來舉例說明。在這些元素之中，稀土元素如鑭和釔能提高在高溫下的比表面積而不損害催化功能并且因此適合用作穩(wěn)定劑。此外，這些輔助成分的含量更優(yōu)選被設(shè)定為每100份質(zhì)量的OSC材料有10份質(zhì)量至20份質(zhì)量(例如，對于鑭和釔各為5份質(zhì)量)。
[0094]前面已說明了本文中公開的排氣凈化裝置的排氣凈化催化劑。下面說明本文中公開的排氣凈化裝置中所設(shè)置的其它結(jié)構(gòu)。
[0095]D.上游O2傳感器[0096]上游O2傳感器在本文中公開的排氣凈化裝置中配置在排氣系統(tǒng)中的排氣凈化催化劑的上游。在具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置100中，上游O2傳感器14在排氣凈化催化劑40的上游配置在排氣通路12中。
[0097]上游O2傳感器檢測上游O2濃度，該上游O2濃度是排氣凈化催化劑的上游側(cè)的排氣中的氧濃度。具體地，上游O2傳感器使用具有例如與下文所述的下游O2傳感器大致相同的結(jié)構(gòu)的傳感器并且通過含氧氣體與傳感器元件之間的接觸來產(chǎn)生反映氧濃度的電壓的陶瓷氧傳感器優(yōu)選被用于上游O2傳感器。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，上游O2傳感器14經(jīng)由信號線連接到下文所述的控制部30。該上游O2傳感器14基于反映排氣凈化催化劑40的上游側(cè)的氧濃度的電壓來產(chǎn)生與上游O2濃度有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且該與上游O2濃度有關(guān)的數(shù)據(jù)被傳送到控制部30。
[0098]E.下游O2傳感器
[0099]下游O2傳感器在本文中公開的排氣凈化裝置中配置在排氣系統(tǒng)中的排氣凈化催化劑的下游。在具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置100中，下游O2傳感器15在排氣凈化催化劑40的下游配置在排氣通路12中。下游O2傳感器15也經(jīng)信號線連接到控制部30，并且由下游O2傳感器15檢測出的下游O2濃度轉(zhuǎn)化為信號并傳送到控制部30。
[0100]作為用于測量排氣中的氧濃度的一般傳感器的陶瓷氧傳感器優(yōu)選用于下游O2傳感器。在該陶瓷氧傳感器中，由氧化物離子傳導(dǎo)體形成的中間層被夾在測量電極和基準(zhǔn)電極之間。此外，在測量電極上形成有由金屬氧化物制成的多孔覆層。具有該結(jié)構(gòu)的陶瓷氧傳感器由于大氣的氧濃度和保持在多孔覆層中的氧的濃度之間的差異而產(chǎn)生輸出。在具有所述結(jié)構(gòu)的陶瓷氧傳感器中，覆層中的氧濃度和已通過排氣凈化部件(當(dāng)下游O2傳感器中形成有下文所述的催化劑層15f時(shí)包括催化劑層15f)如排氣凈化催化劑凈化的排氣中的氧濃度(殘留氧濃度)理想而言相同。然而，實(shí)際上，覆層中的氧濃度在該殘留氧濃度改變之后改變。例如，當(dāng)將覆層中的氧已耗盡的狀態(tài)與覆層中保持存在一定氧水平的狀態(tài)進(jìn)行比較時(shí)，在覆層中殘留有氧的狀態(tài)的情況下覆層中的氧濃度更快速地接近殘留氧濃度。在本文中公開的排氣凈化裝置中，能通過所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中存在的具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料來防止過濃排氣供給到下游O2傳感器，并且結(jié)果能防止覆層中的氧耗盡且能實(shí)現(xiàn)在稀排氣供給到具有上述結(jié)構(gòu)的陶瓷氧傳感器時(shí)氧濃度追從殘留氧濃度的能力(即，稀響應(yīng)性)的提聞。
[0101]圖4示出使用上述陶瓷氧傳感器時(shí)下游O2傳感器的結(jié)構(gòu)的一個示例。具有圖4所示的結(jié)構(gòu)的下游O2傳感器15設(shè)置有中間層15a。中間層15a由氧化物離子傳導(dǎo)體形成。該氧化物離子傳導(dǎo)體能用氧化鋯(例如，用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ))舉例說明。此外，在中間層15a的內(nèi)側(cè)形成有基準(zhǔn)電極15b,并且具有規(guī)定濃度的氧氣充入形成在基準(zhǔn)電極15b的內(nèi)側(cè)的內(nèi)部空間15c。另一方面,在中間層15a的外側(cè)形成有測量電極15d,并且從測量電極15d朝外側(cè)層疊有覆層15e、催化劑層15f和捕集層15g。當(dāng)排氣與具有該結(jié)構(gòu)的下游O2傳感器15相接觸時(shí)，排氣中的氧和氧化物(例如，NOx)被捕集在捕集層15g中。被捕集的氧和氧化物朝下游氧傳感器15的內(nèi)側(cè)(測量電極15d側(cè))遷移并且在經(jīng)過催化劑層15f之后到達(dá)覆層15e。此時(shí)，排氣中存在的氧化物通過催化劑層15f的催化功能被還原而變成氧。已到達(dá)覆層15e的氧在正保持在多孔覆層15e中的狀態(tài)下與測量電極15d相接觸。下游O2傳感器15基于測量電極15d附近存在的氧濃度和已充入內(nèi)部空間15c中(基準(zhǔn)電極15b附近)的氧氣的濃度之間的差異而產(chǎn)生電壓。該電壓被分析并作為顯示下游O2濃度的信號傳送到控制部30。
[0102]F.控制部(ECU)
[0103]現(xiàn)在將說明本文中公開的排氣凈化裝置中的控制部(ECU)。該控制部主要由數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成并且用作用于運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和排氣凈化裝置的控制裝置。該控制部例如具有:R0M，該ROM為只讀存儲裝置；RAM，該RAM為可讀寫存儲裝置；和CPU,該CPU執(zhí)行計(jì)算和評判。
[0104]圖1所示的結(jié)構(gòu)中的控制部30設(shè)置有輸入端口并且與設(shè)置于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I和排氣凈化裝置100中的各位置的傳感器電連接。結(jié)果，通過各種傳感器取得的數(shù)據(jù)作為電信號經(jīng)這些輸入端口傳送到ROM、RAM和CPU?？刂撇?0還設(shè)置有輸出端口。通過這些輸出端口，控制部30連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I和排氣凈化裝置100上的各位置并且通過控制信號的傳送來控制各種部件的操作。
[0105]控制部能基于排氣凈化催化劑的上游的排氣中的由上游O2傳感器檢測出的氧濃度來估計(jì)由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I燃燒的空氣-燃料混合物的空燃比(A/F)。此外，基于由下游O2傳感器檢測出的排氣凈化催化劑40的下游的排氣中的氧濃度，控制部還能估計(jì)已通過排氣凈化催化劑的排氣的排氣空燃比。
[0106]基于來自上游O2傳感器和下游O2傳感器的檢測結(jié)果，控制部調(diào)節(jié)供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比。本文中公開的排氣凈化裝置的控制部通過執(zhí)行反饋控制(F/B控制)來調(diào)節(jié)供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比。該F/B控制由主F/B控制和副F/B控制構(gòu)成。
[0107]F-1.主 F/B 控制
[0108]在主F/B控制中，基于已由上游O2傳感器檢測出的上游O2濃度來計(jì)算正供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比(A/FJ并且基于該計(jì)算出的空燃比和預(yù)定的目標(biāo)空燃比(TA/F)來設(shè)定第一控制目標(biāo)值(P1)15
[0109]在圖1所示結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置100的控制部30中，首先基于由上游O2傳感器14檢測出的上游O2濃度來計(jì)算當(dāng)前正供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I的空氣-燃料混合物的空燃比(AZF1) 0將該計(jì)算出的空燃比(A/FJ與規(guī)定的目標(biāo)空燃比(TA/F)進(jìn)行比較并且將第一控制目標(biāo)值(P1)設(shè)定成使供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I的空氣-燃料混合物的空燃比接近目標(biāo)空燃比(TA/F)。更具體地，當(dāng)計(jì)算出的空燃比(A/FJ比目標(biāo)空燃比(TA/F)濃時(shí)，控制部30設(shè)定具有將空氣-燃料混合物的空燃比調(diào)節(jié)到稀側(cè)的作用的第一控制目標(biāo)值(PJ。另一方面，當(dāng)計(jì)算出的空燃比(AziF1)比目標(biāo)空燃比(TA/F)稀時(shí)，設(shè)定具有將空氣-燃料混合物的空燃比調(diào)節(jié)到濃側(cè)的作用的第一控制目標(biāo)值汜)。
[0110]目標(biāo)空燃比(TA/F)基本上被設(shè)定在理論配比(A/F = 14.7)附近。理想地，當(dāng)基于通過如上所述的主F/B控制設(shè)定的第一控制目標(biāo)值(P1)來調(diào)節(jié)空氣-燃料混合物的空燃比時(shí)，空氣-燃料混合物的空燃比將維持在目標(biāo)空燃比(TA/F)并且于是作為易于被凈化掉污染物成分的排氣的理論配比的排氣供給到排氣凈化催化劑40。然而，由上游O2傳感器14提供的檢測值中可存在一定量的誤差并且燃料噴射閥3的噴射特性也可能發(fā)生一定量的變化。此外，由于本文中公開的排氣凈化裝置100中的排氣凈化催化劑40中存在OSC材料，故需要考慮由于該OSC材料而帶來的氧儲存能力的空燃比控制?？刂撇繄?zhí)行副F/B控制，以執(zhí)行反映上游O2傳感器14中的誤差、裝置運(yùn)行的可變性和排氣凈化催化劑40的氧儲存能力的空燃比控制。
[0111]F-2.畐ljF/Β 控制
[0112]在副F/B控制中，通過基于由下游O2傳感器檢測出的下游O2濃度修正通過如上所述的主F/B控制設(shè)定的第一控制目標(biāo)值(P1)來設(shè)定第二控制目標(biāo)值(P2)。具體地，在副F/B控制中基于下游O2濃度對例如考慮內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的燃料燃燒效率而設(shè)定的第一控制目標(biāo)值(P1)進(jìn)行修正，以設(shè)定考慮上游O2傳感器14中的誤差、裝置運(yùn)行的可變性和排氣凈化催化劑40的氧儲存能力的第二控制目標(biāo)值(P2)。
[0113]基于由下游O2傳感器檢測出的下游02濃度來調(diào)節(jié)預(yù)定的目標(biāo)空燃比(TA/F)的方法是該副F/B控制的一個優(yōu)選方面。具體地，在副F/B控制中，控制部30基于下游O2濃度來調(diào)節(jié)目標(biāo)空燃比(TA/F)并通過借助于將調(diào)節(jié)后的目標(biāo)空燃比(TA/F)與第一控制目標(biāo)值(P1)進(jìn)行比較而修正第一控制目標(biāo)值(P1)來設(shè)定第二控制目標(biāo)值(P2)。更具體地，下游O2濃度在稀排氣供給到排氣凈化催化劑40并且排氣中的氧儲存在排氣凈化催化劑40的OSC材料中時(shí)變得低于上游O2濃度。在這種情況下，控制部30將目標(biāo)空燃比(TA/F)調(diào)節(jié)到濃側(cè)并基于該調(diào)節(jié)后的目標(biāo)空燃比(TA/F)來修正第一控制目標(biāo)值(PJ。另一方面，當(dāng)濃排氣供給到排氣凈化催化劑40且儲存在OSC材料中的氧被釋放時(shí)，下游O2濃度隨即變得高于上游O2濃度。在這種情況下，控制部30將目標(biāo)空燃比(TA/F)調(diào)節(jié)到稀側(cè)并基于該調(diào)節(jié)后的目標(biāo)空燃比(TA/F)來修正第一控制目標(biāo)值(P)。這樣一來，便設(shè)定了尤其反映空氣-燃料混合物的當(dāng)前空燃比和排氣凈化催化劑的氧儲存能力的第二控制目標(biāo)值(P2)。
[0114]F-3.空燃比調(diào)節(jié)控制
[0115]這里，控制部 基于已通過如上所述的副F/B控制設(shè)定的第二控制目標(biāo)值來調(diào)節(jié)供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比。具體地，控制部30基于通過副F/B控制設(shè)定的第二控制目標(biāo)值(P2)來產(chǎn)生控制信號并將該控制信號傳送到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)I中對空氣-燃料混合物進(jìn)行空燃比調(diào)節(jié)的各種裝置(例如，燃料噴射閥3和節(jié)氣門10)。這樣一來，各種裝置操作成使空氣-燃料混合物的空燃比達(dá)到第二控制目標(biāo)值(P2)并且尤其反映了當(dāng)前空燃比和排氣凈化催化劑的氧儲存能力的空氣-燃料混合物被供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)
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[0116]由于根據(jù)上述F/B控制，執(zhí)行了反映排氣凈化催化劑的氧儲存能力的空氣-燃料混合物控制，故與排氣凈化催化劑的當(dāng)前氧儲存能力相對應(yīng)的排氣被供給到排氣凈化催化劑。這使得排氣凈化催化劑能對排氣中的污染物成分進(jìn)行出色的凈化。然而，當(dāng)過濃排氣從排氣凈化催化劑持續(xù)放出時(shí)，在下游O2傳感器的傳感器元件的周邊便不再存在氧。由于該狀態(tài)，與在傳感器元件的周邊存在氧的情況相比，需要更多的氧以便下游O2傳感器產(chǎn)生稀側(cè)輸出，并且結(jié)果產(chǎn)生下游O2傳感器的響應(yīng)性的下降，這是控制延遲的誘因。在正產(chǎn)生該控制的時(shí)間間隔期間，不能供給適配于排氣凈化催化劑的狀態(tài)的空氣-燃料混合物，因此無法在排氣凈化催化劑處徹底地凈化污染物成分并且發(fā)生污染物成分的排放。
[0117]然而，如上文在章節(jié)“C-2-2.0SC材料”中所述，在本文中公開的排氣凈化裝置中，在排氣凈化催化劑的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體上存在具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料。由于該燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料具有比典型OSC材料慢的氧儲存速度，其即使在儲存在另一種OSC材料中的氧已達(dá)到最低且不能再釋放氧時(shí)仍能儲存氧并且能繼續(xù)釋放氧(參照圖5)。由此，能抑制F/B控制中的控制延遲的出現(xiàn)。
[0118]例如，圖6是示意性地示出下游O2傳感器的周邊存在的氧量的圖。圖6中的陰影區(qū)域110示出下游O2傳感器的周邊存在的氧量，而白色區(qū)域120示出通過將下游O2傳感器的周邊能存在的氧容量減去在下游O2傳感器的周邊存在的氧量110而獲得的值。虛線示出用于下游O2傳感器產(chǎn)生稀輸出的閾值T。如該圖6所示，對于使用常規(guī)排氣凈化催化劑的情況⑶而言，當(dāng)供給過濃排氣時(shí)，下游O2傳感器的周邊存在的氧量110變小并且因此需要大量氧(圖6中的箭頭)以便超過用于稀輸出的閾值T。這引起下游O2傳感器出現(xiàn)響應(yīng)延遲。另一方面，對于使用本文中公開的排氣凈化催化劑的情況(A)而言，即使在供給過濃排氣時(shí)，下游O2傳感器的周邊存在的氧量110也大于常規(guī)情況下，因?yàn)楹苌倭康难醭掷m(xù)從如上所述的排氣凈化催化劑的規(guī)定區(qū)域釋放。因此，當(dāng)供給到下游O2傳感器的排氣切換為稀排氣時(shí)，僅需要少量氧(圖6中的箭頭)以超過用于稀輸出的閾值T。因此，對稀排氣的供給響應(yīng)比常規(guī)排氣凈化催化劑⑶快并且能防止出現(xiàn)F/B控制的響應(yīng)延遲。因此，本文中公開的排氣凈化裝置通過其在有利靈敏區(qū)域內(nèi)持續(xù)使用下游O2傳感器而能抑制出現(xiàn)F/B控制中的控制延遲并且能出色地防止污染物成分排放。
[0119]此外，本文中公開的排氣凈化裝置能縮短F/B控制的響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)樗艹掷m(xù)用在高靈敏區(qū)域內(nèi)而不會在下游O2傳感器出現(xiàn)大的輸出變動。因此，對F/B控制獲得了高的執(zhí)行頻率，并且具有更有利的空燃比的空氣-燃料混合物能持續(xù)供給到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。將參照圖7說明該結(jié)果，圖7是示出在執(zhí)行F/B控制期間各種氣體的濃度的變動的圖表。圖7中的A是指在排氣凈化催化劑的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中包含具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的排氣凈化裝置，而B是指在排氣凈化催化劑的整個范圍上存在不具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的排氣凈化裝置。在排氣凈化裝置A和B兩者中，在燃料切斷(F/C)之后下游O2傳感器的電勢立即出現(xiàn)大的變動且發(fā)現(xiàn)大量CO和NOx的排放。然而，在本文中公開的排氣凈化裝置(A)的情況下，由于規(guī)定區(qū)域內(nèi)的慢氧儲存速度而抑制了過濃排氣供給到下游O2傳感器。結(jié)果，下游O2傳感器處的電勢變動的斜率放緩并且下游O2傳感器處的電勢變動在F/B控制的重復(fù)期間持續(xù)下降。因此，由于隨后能基于氧濃度的細(xì)小變動來調(diào)節(jié)空氣-燃料混合物的空燃比，故CO和NOx排放隨著時(shí)間推移而變得減少。特別地，在圖7中的圖表中，在常規(guī)排氣凈化裝置(B)執(zhí)行F/B控制15次的間隔內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的排氣凈化裝置㈧執(zhí)行F/B控制18次。因此，進(jìn)一步抑制了污染物成分排放，因?yàn)閷諝?燃料混合物的空燃比進(jìn)行了更精密和更精確的調(diào)節(jié)。例如，對于圖7中用A示出的排氣凈化裝置，NOx排放在F/B控制的第6次執(zhí)行之后接近O。
[0120]此外，在本文中公開的排氣凈化裝置中，從在排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體中存在具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比該具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料。因此，在本文中公開的排氣凈化裝置中，氧儲存速度快的OSC材料和氧儲存速度慢的OSC材料在該規(guī)定區(qū)域內(nèi)共存。因此，由于在規(guī)定區(qū)域內(nèi)也能發(fā)揮足以實(shí)現(xiàn)排氣中的污染物成分的有利凈化的凈化功能，故即使在大流量的排氣供給到排氣凈化催化劑且污染物成分到達(dá)規(guī)定區(qū)域時(shí)也能在規(guī)定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)污染物成分的有利凈化。結(jié)果，本文中公開的排氣凈化裝置能出色地防止由于在規(guī)定區(qū)域內(nèi)配置氧儲存速度慢的OSC材料而會產(chǎn)生的污染物成分排放。
[0121]前面已說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。接下來將說明與本發(fā)明有關(guān)的示例，但并非意圖將本發(fā)明限制于下面說明的示例。
[0122]示例I
[0123]首先準(zhǔn)備五種CZ復(fù)合氧化物(試樣I至5);這些氧化物包含兩種晶體結(jié)構(gòu)，即燒綠石型結(jié)構(gòu)和螢石型結(jié)構(gòu)，并且這些晶體結(jié)構(gòu)的比例不同。執(zhí)行X射線衍射分析以確定各試樣中的晶體結(jié)構(gòu)，并通過將由該X射線衍射分析產(chǎn)生的最大峰值強(qiáng)度I14除以最大峰值強(qiáng)度I29來確定值114/129。這些判定結(jié)果在表1中給出。
[0124][表1]
[0125]表1
[0126]
【權(quán)利要求】
1.一種排氣凈化裝置，所述排氣凈化裝置配置在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中并且凈化排氣，所述排氣凈化裝置包括: 排氣凈化催化劑，所述排氣凈化催化劑配置在所述排氣系統(tǒng)中并且具有催化劑層，所述催化劑層形成在基底上且包括載體和載持在該載體上的貴金屬催化劑，所述載體包含具有氧儲存能力的OSC材料； 上游O2傳感器，所述上游O2傳感器在所述排氣凈化催化劑的上游配置在所述排氣系統(tǒng)中并且檢測上游O2濃度，所述上游O2濃度是在所述排氣凈化催化劑的上游側(cè)的排氣中的氧濃度； 下游O2傳感器，所述下游O2傳感器在所述排氣凈化催化劑的下游配置在所述排氣系統(tǒng)中并且檢測下游O2濃度，所述下游O2濃度是在所述排氣凈化催化劑的下游側(cè)的排氣中的氧濃度；和 控制部，所述控制部構(gòu)造成能夠執(zhí)行主反饋控制、副反饋控制和空燃比調(diào)節(jié)控制，所述主反饋控制基于所述上游O2濃度來計(jì)算正供給到所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比并基于計(jì)算出的空燃比和預(yù)定的目標(biāo)空燃比來設(shè)定第一控制目標(biāo)值，所述副反饋控制通過基于所述下游O2濃度修正所述第一控制目標(biāo)值來設(shè)定第二控制目標(biāo)值，所述空燃比調(diào)節(jié)控制基于所述第二控制目標(biāo)值來調(diào)節(jié)待供給到所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的空氣-燃料混合物的空燃比， 其中，從在所述排氣凈化催化劑的下游側(cè)的催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體包含具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，所述具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料的晶體結(jié)構(gòu)為熒石型結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的排氣凈化裝置，其中，在從所述催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的載體的X射線衍射分析中通過將[式1]2Θ/Θ =14°附近的峰值強(qiáng)度I14除以[式2]2 θ / Θ =29°附近的峰值強(qiáng)度I29所獲得的值I14729為0.005以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的排氣凈化裝置，其中，從所述催化劑出口側(cè)端部起的規(guī)定區(qū)域的在排氣流動方向上的長度為所述排氣凈化催化劑的所述催化劑層的總長度的10%至50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的排氣凈化裝置，其中，所述下游O2傳感器為陶瓷氧傳感器，在所述陶瓷氧傳感器中由氧化物傳導(dǎo)體形成的中間層被夾在測量電極和基準(zhǔn)電極之間并且在所述測量電極上形成有由金屬氧化物制成的多孔覆層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的排氣凈化裝置，其中，所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料的基于BET法的比表面積在10m2/g以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的排氣凈化裝置，其中，所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料和所述具有比所述具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的OSC材料快的氧儲存速度的OSC材料兩者都是氧化鈰-氧化鋯復(fù)合氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的排氣凈化裝置，其中，在所述副反饋控制中，所述控制部通過基于所述下游O2濃度調(diào)節(jié)所述目標(biāo)空燃比并通過將該調(diào)節(jié)后的目標(biāo)空燃比與所述第一控制目標(biāo)值 進(jìn)行比較而修正所述第一控制目標(biāo)值，來設(shè)定所述第二控制目標(biāo)值
【文檔編號】B01D53/94GK104023826SQ201280063238
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】尾上亮太, 久野央志, 青木悠生, 樺島信介 申請人:豐田自動車株式會社