專利名稱：壓燃式內(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)明涉及壓燃式內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
技術(shù)背景公知的是在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有NOx吸留催化劑的內(nèi)燃機(jī)，該 NOx吸留催化劑在流入的廢氣的空燃比稀時(shí)吸留廢氣中所含的NOx，在 流入的廢氣的空燃比為理論空燃比或?yàn)闈鈺r(shí)釋放出所吸留的NOx。在該 內(nèi)燃機(jī)中，在基于稀空燃比進(jìn)行燃燒時(shí)，所產(chǎn)生的NOx被NOx吸留催 化劑吸留。另一方面，NOx吸留催化劑的NOx吸留能力近于飽和時(shí)，使 廢氣的空燃比暫時(shí)為濃，由此使NOx從NOx吸留催化劑中釋放并被還 原。燃料和潤滑油內(nèi)含有硫，因此廢氣中含有SOx。該SOx與NOx—起 被NOx吸留催化劑吸留。然而該SOx僅憑使廢氣的空燃比為濃并不會從 NOx吸留催化劑中釋放，因此NOx吸留催化劑中吸留的SOx的量逐漸增 加。其結(jié)果是能夠吸留的NOx量逐漸減少。因此，公知有為了阻止SOx進(jìn)入NOx吸留催化劑而在NOx吸留催 化劑上游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置SOx捕集劑的內(nèi)燃機(jī)(參照特開2004 -92524號公報(bào))。在該內(nèi)燃機(jī)中，廢氣中所含的SOx被SOx捕集劑捕 集，于是可阻止SOx流入NOx吸留催化劑。其結(jié)果是，能夠阻止由SOx 的吸留引起的NOx吸留能力降低。在該內(nèi)燃機(jī)中，在SOx捕集劑的SOx捕集能力飽和之前，SOx就會 從SOx捕集劑中釋放出來。這時(shí)，為了從SOx捕集劑中良好地釋放出 SOx，必須在SOx捕集劑的溫度為SOx釋放溫度時(shí)使廢氣的空燃比為濃。 因此，在該內(nèi)燃機(jī)中，為了使SOx從SOx捕集劑釋放，要在SOx捕集劑 的溫度為SOx釋放溫度時(shí)使廢氣的空燃比為濃。此外，為了使從SOx捕集劑釋放出的SOx不流入NOx吸留催化劑， 該內(nèi)燃機(jī)具備繞過NOx吸留催化劑的旁通排氣通路，當(dāng)從SOx捕集劑釋放出SOx時(shí)，將從SOx捕集劑流出的廢氣導(dǎo)入旁通排氣通路內(nèi)。另一方面，該內(nèi)燃機(jī)中， 一旦SOx捕集劑的SOx捕集量達(dá)到一定量 以上，為了從NOx吸留催化劑釋放NOx而使廢氣的空燃比為濃時(shí)，即 使SOx捕集劑的溫度在SOx釋放溫度以下，SOx也會從SOx捕集劑中釋 放出來，這樣一來SOx就被NOx吸留催化劑吸留。因此在該內(nèi)燃機(jī)中， 當(dāng)SOx捕集劑的SOx捕集量達(dá)到一定量以上時(shí)要禁止使廢氣的空燃比為 濃。這時(shí)，若使用在到了該從NOx吸留催化劑釋放NOx的廢氣空燃比為 濃時(shí)不會釋放SOx這樣的SOx捕集劑，則SOx也不會被NOx吸留催化 劑吸留，而且在到了應(yīng)該從NOx吸留催化劑釋放NOx時(shí)總能使廢氣的 空燃比為濃。然而，只要像該內(nèi)燃機(jī)這樣使SOx捕集劑具有釋放SOx 的功能，那么要在廢氣空燃比為濃時(shí)不釋放出SOx是困難的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供如下的壓燃式內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，即，通過使SOx 捕集劑不具有釋放SOx的功能、而僅具有吸留SOx的功能，即使使廢氣 的空燃比變濃到該從NOx吸留催化劑釋放NO,的程度，SOx也不會從 SOx捕集劑中釋放出來。根據(jù)本發(fā)明，提供如下的壓燃式內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，在內(nèi)燃機(jī) 排氣通路內(nèi)配置有能夠捕集廢氣中所含的SOx的SOx捕集催化劑，并在 SOx捕集催化劑下游的排氣通路內(nèi)，配置有當(dāng)流入的廢氣的空燃比稀時(shí) 吸留廢氣中所含的NOx、當(dāng)流入的廢氣的空燃比為理論空燃比或?yàn)闈鈺r(shí) 釋放所吸留的NOx的NOx吸留催化劑，SOx捕集催化劑與NOx吸留催 化劑相比堿性增強(qiáng)且氧化性減弱至如下程度當(dāng)SOx捕集催化劑的溫度 為約150'C至約400'C時(shí)，基于SOx捕集催化劑的NOx凈化率變?yōu)槠綍r(shí) 基于NOx吸留催化劑的NOx凈化率的約10%以下，在到了應(yīng)該從NOx 吸留催化劑釋放NOx時(shí)，將流入SOx捕集催化劑的廢氣的空燃比暫時(shí)從 稀切換為濃。


圖l是壓燃式內(nèi)燃機(jī)的整體圖。圖2是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的其它實(shí)施例的整體圖。 圖3是表示顆粒過濾器結(jié)構(gòu)的圖。圖4是NOx吸留催化劑的催化劑載體表面部分的剖面圖。 圖5是SOx捕集催化劑的催化劑栽體表面部分的剖面圖。 圖6是表示SOx捕集率的圖。 圖7是用于說明升溫控制的圖。圖8是表示NOx凈化率與SOx釋放量之間的關(guān)系等的圖。 圖9是表示吸留SOx量SSOX與應(yīng)進(jìn)行升溫控制的吸留SOx量SO (n)之間的關(guān)系等的圖。圖io是表示吸留sOx量i:sox等的變化的時(shí)間圖。圖11是用于實(shí)施SOx穩(wěn)定化處理的第1實(shí)施例的流程圖。圖12是用于實(shí)施SOx穩(wěn)定化處理的第2實(shí)施例的流程圖。圖13是表示SOx穩(wěn)定化處理的時(shí)間圖。圖14是表示顆粒過濾器的升溫控制的時(shí)間圖。圖15是表示吸留NOx量NOXA的變換的圖。圖16是用于對NOx吸留催化劑實(shí)施處理的流程圖。符號對照表4…進(jìn)氣歧管5…排氣歧管7…排氣渦輪增壓器U…SOx捕集催化劑12…NOx吸留催化劑14...還原劑供給閥具體實(shí)施方式
圖l是表示壓燃式內(nèi)燃機(jī)的整體圖。參照圖l， l表示內(nèi)燃機(jī)主體，2表示各汽缸的燃燒室，3表示用于 向各燃燒室2內(nèi)分別噴射燃料的電控式燃料噴射閥，4表示進(jìn)氣歧管，5 表示排氣歧管。進(jìn)氣歧管4介由進(jìn)氣導(dǎo)管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的入口與空氣濾清器8相連。進(jìn)氣導(dǎo)管6 中配置有由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的節(jié)流閥9，在進(jìn)氣導(dǎo)管6周圍還配置有用于冷卻流入進(jìn)氣導(dǎo)管6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)冷卻水被導(dǎo)入冷卻裝置10內(nèi)，通過內(nèi)燃機(jī)冷卻水來冷卻吸入空 氣。另一方面，排氣歧管5與排氣渦輪增壓器7的排氣汽輪機(jī)7b的入 口相連，排氣汽輪機(jī)7b的出口與SOx捕集催化劑11的入口相連。此夕卜， SOx捕集催化劑11的出口介由排氣管13與NOx吸留催化劑12相連。 如圖1所示，排氣歧管5的例如第1汽缸的歧管支管5a內(nèi)設(shè)有用于供 給例如含有烴的還原劑的還原劑供給閥14。排氣歧管5和進(jìn)氣歧管4介由廢氣再循環(huán)(以下稱為EGR)通路 15而相互連接，EGR通路15內(nèi)配置有電控式EGR控制閥16。此外， 在EGR通路15周圍配置有用于冷卻流入EGR通路15中的EGR氣體 的冷卻裝置17。在圖1所示的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)冷卻7jC被導(dǎo)入冷卻裝置 17中，通過內(nèi)燃機(jī)冷卻水來冷卻EGR氣體。另一方面，各燃料噴射岡 3介由燃料供給管18與共軌19相連。從電控式排出量可變的燃料泵20 向該共軌19內(nèi)供給燃料，供給至共軌19內(nèi)的燃料介由各燃料供給管18 供給至燃料噴射閥3。電控單元30由數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成，具備通過雙向性總線31而相互連 接的ROM (只讀存儲器)32、 RAM (隨機(jī)存取存儲器)33、 CPU (微 處理器)34、輸入端口 35和輸出端口 36。 SOx捕集催化劑11上安裝有 用于檢測SOx捕集催化劑11的溫度的溫度傳感器21， NOx吸留催化劑 12上安裝有用于檢測NOx吸留催化劑12的溫度的溫度傳感器22，這些 溫度傳感器21 、 22的輸出信號介由各自對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37輸入至輸 入端口 35。NOx吸留催化劑12上還安裝有用于檢測NOx吸留催化劑12 的前后壓力差的差壓傳感器23，該差壓傳感器23的輸出信號介由相應(yīng) 的AD轉(zhuǎn)換器37輸入至輸入端口 35。加速踏板40上連接有與加速踏板40的踩踏量L成比例的產(chǎn)生輸出 電壓的負(fù)載傳感器41。負(fù)栽傳感器41的輸出電壓介由相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換 器37輸入至輸入端口 35。輸入端口 35上還連接有曲軸每旋轉(zhuǎn)例如15。 就產(chǎn)生輸出脈沖的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42。另一方面，輸出端口36介由相 應(yīng)的驅(qū)動電路38與燃料噴射閥3、節(jié)流閥9驅(qū)動用步進(jìn)電機(jī)、還原劑供 給閥14、 EGR控制閥16和燃料泵20相連。圖2中示出壓燃式內(nèi)燃機(jī)的其它實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在排氣管 13內(nèi)配置有用于檢測從SOx捕集催化劑11流出的廢氣中的SOx濃度的 SOx傳感器24。首先對圖1和圖2所示的NOx吸留催化劑12進(jìn)行說明，這些NOx 吸留催化劑12擔(dān)載在三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的整體式載體或顆粒狀載體上，或 者擔(dān)載在形成蜂窩結(jié)構(gòu)的顆粒過濾器上?？梢允筃Ox吸留催化劑12像 這樣擔(dān)栽在各種載體上，但是以下對于將NOx吸留催化劑12擔(dān)載在顆 粒過濾器上的情況進(jìn)行說明。圖3 (A)和(B)示出了擔(dān)載有NOx吸留催化劑12的顆粒過濾器 12a的結(jié)構(gòu)。應(yīng)予說明的是，圖3 (A)表示顆粒過濾器12a的主視圖， 圖3 (B)表示顆粒過濾器12a的側(cè)面剖面圖。如圖3 (A)和(B)所 示，顆粒過濾器12a形成蜂窩結(jié)構(gòu)，具備互相平行并延伸的多個(gè)排氣流 通路60、 61。這些排氣流通路由下游端被檢塞62封閉的廢氣流入通路 60和上游端被栓塞63封閉的廢氣流出通路61構(gòu)成。應(yīng)予說明的是，在 圖3(A)中，標(biāo)記影線的部分表示栓塞63。因此廢氣流入通路60和廢 氣流出通路61隔著薄壁的隔壁64而交替配置。換言之，廢氣流入通路 60和廢氣流出通路61以如下方式配置每個(gè)廢氣流入通路60被4個(gè)廢 氣流出通路61包圍，每個(gè)廢氣流出通路61被4個(gè)廢氣流入通路60包 圍。顆粒過濾器12a例如由堇青石之類的多孔材料形成，因此流入廢氣 流入通路60內(nèi)的廢氣如圖3 (B)中箭頭所示，通過周圍的隔壁64中 后流出至鄰接的廢氣流出通路61內(nèi)。像這樣將NOx吸留催化劑12擔(dān)載在顆粒過濾器12a上時(shí)，在各廢 氣流入通路60和各廢氣流出通路61的周壁面，即各隔壁64的兩側(cè)表 面上和隔壁64內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)壁面上擔(dān)載有例如由氧化鋁形成的催化劑載 體，圖4圖解性地示出了該催化劑載體45表面部分的剖面。如圖4所 示，在催化劑載體45的表面上分散并擔(dān)載有貴金屬催化劑46,在催化 劑載體45的表面上還形成有NOx吸收劑47的層。在釆用本發(fā)明的實(shí)施例中，作為貴金屬催化劑46使用鉑Pt，作為 構(gòu)成NOx吸收劑47的成分使用選自例如鉀K、鈉Na、銫Cs之類的堿金屬；鋇Ba、釣Ca之類的堿土類；鑭La、釔Y之類的稀土類中的至 少一種。如果將供給至內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣通路、燃燒室2和NOx吸留催化劑12上 游的排氣通路內(nèi)的空氣和燃料(烴)的比稱為廢氣的空燃比，則NOx 吸收劑47履行如下的NOx吸放作用當(dāng)廢氣的空燃比稀時(shí)吸收NOx, 當(dāng)廢氣中的氧濃度降低時(shí)釋放所吸收的NOx。即，以使用鋇Ba作為構(gòu)成NOx吸收劑47的成分為例進(jìn)行說明，廢 氣的空燃比稀時(shí)，即廢氣中的氧濃度高時(shí)，如圖4所示，廢氣中所含的 NO在柏Pt 46上被氧化而成為N02，接著被吸收至NOx吸收劑47中， 一邊與氧化鋇BaO結(jié)合一邊以硝酸根離子N03_的形式在NOx吸收劑47 內(nèi)擴(kuò)散。這樣一來，NOx就被吸收在NOx吸收劑47中。只要廢氣中的 氧濃度高，在鉑Pt 46的表面就生成N02，只要NOx吸收劑47的NOx 吸收能力未飽和，]\02就被吸收在NOx吸收劑47中而生成硝酸根離子 跳。與此相對，通過由還原劑供給閥14供給還原劑而使廢氣的空燃比 為濃或理論空燃比時(shí)，由于廢氣中的氧濃度降低，因此反應(yīng)向反方向 (N03——N02)進(jìn)4亍，于是NOx吸收劑47內(nèi)的硝酸才艮離子NO,以N02 的形式從NOx吸收劑47釋放出來。然后釋放的NOx被廢氣中所含的未 燃燒的HC、 CO還原。像這樣廢氣的空燃比稀時(shí)，即基于稀空燃比而進(jìn)行燃燒時(shí)，廢氣中 的NOx被吸收在NOx吸收劑47中。然而，如果基于稀空燃比的燃燒持 續(xù)進(jìn)行，這期間NOx吸收劑47的NOx吸收能力就會飽和，于是變得無 法通過NOx吸收劑47來吸收NOx。因此，在采用本發(fā)明的實(shí)施例中， 通過在NOx吸收劑47的吸收能力飽和之前從還原劑供給閥14供給還原 劑而使廢氣的空燃比暫時(shí)為濃，由此使NOx從NOx吸收劑47中釋放。廢氣中含有SOx、即S02，該S02—流入到NOx吸留催化劑12中， 該S02就在柏Pt46中被氧化成S03。然后該S03—邊被吸收在NOx吸 收劑47中并與氧化鋇BaO結(jié)合， 一邊以硫酸根離子S042 _的形式在NOx 吸收劑47內(nèi)擴(kuò)散，生成硫酸鹽BaS04。如果該硫酸鹽BaS04增多，則 NOx的吸收量減少，于是隨著時(shí)間流逝NOx吸收劑47能夠吸收的NOx量降低。因此在本發(fā)明中，在NOx吸留催化劑12的上游配置SOx捕集催化 劑11，通過該SOx捕集催化劑11捕集廢氣中所含的SOx，由此使SOx 不流入NOx吸留催化劑12中。以下對該SOx捕集催化劑11進(jìn)行說明。該SOx捕集催化劑11例如由蜂窩結(jié)構(gòu)的整體催化劑構(gòu)成，具有沿 SOx捕集催化劑11的軸線方向筆直延伸的多個(gè)廢氣流通孔。像這樣由蜂 窩結(jié)構(gòu)的整體催化劑形成SOx捕集催化劑11時(shí)，在各廢氣流通孔的內(nèi) 周壁面上擔(dān)載有由例如氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體，圖5圖解性地表示該 催化劑載體50表面部分的剖面。如圖5所示，在催化劑載體50的表面 上形成有涂層51，在該涂層51的表面上分散并擔(dān)載有貴金屬催化劑52。在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，使用鉑作為貴金屬催化劑52，作為構(gòu)成 涂層51的成分，可使用選自例如鉀K、鈉Na、銫Cs之類的堿金屬； 鋇Ba、釣Ca之類的堿土類；鑭La、釔Y之類的稀土類中的至少一種。 即，SOx捕集催化劑11的涂層51呈強(qiáng)堿性。廢氣中所含的SOx、即S02，如圖5所示，在鉑Pt 52被氧化，然 后被捕集于涂層51內(nèi)。即，S02以硫酸根離子SO —的形式在涂層51 內(nèi)擴(kuò)散，形成硫酸鹽。另外，如上所述，涂層51呈強(qiáng)堿性，因此如圖5 所示，廢氣中所含的S02的一部分直接被捕集于涂層51內(nèi)。在圖5中，涂層51內(nèi)的濃淡表示被捕集的SOx的濃度。由圖5可 知，涂層51內(nèi)的SOx濃度在涂層51的表面附近最高，隨著深入內(nèi)部逐 漸降低。涂層51表面附近的SOx濃度增高則涂層51表面的堿性變?nèi)酰?SOx捕集能力變?nèi)酢＿@里，將被SOx捕集催化劑11所捕集的SOx在廢 氣中所含的SOx中的比例稱為SOx捕集率，若涂層51表面的堿性變?nèi)酰?則與之相伴SOx捕集率降低。圖6中示出SOx捕集率的時(shí)間性變化。如圖6所示，SOx捕集率在 開始時(shí)接近于100%，隨著時(shí)間流逝SOx捕集率急劇下降。因此在本發(fā) 明中，如圖7所示，在SOx捕集率比預(yù)定的捕集率低時(shí)，在廢氣的空燃 比稀的前提下進(jìn)行使SOx捕集催化劑11的溫度上升的升溫控制，由此 使SOx捕集率恢復(fù)。即，在廢氣的空燃比稀的前提下使SOx捕集催化劑11的溫度上升， 則集中存在于涂層51中的表面附近的SOx向涂層51的內(nèi)部擴(kuò)散，使涂 層51中的SOx濃度變得均勻。即，在涂層51中生成的硝酸鹽從集中于 涂層51表面附近的不穩(wěn)定狀態(tài)變化為遍布涂層51內(nèi)的整體而均勻分散 的穩(wěn)定狀態(tài)。存在于涂層51中的表面附近的SOx向涂層51的內(nèi)部擴(kuò)散 時(shí)，涂層51的表面附近的SOx濃度下降，于是完成SOx捕集催化劑11 的升溫控制時(shí)，如圖7所示，SOx捕集率恢復(fù)。在進(jìn)行SOx捕集催化劑11的升溫控制時(shí)，使SOx捕集催化劑11的 溫度達(dá)到約450。C左右，能夠使存在于涂層51表面附近的SOx擴(kuò)散至涂 層51內(nèi)，使SOx捕集催化劑11的溫度上升至600'C左右，能夠使涂層 51內(nèi)的SOx濃度頗為均勻化。因此，在進(jìn)行SOx捕集催化劑11的升溫 控制時(shí)，優(yōu)選在廢氣的空燃比稀的前提下使SOx捕集催化劑11的溫度 升溫至600。C左右。如上所述，在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，在NOx吸收劑47的吸收能 力飽和之前通過從還原劑供給閥14供給還原劑而使廢氣的空燃比暫時(shí) 為濃，由此使NOx從NOx吸收劑47中釋放。因此這時(shí)流入SOx捕集催 化劑11的廢氣的空燃比暫時(shí)為濃。但這時(shí)如果從SOx捕集催化劑11釋 放SOx，則該SOx會被吸收在NOx吸留催化劑12中。因此在本發(fā)明中， 以使這時(shí)從SOx捕集催化劑11不釋放SOx的方式形成SOx捕集催化劑 11。即，如果增強(qiáng)SOx捕集催化劑11的堿性，則所捕集的NOx難以釋 放，因此為了不釋放SOx，優(yōu)選增強(qiáng)SOx捕集催化劑11的堿性。此夕卜， 所謂SOx釋放的現(xiàn)象是將被氧化而吸收的SOx還原并釋放的現(xiàn)象，因此 要想不釋放SOx就必須使SOx不被還原。這時(shí)，SOx的還原作用通過從 還原劑供給閥14供給的還原劑、即HC而進(jìn)行，因此要想不釋放SOx 就必須減弱由HC還原NOx的功能，即基于NOx的HC氧化功能。SOx的捕集作用通過涂層51進(jìn)行，因此要想不釋放SOx，就必須增 強(qiáng)涂層51的堿性。此外，SOx的還原作用通過貴金屬催化劑46進(jìn)行， 因此要想不釋放SOx，就必須減弱基于貴金屬催化劑46的SOx還原作 用、即HC的氧化作用。這時(shí)，如果增強(qiáng)涂層51的堿性，則基于貴金 屬催化劑46的HC的氧化作用、即氧化性減弱。因此在本發(fā)明中，為了不釋放SOx，不僅增強(qiáng)涂層51的堿性、即 SOx捕集催化劑11的堿性，還減弱氧化性。這時(shí)雖然難以定量地表示將 SOx捕集催化劑11的堿性增強(qiáng)到何種程度、將氧化性減弱到何種程度， 但將堿性增強(qiáng)到何種程度、或?qū)⒀趸詼p弱到何種程度可以用與NOx 吸留催化劑12相比的NOx凈化率、HC氧化率來表示。下面參照圖8 對這一情況進(jìn)行說明。圖8 (A)顯示了本發(fā)明中使用的SOx捕集催化劑11和NOx吸留催化 劑12的NOx凈化率與SOx釋放率之間的關(guān)系。圖8 (B)表示本發(fā)明中使 用的SOx捕集催化劑11和NOx吸留催化劑12的HC氧化率與SOx釋放率 之間的關(guān)系。應(yīng)予說明的是，圖8 (A)和圖8 (B)所示的關(guān)系是SOx捕 集催化劑11的溫度在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度范圍、即從約150。C至約40(TC之 間時(shí)的關(guān)系。由于NOx吸留催化劑12是通過反復(fù)吸留釋放NOx而達(dá)到凈 化NOx的目的，因此理所當(dāng)然地，如圖8 (A)和圖8 (B)所示，NOx凈 化率和HC氧化率高。然而，如圖8 (A)和(B)所示，從NOx吸留催化劑12中釋放出 相當(dāng)大量的SOx。當(dāng)然，釋放該SOx的作用是在使廢氣的空燃比為濃時(shí) 進(jìn)行的。與此相對，在本發(fā)明中，使SOx捕集催化劑11與NOx吸留催 化劑12相比堿性增強(qiáng)、氧化性減弱，直至SOx捕集催化劑的溫度在通 常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度范圍、即從約150'C至約400'C時(shí)，SOx釋放量變?yōu)榱恪?如果像這樣與NOx吸留催化劑12相比使SOx捕集催化劑11的堿性被增 強(qiáng)、氧化性被減弱，則在SOx捕集催化劑11中雖然吸收NOx，但吸收 的NOx幾乎不能釋放，因此如圖8 (A)所示，SOx捕集催化劑11的 NOx凈化率大為降低。這時(shí)，如果使SOx捕集催化劑11的堿性增強(qiáng)、氧化性減弱，直至 在SOx捕集催化劑的溫度在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度范圍、即約150。C至約 400'C時(shí)，SOx釋放率變?yōu)榱?，則使用SOx捕集催化劑ll時(shí)的NOx凈化 率變?yōu)槭褂肗Ox吸留催化劑12時(shí)的NOx凈化率的約10%以下。因此可 以說使SOx捕集催化劑ll與NOx吸留催化劑12相比堿性增強(qiáng)且氧化性 減弱至如下的程度SOx捕集催化劑的溫度在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度范圍、 即約150'C至約400'C時(shí)，基于SOx捕集催化劑11的NOx凈化率變?yōu)榛?于NOx吸留催化劑12的NOx凈化率的約10%以下。另一方面，由圖8(B)可知，如果使SOx捕集催化劑ll的堿性增強(qiáng)、 氧化性減弱，直至在SOx捕集催化劑的溫度在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度范圍、即 約150。C至約400'C時(shí)，SOx釋放率變?yōu)榱悖瑒t使用SOx捕集催化劑11時(shí) 的HC氧化率變?yōu)槭褂肗Ox吸留催化劑12時(shí)的HC氧化率時(shí)的約10 %以 下。因此也可以說使SOx捕集催化劑11與NOx吸留催化劑12相比堿性增 強(qiáng)且氧化性減弱至如下的程度SOx捕集催化劑的溫度在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫 度范圍、即約150'C至約400。C時(shí)，基于SOx捕集催化劑11的HC氧化率 變?yōu)槠綍r(shí)基于NOx吸留催化劑12的HC氧化率的約10%以下。此外，貴金屬催化劑的量越少，HC的氧化作用越弱，因此在采用 本發(fā)明的實(shí)施例中，SOx捕集催化劑11上擔(dān)載的貴金屬催化劑52的量 比NOx吸留催化劑12上擔(dān)載的貴金屬催化劑46的量少。如上所述，在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)SOx捕集率比預(yù)定的捕集 率低時(shí)，在廢氣的空燃比稀的前提下進(jìn)行使SOx捕集催化劑11的溫度 上升的升溫控制，由此使SOx捕集率恢復(fù)。這時(shí)，在采用本發(fā)明的實(shí)施 例中，從還原劑供給閥14供給還原劑，通過該還原劑的氧化反應(yīng)熱使 SOx捕集催化劑11的溫度上升。此外，就本發(fā)明而言，基本上認(rèn)為從購車開始直到車輛廢棄為止無 需更換SOx捕集催化劑11而一直使用。近年來，尤其是使燃料中所含 的硫量減少，因此若將SOx捕集催化劑11的容量增大一定程度，就能 夠在不更換SOx捕集催化劑11的情況下一直使用到車輛廢棄。例如車 輛的耐用行駛距離為50萬km時(shí)，SOx捕集催化劑11的容量可以設(shè)為 直到行駛距離為25萬km左右仍無需進(jìn)行升溫控制而能夠以高SOx捕 集率持續(xù)捕集SOx的容量。這時(shí)，最初的升溫控制在行駛距離為25萬 km左右時(shí)進(jìn)4亍。以下參照圖9至圖11對SOx捕集催化劑11的SOx穩(wěn)定化處理的第 1實(shí)施例進(jìn)行說明。在該第1實(shí)施例中，推定SOx捕集催化劑11所捕集的SOx量，將 SOx捕集催化劑11所捕集的SOx量超過預(yù)定的量時(shí)，判斷為SOx捕集 率低于預(yù)定的捕集率，這時(shí)為了恢復(fù)SOx捕集率，在廢氣的空燃比稀的 前提下進(jìn)行使SOx捕集催化劑11的溫度上升的升溫控制。即，燃料中以一定比例含有硫，因此廢氣中所含的SOx量、即SOx 捕集催化劑11所捕集的SOx量與燃料噴射量成比例。燃料噴射量是所 需扭矩和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)，因此SOx捕集催化劑11所捕集的SOx量 也是所需扭矩和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)。在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，SOx捕 集催化劑11在每單位時(shí)間所捕集的SOx量SOXA作為所需扭矩TQ和 內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)，以如圖9 (A)所示那樣的變換的形式預(yù)先存儲 在ROM32內(nèi)。此外，潤滑油內(nèi)也以一定比例含有硫，因此在燃燒室2內(nèi)燃燒的潤 滑油量、即廢氣中所含的、SOx捕集催化劑11所捕集的SOx量也是所 需扭矩和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)。在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，潤滑油中所含 的、SOx捕集催化劑11在每單位時(shí)間所捕集的SOx量SOXB作為所需 扭矩TQ和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)，以如圖9 (B)所示的變換的形式預(yù) 先存儲;ROM32內(nèi)，通過對SOx量SOXA和SOxf SOXB的和進(jìn)行積分，計(jì)算出sOx捕集催化劑ii所捕集的sox量i:sox。此外，在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)先存儲如圖9 (C)所示的、 SOx量SSOX與應(yīng)對SOx捕集催化劑11進(jìn)行升溫處理時(shí)的預(yù)定的sox 量SO (n)之間的關(guān)系，當(dāng)SOx量i:SOX超過預(yù)定的SO (n) (n-l， 2, 3，…)時(shí)，進(jìn)行SOx捕集催化劑11的升溫處理。應(yīng)予說明的是， 圖9 (C)中的n表示第幾次的升溫處理。由圖9(C)可知，隨著用于 恢復(fù)SOx捕集率的升溫處理的次數(shù)n增大，預(yù)定量SO(n)增大，處理 次數(shù)n越增大則該預(yù)定量SO (n)的增大比例越減少。即，SO (3)相 對于SO (2)的增大比例小于SO (2)相對于SO (1)的增大比例。即，如圖10的時(shí)間圖所示，SOx捕集催化劑11所捕集的SOx量S SOX隨著時(shí)間持續(xù)增大直到容許值MAX為止。應(yīng)予說明的是，在圖 10中，當(dāng)SSOX變?yōu)榈扔贛AX時(shí)是以行駛距離計(jì)為50萬km左右時(shí)。另一方面，在圖10中，SOx濃度表示的是SOx捕集催化劑11表面 附近的SOx濃度。由圖10可知，當(dāng)SOx捕集催化劑ll表面附近的SOx 濃度超過容許值SOZ時(shí)，在廢氣的空燃比A/F為稀的前提下進(jìn)行使SOx 捕集催化劑11的溫度T上升的升溫控制。進(jìn)行升溫控制時(shí)SOx捕集催 化劑11表面附近的SOx濃度減小，但該SOx濃度的減小量隨著每次升 溫控制的進(jìn)行而變小，因此從進(jìn)行升溫控制開始直到下次進(jìn)行升溫控制的時(shí)間間隔每進(jìn)行一次升溫控制就會縮短。此外，如圖IO所示，所捕集的SOx量SSOX達(dá)到SO(l)、SO(2)、… 是指SOx捕集催化劑11表面附近的SOx濃度達(dá)到容許值soz。圖ll表示用于進(jìn)行SOx穩(wěn)定化處理的第1實(shí)施例的程序。參照圖11，首先在步驟100中從圖9 (A)、 (B)分別讀取每單位時(shí) 間所捕集的SOx量SOXA和SOXB。接著在步驟101中將這些SOXA 及SOXB的和加合成SOx量SSOX。然后在步驟102中判斷SOx量S SOX是否達(dá)到圖9 (C)所示的預(yù)定量SO (n) (n = l， 2， 3，…)。當(dāng) SOx量SSOX達(dá)到預(yù)定量SO (n)時(shí)進(jìn)入步驟103,進(jìn)行升溫控制。圖12和圖13示出SOx穩(wěn)定化處理的第2實(shí)施例。在該實(shí)施例中， 如圖2所示，在SOx捕集催化劑11的下游配置有SOx傳感器24，通過 該SOx傳感器24檢測從SOx捕集催化劑11流出的廢氣中的SOx濃度。 即，在該第2實(shí)施例中，如圖13所示，將由SOx傳感器24檢測出的廢 氣中的SOx濃度超過預(yù)定濃度SOY時(shí)，判斷為SOx捕集率低于預(yù)定捕 集率，這時(shí)為了恢復(fù)SOx捕集率，在廢氣的空燃比A/F為稀的前提下進(jìn) 行使SOx捕集催化劑11的溫度T上升的升溫控制。圖12表示用于實(shí)施該第2實(shí)施例的程序。參照圖12，首先在步驟110中讀取SOx傳感器24的輸出信號，例 如輸出電壓V。接著在步驟lll中辨別SOx傳感器24的電力電壓V是 否超過設(shè)定值VX,即辨別廢氣中的SOx濃度是否超過預(yù)定濃度SOY。 當(dāng)V〉VX時(shí)，即廢氣中的SOr濃度超過預(yù)定濃度SOY時(shí)進(jìn)入步驟112， 進(jìn)行升溫控制。以下參照圖14說明對NOx吸留催化劑12進(jìn)行的處理。在采用本發(fā)明的實(shí)施例中，NOx吸留催化劑12在每單位時(shí)間所吸留 的NOx量NOXA作為所需扭矩TQ和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的函數(shù)，以圖15 所示的變換的形式預(yù)先存儲在ROM32內(nèi)。通過對該NOx量NOXA進(jìn) 行積分，計(jì)算出NOx吸留催化劑12所捕集的nOx量i:nox。在采用本 發(fā)明的實(shí)施例中，如圖14所示每當(dāng)該NOx量S NOX達(dá)到容許值NX時(shí)，就使流入NOx吸留催化劑12的廢氣的空燃比A/F暫時(shí)為濃，由此從NOx 吸留催化劑12釋放NOx。另一方面，廢氣中所含的顆粒狀物質(zhì)在擔(dān)載有NOx吸留催化劑12 的顆粒過濾器12a上被捕集，依次被氧化。然而當(dāng)所捕集的顆粒狀物質(zhì) 的量大于被氧化的顆粒狀物質(zhì)的量時(shí)，顆粒狀物質(zhì)逐漸在顆粒過濾器 12a上堆積，這時(shí)一旦顆粒狀物質(zhì)的堆積量增大就會引起內(nèi)燃機(jī)輸出功 率下降。因此在顆粒狀物質(zhì)的堆積量增大時(shí)，必須除去堆積的顆粒狀物 質(zhì)。這時(shí)，在空氣過量的前提下使顆粒過濾器12a的溫度上升至600'C 左右時(shí)，堆積的顆粒狀物質(zhì)被氧化而除去。因此，在釆用本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)顆粒過濾器12a上堆積的顆粒 狀物質(zhì)的量超過容許量時(shí)，在廢氣的空燃比稀的前提下使顆粒過濾器 12a的溫度上升，由此氧化除去堆積的顆粒狀物質(zhì)。具體來說，在采用 本發(fā)明的實(shí)施例中，將由差壓傳感器23檢測出的顆粒過濾器12a的前 后壓力差A(yù)P，如圖14所示超過容許值PX時(shí)，判斷為堆積顆粒狀物質(zhì) 的量超過了容許量，這時(shí)將流入顆粒過濾器12a的廢氣的空燃比維持為 稀，進(jìn)行使顆粒過濾器12a的溫度T上升的升溫控制。此外，如果顆粒 過濾器12a的溫度T升高，則由于從NOx吸留催化劑12釋放NOx，因 此被捕集的NOx量i:NOX減少。圖16表示對NOx吸留催化劑12進(jìn)行處理的程序。參照圖16，首先，在步驟120中由圖15所示的變換算出每單位時(shí) 間所吸留的NOx量NOXA。接著在步驟121中將該NOXA加合為NOx吸留催化劑12所吸留的nOx量i:nox。然后在步驟122中辨別吸留NOx量SNOX是否超過容許值NX，當(dāng)SNOX>NX時(shí)進(jìn)入步驟123， 利用從還原劑供給閥14供給的還原劑而進(jìn)行將流入NOx吸留催化劑12 的廢氣的空燃比暫時(shí)從稀切換為濃的處理，清零SNOX。然后，在步驟124中，由差壓傳感器23檢測顆粒過濾器12a的前 后壓力差A(yù)P。接著，在步驟125中辨別壓力差A(yù)P是否超過容許值PX， 當(dāng)AP〉PX時(shí)進(jìn)入步驟126,進(jìn)行顆粒過濾器12a的升溫控制。該升溫 控制通過將流入顆粒過濾器12a的廢氣的空燃比維持為稀、并從還原劑 供給閥14供給還原劑而進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有能夠捕集廢氣中所含的SOx的SOx捕集催化劑，在SOx捕集催化劑下游的排氣通路內(nèi)配置有當(dāng)流入的廢氣的空燃比為稀時(shí)吸留廢氣中所含的NOx、當(dāng)流入的廢氣的空燃比為理論空燃比或?yàn)闈鈺r(shí)釋放所吸留的NOx的NOx吸留催化劑，其特征在于，所述SOx捕集催化劑與所述NOx吸留催化劑相比堿性增強(qiáng)且氧化性減弱至以下程度當(dāng)SOx捕集催化劑的溫度為約150℃至約400℃時(shí)，基于SOx捕集催化劑的NOx凈化率變?yōu)榛谒鯪Ox吸留催化劑的NOx凈化率的約10％以下，在應(yīng)該從NOx吸留催化劑釋放NOx時(shí)，將流入SOx捕集催化劑的廢氣的空燃比暫時(shí)從稀切換為濃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，所 述SOx捕集催化劑與所述NOx吸留催化劑相比堿性增強(qiáng)且氧化性減弱 至以下程度當(dāng)SOx捕集催化劑的溫度為約150。C至約400'C時(shí)，基于 SOx捕集催化劑的HC氧化率也變?yōu)槠綍r(shí)基于NOx吸留催化劑的HC氧 化率的約10%以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，所 述SOx捕集催化劑由形成于催化劑載體上的涂層和擔(dān)載于涂層上的貴 金屬催化劑構(gòu)成，并且該涂層內(nèi)分散并含有堿金屬、堿土類金屬或稀土 類金屬；所述NOx吸留催化劑在催化劑載體上擔(dān)載有選自堿金屬、堿土 類或稀土類中的NOx吸收劑和貴金屬催化劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，所 述SOx捕集催化劑上擔(dān)載的貴金屬催化劑量小于所述NOx吸留催化劑 上擔(dān)載的貴金屬催化劑量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，在 SOx捕集催化劑上游的排氣通路內(nèi)配置有還原劑供給裝置，在應(yīng)該從 NOx吸留催化劑釋放NOx時(shí)，從還原劑供給裝置將還原劑供給至排氣通 路內(nèi)，使流入NOx吸留催化劑的廢氣的空燃比暫時(shí)為濃。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，所 述SOx捕集催化劑具有以下的性質(zhì)在流入SOx捕集催化劑的廢氣的空燃比為稀的前提下使SOx捕集催化劑的溫度上升時(shí)，所捕集的SOx逐漸 向SOx捕集催化劑的內(nèi)部擴(kuò)散，具備推定SOx捕集率的推定機(jī)構(gòu)，所述SOx捕集率表示SOx捕集催 化劑所捕集的SOx在廢氣中所含的SOx中的比例，當(dāng)SOx捕集率低于預(yù)定的捕集率時(shí)，在廢氣空燃比為稀的前提下使 SOx捕集催化劑的溫度上升，由此使SOx捕集率得到恢復(fù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，推 定所述SOx捕集催化劑所捕集的SOx量，并且將SOx捕集催化劑所捕集 的SOx量超過預(yù)定量時(shí)判斷為SOx捕集率低于預(yù)定捕集率，這時(shí)為了恢 復(fù)SOx捕集率，在廢氣的空燃比為稀的前提下使SOx捕集催化劑的溫度上升。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，所 述預(yù)定量隨著用于恢復(fù)SOx捕集率的處理次數(shù)的增加而增大，所述處理次數(shù)越增加則所述預(yù)定量的增大比例越減小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，在 SOx捕集催化劑下游的排氣通路內(nèi)配置能夠檢測廢氣中的SOx濃度的 SOx傳感器，由所述SOx傳感器的輸出信號計(jì)算出SOx捕集率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，將 由SOx傳感器檢測出的廢氣中的SOx濃度超過預(yù)定濃度時(shí)判斷為SOx 捕集率低于預(yù)定捕集率，這時(shí)為了恢復(fù)SOx捕集率，在廢氣的空燃比為 稀的前提下使sox捕集催化劑的溫度上升。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中，NOx 吸留催化劑擔(dān)載在用于捕集廢氣中所含的顆粒狀物質(zhì)并使其氧化的顆 粒過濾器上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其中， 當(dāng)顆粒過濾器上堆積的顆粒狀物質(zhì)的量超過容許量時(shí)，在廢氣的空燃比 為稀的前提下使顆粒過濾器的溫度上升，由此氧化除去堆積的顆粒狀物 質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓燃式內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，在內(nèi)燃機(jī)中，在NO_x吸留催化劑(12)上游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有能夠捕集廢氣中所含的SO_x的SO_x捕集催化劑(11)。SO_x捕集催化劑(11)比NO_x吸留催化劑(12)堿性增強(qiáng)至如下程度當(dāng)SO_x捕集催化劑(11)的溫度為通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度范圍、即約150℃至約400℃時(shí)，基于SO_x捕集催化劑(11)的NO_x凈化率變?yōu)槠綍r(shí)基于NO_x吸留催化劑(12)的NO_x凈化率的約10％以下。在到了該從NO_x吸留催化劑(12)釋放NO_x時(shí)，將流入SO_x捕集催化劑(11)的廢氣的空燃比從稀切換為濃。
文檔編號F02D45/00GK101405488SQ20078000976
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者吉田耕平, 林孝太郎 申請人:豐田自動車株式會社