專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)在稀空燃比的狀態(tài)下燃燒時(shí)，作為用于凈化排氣中所含有的NOx的催化劑，公知的是，在由氧化鋁構(gòu)成的載體表面上形成由堿金屬或堿土類構(gòu)成的NOx吸收劑層，進(jìn)而在載體表面載持鉑的貴金屬催化劑的催化劑(參照特許第2600492號(hào)公報(bào))。此類催化劑可在廢氣的空燃比稀薄時(shí)利用鉑將廢氣中所含的NOx氧化，并以硝酸鹽的形態(tài)吸收在NOx吸收劑內(nèi)。繼而當(dāng)使廢氣的空燃比短時(shí)間變濃時(shí)釋放并還原其間被NOx吸收劑所吸收的NOx，接著，當(dāng)再次使廢氣中的空燃比變稀薄時(shí)，開始發(fā)揮將NOx吸收到吸收劑中的作用。
另一方面，廢氣中也含有SOx，NOx吸收劑除了NOx之外還可以吸收SOx。此種情況下，SOx是以硫酸鹽的形態(tài)被吸收的。但是與硝酸鹽相比，該硫酸鹽不易分解，僅靠增大廢氣的空燃比并不能分解。因此，在NOx吸收劑內(nèi)SOx的吸收量逐漸增加，隨之無(wú)法吸收NOx。因此，當(dāng)使用了上述吸收劑的情況下，必須不時(shí)釋放SOx。不過(guò)硫酸鹽在催化劑溫度達(dá)到600℃以上時(shí)會(huì)變得易于分解，若在此時(shí)使廢氣中的空燃比變濃，則可以從吸收劑中釋放SOx。因此，在使用此種NOx吸收劑的情況下，當(dāng)必須從NOx吸收劑中釋放SOx時(shí)，可將催化劑的溫度維持在600℃以上，并且維持高的空燃比。
不過(guò)由于設(shè)置此種NOx吸收劑層時(shí)，必然在吸收NOx的同時(shí)也吸收SOx，因而為阻止其吸收SOx，只有不設(shè)置此種NOx吸收劑層。于是提出了在由氧化鋁構(gòu)成的載體上僅載持鉑的催化劑(參照特開平11-285624號(hào)公報(bào))。如該公報(bào)所述，當(dāng)在由氧化鋁構(gòu)成的載體上只載持鉑的情況下，空燃比稀薄時(shí)，NOx可被催化劑吸收，交替稀濃切換空燃比，即可凈化NOx。
此外，作為可凈化在稀空燃比的狀態(tài)下燃燒時(shí)所產(chǎn)生的NOx的催化劑，公知的是，在沸石上載持過(guò)渡金屬或貴金屬的稀薄NOx催化劑。該稀薄NOx催化劑雖有吸收廢氣中的HC和NOx后再將NOx還原的功能，但吸附氧氣時(shí)，其NOx的凈化性顯著下降。因而公知的是，為使該吸附的氧氣分離而使流入催化劑的廢氣的空燃比周期性變濃的內(nèi)燃機(jī)(參照特許第3154110號(hào)公報(bào))。該稀薄NOx催化劑具有即使在稀空燃比的狀態(tài)下燃燒仍可還原NOx的特征，但必須向廢氣供應(yīng)還原NOx用的HC，而且存在耐熱性低、僅可得到50％以下的凈化率的缺點(diǎn)。
本發(fā)明人多年來(lái)一直從事再載體上形成NOx吸收劑層的催化劑的研究，同時(shí)也對(duì)載體上沒(méi)有NOx吸收劑層的催化劑進(jìn)行了研究。結(jié)果證明載體上無(wú)吸收劑層的催化劑，例如在由氧化鋁構(gòu)成的載體上僅載持鉑的催化劑中，當(dāng)在稀空燃比狀態(tài)下燃燒時(shí)，若暫時(shí)使空燃比變濃，則在催化劑溫度為250℃以下的低溫時(shí)，可以獲得90％以上的NOx凈化率。
關(guān)于其原因，經(jīng)從各種角度反復(fù)進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。即，就其總體而言，鉑本來(lái)就具有低溫活性，廢氣中所含的NOx在鉑表面被直接分解或選擇性地還原。此外，在由氧化鋁構(gòu)成的載體表面上存在堿性基點(diǎn)，在鉑表面上氧化的NOx以NO2的形態(tài)被吸附于載體表面，或以硝酸離子NO3-的形態(tài)保持在載體表面上的堿性基點(diǎn)上。當(dāng)進(jìn)行NOx凈化時(shí)，上述多種作用同時(shí)進(jìn)行，因而可獲得90％以上的高凈化率。
然而，當(dāng)把在由氧化鋁構(gòu)成的載體上僅載持鉑的催化劑長(zhǎng)期暴露在稀空燃比的廢氣中時(shí)，其NOx凈化率會(huì)逐漸下降。其產(chǎn)生原因在于鉑表面被氧原子覆蓋，即，鉑表面受到氧中毒，從而使鉑表面上的NOx的直接分解及NOx的選擇還原變得難以進(jìn)行。事實(shí)上，若在此時(shí)暫時(shí)使空燃比變濃，則覆蓋鉑表面的氧原子就會(huì)因HC及CO的氧化而消耗，即，鉑表面的氧中毒被消除，若繼而使空燃比恢復(fù)到稀薄，則可以再次高效地進(jìn)行NOx的直接分解及NOx的選擇還原。
另一方面，當(dāng)鉑表面被氧原子覆蓋時(shí)，NOx很容易在鉑表面上氧化，從而增加可吸附或保持在載體上的NOx的量。盡管如此凈化率下降這一事實(shí)說(shuō)明，對(duì)于NOx的凈化作用而言，NOx的直接分解或NOx的選擇還原是決定性的。因此，最為重要的課題在于當(dāng)由氧化鋁構(gòu)成的載體上只載持鉑時(shí)，如何防止鉑的整個(gè)表面氧中毒，所以必須在鉑的整個(gè)表面被氧中毒之前暫時(shí)將廢氣中的空燃比由稀切換為濃。
另外，當(dāng)暫時(shí)將廢氣的空燃比由稀切換為濃時(shí)，則吸附在載體上的NOx或保持在載體上的硝酸離子NO3-被HC和CO還原。即，為消除鉑表面的氧中毒而暫時(shí)將廢氣的空燃比由稀切換為濃時(shí)，則可以去除吸附或保持在載體上的NOx，因此當(dāng)空燃比由濃變稀時(shí)，再次開始發(fā)揮NOx的吸附作用或硝酸離子NO3-的保持作用。
如上所述，當(dāng)在由氧化鋁構(gòu)成的載體上僅載持鉑時(shí)，為確保NOx的高凈化率必須防止鉑的整個(gè)表面被氧中毒。然而，特開平11-285624號(hào)公報(bào)以及特許第3154110號(hào)公報(bào)對(duì)此并無(wú)任何提示。即，特開平11-285624號(hào)公報(bào)僅表示以NOx得以凈化全部是由于NOx的吸附作用為前提的研究結(jié)果，而并未發(fā)現(xiàn)鉑的氧中毒決定NOx的凈化率。因此，特開平11-285624號(hào)公報(bào)自然不會(huì)提及250℃以下的低溫可獲得很高凈化率。
此外，特許第3154110號(hào)公報(bào)則是以由沸石構(gòu)成的稀薄NOx催化劑為對(duì)象，雖然表示該稀薄NOx催化劑的氧吸附影響NOx的凈化率，但對(duì)鉑表面的氧中毒決定NOx凈化率并無(wú)任何提示。由于在該沸石上不存在堿性基點(diǎn)，與使用氧化鋁時(shí)相比，不僅NOx的凈化方式不同，而且很難獲得50％以上的凈化率，因此，特許第3154110號(hào)公報(bào)也并未提及可在250℃以下獲得90％以上高凈化率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，查明鉑表面、即貴金屬表面的氧中毒決定NOx的凈化率，從而提供一種可確保高NOx凈化率的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
根據(jù)本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，可通過(guò)配置在排氣通路內(nèi)的排氣凈化催化劑來(lái)凈化在稀空燃比狀態(tài)下燃燒時(shí)所產(chǎn)生的NOx，其中，作為排氣凈化催化劑的催化劑載體，使用載體表面上存在堿基點(diǎn)的載體，不必在載體表面上形成可吸收NOx的NOx吸收劑層，而是分散載持貴金屬催化劑，在貴金屬催化劑的整個(gè)表面氧中毒之前，暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比由稀切換為濃。
圖1是壓燃式內(nèi)燃機(jī)的整體圖。
圖2是圖解性地表示排氣凈化催化劑的載體表面部分的剖面的圖。
圖3是表示因供應(yīng)還原劑所引起的廢氣的空燃比的變化的圖。
圖4是表示NOx凈化率的圖。
圖5A～圖5C是表示單位時(shí)間內(nèi)的氧中毒量的圖。
圖6是表示氧中毒的消除控制以及SOx的釋放控制的時(shí)間曲線圖。
圖7是表示燃料的各種噴射模式的圖。
圖8是用于控制各種標(biāo)志的流程圖。
圖9、圖10是用于控制還原劑供應(yīng)的流程圖。
圖11A、圖11B是用于說(shuō)明廢氣的空燃比控制的圖。
圖12是用于進(jìn)行還原劑供應(yīng)控制的流程圖。
圖13是表示廢氣的空燃比的變化的圖。
圖14是用于控制還原劑供應(yīng)的流程圖。
圖15A、圖15B是表示微粒過(guò)濾器的圖。
圖16是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖17是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖18是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖19是表示NOx凈化率的圖。
圖20是用于控制尿素水溶液供應(yīng)的流程圖。
圖21是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖22是圖解性地表示NOx吸藏催化劑的載體表面部分的剖面的圖。
圖23是表示因供應(yīng)還原劑所引起的廢氣的空燃比的變化的圖。
圖24是表示NOx的凈化率的圖。
圖25是表示氧中毒的消除控制以及SOx釋放控制的時(shí)間曲線圖。
圖26A、圖26B是用于說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)的NOx吸收量的圖。
圖27是表示NOx以及SOx釋放控制的時(shí)間曲線圖。
圖28是用于控制還原劑供應(yīng)的流程圖。
圖29是用于進(jìn)行中毒消除處理的流程圖。
圖30是用于進(jìn)行SOx釋放處理I的流程圖。
圖31是用于進(jìn)行NOx釋放處理的流程圖。
圖32是用于進(jìn)行SOx釋放處理II的流程圖。
圖33是用于進(jìn)行還原劑供應(yīng)控制的流程圖。
圖34是用于進(jìn)行中毒消除處理的流程圖。
圖35是用于進(jìn)行NOx釋放處理的流程圖。
圖36是表示釋放NOx時(shí)的廢氣溫度與催化劑堿度的圖。
圖37是表示SOx釋放溫度與催化劑堿度的關(guān)系的圖。
圖38是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖39是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖40是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖41是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的整體圖。
圖42是表示煙霧產(chǎn)生量的圖。
圖43A、圖43B是表示燃燒室內(nèi)的氣體溫度等的圖。
圖44是表示運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域I、II的圖。
圖45是表示空燃比A/F的圖。
圖46是表示節(jié)氣門開度等的變化等的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示將本發(fā)明用于壓燃式內(nèi)燃機(jī)時(shí)的情況。另外，本發(fā)明同樣也可適用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。
從圖1可知，1為內(nèi)燃機(jī)主體，2為各個(gè)汽缸的燃燒室，3為用于分別向各個(gè)燃燒室2噴射燃料的電子控制式燃料噴射閥，4為進(jìn)氣歧管，5為排氣歧管。進(jìn)氣歧管4通過(guò)進(jìn)氣管道6與排氣渦輪增壓器7的壓縮機(jī)7a的出口相連，壓縮機(jī)7a的入口則與空氣過(guò)濾器相連。在進(jìn)氣管道6內(nèi)設(shè)有由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的節(jié)氣門9，還在進(jìn)氣管道6的周圍配置了用于冷卻在進(jìn)氣管道6內(nèi)流動(dòng)的吸入空氣的冷卻裝置10。在圖1所示的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)冷卻水被引入冷卻裝置10內(nèi)，可通過(guò)該冷卻水冷卻吸入空氣。另外，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，排氣渦輪7b的出口則與內(nèi)置有排氣凈化催化劑11的套管12相連。在排氣歧管5的集合部出口上配置了用于在排氣歧管5內(nèi)流動(dòng)的廢氣供應(yīng)由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的還原劑的還原劑供應(yīng)閥13。
排氣歧管5與進(jìn)氣歧管4通過(guò)廢氣再循環(huán)(下面稱之為EGR)通路14彼此相連，EGR通路14內(nèi)配置了電子控制式EGR控制閥15。此外，在EGR通路14周圍配置了用于冷卻在EGR通路14內(nèi)流動(dòng)的EGR氣體的冷卻裝置16。在圖1所示的例中，內(nèi)燃機(jī)冷卻水被引入冷卻裝置16之內(nèi)，EGR氣體可由內(nèi)燃機(jī)冷卻水冷卻。另外，各燃料噴射閥3通過(guò)燃料供應(yīng)管17與燃料箱，所謂的共用軌道18相連。由電子控制式的噴吐量可變的燃料泵19將燃料供應(yīng)到該共用軌道18之內(nèi)，供應(yīng)到共用軌道18內(nèi)的燃料再經(jīng)由各燃料供應(yīng)管17供應(yīng)到燃料噴射閥3。
電子控制單元30由數(shù)字電子計(jì)算機(jī)構(gòu)成，具有通過(guò)雙向總線31彼此連接的ROM(只讀存儲(chǔ)器)32、RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)33、CPU(中央處理機(jī))34、輸入口35以及輸出口36。排氣凈化催化劑11上安裝有用于檢測(cè)排氣凈化催化劑11的溫度的溫度傳感器20，該溫度傳感器20的輸出信號(hào)可通過(guò)所對(duì)應(yīng)的A/D變換器37輸入到輸入口35。此外，在與套管12的出口相連的排氣管21內(nèi)可根據(jù)需要配置各種傳感器22。加速踏板40上連接著產(chǎn)生與加速踏板40的踏入量L成比例的輸出電壓的負(fù)載傳感器41，負(fù)載傳感器41的輸出電壓可經(jīng)由所對(duì)應(yīng)的A/D變換器37輸入到輸入口35。此外，輸入口35上還連接著曲軸每旋轉(zhuǎn)例如15o即產(chǎn)生輸出脈沖的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器42。另外，輸出口36經(jīng)由所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路38，與燃料噴射閥3、節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)9、EGR控制閥15以及燃料泵19相連。
圖1所示的排氣凈化催化劑11由整體型催化劑構(gòu)成，在該排氣凈化催化劑11的基體上載持催化劑載體。圖2圖解性地表示該催化劑載體50的表面部分的剖面。如圖2所示，在催化劑載體50的表面上分散載持貴金屬催化劑51。在本發(fā)明中，作為催化劑載體50使用了載體50表面存在表示堿性的堿基點(diǎn)的載體，在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，作為催化劑載體50使用了氧化鋁。此外在本發(fā)明的實(shí)施例中，作為貴金屬催化劑51使用了鉑。
如上所述，在該實(shí)施例中，在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50的表面上僅載持鉑51，而未形成由堿金屬及堿土類構(gòu)成的可吸收NOx的NOx吸收劑層。如上所述，經(jīng)研究證明在采用由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50的表面上僅載持鉑51的排氣凈化催化劑11的情況下，當(dāng)在稀空燃比的狀態(tài)下燃燒時(shí)，如果暫時(shí)使空燃比變濃，排氣凈化催化劑11的溫度為250℃以下的低溫時(shí)，可獲得90％以上的NOx凈化率。
關(guān)于其原因，經(jīng)從各種角度研究的結(jié)果，得出如下結(jié)論當(dāng)進(jìn)行NOx凈化時(shí)，在鉑51的表面上同時(shí)并列性產(chǎn)生NOx的直接分解作用或NOx的選擇還原作用、以及催化劑載體50上的NOx的吸附作用或催化劑載體50上的NOx的保持作用，由于同時(shí)并列性產(chǎn)生上述各種作用，因而可獲得高達(dá)90％以上的NOx凈化率。
即，鉑51本來(lái)就有低溫活性，進(jìn)行NOx的凈化時(shí)產(chǎn)生的第1作用為當(dāng)廢氣的空燃比稀薄時(shí)，廢氣中的NOx在鉑表面上以離解為N和O的狀態(tài)被吸附在鉑51的表面上，離解的N形成N2而脫離鉑51的表面，即NOx的直接分解作用。利用該直接分解作用可進(jìn)行部分NOx的凈化。
進(jìn)行NOx的凈化時(shí)產(chǎn)生的第2作用為當(dāng)廢氣的空燃比稀薄時(shí)，吸附在鉑51表面上的NO可由廢氣中的HC或吸附在催化劑載體50上的HC選擇性地還原。利用該選擇還原作用可進(jìn)行部分NOx的凈化。
另一方面，廢氣中的NOx、即NO在鉑51表面被氧化之后形成NO2，若繼續(xù)氧化則形成硝酸離子NO3-。進(jìn)行NOx凈化時(shí)產(chǎn)生的第3作用為NO2吸附到催化劑載體50上。利用該吸附作用可進(jìn)行部分NOx的凈化。此外，在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50的表面上存在堿基點(diǎn)，進(jìn)行NOx凈化時(shí)產(chǎn)生的第4作用為可將硝酸離子NO3-保持在催化劑載體50表面上的堿基點(diǎn)中。利用該保持作用，可進(jìn)行部分NOx的凈化。
如上所述，當(dāng)進(jìn)行NOx凈化時(shí)，上述多種作用同時(shí)進(jìn)行，因而可獲得高達(dá)90％以上的凈化率。
然而，若將在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50上僅載持鉑51的排氣凈化催化劑11長(zhǎng)期暴露在稀空燃比的廢氣中時(shí)，其NOx凈化率會(huì)逐漸下降。這是因?yàn)殂K51的表面被氧原子覆蓋，即鉑51的表面受到氧中毒，從而一方面使鉑51表面上的NOx的直接分解及NOx的選擇還原變得難以進(jìn)行。即，由于鉑51表面一被氧原子覆蓋，廢氣中的NO無(wú)法吸附到鉑51表面上，因而很難產(chǎn)生NOx的直接分解，另一方面，由于鉑51表面一被氧原子覆蓋，則NO無(wú)法吸附到鉑51表面，因而很難產(chǎn)生NOx的選擇還原。
然而，此時(shí)若暫時(shí)使空燃比變濃，則覆蓋鉑51表面的氧原子會(huì)因HC及CO的氧化而被消耗，即鉑表51表面的氧中毒被消除，因而若使空燃比變稀時(shí)仍可再次高效進(jìn)行NOx的直接分解及NOx的選擇還原。
不過(guò)，若鉑51表面被氧原子覆蓋，NOx易在鉑51表面氧化，因而吸附或保持在催化劑載體50上的NOx的量會(huì)增大。盡管如此NOx凈化率下降這一事實(shí)說(shuō)明，對(duì)于NOx的凈化作用而言，NOx的直接分解或NOx的選擇還原是決定性的。因此，當(dāng)最重要的課題顯然是在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50上僅載持鉑51的情況下，如何防止鉑51的整個(gè)表面被氧中毒，因而需要在鉑51的整個(gè)表面受到氧中毒之前暫時(shí)將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
下面參照試驗(yàn)結(jié)果對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。
圖3表示每隔t2時(shí)間的時(shí)間間隔即由還原劑供應(yīng)閥13噴射t1時(shí)間的還原劑，從而使流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比(供應(yīng)給進(jìn)氣通路、燃燒室2以及排氣凈化催化劑上游的排氣通路的空氣量與燃料及還原劑的量的比值)在維持t2時(shí)間的稀空燃比之后提高為t1時(shí)間的濃空燃比的情況。
圖4表示在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50上僅載持鉑51的排氣凈化劑11上，在鉑51的整個(gè)表面受到氧中毒之前暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比在圖3所示的t1時(shí)間段內(nèi)由稀切換為濃的情況下，排氣凈化催化劑11的溫度TC(℃)與NOx凈化率(％)的關(guān)系。另外，圖4表示由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50的涂敷量為150(g)，鉑51的載持量為3(g)時(shí)的情況。
由圖4可知，當(dāng)排氣凈化催化劑11的溫度TC為250℃以下的低溫時(shí)，可獲得90％以上，幾乎接近100％的NOx凈化率。另外，當(dāng)排氣凈化催化劑11的溫度TC為200℃以下時(shí)，NOx凈化率雖有一定量的下降，但是即使排氣凈化催化劑11的溫度下降到150℃，其NOx凈化率仍然在80％以上。此外，當(dāng)排氣凈化催化劑11的溫度高于250℃時(shí)，其NOx凈化率逐漸下降。即，當(dāng)排氣凈化催化劑11的溫度升高時(shí)，NO變得難以吸附到鉑51的表面上，結(jié)果由于不僅難以產(chǎn)生NOx的直接分解作用，也難以產(chǎn)生NOx的選擇還原作用，所以NOx凈化率逐漸下降。
而且，即使鉑51的載持量超過(guò)3(g)，無(wú)論增加多少，其NOx凈化率也幾乎不增加，但如果鉑51的載持量少于3(g)，則NOx凈化率會(huì)下降。
此外，圖4表示將圖3中廢氣的空燃比稀薄的稀空燃比期間t2設(shè)定為60秒，將廢氣的空燃比高的濃空燃比期間t1設(shè)定為3秒時(shí)的情況。在此情況下，作為濃空燃比期間t1，由于3秒鐘足以使鉑表面的氧中毒完全消除，因而從消除氧中毒的角度而言，將濃空燃比期間t1設(shè)定為3秒以上沒(méi)有任何意義。與之相反，如果把濃空燃比期間t1設(shè)定為3秒以下，則NOx凈化率會(huì)逐漸下降。
此外，作為貴金屬催化劑51，除鉑之外，還可以使用銠(Rh)。在此情況下，圖4中所示的NOx凈化率為90％以上的溫度TC(℃)區(qū)域還可以向高溫一側(cè)擴(kuò)展，從而使高溫一側(cè)的NOx凈化率變高。
如上所述，若在貴金屬催化劑51的整個(gè)表面受到氧中毒之前暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑11中的廢氣的空燃比由稀切換為濃，即可獲得90％以上的NOx凈化率。而且如上所述，若暫時(shí)將廢氣的空燃比由稀切換為濃，則吸附在催化劑載體50上的NO2或保持在催化劑載體50上的硝酸離子NO3-可被HC和CO還原。即，當(dāng)為消除貴金屬催化劑51表面的氧中毒而暫時(shí)將廢氣的空燃比由稀切換為濃時(shí)，還可去除吸附或保持在催化劑載體50上的NOx，因而當(dāng)空燃比又變?yōu)橄”r(shí)，可再次開始發(fā)揮有NO2的吸附作用及硝酸離子NO3-的保持作用。
如上所述，當(dāng)在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50上僅載持鉑51時(shí)，相對(duì)于NOx的凈化率，NOx的直接分解及NOx的選擇還原是決定性的。不過(guò)，催化劑載體50對(duì)NO2的吸附作用以及催化劑載體50上的硝酸離子NO3-的保持作用也同樣有利于NOx的凈化。不過(guò)眾所周知，若與現(xiàn)有技術(shù)相比，廢氣中存在NO2，則不論使用何種催化劑，NO2多少總會(huì)吸附到催化劑之上。在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，如上文所述，廢氣中的NO在鉑51上被氧化而生成NO2，這樣一來(lái)，NO2即可吸附到排氣凈化劑11之上。
與之相反，硝酸離子NO3-則并非任何催化劑均可保持，為使硝酸離子NO3-保持在催化劑上，需使催化劑表面呈堿性。在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，如上所述，由于催化劑載體50由氧化鋁構(gòu)成，所以催化劑載體50的表面上存在具有堿性的堿基點(diǎn)，這樣即可將硝酸離子NO3-保持到存在于催化劑載體50表面的堿基點(diǎn)上。
不過(guò)，存在于由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50表面上的堿基點(diǎn)的堿性并不太強(qiáng)，因而對(duì)于硝酸離子NO3-的保持力也并不太大。因而排氣凈化催化劑11的溫度TC上升時(shí)，保持在排氣凈化催化劑11上的NOx不得不脫離排氣凈化催化劑11。如圖4所示，隨著排氣凈化催化劑11的溫度上升，NOx凈化率逐漸下降，正是由于存在此種NOx的脫離作用。
而催化劑載體50表面上的堿基點(diǎn)的堿性越高，能以硝酸離子NO3-的形態(tài)保持的NOx的量越大。因而為增加保持在排氣凈化催化劑11上的NOx量就得增加堿基點(diǎn)的量或提高堿基點(diǎn)的堿性。在此情況下，如圖2中的標(biāo)號(hào)52所示，若在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50內(nèi)至少?gòu)拟汯、鈉Na、鋰Li、銫Cs、銣Rb之類的堿金屬，鋇Ba、鈣Ca、鍶Sr之類的堿土類，以及鑭La、釔Y之類的稀土類中至少選擇添加一種，即可使堿基點(diǎn)的量增加或提高堿基點(diǎn)的堿性。在此情況下，上述鑭La及鋇Ba等添加物52既可以為了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而構(gòu)成氧化鋁晶體結(jié)構(gòu)的一部分而添加到催化劑載體50內(nèi)部，也能以氧化鋁和添加物52形成鹽的方式添加到催化劑載體50內(nèi)部。另外，如果增加鑭La及鋇Ba等添加物52的量，則當(dāng)廢氣的空燃比稀薄時(shí)保持在排氣凈化催化劑11上的NOx量自然也會(huì)增加。
另一方面，若這樣提高堿基點(diǎn)的堿性，則對(duì)硝酸離子NO3-的保持力自然也會(huì)變大。因此即使排氣凈化催化劑11的溫度上升，硝酸離子NO3-也很難脫離，所以若提高堿基點(diǎn)的堿性，圖4中高溫一側(cè)的NOx凈化率也會(huì)升高。
不過(guò)，在廢氣中也含有SO2，該SO2在鉑51上被氧化之后形成SO3，該SO3在該鉑51上進(jìn)一步氧化之后形成硫酸離子SO42-。若催化劑具有堿性，則該硫酸離子SO42-被保持在催化劑之上，而且與硝酸離子NO3-相比，該硫酸離子SO42-更容易保持在催化劑上。因此硝酸離子NO3-若能保持在催化劑之上，則硫酸離子SO42-必定也能保持在催化劑上。在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，硝酸離子NO3-可保持在催化劑載體50之上，因此在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，硫酸離子SO42-也可保持在催化劑載體50之上。
另外，如開頭時(shí)所述，若在催化劑載體上形成由堿金屬或堿土類金屬構(gòu)成的NOx吸收劑層，則SOx在NOx吸收劑層內(nèi)形成硫酸鹽。但是該硫酸鹽難以分解，若不在使催化劑的溫度升高到600℃以上的狀態(tài)下使使廢氣的空燃比變濃，則無(wú)法使SOx從催化劑中釋放出來(lái)。
但在該實(shí)施例中，存在于由氧化鋁構(gòu)成的催化載體50表面上的堿基點(diǎn)的堿性與NOx吸收劑的堿性相比極低，因此SOx在催化劑載體50表面上的堿基點(diǎn)上并不是以硫酸鹽的形態(tài)，而是以硫酸離子SO42-的形態(tài)保持。而且在此情況下對(duì)硫酸離子SO42-的保持力相當(dāng)小。
這樣一來(lái)，由于對(duì)硫酸離子SO42-的保持力小，因而硫酸離子SO42 -在低溫下即可分解脫離。事實(shí)上在該實(shí)施例中，若使排氣凈化催化劑11的溫度TC大致上升到500℃左右，并使廢氣的空燃比變濃，則可使保持在排氣催化劑11中的SOx從排氣凈化催化劑11中釋放出來(lái)。
不過(guò)如上所述，若通過(guò)在催化劑載體50中添加鑭La或鋇Ba之類的添加物52，提高催化劑載體50表面的堿基點(diǎn)的堿性，在廢氣的空燃比稀薄時(shí)仍可增加保持在催化劑載體50上的NOx量，這樣尤其可以提高高溫一側(cè)的NOx凈化率。但是，若提高催化劑載體50表面的堿基點(diǎn)的堿性，則保持在催化劑載體50上的SOx量增加，而且對(duì)SOx的保持力也會(huì)增大。其結(jié)果是釋放SOx所需的排氣凈化催化劑11的SOx釋放溫度上升。
而作為催化劑載體50并非僅有氧化鋁，只要是在催化劑載體表面上存在堿基點(diǎn)的載體，可以使用現(xiàn)有的公知的各種載體。
下面根據(jù)具體實(shí)施例說(shuō)明NOx以及SOx的處理。
首先說(shuō)明計(jì)算出貴金屬催化劑、例如鉑51的氧中毒量，當(dāng)計(jì)算出的氧中毒量超過(guò)預(yù)定的允許值時(shí)，將廢氣的空燃比由稀切換為濃，并以此消除鉑51的氧中毒的第1實(shí)施例。
如圖5A所示，每單位時(shí)間內(nèi)的鉑51的氧中毒量W與廢氣的氧濃度成正比。此外如圖5B所示，每單位時(shí)間內(nèi)的鉑51的氧中毒量W隨著排氣凈化催化劑11的溫度升高而增加。此處的廢氣中的氧濃度以及排氣凈化催化劑11的溫度取決于內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即二者是燃料噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，因此，每單位時(shí)間內(nèi)的鉑51的氧中毒量W為燃料噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)。在第1實(shí)施例中，可通過(guò)試驗(yàn)預(yù)先求出與燃料噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N對(duì)應(yīng)的每單位時(shí)間內(nèi)的鉑51的氧中毒量W，并如圖5所示將該氧中毒量W作為燃料噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以映像的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32中。
圖6表示氧中毒的消除控制以及SOx的釋放控制的時(shí)間曲線圖。如圖6所示，每當(dāng)氧中毒量W的積分值∑W超出允許值時(shí)，即由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑，并暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比A/F由稀切換為濃。這時(shí)鉑51的氧中毒即被消除，從催化劑載體50釋放還原吸附或保持在催化劑載體50上的NOx。
此外，還計(jì)算出保持在排氣凈化催化劑11上的SOx量的積分值∑SOX，當(dāng)該SOx的量的積分值∑SOX超過(guò)允許值時(shí)，即可進(jìn)行由排氣凈化催化劑11的SOx釋放作用。即，首先可使排氣凈化催化劑11的溫度TC升高到SOx釋放溫度TX。該SOx釋放溫度TX當(dāng)未在催化劑載體50中添加添加劑52時(shí)大致為500℃，當(dāng)在催化劑載體50中添加了添加劑52時(shí)，根據(jù)添加劑52的不同添加量，溫度大致在500℃到550℃之間。
當(dāng)排氣凈化催化劑11的溫度TC達(dá)到SOx釋放溫度TX時(shí)，則將流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比由稀切換為濃，從而開始從排氣凈化催化劑11釋放SOx，在釋放SOx的期間內(nèi)，排氣凈化催化劑11的溫度TC可保持在SOx釋放溫度TX之上，廢氣的空燃比維持在濃空燃比。接著，SOx的釋放作用結(jié)束時(shí)，則停止排氣凈化催化劑11的升溫作用，并將廢氣的空燃比恢復(fù)到稀薄。
如上所述，當(dāng)需要從排氣凈化催化劑11釋放SOx時(shí)，可使排氣凈化催化劑11的溫度上升到SOx釋放溫度TX。下面參照?qǐng)D7說(shuō)明使排氣凈化催化劑11的溫度TC上升的方法。
使排氣凈化催化劑11的溫度TC上升最為有效的方法之一為使燃料噴射時(shí)間角度滯后到壓縮上止點(diǎn)以后。即，通常情況下，主燃料Qm在圖7中如(I)所示，在壓縮上止點(diǎn)附近噴射。而在此情況下，如圖7(II)所示，若將主燃料Qm的噴射時(shí)間角度滯后，則后燃燒期間延長(zhǎng)，這樣即可使廢氣的溫度上升。廢氣的溫度升高時(shí)，排氣凈化催化劑11的溫度TC隨之上升。
此外，為了使排氣凈化催化劑11的溫度TC上升，也可如圖7(III)所示，除主燃料Qm之外，在進(jìn)氣上止點(diǎn)附近噴射輔助燃料Qv。這樣由于當(dāng)附加性地噴射輔助燃料Qv時(shí)，所燃燒的燃料中增加了該輔助燃料Qv部分，所以廢氣的溫度上升，于是排氣凈化催化劑11的溫度TC上升。
此外，如上所述，若在進(jìn)氣上止點(diǎn)附近噴射輔助燃料Qv，則在壓縮沖程中由于壓縮熱可由該輔料Qv生成乙醛、酮、過(guò)氧化物、一氧化碳等中間產(chǎn)物，主燃料Qm的反應(yīng)可因上述中間產(chǎn)物而加速。因此，在此情況下，如圖7(III)所示，即使大大延遲主燃料Qm的噴射時(shí)間也可獲得很好的燃燒，而不會(huì)產(chǎn)生熄火。即，由于可使主燃料Qm的噴射時(shí)間大大延遲，因而可使廢氣溫度上升得相當(dāng)高，從而使排氣凈化催化劑11的溫度TC迅速上升。
此外，為使排氣凈化催化劑11的溫度TC上升，如圖7(IV)所示，還可在主燃料Qm之外，在膨脹沖程期間或排氣沖程期間噴射輔助燃料Qp。即，在此情況下，大部分輔助燃料Qp并不燃燒，而是以未燃燒HC的形態(tài)排到排氣通路之內(nèi)。該未燃燒HC在排氣凈化催化劑11上被過(guò)剩氧氧化，利用此時(shí)產(chǎn)生的氧化反應(yīng)熱使排氣凈化催化劑11的溫度TC上升。
圖8表示可消除鉑51的氧中毒的中毒消除標(biāo)志與可釋放SOx的SOx釋放標(biāo)志的控制程序，該程序通過(guò)每隔一定時(shí)間的插入來(lái)實(shí)行。
從圖8可知，首先在步驟100中，根據(jù)圖5c所示的映像，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的氧中毒量W。接著在步驟101中，通過(guò)在∑W上累加氧中毒量W，計(jì)算出氧中毒量的積分值∑W。接著在步驟102中，判斷氧中毒量的積分值∑W是否超過(guò)允許值WX，即，判斷鉑51的整個(gè)表面是否很快要被氧中毒。當(dāng)∑W≤WX時(shí)，跳到步驟104。與之相反，當(dāng)∑W＞W(wǎng)X時(shí)，進(jìn)入步驟103，設(shè)定中毒消除標(biāo)志，繼而進(jìn)入步驟104。
在步驟104中，將燃料噴射量Q乘以常數(shù)k的值k·Q加到∑SOX之上。燃料中含有一定量的硫，因此每單位時(shí)間內(nèi)可保持在排氣凈化催化劑11上的SOx量可用k·Q表示。因此，通過(guò)在k·Q上累加∑SOX獲得的∑SOX表示保持在排氣凈化催化劑11上的SOx量的積分值。接著在步驟105中判斷SOx量的積分值∑SOX是否超過(guò)允許值SX。當(dāng)∑SOX≤SX時(shí)結(jié)束該處理循環(huán)，若∑SOX＞SX，則進(jìn)入步驟106設(shè)定釋放標(biāo)志。
下面參照?qǐng)D9對(duì)還原劑的供應(yīng)控制程序加以說(shuō)明。
從圖9可知，首先在步驟200中判斷是否已設(shè)定中毒消除標(biāo)志。當(dāng)未設(shè)定中毒消除標(biāo)志時(shí)，跳到步驟208。與之相對(duì)，當(dāng)已設(shè)定中毒消除標(biāo)志時(shí)，進(jìn)入步驟201，判斷排氣凈化催化劑11的溫度是否低于允許溫度TL。該允許溫度TL可以是NOx凈化率為30％時(shí)的排氣凈化催化劑11的溫度TC，當(dāng)由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50上僅載持鉑51時(shí)，該允許溫度TL大約是400℃。TC≥TL時(shí)，即，即使周期性使廢氣的空燃比變濃，也無(wú)法獲得高的NOx凈化率時(shí)，跳到步驟208。即，當(dāng)排氣凈化催化劑11的溫度TC大致超過(guò)400℃時(shí)，空燃比的由稀到濃的切換被禁止。與之相反，當(dāng)TC＜TL時(shí)，即，若周期性使廢氣的空燃比變濃，則可獲得高的NOx凈化率時(shí)，進(jìn)入步驟202。
在步驟202中，計(jì)算出例如將廢氣的空燃比設(shè)定為13左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著在步驟203中計(jì)算出還原劑的供應(yīng)時(shí)間。該還原劑的供應(yīng)時(shí)間通常為10秒以下。接著在步驟204中開始從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。繼而在步驟205中判斷是否已經(jīng)過(guò)步驟203中計(jì)算出的還原劑供應(yīng)時(shí)間。當(dāng)判斷為尚未經(jīng)過(guò)還原劑的供應(yīng)時(shí)間時(shí)，跳到步驟208，此時(shí)繼續(xù)供應(yīng)還原劑，將廢氣的空燃比保持為13左右的濃空燃比。與之相反，當(dāng)判斷為經(jīng)過(guò)還原劑的供應(yīng)時(shí)間時(shí)，即鉑的氧中毒已被消除時(shí)，進(jìn)入步驟206，停止供應(yīng)還原劑，接著進(jìn)入步驟207，清除∑W及中毒消除標(biāo)志。然后進(jìn)入步驟208。
在步驟208中，判斷是否設(shè)定了釋放標(biāo)志。當(dāng)未設(shè)定SOx釋放標(biāo)志時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)。與之相反，當(dāng)設(shè)定SOx釋放標(biāo)志時(shí)，進(jìn)入步驟209，進(jìn)行排氣凈化催化劑11的升溫控制。即把燃料噴射閥3的燃料噴射模式變?yōu)閳D7(II)～(IV)中所示的任意一種噴射模式。若將燃料噴射模式變換為圖7的(II)～(IV)中的任意一種，則排氣溫度上升，從而使排氣凈化催化劑11的溫度亦上升。繼而進(jìn)入步驟210。
在步驟210中，判斷由溫度傳感器20檢測(cè)的排氣凈化催化劑11的溫度TC是否已達(dá)到SOx釋放溫度TX以上。當(dāng)TC＜TX時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)。與之相反，當(dāng)TC≥TX時(shí)，進(jìn)入步驟211，計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為14左右的濃空燃比所需的還原劑的供應(yīng)量。繼而在步驟212中計(jì)算出還原劑的供應(yīng)時(shí)間。該還原劑的供應(yīng)時(shí)間為幾分鐘左右。接著在步驟213中，開始從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。繼而在步驟214中，判斷是否經(jīng)過(guò)了步驟212中計(jì)算出的還原劑供應(yīng)時(shí)間。當(dāng)判斷為尚未經(jīng)過(guò)還原劑的供應(yīng)時(shí)間時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)，此時(shí)繼續(xù)供應(yīng)還原劑將廢氣的空燃比維持在14左右的濃空燃比。與之相反，當(dāng)判斷為經(jīng)過(guò)還原劑的供應(yīng)時(shí)間時(shí)，即，保持在排氣凈化催化劑11上的SOx已釋放完畢時(shí)，進(jìn)入步驟215，停止供應(yīng)還原劑。接著在步驟216中停止排氣凈化催化劑11的升溫作用，繼而進(jìn)入步驟217清除∑W及SOx釋放標(biāo)志。
圖11A、圖11B以及圖12表示另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，作為配置在排氣管21內(nèi)的傳感器22，采用可檢測(cè)排氣中的NOx濃度的NOx濃度傳感器。該NOx濃度傳感器22如圖11B所示，產(chǎn)生與NOx濃度成比例的輸出電壓V。
隨著鉑51的氧中毒的進(jìn)行，NOx的凈化率逐漸下降，其結(jié)果是廢氣的NOx濃度逐漸增加。因此，貴金屬催化劑，例如鉑51的氧中毒量可根據(jù)廢氣中的NOx濃度進(jìn)行推測(cè)。在該實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)廢氣中的NOx濃度推測(cè)出的中毒量超過(guò)預(yù)設(shè)的值時(shí)，即，如圖11A中所示，當(dāng)NOx濃度傳感器22的輸出電壓V超過(guò)設(shè)定值VX時(shí)，可將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
圖12表示該實(shí)施例中的還原劑的供應(yīng)控制程序。
從圖12可知，首先，在步驟300中NOx判斷濃度傳感器22的輸出電壓V是否已超過(guò)設(shè)定值VX。當(dāng)V≤VX時(shí)跳到圖10的步驟208。與之相反，當(dāng)V＞VX時(shí)，進(jìn)入步驟301，計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為13左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著，在步驟302中計(jì)算出還原劑的供應(yīng)時(shí)間。該還原劑的供應(yīng)時(shí)間通常在10秒以下。繼而在步驟303中開始從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。接著，在步驟304中判斷是否經(jīng)過(guò)步驟302中計(jì)算出的還原劑供應(yīng)時(shí)間。當(dāng)尚未經(jīng)過(guò)還原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，跳到圖10的步驟208，此時(shí)繼續(xù)供應(yīng)還原劑，將廢氣的空燃比維持在13左右的濃空燃比。與之相反，當(dāng)已經(jīng)過(guò)原劑的供應(yīng)時(shí)間時(shí)，即鉑51的氧中毒已被消除時(shí)，進(jìn)入步驟305，停止供應(yīng)還原劑，然后進(jìn)入圖10的步驟208。
而在該實(shí)施例中，雖然在使用圖8所示的標(biāo)志控制程序的該實(shí)施例中，由于不需要計(jì)算氧中毒量，因而在圖8所示的標(biāo)志控制程序中，只實(shí)施步驟104到步驟106。此外，在該實(shí)施例中如上所述，雖然在圖12所示的程序之后實(shí)施圖10所示的程序，但在圖10所示的程序中的步驟217中，僅清除∑SOX及SOx釋放標(biāo)志。
圖13及圖14表示另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，當(dāng)為了消除貴金屬催化劑，例如鉑51的氧中毒而將廢氣的空燃比設(shè)為濃空燃比時(shí)，判斷鉑51的氧中毒是否已被消除，當(dāng)判斷為鉑51的氧中毒已被消除時(shí)，可將廢氣的空燃比由濃切換為稀。
具體而言，在該實(shí)施例中，作為配置在排氣管21內(nèi)的傳感器22，采用用于檢測(cè)從排氣凈化催化劑11流出的廢氣的空燃比的空燃比傳感器。如圖13所示，若將流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比(A/F)in由稀切換為濃，即，當(dāng)從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑時(shí)，該還原劑、即碳?xì)浠衔锉汇K51上的氧氧化，在氧存在于鉑51上的期間內(nèi)，從排氣凈化催化劑11排出的廢氣的空燃比(A/F)out可大致維持在理論空燃比。接著，當(dāng)鉑51上的氧消失時(shí)，由于碳?xì)浠衔锎┻^(guò)排氣凈化催化劑11，因而從排氣凈化催化劑11排出的廢氣的空燃比(A/F)out為濃空燃比。因此當(dāng)流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比(A/F)in由稀切換為濃后，從排氣凈化催化劑11排出的廢氣的空燃比(A/F)out變濃時(shí)，可以判斷出鉑51的氧中毒已被消除。
圖14表示該實(shí)施例中的還原劑的供應(yīng)控制程序。
從圖14可知，首先在步驟400中判斷是否設(shè)定了中毒消除標(biāo)志。當(dāng)尚未設(shè)定中毒消除標(biāo)志時(shí)，跳到圖10的步驟208。與之相反，當(dāng)判斷為設(shè)定了中毒消除標(biāo)志時(shí)，進(jìn)入步驟401，計(jì)算出例如將廢氣的空燃比設(shè)定為13左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著進(jìn)入步驟402，開始從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。然后在步驟403中，判斷由空燃比傳感器22檢測(cè)出的廢氣的空燃比(A/F)out是否為濃空燃比。當(dāng)空燃比(A/F)out并非濃空燃比時(shí)，跳到圖10的步驟208。與之相反，當(dāng)判斷出空燃比(A/F)out為濃空燃比時(shí)，即，鉑51的氧中毒被消除時(shí)，則進(jìn)入步驟404，停止供應(yīng)還原劑，然后進(jìn)入步驟405，清除∑W及中毒消除標(biāo)志。繼而進(jìn)入圖10的步驟208。
下面說(shuō)明取代排氣凈化催化劑11而采用微粒過(guò)濾器的實(shí)施例。
圖15A及圖15B表示此種微粒過(guò)濾器11的結(jié)構(gòu)。圖15A表示微粒過(guò)濾器11的正面圖，圖15B所示的則是該微粒過(guò)濾器11的側(cè)面剖視圖。如圖15A、圖15B所示，微粒過(guò)濾器11具有蜂窩式結(jié)構(gòu)，具有彼此平行延伸的多個(gè)排氣通路60、61。這些排氣通路由下游端被栓塞62關(guān)閉廢氣流入通路60和上游端被栓塞63封閉的廢氣流出通路61構(gòu)成。而在圖15A中，標(biāo)有剖面線的部分表示栓塞63。因此廢氣流入通路60以及廢氣流出通路61通過(guò)薄薄的隔板64彼此交替配置。換言之，廢氣流入通路60及廢氣流出通路61配置為各廢氣流入通路60被4個(gè)廢氣流出通路包圍，各廢氣流出通路61被4個(gè)廢氣流入通路60包圍。
微粒過(guò)濾器11例如可由堇青石之類的多孔質(zhì)材料構(gòu)成，因此流入廢氣流入通路60內(nèi)的廢氣如圖15B中的箭頭所示，通過(guò)四周的隔板64后流出到相鄰的廢氣流出通路61內(nèi)。
在該實(shí)施例中，各廢氣流入通路60和各廢氣流出通路61的周圍壁面，即各個(gè)隔板64的兩側(cè)表面上及隔板64內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)壁面上形成由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體層，在該催化劑載體上載持貴金屬催化劑。而在該實(shí)施例中，作為貴金屬催化劑采用的是鉑Pt。
在該實(shí)施例中，同樣是在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體上載持鉑，可進(jìn)行圖6所示的還原劑的供應(yīng)控制。因而在該實(shí)施例中也可獲得圖4所示的NOx凈化率。
此外，在該實(shí)施例中，包含在廢氣中的微粒被微粒過(guò)濾器11過(guò)濾，該被過(guò)濾的微粒可利用廢氣的熱量依次被燃燒。當(dāng)大量微粒堆積于微粒過(guò)濾器11上時(shí)，可將噴射模式變換為圖7的圖形(II)～(IV)中的任意一種噴射模式，使廢氣溫度上升。這樣可使堆積的微粒著火燃燒。
圖16及圖17分別表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)各不相同的實(shí)施例。
在圖16所示的實(shí)施例中，在排氣凈化催化劑11上游的排氣通路內(nèi)配置與排氣凈化催化劑11相同的排氣凈化催化劑或微粒過(guò)濾器、或具有NOx選擇還原功能而不具有吸收NOx功能的NOx選擇還原催化劑23，在圖17所示的實(shí)施例中，在排氣凈化催化劑11下游的排氣通路內(nèi)配置了微粒過(guò)濾器、或具有選擇性地還原NOx的功能而不具有吸收NOx的功能的NOx選擇還原催化劑23。
若在排氣凈催化劑11上游的排氣通路內(nèi)配置與排氣凈化催化劑11相同的排氣凈化催化劑23，則由于下游側(cè)的排氣凈化催化劑11的溫度低于上游側(cè)的排氣凈化催化劑23，所以當(dāng)因上游側(cè)的排氣凈化催化劑23的溫度升高而使NOx凈化率下降時(shí)，仍可在下游側(cè)的排氣凈化催化劑11中獲得高的NOx凈化率。此外，微粒過(guò)濾器23可以不具備也可以具備貴金屬催化劑及催化劑載體，也可以具備貴金屬催化劑及催化劑載體。此外，作為選擇還原催化劑23可采用Cu-沸石催化劑。但由于Cu-沸石催化劑23的耐熱性低，所以當(dāng)使用Cu-沸石催化劑23時(shí)，如圖17所示，最好將Cu-沸石催化劑23配置在排氣凈化催化劑11的下游側(cè)。而在圖16及圖17所示的實(shí)施例中，也可用與圖6所示的方法相同的方法進(jìn)行還原劑的供應(yīng)控制。
圖18是壓燃式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，在排氣凈化催化劑11下游的排氣通路內(nèi)配置了具有選擇性地還原NOx的功能而不具有吸收NOx的功能的NOx選擇還原催化劑24。作為該NOx選擇還原催化劑24，采用以二氧化鈦為載體，在該載體上載持氧化釩的催化劑V2O5/TiO2(下面稱之為釩·鈦催化劑)或以沸石為載體，在該載體上載持銅的催化劑Cu/ZSM5(下面稱之為銅沸石催化劑)。
此外，在NOx選擇還原催化劑24與排氣凈化催化劑11之間的排氣通路內(nèi)配置了用于供應(yīng)尿素水溶液的尿素供應(yīng)閥25，可利用供應(yīng)泵26將尿素水溶液供應(yīng)給該尿素供應(yīng)閥25。此外，在進(jìn)氣通路內(nèi)配置了進(jìn)氣量檢測(cè)器27，作為配置在排氣管21內(nèi)的傳感器22，采用了NOx濃度傳感器。
當(dāng)廢氣的空燃比處于稀薄時(shí)，當(dāng)從尿素供應(yīng)閥25將尿素水溶液供應(yīng)到廢氣中時(shí)，則廢氣中所含的NO在NOx選擇還原催化化劑24上被尿素CO(NH2)2產(chǎn)生的氨NH3還原(例如)。在此情況下，為通過(guò)還原廢氣中所含的NOx而完全去除廢氣中的NOx，需要有一定量的尿素，下面，將為了通過(guò)還原完全去除廢氣中的NOx所需的尿素量稱為尿素/NOx的當(dāng)量比為1的尿素量。并且，在下文中將尿素/NOx的當(dāng)量比為1簡(jiǎn)稱為當(dāng)量比＝1。
圖19中的實(shí)線與圖4所示的值相同，表示采用排氣凈化催化劑11的NOx凈化率與排氣凈化催化劑11的溫度TC間的關(guān)系，圖19中的虛線則表示相對(duì)于廢氣中的NOx為使尿素量當(dāng)量比＝1而供應(yīng)尿素水溶液時(shí)的NOx凈化率與NOx選擇還原催化劑24的溫度TC之間的關(guān)系。從圖19可知，當(dāng)相對(duì)于廢氣中的NOx量為使尿素量比＝1而供應(yīng)尿素水溶液時(shí)，若NOx選擇還原催化劑24的溫度TC大致在300℃以上，則NOx凈化率大致為100％，NOx凈化率隨著選擇還原催化劑24的溫度TC下降而下降。
在該實(shí)施例中，在圖19中的排氣凈催化劑11的溫度TC低于設(shè)定溫度TL，例如300℃的區(qū)域I內(nèi)，通過(guò)實(shí)施圖8所示的標(biāo)志控制程序以及圖9及圖10所示的還原劑的供應(yīng)控制程序，進(jìn)行還原劑供應(yīng)閥13的還原劑供應(yīng)控制。因此在區(qū)域I內(nèi)可通過(guò)排氣凈化催化劑11獲得高NOx凈化率。而在此情況下，從圖19可知，圖9的步驟201中的TL為300℃。
另一方面，在圖19中，在NOx選擇還原催化劑24的溫度TC高于設(shè)定溫度TN(＜TL)的區(qū)域內(nèi)，可通過(guò)圖20所示的尿素水溶液的供應(yīng)控制程序供應(yīng)尿素水溶液，并以此進(jìn)行采用NOx選擇還原催化劑24的NOx的凈化。
即，從圖20可知，首先在步驟500中判斷NOx選擇還原催化劑24的溫度TC是否高于設(shè)定溫度TN，例如250℃。當(dāng)TC≤TN時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)。與之相反，當(dāng)TC＞TN時(shí)，進(jìn)入步驟501，根據(jù)由濃度傳感器22檢測(cè)的NOx濃度和進(jìn)氣量檢測(cè)器27檢測(cè)出的進(jìn)氣量求出每單位時(shí)間內(nèi)從燃燒室2排出的NOx量，并根據(jù)該NOx量計(jì)算出相對(duì)于NOx量，其當(dāng)量比＝1的每單位時(shí)間內(nèi)的尿素量。接著在步驟502中，根據(jù)計(jì)算出的尿素量計(jì)算出尿素水溶液的供應(yīng)量，繼而在步驟503中由尿素供應(yīng)閥13供應(yīng)在步驟502中計(jì)算出的量的水溶液。因此在區(qū)域II中，可通過(guò)NOx選擇還原催化劑24獲得高的NOx凈化率。
從圖19可知，在區(qū)域I與區(qū)域II重疊的區(qū)域內(nèi)，既具有依靠排氣凈化催化劑11進(jìn)行的NOx凈化作用，又具有依靠NOx選擇還原催化劑24進(jìn)行的NOx凈化作用，因而該區(qū)域內(nèi)的NOx凈化率基本可達(dá)100％。因此，可在寬的溫度范圍內(nèi)獲得高的NOx凈化率。
下面對(duì)可在寬的溫度范圍內(nèi)獲得高的NOx凈化率的另一種實(shí)施例加以說(shuō)明。
如圖21所示，該實(shí)施例在排氣凈化催化劑11的上游配置收容在套管28內(nèi)的NOx吸藏催化劑29。即，在該實(shí)施例中，在排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪7b的出口上連接收容吸藏催化劑29的套管28，套管28的出口經(jīng)由排氣管43與收容排氣凈化催化劑11的套管12相連。
此外，在該實(shí)施例中，除用于檢測(cè)排氣凈化催化劑11的溫度的溫度傳感器20之外，還在吸藏催化劑11上安裝了用于檢測(cè)吸藏催化劑29的溫度的溫度傳感器48，并在連接NOx吸藏催化劑29的出口與排氣凈化催化劑11的入口的排氣管43內(nèi)配置用于檢測(cè)在上述催化劑29、11內(nèi)流動(dòng)的廢氣溫度的溫度傳感器49、而實(shí)際上安裝上述溫度傳感器20、48、49中的至少一個(gè)。
圖21所示的NOx吸藏催化劑29由整體型催化劑構(gòu)成，在該NOx吸藏催化劑29基體上載持例如由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體。圖22圖解性地表示該催化劑載體45表面部分的剖面。如圖22所示，在催化劑載體45的表面上分散載持貴金屬催化劑46，進(jìn)而在催化劑載體45的表面上形成NOx吸收劑47的層。
在該實(shí)施例中，作為貴金屬催化劑46，采用了鉑，而作為構(gòu)成NOx吸收劑47的成分，則可從例如鉀K、鈉Na、銫Cs之類的堿金屬，鋇Ba、鈣Ca之類的堿土類以及鑭La釔Y之類的稀土類中至少選擇一種使用。
將供應(yīng)給內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣通路、燃燒室2以及NOx吸藏催化劑29上游的排氣通路內(nèi)的空氣及燃料(碳?xì)浠衔?之比稱為廢氣的空燃比，則NOx吸收劑47具有當(dāng)廢氣的空燃比稀薄時(shí)吸收NOx而當(dāng)廢氣中的氧濃度下降時(shí)又可將吸收的NOx釋放出來(lái)的NOx吸收與釋放作用。而在未向NOx吸藏催化劑29上游的排氣通路內(nèi)供應(yīng)燃料(碳?xì)浠衔?或空氣的情況下，廢氣的空燃比與供應(yīng)給燃燒室2內(nèi)的混合氣的空燃比一致，因而在此情況下，吸收劑47在供應(yīng)給燃燒室2內(nèi)的混合氣體的空燃比稀薄時(shí)吸收NOx，而當(dāng)供應(yīng)給燃燒室2內(nèi)的混合氣體中的氧濃度下降時(shí)又將吸收的NOx釋放出來(lái)。
即，以采用鋇Ba作為構(gòu)成NOx吸收劑47的成分時(shí)的情形為例加以說(shuō)明，則如下述當(dāng)廢氣的空燃比稀薄時(shí)，即廢氣中的氧濃度高時(shí)，廢氣中所含的NO如圖22所示，在鉑Pt46上被氧化后形成NO2，進(jìn)而被吸收到NOx吸收劑47內(nèi)，與氧化鋇BaO結(jié)合，并以硝酸離子NO3-的形態(tài)向NOx吸收劑47內(nèi)擴(kuò)散。于是，NOx被吸收到NOx吸收劑47內(nèi)。只要廢氣中的氧濃度高即可在鉑Pt46表面生成NO2，只要吸收劑47的NOx吸收能力未飽和，NO2即可被吸收到NOx吸收劑47內(nèi)而生成硝酸離子NO3-。
與之相反，當(dāng)通過(guò)將燃燒室2內(nèi)的空燃比設(shè)定為濃空燃比或理論空燃比，或從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑，將廢氣的空燃比設(shè)為濃空燃比或理論空燃比時(shí)，由于廢氣中的氧濃度降低，因而反應(yīng)朝逆向進(jìn)行()，于是，NOx吸收劑47內(nèi)的硝酸離子NO3-以NO2的形態(tài)從NOx吸收劑47中釋放出來(lái)。進(jìn)而所釋放出的NOx被廢氣中所含的未燃HC、CO還原。
如上所述，當(dāng)廢氣的空燃比稀薄時(shí)，即在稀空燃比狀態(tài)下進(jìn)行燃燒時(shí)，廢氣中的NOx被NOx吸收劑47吸收。但是如果在稀空燃比狀態(tài)下持續(xù)燃燒，則其間NOx吸收劑47的NOx吸收能力飽和，從而無(wú)法通過(guò)吸收劑47吸收NOx。因此在該實(shí)施例中如圖23所示，通過(guò)在吸收劑47的吸收能力飽和之前由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑，暫時(shí)使廢氣的空燃比為濃空燃比，以此從吸收劑47中釋放NOx。
不過(guò)鉑Pt46本來(lái)就具有低溫活性。然而NOx吸收劑47的堿性相當(dāng)強(qiáng)，因此鉑Pt46的低溫活性，即氧化性被削弱。其結(jié)果是NOx吸藏催化劑11的溫度TC降低時(shí)，則NO的氧化作用減弱，NOx凈化率下降。圖24的實(shí)線與圖4所示的值相同，表示采用排氣凈化催化劑11時(shí)的NOx凈化率和排氣凈化催化劑11的溫度TC之間的關(guān)系，圖24中的虛線表示采用NOx吸藏催化劑29時(shí)的NOx凈化率與NOx吸藏催化劑29的溫度TC之間的關(guān)系。從圖24可知，在該實(shí)施例中，若NOx吸藏催化劑29的溫度TC大致低于250℃，則其NOx凈化率急劇下降。
此外，廢氣中也含有SO2，該SO2在鉑Pt46上被氧化后形成SO3。進(jìn)而該SO3被吸收到NOx吸收劑47內(nèi)，與氧化鋇BaO結(jié)合，并以硫酸離子SO42-的形態(tài)向NOx吸收劑47內(nèi)擴(kuò)散，生成穩(wěn)定的硫酸鹽BaSO4。然而由于NOx吸收劑47具有強(qiáng)堿性，因而該硫酸鹽BaSO4非常穩(wěn)定，很難分解，僅僅靠使廢氣的空燃比變濃并不能分解硫酸鹽BaSO4，而是原樣保留下來(lái)。因此在吸收劑47內(nèi)，隨著時(shí)間的推移硫酸鹽BaSO4增多，隨著時(shí)間推移NOx吸收劑47可吸收的NOx量下降。
不過(guò)，當(dāng)在使NOx吸藏催化劑29的溫度升高到600℃以上的狀態(tài)下，使廢氣的空燃比變濃時(shí)，則可將SOx從NOx吸收劑47中釋放出來(lái)。因此，在該實(shí)施例中，設(shè)定為當(dāng)NOx吸收劑47中吸收的SOx量增大時(shí)。使NOx吸藏催化劑29的溫度升高到600℃以上并使廢氣的空燃比變濃。
從以上的說(shuō)明可知，在該實(shí)施例中使用表面存在堿基點(diǎn)的載體50的同時(shí)，在載體50的表面上不形成可在稀空燃比狀態(tài)下吸收NOx的NOx吸收劑層，而是在分散載持貴金屬催化劑51的排氣凈化催化劑11與載體45的表面上形成可在稀空燃比狀態(tài)下吸收NOx的NOx吸收劑47層，并且與分散載持貴金屬催化劑46的NOx吸藏催化劑29串連配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)，當(dāng)主要靠排氣凈化催化劑11凈化廢氣中的NOx時(shí)，在排氣凈化催化劑11的載體50的表面載持的貴金屬催化劑51的整個(gè)表面氧中毒之前，暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑11中的廢氣的空燃比由稀切換為濃，當(dāng)主要靠NOx吸藏催化劑29凈化廢氣中的NOx時(shí)，在NOx吸藏催化劑29的NOx吸收能力飽和之前，暫時(shí)將流入吸藏催化劑29的廢氣的空燃比由稀切換為濃。
而在此情況下，如圖24所示，當(dāng)排氣凈化催化劑11的溫度處在低于設(shè)定溫度TS的第1溫度區(qū)域內(nèi)時(shí)，主要靠排氣凈化催化劑11凈化廢氣中的NOx，當(dāng)NOx吸藏催化劑29的溫度處在高于第1溫度區(qū)域的高溫側(cè)，即處在高于設(shè)定溫度TS的第2溫度區(qū)域內(nèi)時(shí)，廢氣中的NOx主要靠NOx吸藏催化劑29凈化。在圖24所示的例子中，該設(shè)定溫度TS基本在250℃左右。
此外，作為圖24中的催化劑溫度TC，使用了代表排氣凈化催化劑11的溫度及NOx吸藏催化劑29的溫度的代表溫度，可使用溫度傳感器48檢測(cè)出的NOx吸藏催化劑29的溫度或溫度傳感器20檢測(cè)出的排氣凈化催化劑11的溫度或溫度傳感器49檢測(cè)出的廢氣溫度。在此情況下，當(dāng)代表溫度TC低于預(yù)設(shè)的設(shè)定溫度TS，例如250℃時(shí)，則判斷為排氣凈化催化劑11的溫度處于第1溫度區(qū)域，當(dāng)代表溫度TC高于預(yù)設(shè)的設(shè)定溫度TS，例如250℃時(shí)，則判斷為吸藏催化劑29的溫度處于第2溫度區(qū)域。
下面就NOx以及SOx的處理加以說(shuō)明。
在該實(shí)施例中，當(dāng)主要在排氣凈化催化劑11中凈化NOx時(shí)，同樣可用圖5C所示的映像計(jì)算出排氣凈化催化劑11的貴金屬催化劑、例如鉑Pt51的氧中毒量，當(dāng)計(jì)算出的氧中毒量超過(guò)預(yù)定的允許值時(shí)，將廢氣的空燃比由稀切換為濃，由此消除鉑Pt51的氧中毒。
圖25表示氧中毒的消除控制以及SOx的釋放控制的時(shí)間曲線圖。該圖25中所示的控制本質(zhì)上與圖6所示的控制相同。即如圖25所示，每當(dāng)氧中毒量W的積分值∑W超過(guò)允許值WX時(shí)，則由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑，暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比(A/F)由稀切換為濃。此時(shí)，鉑Pt51的氧中毒已被消除，催化劑載體50上吸附或保持的NOx從催化劑載體50中釋放還原。
此外，還計(jì)算出保持在排氣凈催化劑11上的SOx量的積分值∑SOX1，該SOx量的積分值∑SOX1一超出允許值SX1，即進(jìn)行排氣凈化催化劑11的SOx釋放作用。即，首先通過(guò)圖7(II)～(IV)所示的方法使排氣凈化催化劑11的溫度TC上升，達(dá)到SOx釋放溫度TX1。如上所述，該SOx釋放溫度TX1當(dāng)未在催化劑載體50中添加添加劑52時(shí)大致為500℃左右，當(dāng)在催化劑載體50中添加了添加劑52時(shí)，根據(jù)添加劑52的添加量，溫度大約在500℃～550℃之間。
排氣凈化催化劑11的溫度TC達(dá)到SOx釋放溫度TX1時(shí)，則將流入排氣凈化催化劑11的廢氣的空燃比由稀切換為濃，開始從排氣凈化催化劑11中釋放SOx。在釋放SOx的期間內(nèi)，排氣凈化催化劑11的溫度TC保持在SOx釋放溫度TX1以上，廢氣的空燃比維持在濃空燃比。接著，SOx的釋放作用一結(jié)束，則停止排氣凈化催化劑11的升溫作用，廢氣的空燃比恢復(fù)稀薄。
此外，在該實(shí)施例中，當(dāng)主要在吸藏催化劑29中進(jìn)行NOx的凈化時(shí)，計(jì)算出NOx吸藏催化劑29的NOx吸收劑47中所吸收的NOx量，當(dāng)計(jì)算出的吸收NOx量超過(guò)預(yù)設(shè)的允許值時(shí)，將廢氣的空燃比由稀切換為濃，由此從NOx吸收劑47釋放出NOx。
每單位時(shí)間內(nèi)由內(nèi)燃機(jī)排出的NOx量是燃料噴射量Q與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，因此每單位時(shí)間內(nèi)被NOx吸收劑47吸收的NOx吸收量NOXA成為燃料噴射量Q與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)。在該實(shí)施例中，預(yù)先通過(guò)試驗(yàn)求出與燃料噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N相對(duì)應(yīng)的每單位時(shí)間內(nèi)的NOx吸收量NOXA，并將該NOx吸收量NOXA作為燃料噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，如圖26A所示以映像的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32中。
此外，圖26B表示NOx吸收劑47的NOx吸收率KN與NOx吸藏催化劑29的溫度TC之間的關(guān)系。該NOx吸收率KN相對(duì)于吸藏催化劑29的溫度TC，具有與圖24的虛線所示的NOx吸收率相同的趨勢(shì)，NOx吸收劑45的實(shí)際的NOx吸收量可用NOXA與KN的乘積表示。
圖27表示NOx以及SOx的釋放控制的時(shí)間曲線圖。如圖27所示，每當(dāng)NOx吸收量NOXA·KN的積分值∑NOX超過(guò)允許值NX時(shí)則從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑，暫時(shí)將流入NOx吸藏催化劑29中的廢氣的空燃比A/F由稀切換為濃。這時(shí)，NOx從NOx吸收劑47中釋放還原。
此外，也已計(jì)算出被吸收到NOx吸收劑47中的SOx量的積分值∑SOX2，當(dāng)該SOx量的積分值∑SOX2超過(guò)允許值SX2時(shí)，則NOx吸收劑47開始實(shí)行SOx釋放作用。即，首先用圖7的(II)～(IV)所示的方法使NOx吸藏催化劑29的溫度TC上升到SOx釋放溫度TX2。該SOx釋放溫度TX2為600℃以上。
當(dāng)NOx吸藏催化劑29的溫度TC達(dá)到SOx釋放溫度TX2時(shí)，則將流入吸藏催化劑29的廢氣的空燃比由稀切換為濃，開始從NOx吸收劑47中釋放SOx，在釋放SOx的期間內(nèi)，NOx吸藏催化劑29的溫度TC保持在SOx釋放溫度TX2以上，廢氣的空燃比維持在濃空燃比，接著，SOx釋放作用一結(jié)束，則停止吸藏催化劑29的升溫作用，使廢氣的空燃比恢復(fù)稀薄。
而圖27中所示的to與圖25所示的to表示同一時(shí)間，因此由NOx吸收劑47釋放NOx時(shí)的濃空燃比間隔以及由NOx吸收劑47釋放SOx時(shí)的濃空燃比時(shí)間，與排氣凈化催化劑11中的消除氧中毒的濃空燃比間隔以及用于釋放SOx的濃空燃比時(shí)間相比，都要長(zhǎng)得多。
圖28表示由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑時(shí)的供應(yīng)控制程序，該程序通過(guò)每隔一定時(shí)間的插入實(shí)施。
從圖28可知，首先在步驟600中判斷代表NOx吸藏催化劑29以及排氣凈化催化劑11的代表溫度TC是否低于設(shè)定溫度TS、例如250℃。當(dāng)TC＜TS時(shí)，進(jìn)入步驟601，根據(jù)圖5(C)中所示的映像計(jì)算出每單位時(shí)間內(nèi)的氧中毒量W。接著在步驟602中通過(guò)將氧中毒量W累加到∑W上，計(jì)算出氧中毒量的積分值∑W。繼而在步驟603中判斷氧中毒量的積分值∑W是否超過(guò)了允許值WX，即鉑51的整個(gè)表面是否即將受到氧中毒。當(dāng)∑W≤WX時(shí)，跳到步驟605。與之相反，當(dāng)∑W＞W(wǎng)X時(shí)，進(jìn)入步驟604進(jìn)行中毒消除處理，然后進(jìn)入步驟605。
在步驟605中，將燃料噴射量Q與常數(shù)k1的乘積k1·Q加到∑SOX1上。該∑SOX1表示保持在排氣凈化催化劑11上的SOx量的積分值。接著在步驟606中判斷SOx量的積分值∑SOX1是否超過(guò)了允許值SX1。當(dāng)∑SOX1≤SX1時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)，當(dāng)∑SOX1＞SX1時(shí)，進(jìn)入步驟607進(jìn)行SOx釋放處理。
另外，當(dāng)在步驟600中判斷為TC≥TS時(shí)，進(jìn)入步驟608，根據(jù)圖26A所示的圖計(jì)算出每單位時(shí)間內(nèi)的NOx吸收量NOXA和圖26B所示的NOx吸收率KN。接著在步驟609中，通過(guò)將實(shí)際的NOx吸收量KN·NOXA累加到∑NOX之上，計(jì)算出NOx吸收量的積分值∑NOX。進(jìn)而在步驟610中判斷NOx吸收量的積分值∑NOX是否已超過(guò)允許值NX。當(dāng)∑NOX≤NX時(shí)，跳到步驟612。與之相反，當(dāng)∑NOX＞NX時(shí)，進(jìn)入步驟611，進(jìn)行NOx釋放處理，然后進(jìn)入步驟612。
在步驟612中，將燃料噴射量Q乘以常數(shù)K2的值K2·Q累加到∑SOX2上。該∑SOX2表示吸收到NOx吸收劑47中的SOx量的積分值。接著在步驟613中判斷SOx量的積分值∑SOX2是否已超過(guò)允許值SX2。當(dāng)∑SOX2≤SX2時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)，當(dāng)∑SOX2＞SX2時(shí)，進(jìn)入步驟614，進(jìn)行SOx釋放處理。
圖29表示圖28的步驟604中進(jìn)行的中毒消除處理程序。
從圖29可知，首先在步驟620中計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為13左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的的供應(yīng)量。接著步驟621中計(jì)算出還原劑的供應(yīng)時(shí)間。該還原劑的供應(yīng)時(shí)間通常在10秒以下。繼而在步驟622中開始由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。接著在步驟623中判斷是否已經(jīng)過(guò)步驟621中計(jì)算出的還原劑供應(yīng)時(shí)間。當(dāng)尚未經(jīng)過(guò)還原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，返回到步驟623。此時(shí)還原劑的供應(yīng)仍在繼續(xù)，廢氣的空燃比維持在13左右的濃空燃比。與之相反，當(dāng)經(jīng)過(guò)原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，即鉑51的氧中毒已被消除時(shí)，進(jìn)入步驟624，停止供應(yīng)還原劑，然后進(jìn)入步驟625，清除∑W。接著進(jìn)入圖28中的步驟605。
圖30表示圖28的步驟607中實(shí)行的SOx釋放處理I的處理程序。
從圖30可知，首先在步驟630中進(jìn)行排氣凈化催化劑11的升溫控制。即，當(dāng)把燃料噴射閥3的燃料噴射模式變?yōu)閳D7的(II)～(IV)中的任意一種時(shí)，廢氣的溫度上升，排氣凈化催化劑11的溫度也隨之上升。接著進(jìn)入步驟631，判斷代表排氣凈化催化劑11的代表溫度TC是否已上升到SOx釋放溫度TX1以上。當(dāng)TC＜TX1時(shí)，返回到步驟631。與之相反，當(dāng)TC≥TX1時(shí)，進(jìn)入步驟632，計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為14左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著在步驟633中計(jì)算出還原劑的供應(yīng)時(shí)間。該還原劑供應(yīng)時(shí)間為幾分鐘左右。進(jìn)而在步驟634中開始由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。接著在步驟635中判斷是否經(jīng)過(guò)步驟633中計(jì)算出的還原劑供應(yīng)時(shí)間。當(dāng)尚未經(jīng)過(guò)還原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，返回到步驟635。此時(shí)還原劑的供應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，廢氣的空燃比維持在14左右的濃空燃比。與之相反，當(dāng)經(jīng)過(guò)還原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，即保持在排氣凈化催化劑11上的SOx已釋放完畢時(shí)，進(jìn)入步驟636，停止供應(yīng)還原劑。進(jìn)而在步驟637中停止排氣凈化催化劑的升溫作用，并進(jìn)入步驟638，清除∑SOX1以及∑W。
圖31表示圖28的步驟611中實(shí)行的NOx釋放處理程序。
從圖31可知，首先在步驟640中計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為13左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著在步驟641中計(jì)算出還原劑的供應(yīng)時(shí)間。該還原劑的供應(yīng)時(shí)間通常在10秒以下。進(jìn)而在步驟642中開始由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。接著在步驟643中判斷是否已經(jīng)過(guò)步驟641中計(jì)算出的還原劑供應(yīng)時(shí)間。當(dāng)尚未經(jīng)過(guò)還原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，返回到步驟643。此時(shí)還原劑的供應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，廢氣的空燃比維持在13左右的濃空燃比。與之相反，當(dāng)已經(jīng)過(guò)還原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，即吸收劑47的NOx釋放作用已結(jié)束時(shí)，進(jìn)入步驟644，停止供應(yīng)還原劑，進(jìn)而進(jìn)入步驟645后清除∑NOX。然后進(jìn)入圖28的步驟612。
圖32表示圖28的步驟614中實(shí)行的SOx釋放處理II的處理程序。
從圖32可知，首先在步驟650中進(jìn)行NOx吸藏催化劑29的升溫控制。即把燃料噴射閥3的燃料噴射模式變更為圖7的(II)～(IV)中的任意一種。當(dāng)將燃料噴射模式變?yōu)閳D7的(II)～(IV)中的任意一種時(shí)，則廢氣溫度上升，NOx吸藏催化劑29的溫度也隨之上升。接著進(jìn)入步驟651，判斷代表NOx吸藏催化劑29的代表溫度TC是否已達(dá)到SOx釋放溫度TX2以上。當(dāng)TC＜TX2時(shí)，返回到步驟651。與之相反，當(dāng)TC≥TX2時(shí)，進(jìn)入步驟653，計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為14左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著在步驟652中計(jì)算出還原劑的供應(yīng)時(shí)間。該還原劑的供應(yīng)時(shí)間為10分鐘左右。接著在步驟654中開始由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。進(jìn)而在步驟655中判斷是否已經(jīng)過(guò)步驟653中計(jì)算出的還原劑供應(yīng)時(shí)間。當(dāng)尚未經(jīng)過(guò)還原劑的供應(yīng)時(shí)間時(shí)，返回到步驟655。此時(shí)，還原劑的供應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，廢氣的空燃比維持在14左右的濃空燃比。與之相反，當(dāng)已經(jīng)過(guò)還原劑供應(yīng)時(shí)間時(shí)，即吸收劑47吸收的SOx已釋放完畢時(shí)，進(jìn)入步驟656，停止供應(yīng)還原劑。接著在步驟657中停止NOx吸藏催化劑29的升溫作用，進(jìn)而進(jìn)入步驟658，清除∑SOX2以及∑NOX。
圖33表示另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，作為配置在排氣管21內(nèi)的傳感器22，采用可檢測(cè)廢氣中的NOx濃度的NOx濃度傳感器。該NOx濃度傳感器22產(chǎn)生與NOx濃度成比例的輸出電壓V。在排氣凈化催化劑11中，隨著鉑Pt51的氧中毒加重，NOx的凈化率逐漸下降，其結(jié)果是廢氣中的NOx濃度逐漸增加。因此，在該實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)廢氣中的NOx濃度推測(cè)出的氧中毒量超過(guò)預(yù)設(shè)的允許值時(shí)，即NOx濃度傳感器22的輸出電壓V超過(guò)設(shè)定值VX1時(shí)，可將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
此外，在NOx吸藏催化劑29中，當(dāng)NOx吸收劑47的NOx吸收量接近飽和時(shí)，則NOx的凈化率逐漸下降，其結(jié)果是廢氣中的NOx濃度逐漸增大。因此，NOx吸收劑47的吸收NOx量可根據(jù)廢氣中的NOx濃度推測(cè)出。在該實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)廢氣中的NOx濃度推測(cè)出的吸收NOx量超過(guò)預(yù)設(shè)的允許值時(shí)，即濃度傳感器22的輸出電壓V超過(guò)設(shè)定值VX2時(shí)，可將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
圖33表示由該實(shí)施例中的還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑時(shí)的控制程序，該程序通過(guò)每隔一定時(shí)間的插入來(lái)實(shí)施。
從圖33可知，首先在步驟700中判斷代表吸藏催化劑29以及排氣凈化催化劑11的代表溫度TC是否低于設(shè)定溫度TS，例如250℃。當(dāng)TC＜TS時(shí)，進(jìn)入步驟701，判斷NOx濃度傳感器22的輸出電壓V是否已超過(guò)設(shè)定值VX1。當(dāng)V≤VX1時(shí)，跳到步驟703。與之相反，當(dāng)V＞VX1時(shí)，則進(jìn)入步驟702，實(shí)行圖29所示的消除中毒的處理程序。然后進(jìn)入步驟703。
在步驟703中，將燃料噴射量Q乘以k1的值k1·Q加到∑SOX1上。該∑SOX1表示保持在排氣凈化催化劑11上的SOx量的積分值。接著在步驟704中判斷SOx量的積分值∑SOX1是否已超過(guò)允許值SX1當(dāng)∑SOX1≤SX1時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)，當(dāng)∑SOX1＞SX1時(shí)，進(jìn)入步驟705，實(shí)行圖30中所示的SOx釋放處理I。
此外，當(dāng)在步驟700中判斷為TC≥TS時(shí)，前時(shí)到步驟706，判斷NOx濃度傳感器22的輸出電壓V是否已超過(guò)設(shè)定值VX2。當(dāng)V≤VX2時(shí)，跳到步驟708。與之相反，當(dāng)V＞VX2時(shí)，進(jìn)入步驟707，實(shí)行圖31中所示的NOx釋放處理。然后進(jìn)入步驟708。
在步驟708中，將燃料噴射量Q乘以常數(shù)k2的值k2·Q加到∑SOX2上。該∑SOX2表示吸收到NOx吸收劑47中的SOx量的積分值。接著在步驟709中判斷SOx量的積分值∑SOX2是否已超過(guò)允許值SX2。當(dāng)∑SOX2≤SX2時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)，當(dāng)∑SOX2＞SX2時(shí)，進(jìn)入步驟710，實(shí)行圖32中所示的SOx釋放處理II。
圖34以及圖35表示另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，作為配置在排氣管21內(nèi)的傳感器22，采用用于檢測(cè)廢氣的空燃比的空燃比傳感器，如圖13所示，流入排氣凈化催化劑11中的廢氣的空燃比(A/F)in由稀切換為濃后，當(dāng)從排氣凈化催化劑11中流出的廢氣的空燃比(A/F)out處于濃空燃比時(shí)，則判斷鉑Pt51的氧中毒已被消除，此時(shí)可將廢氣的空燃比由濃空燃比切換為稀薄。
此外，在該實(shí)施例中，當(dāng)為了從吸藏催化劑29的NOx吸收劑47中釋放出NOx而將廢氣的空燃比設(shè)于濃空燃比時(shí)，可根據(jù)空燃比傳感器22的輸出變化判斷NOx吸收劑47的NOx釋放作用是否已結(jié)束，當(dāng)判斷為NOx吸收劑47的NOx釋放作用已結(jié)束時(shí)，可將廢氣的空燃比由高切換為低。
具體而言，此時(shí)也如圖13所示，當(dāng)將流入NOx吸藏催化劑29的廢氣的空燃比(A/F)in由稀切換為濃時(shí)，即當(dāng)從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑時(shí)，則該還原劑，即碳?xì)浠衔锉挥糜趯Ox吸收劑47釋放出的NOx還原，在NOx吸收劑47釋放NOx的期間內(nèi)，從NOx吸藏催化劑29中流出的廢氣的空燃比(A/F)out可大致維持在理論空燃比或略稀的空燃比上。接著，一旦NOx吸收劑47不再釋放NOx，則由于碳?xì)浠衔锎┻^(guò)NOx吸藏催化劑29，因而從NOx吸藏催化劑29中流出的廢氣的空燃比(A/F)out變?yōu)闈饪杖急?。因此在將流入NOx吸藏催化劑29的廢氣的空燃比(A/F)in由稀切換為濃之后，當(dāng)從NOx吸藏催化劑29流出的廢氣的空燃比(A/F)out變?yōu)闈饪杖急葧r(shí)即可判斷NOx吸收劑47的NOx釋放作用已結(jié)束。
該實(shí)施例中的還原劑的供應(yīng)控制采用圖28中所示的程序進(jìn)行。但圖28的步驟604中的中毒消除處理使用圖34中所示的程序，圖28中的步驟611中的NOx釋放處理使用圖35中所示的程序。
從圖34中所示的中毒消除處理程序可知，首先在步驟800中計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為13左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著進(jìn)入步驟801，開始從還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。進(jìn)而在步驟802中判斷空燃比傳感器22檢測(cè)的廢氣的空燃比(A/F)out是否處于濃空燃比。當(dāng)空燃比(A/F)out并非濃空燃比時(shí)，返回到步驟802。與之相反，當(dāng)空燃比(A/F)out為濃空燃比，即，鉑51的氧中毒被消除，則進(jìn)入步驟803，停止供應(yīng)還原劑，然后進(jìn)入步驟804清除∑W。進(jìn)而進(jìn)入圖28的步驟605。
此外，從圖35所示的NOx釋放處理程序可知，首先在步驟810中計(jì)算出將廢氣的空燃比設(shè)定為13左右的濃空燃比時(shí)所需的還原劑的供應(yīng)量。接著進(jìn)入步驟811，開始由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑。進(jìn)而在步驟812中判斷空燃比傳感器22檢測(cè)出的廢氣的空燃比(A/F)out是否為濃空燃比。當(dāng)(A/F)out并非處于濃空燃比時(shí)，返回到步驟812。與之相反，當(dāng)空燃比(A/F)out為濃空燃比，即，NOx吸收劑47的NOx釋放作用結(jié)束，則進(jìn)入步驟813，停止供應(yīng)還原劑，然后進(jìn)入步驟814清除∑NOX。接著進(jìn)入圖28的步驟612。
圖36以及圖37表示另一實(shí)施方式。
如圖36所示，該實(shí)施例也與圖21所示的實(shí)施例相同，在內(nèi)燃機(jī)排氣通路的上游側(cè)配置NOx吸藏催化劑29，在內(nèi)燃機(jī)排氣通路的下游側(cè)配置排氣凈化催化劑11。但在該實(shí)施例中的NOx吸藏催化劑29的上游側(cè)還配置氧化催化劑之類的酸性催化劑70。此外，圖36還表示進(jìn)行使SOx從NOx吸藏催化劑29或排氣凈化催化劑11中釋放出來(lái)的升溫控制時(shí)的廢氣的溫度變化以及各種催化劑70、29、11的堿性強(qiáng)度即堿度。
如上所述，吸藏催化劑29的NOx吸收劑47的堿性相當(dāng)強(qiáng)，而排氣凈化催化劑11的堿性較弱。換言之，NOx吸藏催化劑29的堿度比排氣凈化催化劑11的堿度高得多。在此情況下，如上所述，催化劑的堿度越高其SOx的保持力也隨之增加，SOx的保持力變大時(shí)，即使催化劑的溫度升高，SOx也不容易釋放出來(lái)。即，如圖37所示，SOx的釋放溫度隨著催化劑的堿度增加而升高。
另外，當(dāng)為釋放SOx而進(jìn)行升溫控制時(shí)的廢氣溫度，位于上游側(cè)的催化劑的溫度要比位于下游側(cè)的催化劑高。因此，從釋放SOx的角度而言，最好將堿度高的催化劑配置在上游側(cè)。即，從釋放SOx的角度而言，在升溫控制時(shí)最好設(shè)為催化劑床溫越高催化劑堿度越高。在圖21及圖36所示的例子中，以上述觀點(diǎn)來(lái)看，排氣凈化催化劑11和NOx吸藏催化劑29的排列順序正是根據(jù)其堿性強(qiáng)度而決定的，堿性強(qiáng)的催化劑，即NOx吸藏催化劑29配置在堿性弱的催化劑，即排氣凈化催化劑11的上游側(cè)。
而廢氣的升溫作用以廢氣中的未燃燒HC的氧化反應(yīng)熱最強(qiáng)。因此在圖36所示的例子中，在NOx吸藏催化劑29的上游側(cè)配置酸性催化劑70。
不過(guò)圖21以及圖36中所示的NOx吸藏催化劑29也可由圖15A以及圖15B中所示的微粒過(guò)濾器構(gòu)成。
這樣，在用微粒過(guò)濾器構(gòu)成吸藏催化劑29的情況下，各廢氣流入通路60以及各廢氣流出通路61的周圍壁面，即各個(gè)隔板64的兩側(cè)表面及隔板64內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)壁面上均形成由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體層，如圖22所示，在該催化劑載體45上載持貴金屬催化劑46與NOx吸收劑47。而在此情況下，作為貴金屬催化劑使用了鉑Pt。這樣一來(lái)，即使在由微粒過(guò)濾器構(gòu)成NOx吸藏催化劑29的情況下，廢氣的空燃比稀薄時(shí)，NOx及SOx仍可被NOx吸收劑47吸收，因而在此情況下同樣可進(jìn)行與圖27所示的相對(duì)于NOx吸藏催化劑29的NOx及SOx的釋放控制相同的NOx及SOx的釋放控制。
此外，在用微粒過(guò)濾器構(gòu)成NOx吸藏催化劑29的情況下，廢氣中所含的微粒被微粒過(guò)濾器過(guò)濾，被過(guò)濾的微?？衫脧U氣熱量依次燃燒。若有大量微粒堆積于微粒過(guò)濾器上時(shí)，可將噴射模式切換為圖7的噴射模式(II)～(IV)中的任意一種，或由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑，以此使廢氣的溫度上升，從而使堆積的微粒著火燃燒。
圖38～圖41表示NOx吸藏催化劑29與排氣凈化催化劑11的各種排列示例。
在圖38所示例中，排氣凈化催化劑11配置在NOx吸藏催化劑29的上游側(cè)。在此情況下，即使廢氣的溫度低也可用排氣凈化催化劑11凈化NOx。此外，當(dāng)廢氣處于稀薄時(shí)，廢氣中含有的一部分NO在排氣凈化催化劑11中變換為NO2，該NO2很容易被NOx吸藏催化劑29吸收。另外，為了提高廢氣的空燃比而由還原劑供應(yīng)閥13供應(yīng)還原劑時(shí)，該還原劑可在排氣凈化催化劑11中轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿恿康奶細(xì)浠衔?。因此，可將由NOx吸藏催化劑29的NOx吸收劑47釋放出的NOx高效還原。
另外，在圖38的示例中，也可以用微粒過(guò)濾器構(gòu)成NOx吸藏催化劑29。在此情況下，可利用排氣凈化催化劑11中生成的NO2促進(jìn)堆積在微粒過(guò)濾器上的微粒氧化()。
在圖39所示的例中，在NOx吸藏催化劑29的上游與下游分別配置了排氣凈化催化劑11。在此情況下，可用微粒過(guò)濾器構(gòu)成NOx吸藏催化劑29。
在圖40所示的例中，排氣凈化催化劑11配置在NOx吸藏催化劑29的下游，而在NOx吸藏催化劑29的上游則配置了整體型催化劑71。該整體型催化劑71的上游側(cè)的半部由排氣凈化催化劑11構(gòu)成，而下游側(cè)的半部由NOx吸藏催化劑29構(gòu)成。在該實(shí)施例中也可用微粒過(guò)濾器構(gòu)成NOx吸藏催化劑29。
在圖41所示例中，整體型催化劑72配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)。該整體型催化劑72的中央部分由NOx吸藏催化劑29構(gòu)成，上游部分及下游部分由排氣凈化催化劑11構(gòu)成。在該實(shí)施例中同樣可用微粒過(guò)濾器構(gòu)成NOx吸藏催化劑29。
下面對(duì)將排氣凈化催化劑11等升溫，將廢氣的空燃比設(shè)為濃空燃比時(shí)適用的低溫燃燒方法加以說(shuō)明。
在圖1等所示的壓燃式內(nèi)燃機(jī)中，隨著EGR率(EGR氣體量/(EGR氣體量+進(jìn)氣量))的增加煙霧的產(chǎn)生量也隨之增加，并達(dá)到峰值，若進(jìn)一步提高EGR率，則煙霧的發(fā)生量會(huì)急劇下降。下面參照表示改變EGR氣體的冷卻程度時(shí)的EGR率和煙霧之間的關(guān)系的圖42，對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。而在圖42中，曲線A表示將EGR氣體強(qiáng)力冷卻后使其溫度維持在90℃左右時(shí)的情況，曲線B則表示用小型冷卻裝置冷卻EGR氣體時(shí)的情況，曲線C表示未強(qiáng)制性冷卻EGR氣體時(shí)的情況。
如圖42的曲線A所示，在強(qiáng)力冷卻EGR氣體的情況下，在EGR率稍低于50％的位置上煙霧產(chǎn)生量達(dá)到峰值，在此情況下，若將EGR率提高到55％以上，則幾乎不再產(chǎn)生煙霧。另外，如圖42的曲線B所示，在輕微冷卻EGR氣體的情況下，在EGR率稍高于50％的位置上煙霧發(fā)生量達(dá)到峰值，在此情況下，若將EGR率提高到65％以上，則幾乎不再發(fā)生煙霧。此外，如圖42的曲線C所示，在未強(qiáng)制冷卻EGR氣體的情況下，在EGR率55％左右煙霧發(fā)生量達(dá)到峰值，在此情況下若將EGR率提高到70％以上，則幾乎不再發(fā)生煙霧。
如上所述，若將EGR率設(shè)定為55％以上則不再產(chǎn)生煙霧，其原因在于由于EGR氣體的吸熱作用，燃燒時(shí)的燃料及周圍的氣溫并不太高，即可進(jìn)行低溫燃燒，其結(jié)果是碳?xì)浠衔锊划a(chǎn)生煤煙。
該低溫燃燒與空燃比無(wú)關(guān)，具有可抑制煙霧產(chǎn)生并可減少NOx產(chǎn)生量的特性。即，雖然當(dāng)使空燃比變濃時(shí)燃料過(guò)剩，但由于可將燃燒溫度抑制在低溫，因而過(guò)剩的燃料并不生成煤煙，這樣也就不會(huì)產(chǎn)生煙霧。此外，此時(shí)也僅產(chǎn)生極少量的NOx。另外，即使在平均空燃比稀薄時(shí)，或空燃比為理論空燃比時(shí)，若提高燃燒溫度必然會(huì)生成少量的煤煙，但在低溫燃燒下。由于可將燃燒溫度抑制在低溫，因而完全不產(chǎn)生煙霧，而且也只產(chǎn)生極少量的NOx。
另外，若實(shí)行該低溫燃燒，雖然燃料及周圍的氣體溫度變低，但廢氣的氣溫卻會(huì)上升。下面參照?qǐng)D43A及圖43B就此問(wèn)題加以說(shuō)明。
圖43A的實(shí)線表示進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的燃燒室5內(nèi)的平均氣溫Tg與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，圖43A的虛線則表示進(jìn)行通常燃燒時(shí)的燃燒室5內(nèi)的平均氣溫Tg與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。此外，圖43B的實(shí)線表示進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的燃料及其周圍氣溫Tf與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，圖43B的虛線則表示進(jìn)行通常燃燒時(shí)的燃料及其周圍氣溫Tf與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。
進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，與通常燃燒時(shí)相比，EGR氣體量多，因此如圖43A所示，壓縮上止點(diǎn)之前，即壓縮沖程中，以實(shí)線表示的低溫燃燒時(shí)的平均氣溫Tg高于以虛線表示的通常燃燒時(shí)的平均氣溫Tg。而此時(shí)如圖43B所示，燃料及其周圍的氣溫Tf則與平均氣溫Tg大致相同。
接著，雖然在壓縮上止點(diǎn)附近開始燃燒，但在此情況下進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，如圖43B的實(shí)線所示，由于EGR氣體的吸熱作用，燃料及其周圍氣體的溫度Tf并不太高。與之相反，當(dāng)進(jìn)行通常燃燒時(shí)，由于燃料周圍存在大量氧，所以如圖43B的虛線所示，燃料及其周圍的氣體溫度Tf極高。這樣，在通常燃燒時(shí)燃料及其周圍的氣溫Tf與低溫燃燒時(shí)相比要高出許多，但占大部分的其余氣體的溫度與低溫燃燒時(shí)相比，通常燃燒時(shí)反而低，因此如圖43A所示，壓縮上止點(diǎn)附近的燃燒室2內(nèi)的平均氣溫Tg低溫燃燒時(shí)反而比通常燃燒時(shí)高。其結(jié)果如圖43A所示，燃燒結(jié)束后的燃燒室2內(nèi)已燃?xì)怏w溫度，在低溫燃燒時(shí)比在通常燃燒時(shí)高，因而當(dāng)進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，廢氣的溫度升高。
不過(guò)由于內(nèi)燃機(jī)的要求轉(zhuǎn)矩TQ升高時(shí)，即，燃料噴射量增加時(shí)，燃燒時(shí)的燃料及周圍的氣溫也會(huì)變高，因而很難進(jìn)行低溫燃燒，即，低溫燃燒僅局限于由燃燒所產(chǎn)生的發(fā)熱量較少的內(nèi)燃機(jī)低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)期間。在圖44中，區(qū)域I表示與煤煙的發(fā)生量形成峰值的非活性氣體量相比，燃燒室5的非活性氣體量更多的第1種燃燒，也就是可使之進(jìn)行低溫燃燒的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，區(qū)域II則表示與煤煙的產(chǎn)生量達(dá)到峰值的非活性氣體量相比，燃燒室內(nèi)的非活性氣體量更少的第2燃燒，即只能進(jìn)行通常燃燒的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。
圖45表示在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域II中進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的目標(biāo)空燃比A/F，圖46則表示在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域II中與進(jìn)行低溫燃燒時(shí)的要求轉(zhuǎn)矩TQ相對(duì)應(yīng)的節(jié)氣門9的開度、EGR控制閥的打開程序、EGR率、空燃比、噴射開始時(shí)期θS、噴射結(jié)束時(shí)期θE、噴射量。而圖46中還一并表示在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域II中進(jìn)行的通常燃燒時(shí)的節(jié)氣門8的開度等。
從圖45以及圖46可知，在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域I中進(jìn)行低溫燃燒時(shí)EGR率定為55％以上，空燃比A/F設(shè)定為15.5～18左右的稀空燃比。而如上所述，在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域I中進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，即使將空燃比設(shè)定為濃空燃比也幾乎不產(chǎn)生煙霧。
于是，在進(jìn)行低溫燃燒時(shí)，將空燃比設(shè)為濃空燃比，而且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生煙霧。因此，當(dāng)為了消除氧中毒或釋放SOx而要將廢氣的空燃比設(shè)為濃空燃比時(shí)可進(jìn)行低溫燃燒，在低溫燃燒狀態(tài)下也可將空燃比設(shè)于濃空燃比。
此外如上所述，若進(jìn)行低溫燃燒則廢氣溫度上升。因此為了釋放SOx或?yàn)榱耸苟逊e的微粒著火燃燒而要使廢氣升溫時(shí)也可進(jìn)行低溫燃燒。
如上所述，若采用本發(fā)明，可獲得很高的凈化率。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，通過(guò)配置在排氣通路內(nèi)的排氣凈化催化劑凈化在稀空燃比狀態(tài)下進(jìn)行燃燒時(shí)所產(chǎn)生的NOx，其中作為所述排氣凈化催化劑的催化劑載體，使用載體表面上存在堿基點(diǎn)的載體，在該載體表面上并不形成可吸收NOx的NOx吸收劑層，而是分散載持貴金屬催化劑，在貴金屬催化劑的整個(gè)表面受到氧中毒之前，暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比由稀切換為濃。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中所述催化劑載體由氧化鋁構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中使所述催化劑載體的內(nèi)部含有堿金屬、堿土類金屬或稀土類，以此增加催化劑載體表面上的堿基點(diǎn)量或加強(qiáng)堿基點(diǎn)上的堿性。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中所述貴金屬催化劑由鉑構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中為了持續(xù)消除貴金屬催化劑的氧中毒，反復(fù)將廢氣的空燃比由稀切換為濃，將此時(shí)的濃厚時(shí)間相對(duì)于稀薄時(shí)間的比例設(shè)定為，排氣凈化催化劑的溫度為200℃到250℃時(shí)NOx凈化率達(dá)到90％以上的比例。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中為了持續(xù)消除貴金屬催化劑的氧中毒，反復(fù)將廢氣的空燃比由稀切換為濃，當(dāng)排氣凈化催化劑的溫度在允許溫度以上時(shí)禁止該空燃比的由稀到濃的切換作用。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有用于計(jì)算出貴金屬催化劑的氧中毒量的裝置，當(dāng)計(jì)算出的氧中毒量超過(guò)預(yù)設(shè)的允許值時(shí)，將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有用于推測(cè)貴金屬催化劑的氧中毒量的裝置，當(dāng)推測(cè)出的氧中毒量超過(guò)預(yù)設(shè)的允許值時(shí)，將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有用于檢測(cè)從排氣凈化催化劑流出的廢氣中的NOx濃度的NOx濃度傳感器，當(dāng)由NOx濃度傳感器檢測(cè)出的NOx濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，判斷為貴金屬催化劑的氧中毒量超過(guò)允許值。
10.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有判斷貴金屬催化劑的氧中毒是否已被消除的裝置，當(dāng)判斷為貴金屬催化劑的氧中毒已被消除時(shí)，將廢氣的空燃比由濃切換為稀。
11.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有用于檢測(cè)從排氣凈化催化劑流出的廢氣的空燃比的空燃比傳感器，將流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比由稀切換為濃之后，當(dāng)從排氣凈化催化劑流出的廢氣的空燃比濃厚時(shí)，判斷為貴金屬催化劑的氧中毒已被消除。
12.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中廢氣中含有的NOx以及SOx在排氣凈化催化劑中被貴金屬催化劑氧化之后保持在催化劑載體上。
13.如權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中當(dāng)為了消除貴金屬催化劑的氧中毒而暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑中的廢氣的空燃比由稀切換為濃時(shí)，從催化劑載體上釋放并還原保持在催化劑載體上的NOx。
14.如權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中將催化劑載體表面的堿性強(qiáng)度設(shè)定為能以硫酸離子的形態(tài)將SOx保持在催化劑載體表面上的強(qiáng)度。
15.如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中當(dāng)從催化劑載體表面釋放保持在催化劑載體表面上的SOx時(shí)，使排氣凈化催化劑的溫度上升到SOx釋放溫度之后，將排氣凈化催化劑的溫度維持在SOx釋放溫度并使廢氣的空燃比變濃，該SOx釋放溫度大致為500℃～550℃。
16.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中取代所述排氣凈化催化劑，將微粒過(guò)濾器配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)，將所述催化劑載體涂敷在微粒過(guò)濾器上。
17.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置微粒過(guò)濾器，在微粒過(guò)濾器的上游或下游的排氣通路內(nèi)配置所述排氣凈化催化劑。
18.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)配置具有選擇性地還原NOx的功能，但不具有吸收NOx的功能的NOx選擇還原催化劑，在該NOx選擇還原催化劑的上游或下游的排氣通路內(nèi)配置所述排氣凈化催化劑。
19.如權(quán)利要求18所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中在NOx選擇還原催化劑上游的排氣通路內(nèi)配置排氣凈化催化劑，并且在NOx選擇還原催化劑與排氣凈化催化劑之間的排氣通路內(nèi)配置用于供應(yīng)尿素水溶液的尿素供應(yīng)閥，當(dāng)利用排氣凈化催化劑可獲得高的NOx凈化率時(shí)，反復(fù)將廢氣的空燃比由稀切換為濃，當(dāng)利用NOx選擇還原催化劑可獲得高的NOx凈化率時(shí)，由尿素供應(yīng)閥供應(yīng)尿素水溶液。
20.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中在載體表面上形成可在稀空燃比狀態(tài)下吸收NOx的NOx吸收劑層，并且將分散載持貴金屬催化劑的NOx吸藏催化劑與所述排氣凈化催化劑串聯(lián)配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)，當(dāng)主要通過(guò)排氣凈化催化劑凈化廢氣中的NOx時(shí)，在排氣凈化催化劑的載體表面上所載持的貴金屬催化劑的整個(gè)表面受到氧中毒之前，暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比由稀切換為濃，當(dāng)主要通過(guò)NOx吸藏催化劑凈化廢氣中的NOx時(shí)，在NOx吸藏催化劑的NOx吸藏能力飽和之前，暫時(shí)將流入NOx吸藏催化劑的廢氣的空燃比由稀切換為濃。
21.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中當(dāng)排氣凈化催化劑的溫度處于第1溫度區(qū)域時(shí)，主要通過(guò)排氣凈化催化劑凈化廢氣中的NOx；當(dāng)NOx吸藏催化劑的溫度處于高于該第1溫度區(qū)域的高溫一側(cè)的第2溫度區(qū)域時(shí)，主要通過(guò)NOx吸藏催化劑凈化廢氣中的NOx。
22.如權(quán)利要求21所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中當(dāng)代表排氣凈化催化劑的溫度和NOx吸藏催化劑的溫度的代表溫度低于預(yù)設(shè)的設(shè)定溫度時(shí)，判斷為排氣凈化催化劑的溫度處于第1溫度區(qū)域，同時(shí)，當(dāng)該代表溫度高于預(yù)設(shè)的設(shè)定溫度時(shí)，判斷為NOx吸藏催化劑的溫度處于第2溫度區(qū)域；當(dāng)判斷為排氣凈化催化劑的溫度處于第1溫度區(qū)域時(shí)，在排氣凈化催化劑的載體表面上所載持的貴金屬催化劑的整個(gè)表面氧中毒之前，暫時(shí)將流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比由稀切換為濃，當(dāng)判斷為NOx吸藏催化劑的溫度處于第2溫度區(qū)域時(shí)，在NOx吸藏催化劑的NOx吸藏能力飽和之前，暫時(shí)使流入NOx吸藏催化劑的廢氣的空燃比由稀切換為濃。
23.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中NOx吸藏催化劑的載體表面上載持的NOx吸收劑由堿金屬、堿土類金屬或稀土類構(gòu)成。
24.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中廢氣中含有的NOx和SOx在稀空燃比狀態(tài)下可被NOx吸藏催化劑的載體表面上載持的NOx吸收劑吸收。
25.如權(quán)利要求24所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有用于計(jì)算出NOx吸收劑所吸收的NOx吸收量的裝置，當(dāng)計(jì)算出的NOx吸收量超過(guò)預(yù)設(shè)的允許值時(shí)，將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
26.如權(quán)利要求24所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有用于推測(cè)NOx吸收劑所吸收的NOx吸收量的裝置，當(dāng)推測(cè)出的NOx吸收量超過(guò)預(yù)設(shè)的允許值時(shí)，將廢氣的空燃比由稀切換為濃。
27.如權(quán)利要求24所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中具有用于檢測(cè)從NOx吸藏催化劑流出的廢氣中的NOx濃度的NOx濃度傳感器，當(dāng)由NOx濃度傳感器檢測(cè)的NOx濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，判斷為NOx吸收劑的NOx吸收量超過(guò)允許值。
28.如權(quán)利要求24所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中當(dāng)從NOx吸收劑中釋放NOx吸藏催化劑的NOx吸收劑所吸收的SOx時(shí)，使NOx吸藏催化劑的溫度上升到SOx釋放溫度后，將NOx吸藏催化劑的溫度維持在SOx釋放溫度并且使廢氣的空燃比變濃，該SOx釋放溫度大致在600℃以上。
29.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中根據(jù)催化劑的堿性強(qiáng)度來(lái)決定排氣凈化催化劑和NOx吸藏催化劑的排列順序，將堿性強(qiáng)的催化劑配置在堿性弱的催化劑的上游側(cè)。
30.如權(quán)利要求29所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中將NOx吸藏催化劑配置在排氣凈化催化劑的上游側(cè)。
31.如權(quán)利要求30所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中在NOx吸藏催化劑的上游側(cè)配置酸性催化劑。
32.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中在排氣凈化催化劑的上游側(cè)配置NOx吸藏催化劑。
33.如權(quán)利要求32所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中NOx吸藏催化劑由微粒過(guò)濾器構(gòu)成。
34.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中在排氣凈化催化劑的下游側(cè)配置NOx吸藏催化劑。
35.如權(quán)利要求34所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中NOx吸藏催化劑由微粒過(guò)濾器構(gòu)成。
36.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中分別在NOx吸藏催化劑的上游和下游配置排氣凈化催化劑。
37.如權(quán)利要求36所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中NOx吸藏催化劑由微粒過(guò)濾器構(gòu)成。
38.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中通過(guò)將還原劑供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)，使廢氣的空燃比變濃。
39.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中內(nèi)燃機(jī)，隨著再循環(huán)廢氣量的增加煤煙的產(chǎn)生量也逐漸增加并達(dá)到峰值，若繼續(xù)增加再循環(huán)廢氣量則幾乎不再產(chǎn)生煤煙而構(gòu)成；在再循環(huán)排氣量增加到煤煙產(chǎn)生量達(dá)到峰值以上的量的狀態(tài)下，使燃燒室內(nèi)的空燃比變濃，從而使廢氣的空燃比變濃。
40.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中內(nèi)燃機(jī)，隨著再循環(huán)廢氣量的增加煤煙的產(chǎn)生量也逐漸增加并達(dá)到峰值，若繼續(xù)增加再循環(huán)廢氣量則幾乎不產(chǎn)生煤煙而構(gòu)成；當(dāng)應(yīng)使排氣凈化催化劑的溫度上升時(shí)，使再循環(huán)排氣量超過(guò)煤煙產(chǎn)生量達(dá)到峰值的量。
全文摘要
在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)配置用于在稀空燃比的狀態(tài)下凈化NO
文檔編號(hào)F01N13/02GK1682017SQ03821478
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日
發(fā)明者仲野泰彰, 廣田信也, 田中俊明, 見(jiàn)上晃 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社