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)明涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
已知有一種內(nèi)燃機(jī)，其中，在內(nèi)燃機(jī)排氣 通路中配置有NOx吸留催化劑，該叫吸留催化劑在流入的廢氣的空燃比為稀空燃比時(shí)吸留廢氣中包含的N0X，在流入的廢氣的空燃比為濃空燃比時(shí)釋放出所吸留的NOx，在NOx吸留催化劑上游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)，配置有具有吸附功能的氧化催化劑，在要從NOx吸留催化劑釋放出NOx時(shí)，向氧化催化劑上游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)供給烴，從而使流入到NOx吸留催化劑的廢氣的空燃比變?yōu)闈饪杖急?例如參照專利文獻(xiàn)I)。在該內(nèi)燃機(jī)中，要從NOx吸留催化劑釋放出NOx時(shí)被供給的烴在氧化催化劑中成為氣體狀的烴，氣體狀的烴被送入NOx吸留催化劑。其結(jié)果，從NOx吸留催化劑釋放出的NOx被良好地還原。專利文獻(xiàn)I :日本專利第3969450號(hào)但是存在著若NOx吸留催化劑成為高溫則NOx凈化率下降這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，在選擇性地使用兩種烴供給方法的同時(shí)，即使在排氣凈化催化劑的溫度成為高溫時(shí)也能得到高NOx凈化率。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種內(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)配置有用于供給烴的烴供給閥，在烴供給閥下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有用于使從烴供給閥噴射出的烴和廢氣中包含的NOx發(fā)生反應(yīng)的排氣凈化催化劑，排氣凈化催化劑的廢氣流通表面上擔(dān)載有貴金屬催化劑，并且在貴金屬催化劑周圍形成有堿性的廢氣流通表面部分，排氣凈化催化劑具有如果以預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥噴射烴，以使得廢氣的空燃比下降到預(yù)先決定的空燃比，則對(duì)廢氣中包含的NOx進(jìn)行還原的性質(zhì)，并且具有如果使烴的供給間隔長于該預(yù)先決定的供給間隔，則廢氣中包含的NOx的吸留量增大的性質(zhì)，排氣凈化裝置選擇性地使用第I烴供給方法和第2烴供給方法，該第I烴供給方法在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)以上述預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥噴射烴，以使得廢氣的空燃比下降到上述預(yù)先決定的空燃比，由此來凈化廢氣中包含的NOx，該第2烴供給方法降低來自烴供給閥的烴的供給量，并且在膨脹沖程后半程或者排氣沖程中，將為了使廢氣的空燃比下降到上述預(yù)先決定的空燃比所需的燃料供給至燃燒室內(nèi)。在選擇性地使用第I烴供給方法和第2烴供給方法的同時(shí)，即使在排氣凈化催化劑的溫度成為高溫時(shí)，也能得到高NOx凈化率。


圖I是壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的整體圖。
圖2是對(duì)催化劑載體的表面部分進(jìn)行圖解表示的圖。圖3是用于說明排氣凈化催化劑中的氧化反應(yīng)的圖。圖4是表示流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比的變化的圖。圖5是表示NOx凈化率的圖。圖6A和6B是用于說明排氣凈化催化劑中的 氧化還原反應(yīng)的圖。圖7A和7B是用于說明排氣凈化催化劑中的氧化還原反應(yīng)的圖。圖8是表示流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比的變化的圖。圖9是表示NOx凈化率的圖。圖10是表示流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比的變化的時(shí)序圖。圖11是表示流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比的變化的時(shí)序圖。圖12是表示排氣凈化催化劑的氧化能力和要求最小空燃比X之間的關(guān)系的圖。圖13是表示得到同一 NOx凈化率的、廢氣中的氧濃度和烴濃度的振幅ΛΗ之間的關(guān)系的圖。圖14是表示烴濃度的振幅Λ H和NOx凈化率之間的關(guān)系的圖。圖15是表示烴濃度的振動(dòng)周期Λ T和NOx凈化率之間的關(guān)系的圖。圖16A、16B、16C是表示烴供給量W的映射等的圖。圖17是表示流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比的變化等的圖。圖18是表示排出NNOx量NOXA的映射的圖。圖19是表示燃料噴射時(shí)間的圖。圖20是表示烴供給量WR的映射的圖。圖21A、21B是用于說明第I烴供給方法和第2烴供給方法的圖。圖22A、22B、22C是表示烴的供給量WA等的圖。圖23是表示流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比的變化等的時(shí)序圖。圖24是表示流入排氣凈化催化劑的廢氣的空燃比的變化等的時(shí)序圖。圖25A、25B是表示升溫控制的時(shí)序圖。圖26是表示NOx凈化率和NOx吸留率的圖。圖27是用于檢測最小空燃比的流程圖。圖28和圖29是用于進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制的流程圖。圖30是表示插入程序的流程圖。圖31是表示插入程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖I表示了壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的整體圖。參照?qǐng)D1，I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)分別噴射燃料的電子控制式燃料噴射閥，4表示進(jìn)氣岐管，5表示排氣岐管。進(jìn)氣岐管4經(jīng)由進(jìn)氣管道6與排氣渦輪增壓器7的壓縮機(jī)7a的出口連結(jié)，壓縮機(jī)7a的入口經(jīng)由進(jìn)氣量檢測器8與空氣過濾器9連結(jié)。在進(jìn)氣管道6內(nèi)配置有被步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的節(jié)氣門10，另外在進(jìn)氣管道6周圍還配置有用于對(duì)在進(jìn)氣管道6內(nèi)流動(dòng)的進(jìn)氣進(jìn)行冷卻的冷卻裝置11。在圖I所示的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)冷卻水被導(dǎo)入冷卻裝置11內(nèi)，進(jìn)氣被內(nèi)燃機(jī)冷卻水冷卻。
另一方面，排氣岐管5與排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪7b的入口連結(jié)。排氣渦輪7b的出口經(jīng)由排氣管12與排氣凈化催化劑13的入口連結(jié)，排氣凈化催化劑13的出口與用于捕集廢氣中包含的微粒子的微粒過濾器14連結(jié)。排氣凈化催化劑13上游的排氣管12內(nèi)配置有烴供給閥15，該烴供給閥15用于供給包括被用作壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的燃料的輕油等燃料的烴。在圖I所示的實(shí)施例中，使用輕油作為從烴供給閥15供給的烴。另外，本發(fā)明也能夠應(yīng)用于在稀空燃比的基礎(chǔ)上進(jìn)行燃燒的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。在這種情況下，從烴供給閥15供給包括被用作火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的燃料的汽油等燃料的烴。另一方面，排氣岐管5和進(jìn)氣岐管4經(jīng)由廢氣再循環(huán)(下面稱為EGR)通路16相互連結(jié)，在EGR通路16內(nèi)配置有電子控制式EGR控制閥1 7。另外，在EGR通路16周圍配置有用于對(duì)在EGR通路16內(nèi)流動(dòng)的EGR氣體進(jìn)行冷卻的冷卻裝置18。在圖I所示的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)冷卻水被導(dǎo)入冷卻裝置18內(nèi)，EGR氣體被內(nèi)燃機(jī)冷卻水冷卻。另一方面，各燃料噴射閥3經(jīng)由燃料供給管19與共軌20連結(jié)，該共軌20經(jīng)由電子控制式的噴出量可變的燃料泵21與燃料貯藏罐22連結(jié)。燃料貯藏罐22內(nèi)貯藏的燃料被燃料泵21供給至共軌20內(nèi)，被供給至共軌20內(nèi)的燃料經(jīng)由各燃料供給管19被供給至燃料噴射閥3。電子控制單元30包括數(shù)字計(jì)算機(jī)，具備通過雙向總線31相互連接的R0M(只讀存儲(chǔ)器)32、RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)33、CPU (微處理器)34、輸入端口 35和輸出端口 36。在排氣凈化催化劑13的下游安裝有用于檢測排氣凈化催化劑13的溫度的溫度傳感器23，微粒過濾器14上安裝有用于檢測微粒過濾器14前后的壓差的壓差傳感器24。另外，在微粒過濾器14的下游配置有用于檢測微粒過濾器14的溫度的溫度傳感器25，并且在烴供給閥15下游的排氣管12內(nèi)配置有空燃比傳感器26。這些溫度傳感器23、25、壓差傳感器24、空燃比傳感器26和進(jìn)氣量檢測器8的輸出信號(hào)分別經(jīng)由對(duì)應(yīng)的AD變換器37被輸入至輸入端口 35。另外，加速器踏板40與用于產(chǎn)生與加速器踏板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的輸出電壓經(jīng)由對(duì)應(yīng)的AD變換器37被輸入至輸入端口 35。并且，輸入端口 35上還連接有曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42，該曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42在曲軸每當(dāng)旋轉(zhuǎn)例如15°時(shí)就產(chǎn)生輸出脈沖。另一方面，輸出端口 36經(jīng)由對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路38與燃料噴射閥3、節(jié)氣門10的驅(qū)動(dòng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、烴供給閥15、EGR控制閥17和燃料泵21連接。圖2對(duì)排氣凈化催化劑13的基體上所擔(dān)載的催化劑載體的表面部分進(jìn)行了圖解表示。在該排氣凈化催化劑13中，如圖2所示那樣，在例如包括氧化鋁的催化劑載體50上擔(dān)載有貴金屬催化劑51、52，并且，在該催化劑載體50上還形成有堿性層53，該堿性層53至少包含一種從如鉀K、鈉Na、銫Cs那樣的堿金屬、如鋇Ba、鈣Ca那樣的堿土類金屬、如鑭系元素那樣的稀土類以及如銀Ag、銅Cu、鐵Fe、銥In那樣的能夠向NOx提供電子的金屬中選擇出的金屬。由于廢氣沿著催化劑載體50上流動(dòng)，所以也可以說貴金屬催化劑51、52是被擔(dān)載在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上。另外，由于堿性層53的表面呈堿性，所以堿性層53的表面被稱為堿性的廢氣流通表面部分54。另一方面，在圖2中，貴金屬催化劑51包括鉬Pt，貴金屬催化劑52包括銠Rh。即，催化劑載體50所擔(dān)載的貴金屬催化劑51、52由鉬Pt和銠Rh構(gòu)成。另外，在排氣凈化催化劑13的催化劑載體50上，除了鉬Pt和銠Rh以外還可以擔(dān)載鈀Pd，或者可以擔(dān)載鈀Pd來代替銠Rh。S卩，催化劑載體50所擔(dān)載的貴金屬催化劑51、52由銠Rh和鈀Pd的至少一種和鉬Pt構(gòu)成。
若從烴供給閥15向廢氣中噴射了烴，則該烴在排氣凈化催化劑13中被重整。在本發(fā)明中，構(gòu)成為利用此時(shí)重整后的烴在排氣凈化催化劑13中凈化N0X。圖3對(duì)此時(shí)在排氣凈化催化劑13中進(jìn)行的重整作用進(jìn)行了圖解表示。如圖3所示那樣，從烴供給閥15噴射出的烴HC因催化劑51而成為碳數(shù)少的自由基狀的烴HC。圖4表示了來自烴供給閥15的烴的供給時(shí)刻和流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F)in的變化。另外，由于該空燃比(A/F) in的變化依賴于流入到排氣凈化催化劑13的廢氣中的烴的濃度變化，所以也可以說圖4所示的空燃比(A/F) in的變化表示了烴的濃度變化。但是，若烴濃度變高，則空燃比(A/F) in變小，因此在圖4中，空燃比(A/F)in越處于濃側(cè)，則烴濃度越高。
圖5針對(duì)排氣凈化催化劑13的各催化劑溫度TC表示了通過從烴供給閥15周期性地供給烴，即、通過使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度周期性地變化來使流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in如圖4所示那樣發(fā)生變化時(shí)的排氣凈化催化劑13的NOx凈化率。本發(fā)明者長期著重對(duì)NOx凈化進(jìn)行了研究，在該研究過程中，判明了如下事實(shí)若使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅和預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)，即、若以預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥15噴射烴，以使得廢氣的空燃比下降到預(yù)先決定的空燃比，則如圖5所示那樣，即使在400°C以上的高溫區(qū)域，也會(huì)得到極高的NOx凈化率。并且，判明了如下事實(shí)，S卩、此時(shí)包含氮和烴的大量的還原性中間體被持續(xù)保持或者吸附在堿性層53的表面上、即排氣凈化催化劑13的堿性廢氣流通表面部分54上，該還原性中間體在高NOx凈化率的取得方面起到了核心作用。接著參照?qǐng)D6A和6B對(duì)上述情況進(jìn)行說明。另外，這些圖6A和6B對(duì)排氣凈化催化劑13的催化劑載體50的表面部分進(jìn)行了圖解表示，在這些圖6A和6B中，表示了被推測為在流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅和預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)時(shí)，即以預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥15噴射烴以使得廢氣的空燃比下降到預(yù)先決定的空燃比時(shí)發(fā)生的反應(yīng)。圖6A表示了流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度低的時(shí)候，圖6B表示了從烴供給閥15供給烴從而導(dǎo)致流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變高的時(shí)候。根據(jù)圖4可知，流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比除了瞬間以外一直維持為稀空燃比，因此流入到排氣凈化催化劑13的廢氣通常處于氧過剩的狀態(tài)。因此廢氣中包含的NO如圖6A所示那樣，在鉬51上被氧化，成為NO2,接著該NO2被鉬51提供了電子，從而成為NO2'因此在鉬51上大量的N02_被生成。該N02_活性強(qiáng)，將以上的該N02_稱為活性NO2'另一方面，若從烴供給閥15供給了烴，則如圖3所示那樣，該烴在排氣凈化催化劑13內(nèi)被重整，成為自由基。其結(jié)果，如圖6B所示那樣，活性NO/周圍的烴濃度變高。但是在活性NO/被生成后，若活性NO/周圍的氧濃度高狀態(tài)持續(xù)了一定時(shí)間以上，則活性NO/被氧化，以硝酸離子N03_的形式被吸收至堿性層53內(nèi)。但是若在該一定時(shí)間經(jīng)過前，活性NO/周圍的烴濃度變高，則如圖6B所示那樣，活性NO/在鉬51上與自由基狀的烴HC發(fā)生反應(yīng)，由此來生成還原性中間體。該還原性中間體被附著或吸附在堿性層53的表面上。另外，此時(shí)最初生成的還原性中間體被認(rèn)為是硝基化合物R-N02。雖然該硝基化合物R-NO2若被生成則會(huì)成為臆化合物R-CN,但是該臆化合物R-CN在該狀態(tài)下只是瞬間存在，因此會(huì)立即變成異氰酸鹽化合物R-NCO。該異氰酸鹽化合物R-NCO若水解則變成胺類化合物R-NH2。但是在這種情況下，認(rèn)為被水解的只是異氰酸鹽化合物R-NCO的一部分。因此如圖6B所示那樣，堿性層53的表面上所保持或吸附的還原性中間體的大部分被認(rèn)為是異氰酸鹽化合物R-NCO和胺類化合物R-NH2。另一方面，如果如圖6B所示那樣生成的還原性中間體的周圍被烴HC包圍，則還原性中間體被烴HC阻止而無法再進(jìn)行反應(yīng)。在這種情況下，若流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度下降從而導(dǎo)致氧濃度變高，則還原性中間體周圍的烴被氧化。其結(jié)果，如圖6A所示那樣，還原性中間體和活性NO/會(huì)發(fā)生反應(yīng)。此時(shí)活性NO/與還原性中間體R-NCO和R-NH2發(fā)生反應(yīng)，成為N2、CO2、和H2O,由此NOx被凈化。
這樣，在排氣凈化催化劑13中，通過升高流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度，來生成還原性中間體，通過降低流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度來使氧濃度升高，活性NO/和還原性中間體發(fā)生反應(yīng)，NOx被凈化。即，為了利用排氣凈化催化劑13來凈化N0X，需要使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度周期性地變化。當(dāng)然，在這種情況下，為了生成還原性中間體，需要將烴的濃度升高到足夠高的濃度，為了使生成的還原性中間體與活性NO/發(fā)生反應(yīng)，需要將烴的濃度降低到足夠低的濃度。即，需要使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅振動(dòng)。另夕卜，在這種情況下，必須一直在堿性層53上、即堿性廢氣流通表面部分24上保持足夠量的還原性中間體R-NCO和R-NH2，直到在生成的還原性中間體與活性NO/發(fā)生反應(yīng)，因此設(shè)置了堿性的廢氣流通表面部分24。另一方面，若烴的供給周期變長，則在烴被供給后到下次烴被供給為止的期間，氧濃度變高的期間變長，因此活性NO/不會(huì)生成還原性中間體而是以硝酸鹽的形式被吸收至堿性層53內(nèi)。為了避免該情況的發(fā)生，需要使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)。于是在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了使廢氣中包含的NOx和重整后的烴發(fā)生反應(yīng)來生成包括氮和烴的還原性中間體R-NCO和R-NH2，在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上擔(dān)載有貴金屬催化劑51、52，為了在排氣凈化催化劑13內(nèi)保持生成的還原性中間體R-NCO和R-NH2，在貴金屬催化劑51、52周圍形成有堿性的廢氣流通表面部分54，N0X由于堿性的廢氣流通表面部分54上保持的還原性中間體R-NCO和R-NH2的還原作用而被還原，烴濃度的振動(dòng)周期、即來自烴供給閥15的烴的供給周期是為了持續(xù)生成還原性中間體R-NCO和R-NH2所需的周期。另外，在圖4所示的例子中，噴射間隔為3秒。若烴濃度的振動(dòng)周期、即烴HC的供給周期長于上述預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期，則還原性中間體R-NCO和R-NH2從堿性層53的表面上消失，此時(shí)在鉬Pt53上生成的活性NO/如圖7A所示那樣，以硝酸離子NO3-的形式在堿性層53內(nèi)擴(kuò)散，成為硝酸鹽。即，此時(shí)廢氣中的NOx以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內(nèi)。另一方面，圖7B表示了在如上述那樣NOx以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內(nèi)時(shí)，流入到排氣凈化催化劑13內(nèi)的廢氣的空燃比成為理論空燃比或者濃空燃比的情況。在這種情況下，由于廢氣中的氧濃度下降，所以反應(yīng)朝著反方向(N03_ —NO2)進(jìn)行，由此，被吸收到堿性層53內(nèi)的硝酸鹽依次成為硝酸離子NO3-,并如圖7B所示那樣以NO2的形式被從堿性層53釋放。接著，被釋放出的NO2利用廢氣中包含的烴HC和CO而被還原。
圖8表示了在堿性層53的NOx吸收能力剛剛飽和之前使流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in臨時(shí)成為濃空燃比的情況。另外，在圖8所示的例子中，該濃空燃比控制的時(shí)間間隔在I分鐘以上。在這種情況下，在廢氣的空燃比(A/F)in為稀空燃比時(shí)被吸收到堿性層53內(nèi)的NOx，在廢氣的空燃比(A/F)in臨時(shí)成為濃空燃比時(shí)被從堿性層53 一氣釋放并被還原。因此在這種情況下，堿性層53實(shí)現(xiàn)了用于臨時(shí)吸收NOx的吸收劑的作用。另外，此時(shí)也存在堿性層53臨時(shí)吸附NOx的情況，因此，若使用吸留這樣用語作為包括吸收和吸附這雙方的用語，則此時(shí)堿性層53實(shí)現(xiàn)了用于臨時(shí)吸留NOx的NOx吸留劑的作用。即，在這種情況下，若將被供給至內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣通路、燃燒室2和排氣凈化催化劑13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，則排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮作用，即在廢氣的空燃比為稀空燃比時(shí)吸留NOx，當(dāng)廢氣中的氧濃度下降時(shí)釋放所吸留的N0X。圖9表示了使排氣凈化催化劑13如上述那樣作為NOx吸留催化劑發(fā)揮作用時(shí)的NOx凈化率。另外，圖9的橫軸表示排氣凈化催化劑13的催化劑溫度TC。在使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮作用的情況下，如圖9所示那樣，在催化劑溫度TC為300°C到400°C時(shí)，會(huì)得到極高的NOx凈化率，而當(dāng)催化劑溫度TC成為400°C以上的高溫時(shí)，叫凈化率下降。如上述那樣，當(dāng)催化劑溫度TC成為400°C以上時(shí)NOx凈化率下降，這是因?yàn)楫?dāng)催化劑溫度TC成為400°C以上時(shí)，硝酸鹽發(fā)生熱分解從而以NO2的形式被從排氣凈化催化劑13釋放。即，只要以硝酸鹽的形式吸留了 NOx，在催化劑溫度TC高時(shí)就難以得到高NOx凈化率。但是在圖4到圖6A、6B所示的新的NOx凈化方法中，根據(jù)圖6A、6B可知，硝酸鹽不會(huì)被生成，或者就算被生成也是極其微量的，由此如圖5所示那樣，即使在催化劑溫度TC高時(shí)，也會(huì)得到高NOx凈化率。于是在本發(fā)明中，在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有用于供給烴的烴供給閥15，在烴供給閥15下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)，配置有用于使從烴供給閥15噴射出的烴和廢氣中包含的NOx發(fā)生反應(yīng)的排氣凈化催化劑13，在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上擔(dān)載有貴金屬催化劑51、52，并且在貴金屬催化劑51、52周圍形成有堿性的廢氣流通表面部分54，排氣凈化催化劑13具有如果以預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥15噴射烴以使得廢氣的空燃比下降到預(yù)先決定的空燃比，則對(duì)廢氣中包含的NOx進(jìn)行還原的性質(zhì)，并且具有如果使烴的供給間隔長于該預(yù)先決定的供給間隔，則廢氣中包含的NOx的吸留量增大的性質(zhì)，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，以上述預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥15噴射烴，以使得廢氣的空燃比下降到上述預(yù)先決定的空燃比，由此在排氣凈化催化劑13中對(duì)廢氣中包含的NOx進(jìn)行還原。S卩，在利用了形成有擔(dān)載金屬催化劑且能夠吸收NOx的堿性層的排氣凈化催化劑的情況下，可以說圖4到圖6A、6B所示的NOx凈化方法是基本不生成硝酸鹽地凈化NOx的新的NOx凈化方法。實(shí)際上，在使用該新的NOx凈化方法的情況下，與使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮作用的情況相比，從堿性層53檢測出的硝酸鹽是極其微量的。另外，下面將該新的NOx凈化方法稱為第INOx凈化方法。接著參照?qǐng)D10到圖15，進(jìn)一步對(duì)該第INOx凈化方法進(jìn)行稍微詳細(xì)的說明。圖10放大表示了圖4所示的空燃比(A/F)in的變化。另外，如上述那樣，該流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F)in的變化同時(shí)表示了流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化。另外，在圖10中，ΛΗ表示空燃比(A/F)in的振幅、即流入到排氣凈化催化劑13的烴HC的濃度變化的振幅，Δ T表示流入到排氣凈化催化劑13的烴濃度的振動(dòng)周期、即烴的供給周期。并且，在圖10中，(A/F)b表示基礎(chǔ)(base)空燃比，該基礎(chǔ)空燃比表示用于產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)輸出的燃燒氣體的空燃比。換句話說，該基礎(chǔ)空燃比(A/F)b表示在停止供給烴時(shí)流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比。另一方面，在圖10中，X表示為了使生成的活性NO/不以硝酸鹽的形式被吸留在堿性層53內(nèi)而是生成還原性中間體所用的空燃比(A/F)in的上限，為了使活性NO/和重整后的烴發(fā)生反應(yīng)來生成還原性中間體，需要使空燃比(A/F)in低于該空燃比的上限X。下面將為了生 成該還原性中間體所需的空燃比的上限X稱為要求最小空燃比。在圖10所示的例子中，要求最小空燃比X成為濃空燃比，因此在這種情況下，為了生成還原性中間體而使空燃比(A/F) in瞬間成為要求最小空燃比X以下、即濃空燃比。與此相對(duì)，在圖11所示的例子中，要求最小空燃比X成為稀空燃比。在這種情況下，一邊將空燃比(A/F) in維持為稀空燃比，一邊使空燃比(A/F) in周期性地下降，由此來生成還原性中間體。在這種情況下，要求最小空燃比X是成為濃空燃比還是成為稀空燃比是由排氣凈化催化劑13的氧化能力決定的。在這種情況下，對(duì)于排氣凈化催化劑13來說，如果增大例如貴金屬51的擔(dān)載量則其氧化能力增強(qiáng)，如果增強(qiáng)酸性則其氧化能力增強(qiáng)。因此，排氣凈化催化劑13的氧化能力根據(jù)貴金屬51的擔(dān)載量和酸性強(qiáng)度的不同而發(fā)生變化。在利用了氧化能力強(qiáng)的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖11所示那樣，若一邊將空燃比(A/F) in維持為稀空燃比一邊使空燃比(A/F) in周期性地下降，則在空燃比(A/F) in下降時(shí)烴被完全氧化，其結(jié)果，無法再生成還原性中間體。與此相對(duì)，在利用了氧化能力強(qiáng)的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖10所示那樣，若使空燃比(A/F) in周期性地成為濃空燃比，則在空燃比(A/F) in成為濃空燃比時(shí)，烴不是被完全氧化而是被部分氧化，即烴被重整，由此來生成還原性中間體。因此在利用了氧化能力強(qiáng)的排氣凈化催化劑13的情況下，需要使要求最小空燃比X成為濃空燃比。另一方面，在利用了氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖11所示那樣，若一邊將空燃比(A/F) in維持為稀空燃比一邊使空燃比(A/F) in周期性地下降，則烴不是被完全氧化而是被部分氧化，即烴被重整，由此來生成還原性中間體。與此相對(duì)，在利用了氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖10所示那樣，若使空燃比(A/F)in周期性地成為濃空燃比，則大量的烴不會(huì)被氧化而僅僅是被從排氣凈化催化劑13排出，由此被白白消耗掉的烴量增大。因此，在利用了氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下，需要使要求最小空燃比X成為稀空燃比。S卩，可知如圖12所示那樣，排氣凈化催化劑13的氧化能力越強(qiáng)，則需要使要求最小空燃比X越低。這樣，要求最小空燃比X根據(jù)排氣凈化催化劑13的氧化能力的不同，或者成為稀空燃比，或者成為濃空燃比，下面以要求最小空燃比X為濃空燃比的情況為例，對(duì)空燃比(A/F)in的振幅AT、即流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化的振幅Λ T和流入到排氣凈化催化劑13的烴濃度的振動(dòng)周期AT、即烴的供給周期AT進(jìn)行說明。
若基礎(chǔ)空燃比(A/F) b變大，即烴被供給前的廢氣中的氧濃度變高，則為了使空燃比(A/F) in成為要求最小空燃比X以下所需的烴的供給量增大，相應(yīng)地對(duì)還原性中間體的生成不起作用的剩余的烴量也增大。在這種情況下，為了高效地凈化N0X，需要如上述那樣使該剩余的烴發(fā)生氧化，因此，為了高效地凈化NOx，剩余的烴量越多，越需要大量的氧。在這種情況下，如果升高廢氣中的氧濃度則可以增大氧量。因此，為了高效地凈化NOx，在烴被供給前的廢氣中的氧濃度高時(shí)，需要升高烴供給后的廢氣中的氧濃度。即，烴被供給前的廢氣中的氧濃度越高，則需要烴濃度的振幅越大。圖13表示了得到同一 NOx凈化率的、烴被供給前的廢氣中的氧濃度和烴濃度的振幅ΛΗ之間的關(guān)系。根據(jù)圖13可知，為了得到同一 NO x凈化率，烴被供給前的廢氣中的氧濃度越高，則需要烴濃度的振幅ΛΗ越大。即，為了得到同一 NOx凈化率，基礎(chǔ)空燃比(A/F)b越高，需要烴濃度的振幅Λ T越大。換句話說，為了高效地凈化NOx，基礎(chǔ)空燃比(A/F)b越低，則可以使烴濃度的振幅AT越小。但是，基礎(chǔ)空燃比(A/F)b最低是加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)如果烴濃度的振幅ΛΗ*200ppm左右，則能夠高效地凈化N0X。對(duì)于基礎(chǔ)空燃比(A/F)b來說，通常大于加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因此如圖14所示那樣，如果烴濃度的振幅ΛΗ在200ppm以上，則能夠得到良好的Ν0χ·Κ率。另一方面，可知在基礎(chǔ)空燃比(A/F)b為最高時(shí)，如果烴濃度的振幅ΛΗ*IOOOOppm左右，則會(huì)得到良好的NOx凈化率。因此在本發(fā)明中，烴濃度的振幅的預(yù)先決定的范圍為從200ppm到lOOOOppm。另外，若烴濃度的振動(dòng)周期△ T變長，則在烴被供給后到下次烴被供給的期間，活性NO/周圍的氧濃度變高。在這種情況下，若烴濃度的振動(dòng)周期AT長于5秒左右，則活性NO；開始以硝酸鹽的形式被吸收在堿性層53內(nèi)，因此如圖15所示那樣，若烴濃度的振動(dòng)周期Λ T長于5秒左右，則NOx凈化率會(huì)下降。因此需要使烴濃度的振動(dòng)周期、即烴的供給周期AT在5秒以下。另一方面，若烴濃度的振動(dòng)周期AT在大致O. 3秒以下，則被供給的烴在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上開始堆積，因此如圖15所示那樣，若烴濃度的振動(dòng)周期AT在大致O. 3秒以下，則NOx凈化率下降。于是在本發(fā)明中，烴濃度的振動(dòng)周期、即烴的供給周期在O. 3秒到5秒之間。為了利用第INOx凈化方法來凈化Ν0Χ，需要如上述那樣使流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in下降到要求最小空燃比X。在本發(fā)明的實(shí)施例中，能夠使廢氣的空燃比(A/F) in下降到要求最小空燃比的烴供給量W作為來自燃料噴射閥3的噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖16A所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。另一方面，圖16B表示了能夠在排氣凈化催化劑13的堿性層53上保持生成的還原性中間體的還原性中間體保持時(shí)間。當(dāng)排氣凈化催化劑13的溫度TC上升時(shí)，該還原性中間體容易從堿性層53脫離，因此如圖16B所示那樣，隨著排氣凈化催化劑13的溫度TC升高，還原性中間體保持時(shí)間相應(yīng)地變短。但是若烴的供給周期ΛΤ與還原性中間體保持時(shí)間相比變長，則會(huì)出現(xiàn)還原性中間體不存在的期間，NOx凈化率下降。為了使得不出現(xiàn)這樣的還原性中間體不存在的期間，需要使烴的供給周期ΛΤ等于或者短于還原性中間體保持時(shí)間。因此在本發(fā)明的實(shí)施例中，排氣凈化催化劑13的溫度TC越高，則烴的供給周期AT越短。該烴的供給周期AT也同樣地作為噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖16C所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。接著參照?qǐng)D17到圖20，對(duì)使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑來發(fā)揮作用的情況下的NOx凈化方法進(jìn)行具體的說明。下面將如上述那樣使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑來發(fā)揮作用的情況下的NOx凈化方法稱為第2N0X凈化方法。在該第2N0X凈化方法中，如圖17所示那樣，在被堿性層53吸留的吸留NOx量[NOX超過了預(yù)先決定的容許量MAX時(shí)流入到排氣凈 化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F)in臨時(shí)成為濃空燃比。若廢氣的空燃比(A/F) in成為了濃空燃比，則在廢氣的空燃比(A/F)in為稀空燃比時(shí)被吸留在堿性層53內(nèi)的NOx被從堿性層53 —?dú)忉尫挪⒈贿€原。由此NOx被凈化。例如根據(jù)從內(nèi)燃機(jī)排出的NOx量來計(jì)算吸留NOx量[Ν0Χ。在本發(fā)明的實(shí)施例中，從內(nèi)燃機(jī)每單位時(shí)間排出的排出NOx量NOXA作為噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖18所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)，根據(jù)該排出NOx量NOXA來計(jì)算吸留NOx量ΣΝ0Χ。在這種情況下，如上述那樣，廢氣的空燃比(A/F) in成為濃空燃比的周期通常在I分鐘以上。在該第2N0X凈化方法中，如圖19所示那樣，除了從燃料噴射閥3向燃燒室2內(nèi)噴射燃燒用燃料Q以外，還噴射追加的燃料WR，由此，流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in成為濃空燃比。另外，圖19的橫軸表示曲軸轉(zhuǎn)角。該追加的燃料WR在雖然進(jìn)行燃燒但是沒有出現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)輸出的時(shí)間，即快到壓縮上死點(diǎn)后ATDC60。處被噴射。該燃料量WR作為噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖20所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。當(dāng)然，在這種情況下，也可以通過增大來自烴供給閥15的烴的供給量來使廢氣的空燃比(A/F) in成為濃空燃比。如上述那樣，為了利用第INOx凈化方法來凈化N0X，需要使流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in下降到要求最小空燃比X。在這種情況下，在到目前為止所述的實(shí)施例中，利用從烴供給閥15供給的烴W，廢氣的空燃比(A/F) in下降到要求最小空燃比X。下面將如上述那樣僅從烴供給閥15供給烴W來使廢氣的空燃比(A/F)in下降到要求最小空燃比X的方法稱為第I烴供給方法?；谠摰贗烴供給方法的空燃比(A/F) in的變化被圖解表示在圖21A中。另一方面，若在壓縮上死點(diǎn)后70°以后的膨脹沖程后半程或者排氣沖程中從燃料噴射閥3向燃燒室2內(nèi)噴射燃料，即在燃燒用燃料的燃燒結(jié)束后噴射燃料，則該燃料不是產(chǎn)生火焰進(jìn)行燃燒而是被裂化。即，燃料被重整成碳數(shù)少的烴。如上述那樣在燃燒用燃料的燃燒后進(jìn)行的噴射被稱為后(post)噴射。使用該后噴射的烴的供給方法作為第2烴供給方法被圖解表示在圖21A中。如圖21A所示那樣，在該第2烴供給方法中，利用來自烴供給閥15的供給烴WA和通過后噴射得到的供給燃料WB，流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in成為要求最小空燃比X?；谠摵髧娚涞墓┙o燃料WB被表示在與圖19相同的圖21B中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在圖21B中由范圍Θ所示的壓縮上死點(diǎn)后70°到150°之間進(jìn)行該后噴射。在第I烴供給方法中，由于從烴供給閥15供給的烴W中的大部分都消耗氧，即被用于降低空燃比(A/F) in，所以從烴供給閥15供給的烴W中的一小部分被用于還原性中間體的生成。即，被用于還原性中間體的生成的烴的量極少。于是在第2烴供給方法中構(gòu)成為，從烴供給閥15僅供給還原性中間體的生成所需的烴量WA，利用通過后噴射得到的供給燃料WB來消耗氧，從而使空燃比(A/F)in下降。另夕卜，雖然通過后噴射得到的供給燃料WB也是烴，但是該烴為了被重整成碳數(shù)小的烴而被完全氧化，從而消失。因此不會(huì)由該供給燃料WB生成還原性中間體，還原性中間體根據(jù)被部分氧化的烴WA而生成。但是由于還原性中間體由一個(gè)NOx和一個(gè)自由基狀烴生成，所以如果使自由基狀烴的量(mol)與N0x量(mol)相等，則在理論上來說，能夠?qū)λ械腘Ox進(jìn)行還原。但是，為了對(duì)所有的NOx進(jìn)行還原，實(shí)際上需要自由基狀烴是NOx的數(shù)倍。于是在本發(fā)明的實(shí)施例中，考慮到上述情況，在如圖22A所示那樣要還原的NOx量、即 從內(nèi)燃機(jī)排出的NOx量NOXA越大時(shí)，使烴的供給量WA越大。S卩，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在利用第2烴供給方法時(shí)，根據(jù)流入到排氣凈化催化劑13的廢氣中的NOx的量來決定從烴供給閥15供給的烴的供給量WA。這里，從內(nèi)燃機(jī)排出的NOx量NOXA如圖18所示那樣，是噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，烴的供給量WA也是噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)。因此在本發(fā)明的實(shí)施例中，該烴的供給量WA作為噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖22B所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。另一方面，若噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N已定，則基礎(chǔ)空燃比(A/F)b已定，要求最小空燃比X已定，烴的供給量WA已定。因此如圖21A所示那樣，此時(shí)通過后噴射得到的供給燃料量WB也已定。因此在本發(fā)明的實(shí)施例中，該通過后噴射得到的供給燃料量WB也作為噴射量Q和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖22C所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。圖23和圖24分別表示了具體的第2烴供給控制的例子。在圖23所示的例子中，表示了在從將要從烴供給閥15供給烴WA到烴WA剛被供給完之間的連續(xù)的數(shù)次的膨脹沖程中，通過后噴射進(jìn)行了燃料WB的供給的情況。在這種情況下，通過后噴射來供給燃料WB，由此空燃比(A/F)in下降，通過供給烴WA，空燃比(A/F) in下降到要求最小空燃比X。另一方面，在圖24所示的例子中，當(dāng)?shù)?烴供給控制開始時(shí)，在每次膨脹沖程中都通過后噴射進(jìn)行燃料WB的供給。因此在該例中，當(dāng)?shù)?烴供給控制開始時(shí)，空燃比(A/F)in持續(xù)下降，在烴WA的供給結(jié)束時(shí)，空燃比(A/F) in下降到要求最小空燃比X。但是，由于通過后噴射得到的供給燃料被裂化，所以容易和氧發(fā)生反應(yīng)，因此若通過后噴射來供給燃料，則與從烴供給閥15供給烴的情況相比，具有能夠容易消耗氧的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，在利用后噴射的情況下，必須一起進(jìn)行后噴射和烴WA的供給控制，比較繁瑣。因此在本發(fā)明中，考慮上述情況來在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)選擇性地使用第I烴供給方法和第2烴供給方法，在第I烴供給方法中，以預(yù)先決定的供給間隔AT從烴供給閥15噴射烴W，以使得廢氣的空燃比(A/F) in下降到預(yù)先決定的空燃比X，由此來凈化廢氣中包含的NOx，在第2烴供給方法中，降低來自烴供給閥15的烴的供給量，并且在膨脹沖程后半程或者排氣沖程中，將為了使廢氣的空燃比(A/F) in下降到預(yù)先決定的空燃比X所需的燃料WB供給到燃燒室2內(nèi)。
另一方面，如上述那樣，通過后噴射得到的燃料WB與烴WA相比容易被氧化，因此通過后噴射來供給燃料WB的情況與僅供給烴WA的情況相比，會(huì)得到高氧化反應(yīng)熱。因此在本發(fā)明的實(shí)施例中，在對(duì)排氣凈化催化劑13或微粒過濾器14這樣的排氣處理裝置進(jìn)行升溫時(shí)，使用第2烴供給方法。圖25A表示了排氣凈化催化劑13的升溫控制。例如在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)負(fù)載下降，并且排氣溫度下降從而導(dǎo)致排氣凈化催化劑13的溫度TC低于預(yù)先決定的活化溫度TCtl時(shí)，NOx凈化率下降。因此如圖25A所示那樣，在排氣凈化催化劑13的溫度TC高于活化溫度TCtl時(shí)，使用第I烴供給方法，當(dāng)排氣凈化催化劑13的溫度TC低于活化溫度TC。時(shí)，為了對(duì)排氣凈化催化劑13進(jìn)行升溫而使用第2烴供給 方法。S卩，在圖25A所示的實(shí)施例中，在排氣凈化催化劑13的溫度TC低于預(yù)先決定的活化溫度TCtl時(shí)，從第I烴供給方法切換到第2烴供給方法來進(jìn)行排氣凈化催化劑13的升溫作用。圖25B表示了微粒過濾器14的升溫控制。為了使微粒過濾器14中堆積的微粒燃燒來使微粒過濾器14再生，必須使微粒過濾器14的溫度TD上升到600°C以上的再生溫度TX0于是在圖25B所示的實(shí)施例中，在要使微粒過濾器14再生時(shí)，從第I烴供給方法切換到第2烴供給方法，由此來進(jìn)行微粒過濾器14的升溫作用。另外，在該實(shí)施例中，當(dāng)微粒過濾器14的溫度TD超過了再生溫度TX時(shí)，為了使之后微粒過濾器14的溫度TD維持在再生溫度TX以上，通過后噴射來持續(xù)供給少量的燃料WB。接著對(duì)本發(fā)明的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法進(jìn)行說明。圖26表示了利用第INOx凈化方法進(jìn)行NOx的凈化處理時(shí)的NOx凈化率、和利用第2N0X凈化方法時(shí)的針對(duì)排氣凈化催化劑13的NOx吸留率。在本發(fā)明中，在NOx凈化率高于NOx吸留率時(shí)，即排氣凈化催化劑13的溫度TC比較高時(shí)，使用第INOx凈化方法，在NOx吸留率高于NOx凈化率時(shí)，即排氣凈化催化劑13的溫度TC低時(shí)，使用第2N0X凈化方法。因此在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，一般使用第2N0X凈化方法，當(dāng)排氣凈化催化劑13的溫度TC變高時(shí)，從第2N0X凈化方法切換到第INOx凈化方法。另一方面，在本發(fā)明中，當(dāng)在第INOx凈化方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行第2烴供給控制時(shí)，通過后噴射得到的燃料量WB被進(jìn)行反饋控制，以使得廢氣的空燃比(A/F) in可靠地下降到要求最小空燃比X。為了進(jìn)行該反饋控制，需要檢測使用第2烴供給方法時(shí)的實(shí)際的最小空燃比。圖27表示了用于檢測該實(shí)際的最小空燃比的程序。該程序僅在圖23和圖24所示的空燃比檢測期間內(nèi)每隔一定時(shí)間被插入執(zhí)行。參照?qǐng)D27，首先在最初的步驟60中，讀入由空燃比傳感器26檢測到的廢氣的空燃比(A/F)n。接著在步驟61中，檢測在空燃比檢測期間內(nèi)成為最小的空燃比(A/F)in。接著在步驟62中，判別是否經(jīng)過了空燃比檢測期間，當(dāng)經(jīng)過了空燃比檢測期間時(shí)，進(jìn)入步驟63，將成為最小的空燃比(A/F)n設(shè)為最小空燃比(A/F)t。圖28和圖29表示了內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制程序，該程序也每隔一定時(shí)間就被插入執(zhí)行。參照?qǐng)D28，首先在最初的步驟70中，判別表示應(yīng)該選擇第INOx凈化方法的選擇標(biāo)識(shí)是否已被設(shè)置。在選擇標(biāo)識(shí)沒有被設(shè)置時(shí)，進(jìn)入步驟71，判別利用第INOx凈化方法進(jìn)行NOx的凈化處理時(shí)的NOx凈化率是否高于利用第2N0X凈化方法時(shí)的針對(duì)排氣凈化催化劑13的NOx吸留率。在NOx凈化率低于NOx吸留率時(shí)，進(jìn)入圖29的步驟72，執(zhí)行第2N0X凈化方法。S卩，在步驟72中，根據(jù)圖18所示的映射計(jì)算每單位時(shí)間的排出NOx量NOXA。接著在步驟73中，通過對(duì)Σ NOX加上排出NOx量NOXA來計(jì)算吸留NOx量[Ν0Χ。接著在步驟74中，判別吸留N0x量Σ NOX是否超過了容許值MAX。若Σ NOX > MAX，則進(jìn)入步驟75，根據(jù)圖20所示的映射計(jì)算追加的燃料量WR，進(jìn)行追加的燃料的噴射作用。接著在步驟76中，Σ NOX被清零。 另一方面，在圖71的步驟71中，在判別為NOx凈化率高于NOxK留率時(shí)，進(jìn)入步驟77，設(shè)置選擇標(biāo)識(shí)，接著進(jìn)入步驟78。選擇標(biāo)識(shí)一旦被設(shè)置，則在以后從步驟70跳到步驟78。在步驟78中，判別表示應(yīng)該進(jìn)行圖25A所示的排氣凈化催化劑13的升溫控制的升溫標(biāo)識(shí)I是否已被設(shè)置。在升溫標(biāo)識(shí)I沒有被設(shè)置時(shí)進(jìn)入步驟79。在步驟79中，判別由溫度傳感器23檢測到的排氣凈化催化劑13的溫度TC是否低于活化溫度TQ。在TC > TC0時(shí)，進(jìn)入步驟80，判別表示應(yīng)該進(jìn)行圖25B所示的微粒過濾器14的升溫控制的升溫標(biāo)識(shí)II是否已被設(shè)置。在升溫標(biāo)識(shí)II沒有被設(shè)置時(shí)，進(jìn)入步驟81，判別由壓差傳感器24檢測到的微粒過濾器14的前后壓差ΛΡ是否高于容許值PX。在ΔΡ^ΡΧ時(shí)，進(jìn)入圖29的步驟82，進(jìn)行基于第I烴供給方法的烴的供給。S卩，在步驟82中，根據(jù)圖16Α所示的映射計(jì)算烴的供給量W，接著在步驟83中根據(jù)圖16C所示的映射計(jì)算烴的供給周期AT。接著在步驟84中進(jìn)行以供給周期AT從烴供給閥15供給供給量W的烴的烴供給控制。另一方面，在圖28的步驟79中，若判斷為TC < TC0,則進(jìn)入步驟85，設(shè)置升溫標(biāo)識(shí)I，并結(jié)束處理循環(huán)。升溫標(biāo)識(shí)I 一旦被設(shè)置，則在以后經(jīng)由步驟78來結(jié)束處理循環(huán)。即，若升溫標(biāo)識(shí)I被設(shè)置，則基于第I烴供給方法的烴的供給控制被停止。此時(shí)，在圖30所示的時(shí)間插入程序中進(jìn)行排氣凈化催化劑13的升溫控制。另外，在圖28的步驟81中，若判斷為ΛΡ>ΡΧ，則進(jìn)入步驟86，設(shè)置升溫標(biāo)識(shí)II，并解除處理循環(huán)。升溫標(biāo)識(shí)II 一旦被設(shè)置，則在以后經(jīng)由步驟80來結(jié)束處理循環(huán)。S卩，若升溫標(biāo)識(shí)II被設(shè)置，則基于第I烴供給方法的烴的供給控制被停止。此時(shí)，在圖31所示的時(shí)間插入程序中進(jìn)行微粒過濾器14的升溫控制。參照?qǐng)D30所示的時(shí)間插入程序，首先在最初的步驟90中判別升溫標(biāo)識(shí)I是否已被設(shè)置，在升溫標(biāo)識(shí)I已被設(shè)置時(shí)，進(jìn)入步驟91，判別排氣凈化催化劑13的溫度TC是否高于對(duì)活化溫度TCtl加上一定值α而得到的溫度(TCtl+ α )。在TC彡TC0+ α?xí)r，進(jìn)入步驟92，進(jìn)行圖25Α所示的排氣凈化催化劑13的升溫控制。S卩，首先在最初的步驟92中，根據(jù)圖22Β所示的映射計(jì)算烴的供給量WA，接著在步驟93中，根據(jù)圖22C所示的映射計(jì)算通過后噴射得到的供給燃料量WB。接著在步驟94中，判別基于圖27所示的程序的最小空燃比(A/F)t的檢測是否結(jié)束。當(dāng)檢測到了最小空燃比(A/F)t時(shí)，在最初進(jìn)行判斷時(shí)進(jìn)入步驟95，在以后則跳到步驟98。在步驟95中，判別檢測到的最小空燃比(A/F)t是否小于從要求最小空燃比X減去一定值β而得到的空燃比(Χ_β)。在(A/F)t彡Χ-β時(shí)，即在檢測到的最小空燃比(Α/F)t沒有下降到空燃比(Χ-β)時(shí)，進(jìn)入步驟97，對(duì)針對(duì)燃料供給量WB的修正值A(chǔ)WB加上一定值ΛΚ。接著進(jìn)入步驟98。與此相對(duì)，當(dāng)在步驟95中判別為(A/F)t<X-0時(shí)，進(jìn)入步驟96，從修正值Λ WB減去一定值Λ K，接著進(jìn)入步驟98。在步驟98中，針對(duì)燃料供給量WB計(jì)算修正值Λ WB。接著在步驟99中，以根據(jù)圖16C所示的映射計(jì)算出的供給周期Λ T從烴供給閥15供給供給量WA的烴，如圖23所示那樣，從將要進(jìn)行該烴的供給作用開始，通過后噴射向燃燒室2內(nèi)供給燃料量WB的燃料。另一方面，當(dāng)在步驟91中判斷為TC > TC0+α?xí)r，進(jìn)入步驟100，重置升溫標(biāo)識(shí)I。接著參照?qǐng)D31所示的時(shí)間插入程序 ，首先在最初的步驟110中，判別升溫標(biāo)識(shí)II是否已被設(shè)置，在升溫標(biāo)識(shí)II已被設(shè)置時(shí)，進(jìn)入步驟111，判別微粒過濾器14的溫度TD是否高于再生溫度ΤΧ。在TD < TX時(shí)，進(jìn)入步驟112，進(jìn)行圖25Β所示的微粒過濾器14的升溫控制。S卩，首先在最初的步驟112中，根據(jù)圖22Β所示的映射計(jì)算烴的供給量WA，接著在步驟113中，根據(jù)圖22C所示的映射計(jì)算通過后噴射得到的供給燃料量WB。接著在步驟114中，判別基于圖27所示的程序的最小空燃比(A/F)t的檢測是否結(jié)束。當(dāng)檢測到最小空燃比(A/F)t時(shí)，在最初進(jìn)行判斷時(shí)進(jìn)入步驟115，在以后則跳到步驟118。在步驟115中，判別檢測到的最小空燃比(A/F)t是否低于從要求最小空燃比X減去一定值β而得到的空燃比(Χ-β)。在(A/F)t彡χ-β時(shí)，進(jìn)入步驟117，對(duì)針對(duì)燃料供給量WB的修正值A(chǔ)WB加上一定值Λ K。接著進(jìn)入步驟118。與此相對(duì)，當(dāng)在步驟115中判別為(A/F)t < X-β時(shí)，進(jìn)入步驟116，從修正值A(chǔ)WB減去一定值Λ K，接著進(jìn)入步驟118。在步驟118中，針對(duì)燃料供給量WB計(jì)算修正值A(chǔ)WB。接著在步驟119中，以根據(jù)圖16C所示的映射計(jì)算出的供給周期Λ T從烴供給閥15供給供給量WA的烴，如圖23所示那樣，從將要進(jìn)行該烴的供給作用開始，通過后噴射向燃燒室2內(nèi)供給燃料量WB的燃料。另一方面，當(dāng)在步驟111中判斷為TD > TX時(shí)，進(jìn)入步驟120，如圖25Β所示那樣，通過進(jìn)行后噴射來進(jìn)行將微粒過濾器14的溫度TD維持在再生溫度TX以上的溫度維持控制。接著在步驟121中判別再生處理是否結(jié)束，在判斷為再生處理已經(jīng)結(jié)束時(shí)，進(jìn)入步驟122,重置升溫標(biāo)識(shí)II。另外，作為其他的實(shí)施例，可以在排氣凈化催化劑13上游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置用于使烴重整的氧化催化劑。圖中符號(hào)說明4…進(jìn)氣岐管；5…排氣岐管；7…排氣渦輪增壓器；12…排氣管；13…排氣凈化催化劑；14…微粒過濾器；15…烴供給閥。
權(quán)利要求
1.一種內(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)配置有用于供給烴的烴供給閥，在烴供給閥下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有用于使從烴供給閥噴射出的烴和廢氣中包含的NOx發(fā)生反應(yīng)的排氣凈化催化齊IJ，該排氣凈化催化劑的廢氣流通表面上擔(dān)載有貴金屬催化劑，并且在該貴金屬催化劑周圍形成有堿性的廢氣流通表面部分，該排氣凈化催化劑具有如果以預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥噴射烴，以使得廢氣的空燃比下降到預(yù)先決定的空燃比，則對(duì)廢氣中包含的NOx進(jìn)行還原的性質(zhì)，并且具有如果使烴的供給間隔長于該預(yù)先決定的供給間隔，則廢氣中包含的NOx的吸留量增大的性質(zhì)，該排氣凈化裝置選擇性地使用第I烴供給方法和第2烴供給方法，該第I烴供給方法在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)以上述預(yù)先決定的供給間隔從烴供給閥噴射烴，以使得廢氣的空燃比下降到上述預(yù)先決定的空燃比，由此來凈化廢氣中包含的NOx，該第2烴供給方法降低來自烴供給閥的烴的供給量，并且在膨脹沖程后半程或者排氣沖程中，將使廢氣的空燃比下降到上述預(yù)先決定的空燃比所需的燃料供給至燃燒室內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 上述第2烴供給方法在對(duì)排氣處理裝置進(jìn)行升溫時(shí)被使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 該排氣處理裝置包括上述排氣凈化催化劑，在該排氣凈化催化劑的溫度低于預(yù)先決定的活化溫度時(shí)，從第I烴供給方法切換到第2烴供給方法來進(jìn)行該排氣凈化催化劑的升溫作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 該排氣凈化裝置包括配置在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)的微粒過濾器，在要使微粒過濾器再生時(shí)，從第I烴供給方法切換到第2烴供給方法來進(jìn)行微粒過濾器的升溫作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 在上述排氣凈化催化劑內(nèi)，廢氣中包含的NOx和重整后的烴發(fā)生反應(yīng)，從而生成包括氮和烴的還原性中間體，上述烴的預(yù)先決定的供給周期是為了持續(xù)生成還原性中間體所需的供給周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 上述烴的供給周期在0. 3秒 5秒之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 上述貴金屬催化劑由銠Rh及鈀Pd中的至少一種和鉬Pt構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 上述排氣凈化催化劑的廢氣流通表面上形成有包含堿金屬、或者堿土類金屬、或者稀土類、或者能夠向NOx提供電子的金屬的堿性層，該堿性層的表面形成上述堿性的廢氣流通表面部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 在上述第2烴供給方法被利用時(shí)，從烴供給閥供給的烴的供給量根據(jù)流入到排氣凈化催化劑的廢氣中的NOx的量而決定。
全文摘要
在內(nèi)燃機(jī)中，內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有烴供給閥(15)和排氣凈化催化劑(13)。第1烴供給方法和第2烴供給方法被選擇性地加以使用，在該第1烴供給方法中，以預(yù)先決定的供給間隔(ΔT)從烴供給閥(15)噴射烴，以使得廢氣的空燃比下降到要求最小空燃比(X)，由此來凈化廢氣中包含的NOX，在該第2烴供給方法中，降低來自烴供給閥(15)的烴的供給量，并且在膨脹沖程后半程或者排氣沖程中將燃料供給至燃燒室(2)內(nèi)。
文檔編號(hào)F01N3/08GK102713189SQ20108001927
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者井上三樹男, 吉田耕平, 梅本壽丈 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社