專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，本發(fā)明尤其涉及使用NOx包藏和還原催化劑的內(nèi)燃機(jī)廢氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
在已知的使用NOx包藏和還原催化劑的內(nèi)燃機(jī)廢氣凈化裝置中，當(dāng)流入催化劑的廢氣的空燃比高時(shí)，廢氣中的NOx組分被包藏(本發(fā)明中使用的術(shù)語(yǔ)“包藏”為包括“吸收”和“吸附”兩種的概念)，和當(dāng)流入催化劑的廢氣的空燃比變成化學(xué)計(jì)量或低空燃比時(shí)，使用廢氣中的還原組分將包藏的NOx還原和凈化。
在廢氣中存在SOx(硫的氧化物)時(shí)，在其中廢氣的空燃比高的情況下，已知NOx包藏和還原催化劑以與NOx完全相同的方式包藏SOx。
SOx與包藏的NOx組分具有較高的親合性，并且產(chǎn)生很穩(wěn)定的化合物。因此，一旦SOx包藏于NOx包藏和還原催化劑中，簡(jiǎn)單地通過(guò)設(shè)定廢氣的空燃比到低的空燃比，基本上不能從NOx包藏和還原催化劑中脫去包藏的SOx，因此SOx逐漸地在催化劑中累積。
換句話說(shuō)，在通過(guò)還原NOx進(jìn)行包藏和凈化的正常過(guò)程中，包藏于NOx包藏和還原催化劑的SOx基本上沒(méi)有脫去。因此，隨包藏的SOx量的增加，NOx包藏和還原催化劑的NOx包藏容量(可以被NOx包藏和還原催化劑包藏的最大NOx量)根據(jù)包藏的SOx量而降低。因此，隨被NOx包藏和還原催化劑包藏的SOx量的增加，NOx包藏和還原催化劑不再能充分地包藏包含于廢氣的NOx，并發(fā)生所謂的硫中毒現(xiàn)象(SOx中毒)，其中NOx凈化速率明顯降低。
為防止NOx包藏和還原催化劑的SOx中毒，需要中毒恢復(fù)過(guò)程，其中從NOx包藏和還原催化劑脫去包藏的SOx并降低包藏的SOx的量。
然而，如上所述，包藏于NOx包藏和還原催化劑的SOx形成遠(yuǎn)遠(yuǎn)比NOx更穩(wěn)定的化合物，并且基本上不能從NOx包藏和還原催化劑脫去，因此，不能簡(jiǎn)單地通過(guò)設(shè)定流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比為低的空燃比，而從NOx包藏和還原催化劑充分地脫去SOx。
因此，通常如此進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程，使得廢氣被設(shè)定為低的空燃比，同時(shí)將NOx包藏和還原催化劑保持于高溫范圍。
然而，如上所述，很難從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx，和不能在短時(shí)間內(nèi)充分地從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx，甚至通過(guò)將NOx包藏和還原催化劑保持于具有低空燃比的高溫環(huán)境的中毒恢復(fù)過(guò)程也是如此。另一方面，延長(zhǎng)進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程帶來(lái)的問(wèn)題是，增加催化劑經(jīng)受高溫的時(shí)間易于引起催化劑的熱劣化。
另一方面，眾所周知，在中毒恢復(fù)過(guò)程期間，在流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣含有氫的情況下，從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx的速率增加，并且可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)有效地完成中毒恢復(fù)過(guò)程。
通常，除將儲(chǔ)存在外部容器內(nèi)的氫供給到廢氣的方法之外，供給氫到廢氣的方法包括其中通過(guò)水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)從包含于廢氣中的HC，CO或H2O產(chǎn)生氫的方法。
例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的空燃比變成較低的情況下，發(fā)生水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)(CO+H2O→CO2+H2)或水蒸氣重整(HC+H2O→CO2+H2)，并從燃燒時(shí)產(chǎn)生的HC，CO或H2O生成氫。通過(guò)三元催化劑等進(jìn)一步促進(jìn)這些反應(yīng)。例如，在NOx包藏和還原催化劑的上游排氣通道中具有三元催化劑作為起始催化劑的常規(guī)內(nèi)燃機(jī)中，在進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程或還原包藏于NOx包藏和還原催化劑的NOx時(shí)，一旦廢氣的空燃比變低，就在廢氣中產(chǎn)生相對(duì)大量的氫。
除三元催化劑外，在以低空燃比運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，能夠通過(guò)布置于排氣通道以引起水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)或水蒸氣重整的氫生成催化劑，有效地產(chǎn)生氫。
例如，在日本的未審查專利公開(特開)No.2002-47919(′919公開)中，盡管沒(méi)有記載SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，但是其在通過(guò)還原包藏于NOx包藏和還原催化劑的NOx而進(jìn)行凈化的時(shí)候，使用在廢氣中產(chǎn)生的氫組分確定了NOx包藏和還原催化劑的退化。
在通過(guò)還原包藏于NOx包藏和還原催化劑的NOx而進(jìn)行凈化的時(shí)候，因?yàn)檫€原NOx而消耗了廢氣中的氫，因此只要NOx仍然包藏于催化劑中，在NOx包藏和還原催化劑的下游就沒(méi)有氫流出。
因此，當(dāng)氫開始流出并進(jìn)入NOx包藏和還原催化劑的下游廢氣的時(shí)候，包藏于NOx包藏和還原催化劑的全部量的NOx被認(rèn)為已經(jīng)通過(guò)還原而凈化。因此，從通過(guò)還原包藏的NOx而開始凈化到在下游側(cè)檢測(cè)到氫組分的時(shí)間，對(duì)應(yīng)于被NOx包藏和還原催化劑包藏的NOx的量。
根據(jù)所述的′919公開，將用于檢測(cè)廢氣中氫的H2傳感器布置于排氣通道中NOx包藏和還原催化劑的上游和下游，和基于在通過(guò)還原包藏的NOx而進(jìn)行凈化過(guò)程期間，從上游側(cè)H2傳感器檢測(cè)到氫到下游側(cè)H2傳感器檢測(cè)到氫所需要的時(shí)間，確定被NOx包藏和還原催化劑包藏的NOx的量是否降低(NOx包藏和還原催化劑是否退化)。
如上所述，通過(guò)在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，將氫供給到流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣，可以有效地進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程。
然而，為此目的，在進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程期間，需要將足夠量的氫供給到NOx包藏和還原催化劑，其中所述足夠量的氫足以從催化劑脫去包藏于NOx包藏和還原催化劑的全部量的SOx。在廢氣中氫組分濃度低的情況下，為供給足夠量的氫到NOx包藏和還原催化劑，需要長(zhǎng)的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
另外，在中毒恢復(fù)過(guò)程期間，在供給到NOx包藏和還原催化劑的廢氣中的氫組分濃度超過(guò)預(yù)定值的情況下，帶來(lái)的問(wèn)題是額外的SOx與氫反應(yīng)，并產(chǎn)生H2S(硫化氫)。硫化氫不但具有獨(dú)特的臭味而且是有毒的，因此在每次進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程時(shí)產(chǎn)生硫化氫不是所希望的。
為此，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，需要如此設(shè)定供給到NOx包藏再生催化劑的廢氣中氫組分的濃度和中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，一方面使得足夠量的氫可被供給到NOx以脫去和降低包藏于NOx包藏和還原催化劑的SOx，另一方面需要廢氣中氫組分的濃度低于產(chǎn)生硫化氫的值。換句話說(shuō)，考慮到上述事實(shí)，需要將在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間廢氣中氫組分的濃度和恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間控制在適當(dāng)?shù)姆秶?br> 然而，沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)為，需要控制SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間的廢氣中氫組分的濃度和與氫組分濃度相關(guān)的恢復(fù)過(guò)程持續(xù)時(shí)間。盡管′919公開涉及使用H2傳感器檢測(cè)廢氣中的氫組分，但是其完全沒(méi)有考慮在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間有效地使用氫進(jìn)行恢復(fù)過(guò)程，或進(jìn)行氫組分濃度的檢測(cè)和氫組分濃度控制的操作，或恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。
結(jié)果，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在的問(wèn)題是不能有效地進(jìn)行NOx包藏和還原催化劑的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到如上所述的問(wèn)題開發(fā)了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，其中可以使用氫有效地進(jìn)行NOx包藏和還原催化劑的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，包括布置于內(nèi)燃機(jī)排氣通道的NOx包藏和還原催化劑，當(dāng)流入催化劑的廢氣的空燃比高時(shí)其用于吸收和/或吸附或從而包藏廢氣中的NOx，和當(dāng)流入催化劑的廢氣的空燃比是化學(xué)計(jì)量空燃比或低空燃比時(shí)，通過(guò)使用廢氣中的還原組分還原包藏的NOx而進(jìn)行凈化；和布置于NOx包藏和還原催化劑上游排氣通道中的H2傳感器，用于檢測(cè)廢氣中氫組分的濃度；其中如此進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，使得在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間基于由H2傳感器檢測(cè)的NOx還原催化劑上游廢氣中氫組分濃度，控制在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間中的至少一個(gè)，其中在所述SOx中毒恢復(fù)過(guò)程中，流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比被設(shè)置為低空燃比，同時(shí)升高廢氣的溫度，以從NOx包藏和還原催化劑脫去與NOx一起包藏于NOx包藏和還原催化劑的硫氧化物。
即，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)H2傳感器檢測(cè)流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣中的氫組分濃度，和根據(jù)檢測(cè)的氫組分濃度，控制廢氣空燃比和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間中的至少一個(gè)。
發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中氫組分的濃度根據(jù)廢氣的空燃比變化，并在低空燃比范圍內(nèi)，廢氣的空燃比越低(燃料越富足)，氫組分的濃度越高。因此，通過(guò)根據(jù)廢氣中氫組分的濃度改變廢氣的空燃比，可以在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣中氫組分的濃度，其中可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)完成SOx中毒恢復(fù)過(guò)程并且不產(chǎn)生硫化氫。
通過(guò)用H2傳感器檢測(cè)氫組分濃度(即事實(shí)上流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣中氫組分的濃度)，并根據(jù)檢測(cè)的氫組分濃度改變中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，也可以將足夠量的氫供給到NOx包藏和還原催化劑，以脫去和還原包藏于NOx包藏和還原催化劑的全部量的SOx。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，其另外包括布置于NOx包藏和還原催化劑上游和H2傳感器下游排氣通道中的SOx收集器，以在流入SOx收集器的廢氣的空燃比是高空燃比的情況下，包藏廢氣的SOx，和在流入SOx收集器的廢氣的空燃比是化學(xué)計(jì)量空燃比或低空燃比的情況下，脫去包藏的SOx。
即，在本發(fā)明的該方面中，SOx收集器布置在NOx包藏和還原催化劑的上游，和H2傳感器檢測(cè)流入SOx收集器的廢氣中氫組分的濃度，所述SOx收集器在廢氣的空燃比高時(shí)包藏廢氣的SOx。因此，通過(guò)將SOx收集器布置在NOx包藏和還原催化劑的上游，可以預(yù)先從流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣中除去SOx，和可以大量地降低NOx包藏和還原催化劑包藏的SOx量。
然而，在通過(guò)布置在NOx包藏和還原催化劑上游的SOx收集器除去廢氣中SOx的情況下，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間通過(guò)SOx收集器的高溫廢氣具有低空燃比時(shí)，脫去包藏于SOx收集器的SOx，和SOx以相對(duì)高的濃度流入位于SOx收集器下游的NOx包藏和還原催化劑。
如上所述，在含有相對(duì)高濃度SOx的廢氣流入NOx包藏和還原催化劑的情況下，廢氣中的部分SOx可以包藏于NOx包藏和還原催化劑中，甚至當(dāng)廢氣變?yōu)楦蛔銜r(shí)也是如此，從而導(dǎo)致NOx包藏和還原催化劑的SOx中毒。
仍然在這種情況下，在廢氣中存在具有高還原能力的氫時(shí)，一方面促進(jìn)SOx從SOx收集器脫去，并且還防止在氫存在下從SOx收集器脫去的SOx再次被布置在下游的NOx包藏和還原催化劑包藏。
還是在這種情況下，如根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明中，需要的氫濃度和中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間具有最佳范圍，因此，可以通過(guò)根據(jù)由H2傳感器檢測(cè)的氫組分濃度，控制廢氣的空燃比和中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間中的至少一個(gè)，而有效地進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，控制流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比，使得由H2傳感器檢測(cè)的廢氣中的氫組分濃度低于由NOx包藏和還原催化劑生成硫化氫時(shí)的氫組分濃度。
即，在本發(fā)明的該方面中，控制廢氣的空燃比，使得由H2傳感器檢測(cè)的廢氣中氫組分的濃度成為不產(chǎn)生硫化氫的濃度范圍。結(jié)果，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間防止硫化氫的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，以如此方式控制流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比，使得由H2傳感器檢測(cè)的廢氣中氫組分的濃度為0.1％～2.0％。
即，在本發(fā)明的該方面中，以如此方式控制廢氣的空燃比，使得廢氣中氫組分的濃度為0.1％～2.0％。2.0％的氫組分濃度是在對(duì)NOx包藏和還原催化劑進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，不產(chǎn)生硫化氫的常規(guī)的上限值，和0.1％的氫組分濃度是等于可以進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的廢氣空燃比上限的值(即，化學(xué)計(jì)量空燃比)。結(jié)果，根據(jù)權(quán)利要求4的本發(fā)明，可以進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，同時(shí)積極地防止硫化氫的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間以如此方式控制廢氣的空燃比，使得流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣中氫組分的濃度在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程開始的時(shí)候較高，并隨后逐漸地降低。
即，在本發(fā)明的該方面中，供給到NOx包藏和還原催化劑的廢氣中氫組分的濃度在中毒恢復(fù)過(guò)程開始的時(shí)候較高，并隨后降低。在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，在廢氣為低空燃比或升高溫度的情況下，開始從NOx包藏和還原催化劑和SOx收集器脫去相對(duì)大量的SOx，然后逐漸地降低脫去SOx的量。
為防止脫去的SOx再次被NOx包藏和還原催化劑包藏，和為了有效地從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx，因此需要在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程開始的時(shí)候，將相對(duì)大量的氫供給到NOx包藏和還原催化劑。隨后，脫去的SOx的量降低，因此可以相應(yīng)地減少供給的氫的量。
在本發(fā)明的該方面中，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程開始的時(shí)候，廢氣中氫組分的濃度被設(shè)定在較高水平(在低的廢氣空燃比)，并以如此方式控制廢氣的空燃比，使得隨后逐漸地降低氫組分的濃度(逐漸地增加廢氣的空燃比)。以這種方法，總是將可從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx的足夠量的氫供給到NOx包藏和還原催化劑，同時(shí)防止產(chǎn)生額外的氫(防止廢氣的空燃比低到超過(guò)必需的)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述裝置另外包括布置于NOx包藏和還原催化劑下游排氣通道中的SOx傳感器，以檢測(cè)廢氣中硫氧化物的濃度，其中基于由H2傳感器檢測(cè)的氫組分濃度和由SOx傳感器檢測(cè)的SOx濃度，控制在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)期間流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間中的至少一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在其中由H2傳感器檢測(cè)的氫組分濃度高于或等于第一預(yù)定值和由SOx傳感器檢測(cè)的硫氧化物濃度低于或等于第二預(yù)定值的情況下，結(jié)束SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
即，在本發(fā)明的這些方面中，除在NOx包藏和還原催化劑的上游布置H2傳感器之外，在NOx包藏和還原催化劑的下游布置SOx傳感器。在NOx包藏和還原催化劑的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx，和因此SOx被包含于NOx包藏和還原催化劑下游的廢氣中。另一方面，一旦完成SOx的脫去，NOx包藏和還原催化劑下游的廢氣不再包含SOx。因此，基于布置在NOx包藏和還原催化劑下游的SOx傳感器的輸出，可以確定SOx中毒恢復(fù)過(guò)程完成的時(shí)間(SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間)。
即，如果由下游側(cè)SOx傳感器檢測(cè)的SOx濃度是低的，那么盡管由NOx包藏和還原催化劑上游的H2傳感器檢測(cè)的氫組分濃度高于預(yù)定值以及據(jù)此應(yīng)該從NOx包藏和還原催化劑脫去包藏的SOx，但是待脫去的SOx已經(jīng)不再包藏于NOx包藏和還原催化劑中了。換句話說(shuō)，確定SOx中毒恢復(fù)過(guò)程已經(jīng)完成。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的這些方面，除在NOx包藏和還原催化劑上游布置H2傳感器之外，在NOx包藏和還原催化劑下游布置SOx傳感器，和通過(guò)根據(jù)由它們檢測(cè)的氫組分濃度和SOx濃度，控制廢氣的空燃比和中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，可以有效地進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程。
本發(fā)明具有在NOx包藏和還原催化劑的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程中可以有效地使用氫進(jìn)行中毒恢復(fù)過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是解釋應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī)的本發(fā)明實(shí)施方式的一般構(gòu)造的簡(jiǎn)圖，圖2是顯示廢氣的空燃比和產(chǎn)生的H2量之間關(guān)系的簡(jiǎn)圖，圖3是顯示使用H2傳感器的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的一個(gè)例子的流程圖，圖4是顯示對(duì)于中毒恢復(fù)過(guò)程設(shè)定H2濃度目標(biāo)值的一個(gè)例子的簡(jiǎn)圖，圖5是顯示使用H2傳感器的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的不同于圖3的實(shí)施方式的流程圖，圖6是解釋應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī)的不同于圖1的實(shí)施方式的一般構(gòu)造的簡(jiǎn)圖，圖7是解釋應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī)的不同于圖1和圖6的實(shí)施方式的一般構(gòu)造的簡(jiǎn)圖，和圖8是顯示使用H2傳感器和SOx傳感器的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的一個(gè)例子的流程圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式以下參考附圖解釋本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是解釋表示應(yīng)用到機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī)的本發(fā)明實(shí)施方式的一般構(gòu)造的簡(jiǎn)圖。
在圖1中，附圖標(biāo)記1表示機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)。根據(jù)該實(shí)施方式，發(fā)動(dòng)機(jī)1是具有四個(gè)汽缸#1到#4的四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，所述四個(gè)汽缸分別配備有燃料噴射閥111～114以將燃料噴入各個(gè)汽缸的進(jìn)氣口。根據(jù)該實(shí)施方式，發(fā)動(dòng)機(jī)1是貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其可以在從低到高形式的大范圍空燃比條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，并在大部分的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，以貧燃的空燃比進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
根據(jù)該實(shí)施方式，汽缸#1～#4被分成兩個(gè)汽缸組，其間點(diǎn)火正時(shí)不是連續(xù)的(根據(jù)顯示在圖1中的實(shí)施方式，例如，汽缸#1，#3，#4和#2順序點(diǎn)火，汽缸#1，#4或汽缸#2，#3形成相同的汽缸組)。一方面每個(gè)汽缸的排氣口連接到每個(gè)汽缸組的排氣歧管，并另一方面連接到各個(gè)汽缸組的排氣通道。
在圖1中，附圖標(biāo)記21a表示將包括汽缸#1，#4的汽缸組的排氣口連接到單獨(dú)的排氣通道2a的排氣歧管，附圖標(biāo)記21b表示將包括汽缸#2，#4的汽缸組的排氣口連接到單獨(dú)的排氣通道2b的排氣歧管。根據(jù)該實(shí)施方式，各自由三元催化劑組成的起始催化劑5a，5b分別布置在單獨(dú)的排氣通道2a，2b上。單獨(dú)的排氣通道2a，2b也在起始催化劑下游與總排氣通道2合并。稍后說(shuō)明的具有容納于外殼的NOx包藏和還原催化劑的轉(zhuǎn)化器70布置在總排氣通道2上。
圖1中，附圖標(biāo)記31表示布置在排氣通道2上轉(zhuǎn)化器70的入口附近的H2傳感器，用于檢測(cè)廢氣中氫(H2)組分的濃度。
另外，圖3中的附圖標(biāo)記30表示發(fā)動(dòng)機(jī)1的電子控制單元(ECU)。ECU 30是眾所周知的構(gòu)造的微型計(jì)算機(jī)，其具有RAM，ROM和CPU，根據(jù)該實(shí)施方式執(zhí)行基本控制操作，包括發(fā)動(dòng)機(jī)1的點(diǎn)火正時(shí)控制和燃料噴射控制。
根據(jù)該實(shí)施方式，除上述的基本控制操作之外，ECU 30也進(jìn)行間歇富足(rich spike)操作，其中當(dāng)包藏于NOx包藏和還原催化劑的NOx量增加到預(yù)定量的時(shí)候，增加噴射閥111～114的燃料噴射量，使得發(fā)動(dòng)機(jī)以低空燃比運(yùn)行較短的時(shí)間，從而通過(guò)還原被NOx包藏和還原催化劑7包藏的NOx而進(jìn)行脫去和凈化。
另外，根據(jù)該實(shí)施方式，ECU 30如此以低空燃比操作發(fā)動(dòng)機(jī)，使得包藏于NOx包藏和還原催化劑7的硫氧化物(SOx)的量增加到超過(guò)預(yù)定值的時(shí)候，升高廢氣溫度。以這種方法進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，其中具有低空燃比的高溫廢氣提供給NOx包藏和還原催化劑7，和從NOx包藏和還原催化劑7脫去包藏的SOx。
如以下說(shuō)明的，在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，ECU 30基于由H2傳感器31檢測(cè)的廢氣中氫組分的濃度，控制廢氣的空燃比和處理時(shí)間的長(zhǎng)度。
為進(jìn)行這些控制操作，ECU 30的輸入端口提供有表示發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件的信號(hào)，比如來(lái)自布置于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管(未顯示)中的進(jìn)氣壓力傳感器33的相應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力的信號(hào)，來(lái)自布置于發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄軸(未顯示)附近的轉(zhuǎn)速傳感器35的相應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)，和表示駕駛者設(shè)定的加速踏板角度(加速器開放度)并由布置在發(fā)動(dòng)機(jī)1的加速踏板(未顯示)附近的加速踏板角度傳感器37傳送的信號(hào)。ECU 30也提供有來(lái)自H2傳感器31的在NOx包藏和還原催化劑7入口處的廢氣中的H2濃度。
另一方面，ECU 30的輸出端口通過(guò)燃料噴射電路(未顯示)連接到汽缸的燃料噴射閥111～114，以控制各個(gè)汽缸的燃料噴射量和燃料噴射時(shí)間。
以下說(shuō)明根據(jù)該實(shí)施方式的NOx包藏和還原催化劑7。
根據(jù)該實(shí)施方式的NOx包藏和還原催化劑7使用載體，其由堇青石等制成，形成為蜂房形狀，在載體表面上形成氧化鋁涂層，并且選自堿金屬比如鉀K、鈉Na、鋰Li和銫Cs，堿土金屬族比如鋇Ba和鈣Ca和稀土金屬族比如鑭La、鈰Ce和釔Y的至少一種組分與比如鉑Pt的貴金屬一起負(fù)載于氧化鋁層。在流入催化劑的廢氣具有高空燃比的情況下，NOx包藏和還原催化劑以硝酸根離子NO3-的形式吸附廢氣中的NOx(NO2，NO)，并隨著流入催化劑的廢氣中氧濃度的降低，脫去如此吸附的NOx。
具體地說(shuō)，在以高空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)和流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣是高空燃比的情況下，那么廢氣中的NOx(NO)在鉑Pt上被氧化成例如NO2，和通過(guò)進(jìn)一步氧化產(chǎn)生硝酸根離子。在BaO用作吸附劑的情況下，例如，硝酸根離子吸附到吸附劑中，與氧化鋇BaO化合，以硝酸根離子NO3-的形式擴(kuò)散于吸附劑中。結(jié)果，在貧乏的氣氛中，廢氣中的NOx以在NOx吸附劑中的氮化物形式包藏。
隨廢氣中氧濃度的顯著降低(即，其中廢氣的空燃比變成化學(xué)計(jì)量或低空燃比的情況下)，在鉑Pt上產(chǎn)生的硝酸根離子的量降低，因此反應(yīng)以相反的方向進(jìn)行。如此，吸附劑中的硝酸根離子NO3-以NO2的形式從吸附劑脫去。在這種情況下，在廢氣中用作還原劑的組分比如CO或H2或HC組分(以下稱為還原組分)的存在下，NO2在鉑Pt上被這些組分還原。
如此操作NOx包藏和還原催化劑7，使得在高空燃比中，通過(guò)如上所述的機(jī)理，廢氣中的NOx以硝酸根離子的形式包藏入吸附劑(比如BaO)。因此，隨著吸附劑中硝酸根離子濃度的增加，硝酸根離子較不容易被吸附到吸附劑中，并且廢氣的NOx凈化速率降低。一旦NOx包藏和還原催化劑包藏的NOx的量達(dá)到上限值(當(dāng)因?yàn)槲絼┲邢跛岣x子濃度的增加而達(dá)到飽和濃度的時(shí)候)，完全停止包藏廢氣中的NOx。
根據(jù)該實(shí)施方式，基于表示發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件的參數(shù)比如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或加速踏板角度，ECU 30使用預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)或以其它方式確定的關(guān)系，估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)1每單位時(shí)間產(chǎn)生的NOx量。然后，以預(yù)定時(shí)間間隔，累加發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的預(yù)定比例的NOx量，作為NOx包藏和還原催化劑7包藏的NOx量。該累加值(以下稱為NOx計(jì)數(shù))對(duì)應(yīng)于NOx包藏和還原催化劑7包藏的NOx量。
每次NOx計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，ECU 30進(jìn)一步執(zhí)行間歇富足操作，其中發(fā)動(dòng)機(jī)1以低空燃比短時(shí)間運(yùn)行，和將低空燃比的廢氣提供給NOx包藏和還原催化劑7。因此，從NOx包藏和還原催化劑7脫去包藏的NOx，同時(shí)脫去的NOx通過(guò)使用包含于廢氣的還原組分還原而被凈化。結(jié)果，在NOx包藏和還原催化劑7包藏的NOx量相對(duì)小的條件下，NOx包藏和還原催化劑7總是進(jìn)行NOx的包藏，因此，NOx包藏和還原催化劑7的NOx凈化速率可以保持在高水平。
可以在NOx包藏和還原催化劑下游的排氣通道上布置檢測(cè)廢氣中NOx濃度的NOx傳感器，而不是使用NOx計(jì)數(shù)估計(jì)NOx包藏和還原催化劑7包藏的NOx量，和隨著下游廢氣中NOx濃度增加到預(yù)定值(即隨著包藏于NOx包藏和還原催化劑7的NOx量的增加，NOx包藏和還原催化劑7的NOx凈化容量降低，并確定沒(méi)有被NOx包藏和還原催化劑7包藏的、到達(dá)三元催化劑下游側(cè)的NOx組分增加)，可以進(jìn)行上述的間歇富足操作。
如上所述，通過(guò)進(jìn)行間歇富足操作，包藏于NOx包藏和還原催化劑7的NOx可以相對(duì)容易地從NOx包藏和還原催化劑7脫去。
然而，在SOx包含于廢氣中的情況下，當(dāng)空燃比高時(shí)，SOx通過(guò)與NOx實(shí)際上相同的機(jī)理被NOx包藏和還原催化劑7包藏。
另外，SOx與包藏的NOx組分具有較高的親合性。因此，一旦包藏于NOx包藏和還原催化劑，SOx基本上不能僅通過(guò)間歇富足操作從NOx包藏和還原催化劑脫去，并在催化劑中逐漸地累積SOx。隨著包藏的SOx量的增加，可參與NOx包藏的吸附劑的量相對(duì)降低。因此，包藏的NOx量的上限降低，從而NOx包藏和還原催化劑7的包藏容量降低(即導(dǎo)致SOx中毒)。
因此，在使用NOx包藏和還原催化劑的情況下，通常的做法是每次催化劑中包藏的SOx增加到一定程度的時(shí)候，進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程并從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx。
在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)以低空燃比運(yùn)行，同時(shí)排氣溫度升高，使得NOx包藏和還原催化劑保持在高溫和空燃比低的氣氛中。
具體地說(shuō)，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程中，通過(guò)增加NOx包藏和還原催化劑溫度而生成的硫化物被分解，并從催化劑脫去SOx，所以通過(guò)保持NOx包藏和還原催化劑于低空燃比，防止脫去的SOx再次包藏于NOx包藏和還原催化劑。然而，事實(shí)上如上所述SOx與包藏的NOx組分具有如此強(qiáng)的親合性，使得盡管保持在低空燃比，從NOx包藏和還原催化劑上游側(cè)脫去的SOx在其下游側(cè)也再次被包藏。結(jié)果，在NOx包藏和還原催化劑上游側(cè)包藏的SOx被交替地脫去和包藏，同時(shí)逐漸地向下游移動(dòng)。因此，在完全地從催化劑脫去SOx之前需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。
因此，SOx中毒恢復(fù)過(guò)程需要相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，并且發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗增加，以及NOx包藏和還原催化劑經(jīng)受更長(zhǎng)時(shí)間的高溫，從而催化劑劣化。
眾所周知，通過(guò)供給氫(H2)到NOx包藏和還原催化劑，可以有效地進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。氫H2具有很高的還原強(qiáng)度，因此促進(jìn)SOx從NOx包藏和還原催化劑脫去，同時(shí)防止脫去的SOx再次被NOx包藏和還原催化劑包藏。因此，通過(guò)在中毒恢復(fù)過(guò)程期間供給H2到NOx包藏和還原催化劑，可以在短時(shí)間內(nèi)完全地從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx。
作為供應(yīng)H2到NOx包藏和還原催化劑的方法，如上所述H2從外部源加入到廢氣，或內(nèi)燃機(jī)以低空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)使用三元催化劑或氫生成催化劑。
如圖1所示，根據(jù)該實(shí)施方式，三元催化劑作為起始催化劑5a，5b布置在NOx包藏和還原催化劑7的上游。因此，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)1以低空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)以進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，就通過(guò)起始催化劑5a，5b生成氫。
圖2是顯示廢氣的空燃比和產(chǎn)生的H2量之間關(guān)系的簡(jiǎn)圖。圖2的簡(jiǎn)圖示意地顯示在起始催化劑5a，5b中產(chǎn)生的H2的量。如圖2中實(shí)線1所示，在三元催化劑中產(chǎn)生的H2的量基本上隨空燃比的富足(隨空燃比的降低)線性地增加。盡管量不同，發(fā)動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的H2的量或H2生成催化劑產(chǎn)生的H2的量也隨空燃比的降低基本上線性地增加。
因此，根據(jù)圖1中顯示的實(shí)施方式，通過(guò)改變操作中發(fā)動(dòng)機(jī)1的空燃比，可以改變產(chǎn)生的H2的量(廢氣中氫組分的濃度)。
在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，每單位時(shí)間從NOx包藏和還原催化劑脫去的SOx的量(即，SOx的脫去速率)與廢氣中氫組分的濃度成比例。結(jié)果，如圖2中實(shí)線1所示，SOx的脫去速率也基本上隨空燃比線性地改變。因此，僅僅為了快速地從NOx包藏和還原催化劑脫去SOx的目的，需要廢氣的氫組分濃度更高。
然而，在實(shí)際操作中，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間一旦H2濃度上升到超過(guò)一定水平，就出現(xiàn)脫去的SOx另外與H2反應(yīng)的問(wèn)題并發(fā)生硫化氫H2S的生成。圖2中的虛線2顯示在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，廢氣的空燃比(即H2濃度)和NOx包藏和還原催化劑中產(chǎn)生的H2S的量之間的關(guān)系。如圖2中的虛線2所示，一旦廢氣的H2濃度(廢氣的空燃比)超過(guò)一定的臨界值(由圖2中的HRS表示)，NOx包藏和還原催化劑開始以更大的速率生成H2S，隨后隨H2濃度的增加，生成H2S的量增加。因此，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，必須保持廢氣中的H2濃度在低于H2S生成臨界值HRS的水平。
另一方面，在氫組分濃度過(guò)低的情況下，SOx的脫去速率降低，從而導(dǎo)致中毒恢復(fù)過(guò)程需要更長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題。
具體地說(shuō)，為對(duì)NOx包藏和還原催化劑有效地進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，提供給NOx包藏和還原催化劑的廢氣中氫組分的濃度需要控制在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。
根據(jù)該實(shí)施方式，通過(guò)布置在NOx包藏和還原催化劑7入口的H2傳感器31檢測(cè)廢氣中氫組分的濃度(H2濃度)，和基于檢測(cè)的H2濃度，進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，從而可以對(duì)NOx包藏和還原催化劑有效地進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
根據(jù)該實(shí)施方式，H2傳感器31可使用比如Pd/Ni合金的材料，其僅唯一地對(duì)氫響應(yīng)。
這種類型的H2傳感器被Toyota Microsystems Co.，Ltd.(Tokyo)市場(chǎng)化和例如可以以商標(biāo)名″H2scan″商業(yè)得到。然而，可用于本發(fā)明的H2傳感器不限于這類H2傳感器，具有高響應(yīng)性、能連續(xù)地監(jiān)測(cè)H2濃度的任何類型的傳感器可用于本發(fā)明。
之后解釋根據(jù)該實(shí)施方式控制使用H2傳感器的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的操作。
圖3是顯示使用H2傳感器的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的一個(gè)操作例子的流程圖。該操作由ECU 30以預(yù)定時(shí)間間隔常規(guī)執(zhí)行。
在該操作中，ECU 30以如此方式控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比(廢氣的空燃比)，使得在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，由NOx包藏和還原催化劑7入口處的H2傳感器31檢測(cè)的廢氣中H2濃度HR達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值(HRo)。在由于某種原因H2濃度HR超過(guò)生成H2S的臨界值的情況下，也增加空燃比(向較高的狀態(tài)改變)從而防止H2S的生成。
具體地說(shuō)，一旦開始圖3中顯示的操作，步驟301首先確定是否進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。根據(jù)該實(shí)施方式，通過(guò)類似于上述的NOx計(jì)數(shù)的方法通過(guò)包藏的SOx量的計(jì)算操作(未顯示)，ECU 30累加相應(yīng)于包藏的SOx量的SOx計(jì)數(shù)，和在每次SOx計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定值的時(shí)候，進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。除了使用SOx計(jì)數(shù)，SOx中毒恢復(fù)過(guò)程可以在每次當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)定時(shí)間或車輛行駛預(yù)定距離的規(guī)律時(shí)間間隔進(jìn)行。
步驟301確定是否正在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程沒(méi)有進(jìn)行的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射量FIN在步驟315中被設(shè)為FINC。FINC表示通過(guò)ECU 30燃料噴射量計(jì)算操作(未顯示)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件(加速器開放度，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等)計(jì)算的燃料噴射量。換句話說(shuō)，只要沒(méi)有進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，就將燃料噴射量設(shè)置為正常值。
另一方面，在如步驟301確定的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程正在進(jìn)行的情況下，在下一個(gè)步驟303中，燃料噴射量FIN從FINC增加預(yù)定量的FINS。FINS被預(yù)先設(shè)定為足以增加發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度和使空燃比低的量。換句話說(shuō)，在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，以高的排氣溫度和低的廢氣空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。
接下來(lái)，在步驟305中從H2傳感器31讀出在NOx包藏和還原催化劑7入口處的廢氣的H2濃度HR，隨后是步驟307以確定H2濃度HR是否不低于生成H2S的下限值HRS。在HR≥HRS的情況下，進(jìn)行步驟311，其中在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，燃料的增加值FINS減小預(yù)定的值ΔF。
作為該操作的結(jié)果，在H2S濃度高于生成H2S的臨界值的情況下，每次進(jìn)行該操作燃料噴射量減少預(yù)定的量ΔF，直到H2濃度降低到生成H2S的臨界值以下。
另一方面，在步驟307中HR＜HRS的情況下，進(jìn)行步驟309～313的操作，使得燃料噴射增加量FINS改變?chǔ)，以達(dá)到H2濃度HR的預(yù)定目標(biāo)值HRo。因此，在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比保持在其中不生成H2S的范圍中的目標(biāo)值HRo左右。
根據(jù)該實(shí)施方式，繼續(xù)SOx中毒恢復(fù)過(guò)程預(yù)定時(shí)間，并且當(dāng)預(yù)定時(shí)間終止時(shí)，終止中毒恢復(fù)過(guò)程，隨后進(jìn)行步驟315，其中空燃比被恢復(fù)到正常操作的值。中毒恢復(fù)過(guò)程的目標(biāo)H2濃度值HRo被設(shè)置為在中毒恢復(fù)過(guò)程期間足以脫去包藏于NOx包藏和還原催化劑7的全部量SOx的值。
根據(jù)進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的頻率(在開始中毒恢復(fù)過(guò)程的時(shí)候，NOx包藏和還原催化劑包藏的SOx的量)和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，確定目標(biāo)濃度HRo。然而，在中毒恢復(fù)過(guò)程期間，需要空燃比至少不超過(guò)化學(xué)計(jì)量值(低空燃比)，和H2濃度的上限需要低于生成H2S的臨界H2濃度值。因此，H2濃度的目標(biāo)值HRo設(shè)定為0.1％～2.0％。
這種情況下，0.1％的H2濃度基本上對(duì)應(yīng)于廢氣的空燃比是化學(xué)計(jì)量空燃比的情況，和2.0％對(duì)應(yīng)于NOx包藏和還原催化劑開始生成H2S的H2濃度的下限值。
中毒恢復(fù)過(guò)程中可為預(yù)定值的H2濃度目標(biāo)值HR0，在中毒恢復(fù)過(guò)程開始之后可被保持在較高值預(yù)定時(shí)間，其后逐漸地降低，如圖4所示。
通常，在開始SOx中毒恢復(fù)過(guò)程和高溫與低空燃比廢氣開始被提供給NOx包藏和還原催化劑的情況下，在SOx以硫化物的形式包藏于比如BaO的吸附劑之前，在鉑等表面上吸附的SOx被快速地脫去。因此，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程開始之后立即從NOx包藏和還原催化劑脫去相對(duì)大量的SOx，之后脫去的SOx量逐漸地降低。
因此，通過(guò)在開始SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的時(shí)候，供給相對(duì)大量的H2到NOx包藏和還原催化劑，可以防止在開始時(shí)脫去的相對(duì)大量的SOx再次被NOx包藏和還原催化劑包藏，從而使得可以在短時(shí)間之內(nèi)完成SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
因此，例如，如圖4所示，在中毒恢復(fù)過(guò)程開始時(shí)H2濃度目標(biāo)值HR0被設(shè)定為高的值，隨后隨著時(shí)間的流失逐漸地降低。以這種方法，根據(jù)SOx的脫去情況，可以提供適量的H2給NOx包藏和還原催化劑，沒(méi)有過(guò)量或不足。因此，可以有效地進(jìn)行NOx包藏和還原催化劑的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，同時(shí)防止燃料消耗的增加。
圖5是顯示根據(jù)不同于圖3中顯示的實(shí)施方式的另一種實(shí)施方式的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的流程圖。
圖5中顯示的操作也由ECU 30以預(yù)定時(shí)間間隔常規(guī)進(jìn)行。
在圖3中顯示的處理操作中，SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間被預(yù)先設(shè)定為預(yù)定時(shí)間，和H2濃度的目標(biāo)值HR0被設(shè)定為在特別的預(yù)定時(shí)間之內(nèi)，脫去包藏于NOx包藏和還原催化劑的全部量的SOx。
相反，在圖5中顯示的操作中，H2濃度盡管限于低于生成H2S的臨界值的數(shù)值，但是不控制在目標(biāo)值HRo，而是控制在相應(yīng)于主要操作條件的值。在如上所述的圖5中顯示的操作中，隨操作條件改變的H2濃度由H2傳感器31檢測(cè)，和通過(guò)該H2濃度確定提供給NOx包藏和還原催化劑7的H2的量。然后，繼續(xù)SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，直到供給的全部量的H2達(dá)到足以脫去包藏于NOx包藏和還原催化劑7的全部量SOx的值。
以這種方法，在圖5中顯示的過(guò)程中，通過(guò)由H2傳感器31檢測(cè)的H2濃度控制SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。
一旦開始圖5顯示的過(guò)程，步驟501確定是否標(biāo)志S的數(shù)值被設(shè)置為1。標(biāo)志S用于表示是否需要進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，一旦通過(guò)ECU 30的分離的操作測(cè)定包藏于NOx包藏和還原催化劑7的SOx量已經(jīng)達(dá)到預(yù)定值(例如，在如上所述SOx計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)定值的情況下)，就被設(shè)置為1。當(dāng)通過(guò)該操作確定SOx中毒恢復(fù)過(guò)程完成時(shí)，就在步驟515中將標(biāo)志S的值重置到0。
在步驟501中S≠1的情況下，即在目前不需要進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的情況下，進(jìn)行步驟519，和發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃料噴射量FIN被設(shè)置為通過(guò)由ECU 30進(jìn)行的燃料噴射量計(jì)算操作計(jì)算的值FINC。
另一方面，在步驟501中S＝1的情況下，需要進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，因此進(jìn)行步驟503，其中燃料噴射量增加FINS，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在低空燃比和高溫廢氣的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。步驟503的FINS是類似于在步驟303中的量。
接下來(lái)，在步驟505中，從H2傳感器31讀出在NOx包藏和還原催化劑入口的廢氣的H2濃度HR，和在步驟507中，估算等于H2濃度HR乘以發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量G的值，從而確定估算值THR。進(jìn)氣量G基本上對(duì)應(yīng)于廢氣流速，因此，等于H2濃度HR乘以G的值對(duì)應(yīng)于每單位時(shí)間流入NOx包藏和還原催化劑的H2的量。一旦完成SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，在步驟517中估算值THR重置為零。因此，在步驟507計(jì)算的估算值THR，對(duì)應(yīng)于從開始該段時(shí)間的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的時(shí)刻到目前時(shí)間點(diǎn)，提供給NOx包藏和還原催化劑7的氫組分的全部量。
通過(guò)由ECU 30分離進(jìn)行的計(jì)算操作(未顯示)，基于通過(guò)進(jìn)氣壓力傳感器33檢測(cè)的進(jìn)氣壓力和由轉(zhuǎn)速傳感器35檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算進(jìn)氣量G。
在步驟507計(jì)算估算值THR之后，步驟509確定估算值THR是否達(dá)到預(yù)定值THR0，和如果THR≥THR0，那么標(biāo)志S和估算值THR在步驟515，517中被設(shè)置為零。結(jié)果，在顯示于圖5的隨后操作中，在步驟501之后進(jìn)行步驟519，從而完成SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
判斷值THR0對(duì)應(yīng)于足以脫去和還原NOx包藏和還原催化劑7包藏的全部量SOx的H2的量，和其通過(guò)NOx包藏和還原催化劑7的類型以及進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的次數(shù)(在開始SOx中毒恢復(fù)過(guò)程時(shí)包藏的SOx量)確定。因此，需要使用實(shí)際的NOx包藏和還原催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定判斷值THR0。
在步驟509中THR＜THR0的情況下，SOx中毒恢復(fù)過(guò)程沒(méi)有完成，因此在進(jìn)行步驟511，513之后，終止目前時(shí)間段的操作。
步驟511，513是與圖3中顯示的步驟307，311相同的操作，從而以如此方式控制廢氣的空燃比，使得廢氣的H2濃度不能超過(guò)生成H2S的臨界值。
順便提及，在顯示于圖5的操作中，基于流入NOx包藏和還原催化劑7的氫組分量的累加值，確定SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。可選擇地，預(yù)先確定廢氣中H2濃度和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系，和然后，直接從由H2傳感器檢測(cè)的H2濃度HR確定SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。
接下來(lái)，參考圖6，解釋不同于顯示于圖1中的裝置的根據(jù)本發(fā)明廢氣凈化裝置構(gòu)造的另一個(gè)例子。
圖6是類似于圖1的簡(jiǎn)圖，并顯示應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī)的本發(fā)明的一般構(gòu)造。在圖6中，與圖1中相同的附圖標(biāo)記分別表示類似的組成部件。
圖6中顯示的構(gòu)造與圖1的構(gòu)造的不同之處，僅在于在NOx包藏和還原催化劑7上游和H2傳感器31下游的排氣通道中布置SOx收集器73。
流入SOx收集器的廢氣的空燃比高時(shí)，SOx收集器73包藏廢氣中的SOx，例如，在流入SOx收集器的廢氣的空燃比是低時(shí)，以SO2的形式將包藏的SOx釋放入廢氣中。
SOx收集器73使用氧化鋁載體，和選自堿金屬比如鉀K、鈉Na、鋰Li和銫Cs與堿土金屬族比如鈣Ca的至少一種組分與貴金屬比如鉑Pt、鈀Pd、銠Rh或銥Ir一起負(fù)載于氧化鋁載體。
如果以不穩(wěn)定狀態(tài)在SOx收集器中形成，那么SOx以硫酸根離子SO4-或硫化物的形式容納于SOx收集器73中。
以鉑Pt與鈣Ca負(fù)載于載體的情況作為例子，只要廢氣的空燃比高，廢氣中的SOx(例如SO2)在鉑Pt表面上被氧化，同時(shí)以硫酸根離子SO4-的形式被吸附并擴(kuò)散于氧化鈣CaO中，從而形成鈣的硫化物CaSO4。硫酸鈣是相對(duì)不穩(wěn)定的，因此一旦廢氣的空燃比低和廢氣的氧濃度降低，其易于在高于預(yù)定溫度分解(CaSO4→Ca2++SO42-)，并以SOx(SO2)的形式從SOx收集器釋放硫酸根離子SO42-。
在SOx收集器73布置于NOx包藏和還原催化劑7上游的情況下，在廢氣的空燃比高時(shí)，廢氣中大部分的SOx包藏于SOx收集器73中，和大部分的SOx組分基本上不能到達(dá)NOx包藏和還原催化劑7的下游側(cè)。
結(jié)果，對(duì)NOx包藏和還原催化劑7進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的頻率保持為低的。因此，可以抑制用于供給高溫和低空燃比的廢氣到NOx包藏和還原催化劑7的燃料消耗增加，和可以抑制NOx包藏和還原催化劑7由于高溫的退化。
盡管圖6顯示了NOx包藏和還原催化劑7和SOx收集器73在相同外殼71中彼此鄰近布置的情況。但是，只要它們位于H2傳感器31和NOx包藏和還原催化劑7之間，SOx收集器73就可以布置為與NOx包藏和還原催化劑7容納于不同的外殼中。
如上所述，在NOx包藏和還原催化劑7的上游提供SOx收集器73可抑制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗的增加和催化劑的退化。然而，在這種情況下，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，可能發(fā)生SOx重復(fù)包藏的問(wèn)題。
具體地說(shuō)，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，發(fā)生從SOx收集器73脫去的相對(duì)高濃度的SOx再次包藏于NOx包藏和還原催化劑的問(wèn)題，甚至在NOx包藏和還原催化劑的下游側(cè)空燃比低的情況下也是如此。因此，通過(guò)在再包藏于NOx包藏和還原催化劑和從NOx包藏和還原催化劑中脫去之間交替進(jìn)行，SOx逐漸地通過(guò)NOx包藏和還原催化劑轉(zhuǎn)移到下游，因此SOx中毒恢復(fù)過(guò)程花費(fèi)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間。
因此，在如圖6所示將SOx收集器布置在NOx包藏和還原催化劑的上游的情況下，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，通過(guò)供給氫到NOx包藏和還原催化劑7防止SOx再次被NOx包藏和還原催化劑7包藏。
順便提及，使用顯示于圖6的構(gòu)造，通過(guò)在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間控制發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比或SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，也可以更有效地進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。在圖6的構(gòu)造中，基于H2濃度控制中毒恢復(fù)過(guò)程的操作類似于顯示于圖3構(gòu)造的那些，因此不再解釋。
接下來(lái)，參考圖7解釋根據(jù)本發(fā)明廢氣凈化裝置構(gòu)造的另一個(gè)例子。
圖7是類似于圖1的簡(jiǎn)圖，顯示本發(fā)明應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī)的一般構(gòu)造。圖7中，與圖1中相同的附圖標(biāo)記分別表示與圖1中類似的部件。
圖7中顯示的構(gòu)造與圖1的不同之處僅在于，除H2傳感器31布置在NOx包藏和還原催化劑7的上游之外，能檢測(cè)廢氣中硫氧化物濃度(SOx濃度)的SOx傳感器90布置在NOx包藏和還原催化劑7下游的排氣通道中。
根據(jù)該實(shí)施方式的SOx傳感器90需要能夠連續(xù)地檢測(cè)廢氣的SOx濃度，并具有高的響應(yīng)性。然而，滿足該要求的SOx傳感器目前還不能商業(yè)得到。當(dāng)這種SOx傳感器能夠?qū)嶋H應(yīng)用的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)該實(shí)施方式。
根據(jù)該實(shí)施方式，除通過(guò)在NOx包藏和還原催化劑7上游側(cè)的H2傳感器檢測(cè)廢氣的H2濃度之外，使用通過(guò)布置在NOx包藏和還原催化劑7下游的SOx傳感器90檢測(cè)的SOx濃度來(lái)控制空燃比和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。
具體地說(shuō)，根據(jù)該實(shí)施方式，基于上游側(cè)H2傳感器31的輸出以這樣的方式控制廢氣的空燃比，使得一方面流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的H2濃度保持在預(yù)定范圍，并且在上游側(cè)H2濃度在預(yù)定范圍內(nèi)以及同時(shí)在由下游側(cè)SOx傳感器90檢測(cè)的SOx濃度不超過(guò)預(yù)定值的情況下，確定SOx中毒恢復(fù)過(guò)程完成。
在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，含有H2組分的廢氣供給到NOx包藏和還原催化劑7，使得防止脫去的SOx再次被包藏，并因此與廢氣一起在NOx包藏和還原催化劑7的下游排放。因此，在廢氣中的H2濃度不小于一定水平的情況下和只要繼續(xù)從NOx包藏和還原催化劑7脫去SOx，那么就在NOx包藏和還原催化劑7下游的廢氣中檢測(cè)到SOx。
結(jié)果，在NOx包藏和還原催化劑7下游的SOx傳感器90基本上沒(méi)有檢測(cè)到SOx的情況下，盡管廢氣的H2濃度并沒(méi)小于預(yù)定值，也可以確定包藏于NOx包藏和還原催化劑7的SOx完全地脫去。
根據(jù)該實(shí)施方式，在開始SOx中毒恢復(fù)過(guò)程之后，由NOx包藏和還原催化劑7下游的SOx傳感器檢測(cè)的SOx濃度降低到低于預(yù)定值的情況下，終止SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
以這種方法，可以精確地確定SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的完成，和可以適當(dāng)?shù)赝瓿蒘Ox中毒恢復(fù)過(guò)程。因此，可以抑制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗量的增加和NOx包藏和還原催化劑的退化，否則這些問(wèn)題可能因SOx中毒的進(jìn)行或不必要地延長(zhǎng)SOx中毒恢復(fù)過(guò)程而導(dǎo)致，其中SOx中毒是由于在充分脫去SOx之前終止SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
圖8是用于解釋根據(jù)該實(shí)施方式的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的流程圖。
如圖5中顯示的操作，該操作由ECU 30以預(yù)定時(shí)間間隔常規(guī)進(jìn)行。
在顯示于圖8的操作中，步驟801基于標(biāo)志S的值確定是否需要進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，和在不需要進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程(S≠1)的情況下，在步驟821進(jìn)行正常的燃料噴射。另一方面，在需要進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程(S＝1)的情況下，在步驟803中發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃料噴射量增加FINS。步驟801，803，821的操作分別與顯示于圖5的步驟501，503，519相同。
一旦在步驟803進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程，從NOx包藏和還原催化劑7上游的H2傳感器讀出H2濃度HR(步驟805)，和增加的量FINS增大或減小預(yù)定值ΔF1(步驟809)和預(yù)定值ΔF2(步驟813)，使得H2濃度HR保持在生成H2S的臨界濃度HRS和第一預(yù)定值HR1(步驟807，811)之間的范圍內(nèi)。
在步驟811中保持HR≥HR1的情況下，開始進(jìn)行步驟815，其中從布置在NOx包藏和還原催化劑下游的SOx傳感器90讀出催化劑7下游廢氣的SOx濃度SRo在步驟817中SOx濃度SR減小到不超過(guò)第二預(yù)定值SR2的情況下，即在可以確定完成從NOx包藏和還原催化劑7脫去SOx的情況下，在步驟819中標(biāo)志S的值被重置為零，從而完成本次操作時(shí)間段。
因此，在接下來(lái)的進(jìn)行該操作的時(shí)間段中，在步驟801之后進(jìn)行步驟821，從而完成SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。在步驟817中SR＞SR2的情況下，仍繼續(xù)從NOx包藏和還原催化劑7脫除SOx，因此本次操作時(shí)間段結(jié)束，同時(shí)值S保持為1。因此，在接下來(lái)的操作時(shí)間段中，進(jìn)行步驟803的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程和后面的步驟。
步驟811中的預(yù)定值HR1可以設(shè)定在0.1％(對(duì)應(yīng)于化學(xué)計(jì)量空燃比)和2.0％(生成H2S的臨界值)之間的適當(dāng)值。然而，所述值設(shè)定得越小，SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，而所述值設(shè)定得越大，越接近生成H2S的臨界值。因此，需要由實(shí)際上使用催化劑進(jìn)行的試驗(yàn)確定該值。
另一方面，步驟817中的判斷值SR2對(duì)應(yīng)于脫去的SOx的量，同時(shí)保持在NOx包藏和還原催化劑中的SOx的量沒(méi)有任何實(shí)際問(wèn)題地降低到一定水平。值SR2也需要由實(shí)驗(yàn)確定。
以上參考不布置SOx收集器的情況，解釋了圖7的構(gòu)造。然而，在如圖6所示布置SOx收集器的情況下，通過(guò)在NOx包藏和還原催化劑7下游的排氣通道中提供SOx傳感器，如圖8中一樣的SOx中毒恢復(fù)過(guò)程也當(dāng)然是可以的。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，包括布置于內(nèi)燃機(jī)排氣通道的NOx包藏和還原催化劑，在流入所述催化劑的廢氣的空燃比高時(shí)，所述NOx包藏和還原催化劑用于通過(guò)吸收和/或吸附而包藏廢氣中的NOx，和當(dāng)流入所述催化劑的廢氣的空燃比是化學(xué)計(jì)量空燃比或低的空燃比時(shí)，通過(guò)還原包藏的NOx而進(jìn)行凈化；和布置于所述NOx包藏和還原催化劑上游的排氣通道中的H2傳感器，用于檢測(cè)廢氣中氫組分的濃度；其中，在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程中，升高廢氣的溫度，同時(shí)流入所述NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比保持為低的空燃比，以從所述NOx包藏和還原催化劑脫去與NOx一起被NOx包藏和還原催化劑包藏的硫氧化物，其中，基于由所述H2傳感器檢測(cè)的NOx還原催化劑上游廢氣中的氫組分濃度，控制在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間流入NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，另外包括布置于所述NOx包藏和還原催化劑上游和所述H2傳感器下游的排氣通道中的SOx收集器，其在流入所述SOx收集器的廢氣的空燃比是化學(xué)計(jì)量空燃比的情況下，包藏廢氣中的SOx，和在流入所述SOx收集器的廢氣的空燃比是化學(xué)計(jì)量空燃比或低的空燃比的情況下，脫去包藏的SOx。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，其中在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，以如此方式控制流入所述NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比，使得由所述H2傳感器檢測(cè)的廢氣中的氫組分濃度低于由所述NOx包藏和還原催化劑生成硫化氫時(shí)的氫組分濃度。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，其中在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，以如此方式控制流入所述NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比，使得由所述H2傳感器檢測(cè)的廢氣中的氫組分濃度為0.1％～2.0％。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，其中在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間，以如此方式控制廢氣的空燃比，使得流入所述NOx包藏和還原催化劑的廢氣中的氫組分濃度在SOx中毒恢復(fù)過(guò)程開始的時(shí)候是高的，并隨后逐漸地降低。
6.如權(quán)利要求1或2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，另外包括布置于所述NOx包藏和還原催化劑下游的排氣通道中的SOx傳感器，其用于檢測(cè)廢氣中硫氧化物的濃度，其中基于由所述H2傳感器檢測(cè)的氫組分濃度和由所述SOx傳感器檢測(cè)的SOx濃度，控制在進(jìn)行SOx中毒恢復(fù)過(guò)程期間流入所述NOx包藏和還原催化劑的廢氣的空燃比和SOx中毒恢復(fù)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間中的至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，其中在由所述H2傳感器檢測(cè)的氫組分濃度高于或等于第一預(yù)定值和由所述SOx傳感器檢測(cè)的硫氧化物濃度低于或等于第二預(yù)定值的情況下，終止所述SOx中毒恢復(fù)過(guò)程。
全文摘要
在發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通道2中布置NO
文檔編號(hào)F01N9/00GK101052791SQ20068000108
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者加藤健治, 廣岡重正 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社