專(zhuān)利名稱(chēng)：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)的排氣浄化裝置。
背景技術(shù)：
已知有一種如下所述的內(nèi)燃機(jī)在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有NOx吸留催化劑，該NOx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NOx，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，當(dāng)要從NOx吸留催化劑中釋放出NOx吋，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成濃空燃比(例如參照專(zhuān)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，氣體狀的烴被送入到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(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本專(zhuān)利第3969450號(hào)但是，存在若NOx吸留催化劑處于高溫，則NOx凈化率降低這ー問(wèn)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)的排氣浄化裝置，其即使在排氣凈化催化劑的溫度處于高溫吋，也能夠得到較高的NOx凈化率，而且能夠確保高NOx凈化率、并容易地使配置在排氣凈化催化劑下游的后處理裝置升溫。根據(jù)本發(fā)明，提供了 ー種內(nèi)燃機(jī)的排氣浄化裝置，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)配置有用于使廢氣中含有的NOx與重整后的烴發(fā)生反應(yīng)的排氣凈化催化劑，在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?chē)纬捎袎A性的廢氣流通表面部分，排氣凈化催化劑具有如果使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度以預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅以及預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)時(shí)，將廢氣中含有的NOx還原的性質(zhì)，并且具有如果使烴濃度的振動(dòng)周期比預(yù)先決定的范圍長(zhǎng)時(shí)，廢氣中含有的NOx的吸留量増大的性質(zhì)，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣浄化裝置控制來(lái)自烴供給閥的烴的噴射量，以使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度變化的振幅成為上述預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅，并且控制來(lái)自烴供給閥的烴的噴射周期，以使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度以上述預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)，在排氣浄化催化劑下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有當(dāng)烴被供給時(shí)溫度由于烴的氧化反應(yīng)熱而上升的后處理裝置，在要使后處理裝置升溫時(shí)，排氣浄化裝置使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度變化的振幅増大來(lái)使從排氣浄化催化劑穿過(guò)的烴的穿過(guò)量増大。即使排氣凈化催化劑的溫度變成高溫，也能夠得到高NOx浄化率，且通過(guò)增大烴的穿過(guò)量能夠確保高NOx浄化率，同時(shí)使后處理裝置升溫。


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(shuō)明排氣凈化催化劑中的氧化反應(yīng)的圖。圖4是表示向排氣凈化催化劑流入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及6B是用于說(shuō)明排氣凈化催化劑中的氧化還原反應(yīng)的圖。圖7A及7B是用于說(shuō)明排氣凈化催化劑中的氧化還原反應(yīng)的圖。
圖8是表示向排氣凈化催化劑流入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是表示向排氣凈化催化劑流入的廢氣的空燃比的變化的時(shí)間圖。圖11是表示向排氣凈化催化劑流入的廢氣的空燃比的變化的時(shí)間圖。圖12是表示排氣凈化催化劑的氧化能力與要求最小空燃比X的關(guān)系的圖。圖13是表示能夠獲得同一 NOx凈化率的、廢氣中的氧濃度與烴濃度的振幅AH的關(guān)系的圖。圖14是表示烴濃度的振幅AH與NOx凈化率的關(guān)系的圖。圖15是表示烴濃度的振動(dòng)周期A T與NOx凈化率的關(guān)系的圖。圖16是表示向排氣凈化催化劑流入的廢氣的空燃比的變化等的圖。圖17是表示排出NOx量NOXA的映射的圖。圖18是表示燃料噴射時(shí)間的圖。圖19是表示烴供給量WR的映射的圖。圖20是表示來(lái)自烴供給閥的烴的噴射模式與向排氣凈化催化劑流入的廢氣中的烴濃度變化等的圖。圖21是表示來(lái)自烴供給閥的烴的噴射模式與向排氣凈化催化劑流入的廢氣中的烴濃度變化的圖。圖22是表示來(lái)自烴供給閥的烴的噴射模式與向排氣凈化催化劑流入的廢氣中的烴濃度變化的圖。圖23A 23C是表示烴的噴射時(shí)間等的圖。圖24是表示來(lái)自烴供給閥的烴的噴射模式與向排氣凈化催化劑流入的廢氣中的烴濃度變化的圖。圖25是表示來(lái)自烴供給閥的烴的噴射模式與向排氣凈化催化劑流入的廢氣中的烴濃度變化的圖。圖26是表示烴的噴射時(shí)間與噴射周期的關(guān)系的圖。圖27是微粒過(guò)濾器(Particulate Filter)的再生控制時(shí)的時(shí)間圖。圖28是用于進(jìn)行NOx凈化控制的流程圖。圖29及圖30是用于進(jìn)行再生控制的流程圖。圖3IA 3IC是表示各種實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施方式
圖I表示了壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的整體圖。參照?qǐng)DI可知，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的出ロ連結(jié)，壓縮機(jī)7a的入口經(jīng)由進(jìn)氣量檢測(cè)器8與空氣過(guò)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(mén)10，并且在進(jìn)氣管道6周?chē)渲糜杏糜趯?duì)在進(jìn)氣管道6內(nèi)流過(guò)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)入到冷卻裝置11內(nèi)，進(jìn)氣被內(nèi)燃機(jī)冷卻水冷卻。另ー方面，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的出口經(jīng)由排氣管12與當(dāng)烴被供給時(shí)溫度由于烴的氧化反應(yīng)熱而上升的后處理裝置14連結(jié)。在圖I所示的實(shí)施例中，該后處理裝置14由用于對(duì)廢氣中含有的微粒進(jìn)行捕集的微粒過(guò)濾器構(gòu)成。排氣凈化催化劑13上游的排氣管12內(nèi)配置有用于供給烴的烴供給閥15，該烴由被用作壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的燃料的輕油等燃料構(gòu)成。在圖I所示的實(shí)施例中，作為從烴供給閥 15供給的烴，使用了輕油。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)。該情況下，從烴供給閥15供給由作為火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的燃料而使用的汽油等燃料構(gòu)成的烴。另ー方面，排氣岐管5和進(jìn)氣岐管4經(jīng)由廢氣再循環(huán)(以下稱(chēng)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17。另外，在EGR通路16周?chē)?，配置有用于?duì)在EGR通路16內(nèi)流過(guò)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)入到冷卻裝置18內(nèi)，EGR氣體被內(nèi)燃機(jī)冷卻水冷卻。另ー方面，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)貯藏的燃料通過(guò)燃料泵21被供給至共軌20內(nèi)，供給到共軌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。電子控制単元30由數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成，具備通過(guò)雙方向性總線31相互連接的ROM (只讀存儲(chǔ)器)32、RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)33、CPU (微處理器)34、輸入端ロ 35和輸出端ロ 36。在排氣凈化催化劑13的下游安裝有用于檢測(cè)排氣凈化催化劑13的溫度的溫度傳感器23。而且，在微粒過(guò)濾器14的下游安裝有用于對(duì)微粒過(guò)濾器14的溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器25，微粒過(guò)濾器14中安裝有用于對(duì)微粒過(guò)濾器14前后的壓差進(jìn)行檢測(cè)的壓差傳感器24。這些溫度傳感器23、25、壓差傳感器24以及進(jìn)氣量檢測(cè)器8的輸出信號(hào)經(jīng)由各自對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37被輸入至輸入端ロ 35。另外，加速器踏板40上連接有產(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轉(zhuǎn)換器37被輸入至輸入端ロ 35。并且，輸入端ロ 35上連接有曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42，該曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42每當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)例如15°時(shí)就產(chǎn)生輸出脈沖。另ー方面，輸出端ロ 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(mén)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及燃料泵21連接。圖2對(duì)排氣浄化催化劑13的基體上擔(dān)載的催化劑載體的表面部分進(jìn)行了圖解表示。在該排氣浄化催化劑13中，如圖2所示，例如在由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體50上擔(dān)載有貴金屬催化劑51、52，并且在該催化劑載體50上形成有含有從如鉀K、鈉Na、銫Cs那樣的堿金屬、如鋇Ba、鈣Ca那樣的堿土類(lèi)金屬、如鑭系元素那樣的稀土類(lèi)以及如銀Ag、銅Cu、鐵Fe、銥Ir那樣的能夠?qū)Ox供給電子的金屬中選擇出的至少ー個(gè)的堿性層53。由于廢氣沿著催化劑載體50上流動(dòng)，所以可以說(shuō)貴金屬催化劑51、52被擔(dān)載于排氣凈化催化劑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(chēng)為堿性的廢氣流通表面部分54。另ー方面，在圖2中，貴金屬催化劑51由鉬Pt構(gòu)成,貴金屬催化劑52由錯(cuò)Rh構(gòu)成。即，催化劑載體50上擔(dān)載的貴金屬催化劑51、52由鉬Pt以及銠Rh構(gòu)成。另外，除了鉬Pt以及銠Rh之外，還可以在排氣凈化催化劑13的催化劑載體50上擔(dān)載鈀Pd，或者可以取代銠Rh而擔(dān)載鈀Pd。即，催化劑載體50上擔(dān)載的貴金屬催化劑51、52由銠Rh以及鈀Pd中的至少一方和鉬Pt構(gòu)成。如果從烴供給閥15向廢氣中噴射烴，則該烴在排氣凈化催化劑13中被重整。在本發(fā)明中，使用此時(shí)被重整后的烴，在排氣凈化催化劑13中對(duì)NOx進(jìn)行凈化。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，從烴供給閥15噴 射出的烴HC由于催化劑51而成為碳數(shù)少的自由基狀的烴HC。圖4表示來(lái)自烴供給閥15的烴的供給時(shí)刻與向排氣凈化催化劑13流入的廢氣的空燃比(A/F)in的變化。其中，由于該空燃比(A/F)in的變化依賴(lài)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(shuō)圖4所示的空燃比(A/F) in的變化表示了烴的濃度變化。不過(guò)，由于如果烴濃度變高，則空燃比(A/F) in變小，所以在圖4中空燃比(A/F) in越向濃側(cè)變化，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(guò)使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度周期性變化，如圖4所示那樣使向排氣凈化催化劑13流入的廢氣的空燃比(A/F) in變化時(shí)的排氣凈化催化劑13的NOx浄化率。本發(fā)明人長(zhǎng)期間不斷進(jìn)行與NOx浄化相關(guān)的研究，在該研究課程中獲知如果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)的振幅以及預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期進(jìn)行振動(dòng)，則如圖5所示那樣，即使在4000C以上的高溫區(qū)域也能獲得極高的NOx凈化率。并且獲知此時(shí)含有氮及烴的大量還原性中間體被保持或持續(xù)吸附在堿性層53的表面上、即排氣浄化催化劑13的堿性廢氣流通表面部分54上，該還原性中間體在獲得高NOx浄化率上發(fā)揮重要作用。接下來(lái)，參照?qǐng)D6A以及6B對(duì)該情況進(jìn)行說(shuō)明。其中，這些圖6A以及6B對(duì)排氣浄化催化劑13的催化劑載體50的表面部分進(jìn)行了圖解表示，這些圖6A以及6B中表示推測(cè)為在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)的振幅以及預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期進(jìn)行振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)。圖6A是表示流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度低時(shí)的圖，圖6B是表示從烴供給閥15供給烴，從而流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變高時(shí)的圖。從圖4可知，流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比除了一瞬間之外都被維持在稀空燃比，所以流入到排氣凈化催化劑13的廢氣通常處于氧過(guò)度的狀態(tài)。因此，廢氣中含有的NO如圖6A所示那樣，在鉬51上被氧化而成為NO2,接著，該NO2被進(jìn)ー步氧化而成為NO30另外，NO2的一部分成為NO2'該情況下，NO3的生成量遠(yuǎn)比NO2-的生長(zhǎng)量多。因此，在鉬Pt51上會(huì)生成大量的NO3和少量的NO2'這些NO3以及NO2-活性強(qiáng)，以下將這些NO3以及NO2-稱(chēng)為活性NO/。另ー方面，如果從烴供給閥15供給烴，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?chē)臒N濃度變高。如果在生成了活性NO/之后，活性NO/周?chē)难鯘舛雀叩臓顟B(tài)繼續(xù)一定時(shí)間以上，則活性NO/被氧化，以硝酸離子N03_的形式被吸收到堿性層53內(nèi)。但是，如果在該一定時(shí)間經(jīng)過(guò)之前活性NO/周?chē)臒N濃度變高，則如圖6B所示，活性NO/在鉬51上與自由基狀的烴HC反應(yīng)，由此生成還原性中間體。該還原性中間體附著或被吸附在堿性層53的表面上。其中，此時(shí)可以認(rèn)為最初生成的還原性中間體是硝基化合物R_N02。如果生成該硝基化合物R-NO2,則成為腈化合物R-CN，但由于該腈化合物R-CN在該狀態(tài)下只能瞬間存續(xù)，所以會(huì)立即成為異氰酸鹽化合物R-NC0。該異氰酸鹽化合物R-NCO如果發(fā)生水解，則會(huì)成為胺化合物R_NH2。不過(guò)在該情況下，認(rèn)為被水解的是異氰酸鹽化合物R-NCO的一部分。因此，可以認(rèn)為如圖6B所示那樣被保持或者吸附在堿性層53的表面上的還原性中間體的大部分是異氰酸鹽化合物R-NCO以及胺化合物R-NH2。另ー方面，如果烴HC包圍如圖6B所示那樣生成的還原性中間體的周?chē)?，則還原性中間體被烴HC阻止而不再進(jìn)行反應(yīng)。該情況下，會(huì)使得流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度降低，由此若氧濃度變高，則還原性中間體周?chē)臒N會(huì)被氧化。其結(jié)果，如圖6A所示那 樣，還原性中間體與活性NO/反應(yīng)。此時(shí)，活性NO/與還原性中間體R-NCO、R-NH2反應(yīng)，成為N2、CO2、H2O,由此NOx被凈化。這樣，在排氣凈化催化劑13中，通過(guò)使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變高，來(lái)生成還原性中間體，然后通過(guò)使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度降低并提高氧濃度，使得活性NO/與還原性中間體反應(yīng)，對(duì)NOx加以?xún)艋?。即，為了利用排氣凈化催化?3對(duì)NOx進(jìn)行凈化，需要使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度周期性變化。當(dāng)然，該情況下，為了生成還原性中間體需要使烴的濃度提高到足夠高的濃度，為了使生成的還原性中間體與活性NO/反應(yīng)，需要使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)。其中，該情況下，到生成的還原性中間體與活性NO/反應(yīng)為止，必須在堿性層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-NC0、R-NH2，因此，設(shè)置了堿性的廢氣流通表面部分24。另ー方面，如果延長(zhǎng)烴的供給周期，則在被供給烴之后到下一次被供給烴的期間，氧濃度變高的期間增長(zhǎng)，因此，活性NO/不生成還原性中間體而以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內(nèi)。為了避免該情況，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)。鑒于此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了使廢氣中含有的NOx與重整后的烴反應(yīng)，來(lái)生成包含氮以及烴的還原性中間體R-NCO、R-NH2，在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上擔(dān)載貴金屬催化劑51、52，為了將生成的還原性中間體R-NCO、R-NH2保持在排氣凈化催化劑13內(nèi)，在貴金屬催化劑51、52周?chē)纬蓧A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上所保持的還原性中間體R-NC0、R-NH2的還原作用而被還原，烴濃度的振動(dòng)周期被設(shè)為持續(xù)生成還原性中間體R-NCO、R-NH2所需要的振動(dòng)周期。順便說(shuō)明，在圖4所不的例子中，噴射間隔被設(shè)為3秒。如果使烴濃度的振動(dòng)周期、即烴HC的供給周期比上述的預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期長(zhǎng)，則還原性中間體R-NC0、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-的形式擴(kuò)散到堿性層53內(nèi)，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)。另ー方面，圖7B表示在NOx如此地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)的廢氣的空燃比被設(shè)為理論空燃比或者濃空燃比的情況。該情況下，由于廢氣中的氧濃度降低，所以反應(yīng)向相反方向(N03_ —NO2)進(jìn)行，這樣ー來(lái)，被吸收到堿性層53內(nèi)的硝酸鹽依次成為硝酸離子NO3-,從而如圖7B所示那樣被以NO2的形式從堿性層53釋放出。接下來(lái)，釋放出的NO2被廢氣中含有的烴HC以及CO還原。圖8表示了在堿性層53的NOx吸收能力剛剛飽和之前，將流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in暫時(shí)設(shè)為濃空燃比的情況。其中，在圖8所示的例子中，該濃空燃比控制的時(shí)間間隔為I分鐘以上。該情況下，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暫時(shí)被設(shè)為濃空燃比時(shí)，從堿性層53 —?dú)忉尫懦龆贿€原。因此，該情況下，堿性層53起到用于暫時(shí)吸收NOx的吸收劑的作用。此外，此時(shí)還存在堿性層53暫時(shí)吸附NOx的情況，因此，如果使用吸留這ー用語(yǔ)作為包括吸收以及吸附雙方的用語(yǔ)，則此時(shí)堿性層53起到用于暫時(shí)吸留NOx的NOx吸留劑的作用。即，該情況下，如果將向內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣通路、燃燒室2以及排氣凈化催化劑13上游的排氣通路內(nèi)供給的空氣與燃料(烴)之比稱(chēng)為廢氣的空燃比，則排氣凈化催化劑13在廢氣的空燃比為稀空燃比時(shí)吸留NOx，如果廢氣中的氧濃度降低，則作為將吸留的NOx釋放出的NOx吸留催化劑發(fā)揮功能。圖9表示了使排氣凈化催化劑13如此地作為NOx吸留催化劑發(fā)揮功能時(shí)的NOx浄化率。其中，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)揮功能的情況下，如圖9所示，當(dāng)催化劑溫度TC為300°C到400°C時(shí)，可獲得極高的NOx凈化率，但如果催化劑溫度TC成為400°C以上的高溫，則NOx凈化率降低。這樣當(dāng)催化劑溫度TC變?yōu)?00°C以上時(shí)NOx浄化率降低的原因在干，如果催化劑溫度TC變?yōu)?00°C以上，則硝酸鹽熱分解，被以NO2的形式從排氣凈化催化劑13釋放出。即，只要以硝酸鹽的形式吸留NOx，則在催化劑溫度TC高時(shí)便難以得到高的NOx浄化率。但是，在圖4 圖6A、6B所示的新的NOx凈化方法中，由圖6A、6B可知，不生成硝酸鹽或者即使生成也極其微量，這樣ー來(lái)，即使如圖5所示那樣催化劑溫度TC高吋，也能獲得高NOx凈化率。鑒于此，在本發(fā)明中，將用于供給烴的烴供給閥15配置在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)，在烴供給閥15下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置用于使廢氣中含有的NOx與重整后的烴發(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?chē)纬捎袎A性的廢氣流通表面部分54，排氣凈化催化劑13具有如果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)的振幅以及預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)，則將廢氣中含有的NOx還原的性質(zhì)，并且具有如果使烴濃度的振動(dòng)周期比該預(yù)先決定的范圍長(zhǎng)，則廢氣中含有的NOx的吸留量増大的性質(zhì)，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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)的振幅以及預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)，由此在排氣凈化催化劑13中將廢氣中含有的NOx還原。S卩，可以說(shuō)圖4 圖6A、6B所示的NOx浄化方法是在使用了形成有擔(dān)載貴金屬催、化劑且能夠吸留NOx的堿性層的排氣凈化催化劑時(shí)，幾乎不形成硝酸鹽地對(duì)NOx進(jìn)行了凈化的新的NOx浄化方法。實(shí)際上，在采用了該新的NOx浄化方法的情況下，與使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮功能的情況相比，從堿性層53檢測(cè)出的硝酸鹽極微量。其中，以下將該新的NOx凈化方法稱(chēng)為第INOx凈化方法。接下來(lái)，參照?qǐng)D10 圖15對(duì)該第INOx浄化方法更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。圖10將圖4所示的空燃比(A/F) in的變化放大表示。其中，如前所述，向該排氣凈化催化劑13流入的廢氣的空燃比(A/F) in的變化同時(shí)表示流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化。此外，在圖10中，A H表示流入到排氣凈化催化劑13的烴HC的濃度變化的振幅，AT表示流入到排氣凈化催化劑13的烴濃度的振動(dòng)周期。并且，在圖10中，(A/F)b表示對(duì)用于產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)輸出的燃燒氣體的空燃比進(jìn)行表示的基本(base)空燃比。換言之，該基本空燃比(A/F)b表示停止了烴的供給時(shí)流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比。另ー方面，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到堿性層53內(nèi)而生成還原性中間體所使用的空燃比(A/F)in的上·限，為了使活性NO/與重整后的烴反應(yīng)來(lái)生成還原性中間體，需要使空燃比(A/F) in比該空燃比的上限X低。若以其他的說(shuō)法表述，則圖10的X表示使活性NO/與重整后的烴反應(yīng)來(lái)生成還原性中間體所需要的烴的濃度的下限，為了生成還原性中間體，需要使烴的濃度比該下限X高。該情況下，是否生成還原性中間體由活性NO/周?chē)难鯘舛扰c烴濃度的比率、即空燃比(A/F) in決定，以下將為了生成還原性中間體而需要的上述空燃比的上限X稱(chēng)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為濃空燃比，因此，該情況下為了生成還原性中間體，空燃比(A/F) in被瞬時(shí)設(shè)為要求最小空燃比X以下、即設(shè)為濃空燃比。與此相對(duì)，在圖11所示的例子中，要求最小空燃比X為稀空燃比。該情況下，通過(guò)將空燃比(A/F)in維持在稀空燃比并使空燃比(A/F) in周期性地降低，來(lái)生成還原性中間體。該情況下，要求最小空燃比X為濃空燃比還是稀空燃比，依賴(lài)于排氣凈化催化劑13的氧化能力。該情況下，對(duì)排氣浄化催化劑13而言，例如若使貴金屬51的擔(dān)載量增大則氧化能力變強(qiáng)，如果使酸性增強(qiáng)則氧化能力變強(qiáng)。因此，排氣浄化催化劑13的氧化能力根據(jù)貴金屬51的擔(dān)載量、酸性的強(qiáng)度而變化。在使用了氧化能力強(qiáng)的排氣凈化催化劑13的情況下，如果如圖11所示那樣將空燃比(A/F) in維持在稀空燃比并且使空燃比(A/F) in周期性降低，則在空燃比(A/F) in降低時(shí)導(dǎo)致烴被完全氧化，結(jié)果無(wú)法生成還原性中間體。與此相對(duì)，在使用了氧化能力強(qiáng)的排氣凈化催化劑13的情況下，如果如圖10所示那樣使空燃比(A/F) in周期性為濃空燃比，則在空燃比(A/F) in被設(shè)于濃空燃比時(shí)烴不被完全氧化而被部分氧化，即烴被重整，這樣ー來(lái)，可生成還原性中間體。因此，在使用了氧化能力強(qiáng)的排氣凈化催化劑13的情況下，需要將要求最小空燃比X設(shè)于濃空燃比。另ー方面，在使用了氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下，如果如圖11所示那樣將空燃比(A/F) in維持在稀空燃比并使空燃比(A/F) in周期性降低，則烴不被完全氧化而被部分氧化，即烴被重整，這樣ー來(lái)，可生成還原性中間體。與此相對(duì)，在使用了氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下，如果如圖10所示那樣將空燃比(A/F)in周期性設(shè)于濃空燃比，則大量的烴不被氧化而只從排氣浄化催化劑13排出，這樣ー來(lái)，被無(wú)謂消耗的烴量増大。因此，在使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位于稀空燃比。即可知需要如圖12所示那樣，排氣浄化催化劑13的氧化能力越強(qiáng)則越降低要求最小空燃比X。這樣，要求最小空燃比X由于排氣浄化催化劑13的氧化能力的不同而位于稀空燃比或位于濃空燃比，下面以要求最小空燃比X為濃空燃比的情況為例，對(duì)流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化的振幅、流入到排氣凈化催化劑13的烴濃度的振動(dòng)周期進(jìn)行說(shuō)明。如果基本空燃比(A/F)b變大、即被供給烴之前的廢氣中的氧濃度變高，則需要將空燃比(A/F) in設(shè)為要求最小空燃比X以下所需的烴的供給量増大，與之相伴，無(wú)助于還原性中間體的生成的多余的烴量也増大。該情況下，為了對(duì)NOx良好地進(jìn)行凈化，需要使該剩余的烴氧化，因此，為了對(duì)NOx良好地進(jìn)行凈化，剰余的烴量越多，越需要大量的氧。
該情況下，如果提高廢氣中的氧濃度，則能夠增大氧量。因此，為了對(duì)NOx良好地進(jìn)行凈化，需要在被供給烴之前的廢氣中的氧濃度高時(shí)，提高烴供給后的廢氣中的氧濃度。即，被供給烴之前的廢氣中的氧濃度越高，越需要增大烴濃度的振幅。圖13表示可獲得同一 NOx凈化率時(shí)的、被供給烴之前的廢氣中的氧濃度與烴濃度的振幅AH的關(guān)系。從圖13可知，為了獲得同一 NOx凈化率，被供給烴之前的廢氣中的氧濃度越高，則越需要使烴濃度的振幅AH増大。即，為了獲得同一 NOx浄化率，基本空燃比(A/F)b越高，則需要越使烴的濃度的振幅AT増大。如果換成其他說(shuō)法，則為了使NOx良好地浄化，基本空燃比(A/F)b越低，就可以使烴濃度的振幅AT越減少。另外，基本空燃比(A/F)b最低的時(shí)候是加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)，如果烴濃度的振幅AH為200ppm程度，則能夠?qū)Ox良好地進(jìn)行凈化?；究杖急?A/F)b通常比加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)大，因此，如果如圖14所示那樣烴濃度的振幅AH為200ppm以上，則能夠獲得良好的NOx浄化率。另ー方面，可知在基本空燃比(A/F)b最高時(shí)，如果將烴濃度的振幅AH設(shè)為IOOOOppm程度，則能夠獲得良好的NOx凈化率。因此，在本發(fā)明中，烴濃度的振幅被預(yù)先決定的范圍設(shè)為200ppm到lOOOOppm。另外，如果烴濃度的振動(dòng)周期△ T變長(zhǎng)，則在被供給烴之后，在接下來(lái)被供給烴的期間，活性NO/周?chē)难鯘舛茸兏摺Ｔ撉闆r下，如果烴濃度的振動(dòng)周期AT比5秒程度長(zhǎng)，則活性NO/開(kāi)始以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內(nèi)，因此，如圖15所示那樣，如果烴濃度的振動(dòng)周期AT比5秒程度長(zhǎng)，則NOx浄化率降低。因此，需要使烴濃度的振動(dòng)周期AT為5秒以下。另ー方面，如果烴濃度的振動(dòng)周期A T大致為0. 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(kāi)始堆積，因此，如圖15所示那樣，如果烴濃度的振動(dòng)周期A T大致為0. 3秒以下，則NOx浄化率降低。鑒于此，在本發(fā)明中，將烴濃度的振動(dòng)周期設(shè)定為0.3秒到5秒之間。接下來(lái)，參照?qǐng)D16 圖19，對(duì)使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮功能時(shí)的NOx浄化方法具體進(jìn)行說(shuō)明。以下將如此使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮功能時(shí)的NOx凈化方法稱(chēng)為第2N0x凈化方法。
在該第2N0x凈化方法中，如圖16所示，當(dāng)被堿性層53吸留的吸留NOx量E NOX超過(guò)了預(yù)先決定的允許量MAX時(shí)，流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in暫時(shí)為濃空燃比。如果廢氣的空燃比(A/F) in為濃空燃比，則當(dāng)廢氣的空燃比(A/F)in為稀空燃比時(shí)被吸留到堿性層53內(nèi)的NOx從堿性層53 —?dú)獾蒯尫懦龆贿€原。由此，NOx被凈化。吸留NOx量E NOX例如可以根據(jù)從內(nèi)燃機(jī)排出的NOx量計(jì)算。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以及內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖17所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)，可以根據(jù)該排出NOx量NOXA計(jì)算出吸留NOx量E N0X。該情況下，如前所述，廢氣的空燃比(A/F) in為濃空燃比的周期通常為I分鐘以上。在該第2N0x凈化方法中，如圖18所示那樣從燃料噴射閥3向燃燒室2內(nèi)施加燃燒用燃料Q，通過(guò)噴射追加的燃料WR，流入到排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F)in為濃空燃比。其中，圖18的橫軸表示了曲柄角。該追加的燃料WR在雖然燃燒但沒(méi)有成為內(nèi)燃機(jī)輸出而展現(xiàn)的時(shí)間、即在壓縮上死點(diǎn)后ATDC為90°的稍微近前被噴射。該燃料量WR作為噴射量Q以及內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，以圖19所示那樣的映射的形式被預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。當(dāng)然，該情況下通過(guò)使來(lái)自烴供給閥15的烴的供給量増大，也能夠使廢氣的空燃比(A/F) in位于濃空燃比。如果再次返回到針對(duì)第INOx凈化方法的說(shuō)明，則為了使用第INOx凈化方法對(duì)NOx良好地進(jìn)行凈化，需要如前述那樣，恰當(dāng)?shù)乜刂茻N濃度的振幅AH以及振動(dòng)周期AT。即，為了使用第INOx浄化方法對(duì)NOx良好地進(jìn)行凈化，需要按照向排氣凈化催化劑13流入的廢氣的空燃比(A/F) in成為要求最小空燃比X以下的方式來(lái)控制烴濃度的振幅AH，并將烴濃度的振動(dòng)周期控制在0. 3秒到5秒之間。該情況下，在本發(fā)明中，烴濃度的振動(dòng)周期A T被控制成對(duì)來(lái)自烴供給閥15的烴 的噴射量進(jìn)行控制，烴濃度的振動(dòng)周期AT通過(guò)控制來(lái)自烴供給閥15的烴的噴射周期而被 控制。需要說(shuō)明的是，該情況下，來(lái)自烴供給閥15的烴的噴射量被控制成對(duì)來(lái)自烴供給閥15的烴的噴射時(shí)間或者噴射壓的至少一方進(jìn)行控制。另外，當(dāng)利用第INOx凈化方法來(lái)進(jìn)行NOx的凈化作用時(shí)，最被要求的是無(wú)論在何種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下都能獲得高的NOx浄化率，被供給的烴不穿過(guò)排氣凈化催化劑13。通過(guò)對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行研究，結(jié)果明確了在排氣凈化催化劑13中被完全氧化的烴的量與部分氧化的烴的量左右著NOx浄化率和烴的穿過(guò)量。下面參照?qǐng)D20對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。圖20中表示從烴供給閥15以相同的噴射壓但以不同的噴射時(shí)間噴射的烴的三個(gè)噴射模式a、b、c。該情況下，對(duì)噴射時(shí)間而言，噴射模式A最短，噴射模式C最長(zhǎng)。而且，圖20中表示在基于各噴射模式A、B、C進(jìn)行了噴射后，流入到排氣凈化催化劑13的廢氣中的烴濃度的時(shí)間性變化。并且，在圖20中表示基于各噴射模式A、B、C進(jìn)行噴射時(shí)的NOx凈化率與排氣凈化催化劑13的烴的穿過(guò)量。當(dāng)流入到排氣凈化催化劑13的廢氣中的烴濃度、即每單位廢氣量的烴量少時(shí)，導(dǎo)致該烴在排氣凈化催化劑13中被完全氧化。另ー方面，如果廢氣中的烴濃度、即每單位廢氣量的烴量増大，則在排氣凈化催化劑13中不能將全部的烴完全氧化。此時(shí)，一部分的烴被部分氧化。這樣，廢氣中的烴濃度存在全部的烴在排氣凈化催化劑13中被完全氧化的界限，該界限在圖20中用XA表示。
S卩，在圖20中，由于當(dāng)烴濃度比界限XA低時(shí)，全部的烴被完全氧化，所以在圖20中比界限XA靠下方的陰影區(qū)域RA中，全部的烴被完全氧化。該情況下，陰影區(qū)域RA的面積表示烴量，因此，與陰影區(qū)域RA相當(dāng)?shù)牧康臒N被完全氧化。其中，以下將該界限XA稱(chēng)為完全氧化界限。另ー方面，在圖20中比完全氧化界限XA靠上方的區(qū)域RB中，在排氣凈化催化劑
13中進(jìn)行烴的部分氧化作用。該情況下，圖20中陰影區(qū)域RB表示了被部分氧化的烴量。由于從該被部分氧化的烴生成還原性中間體，所以通過(guò)該被部分氧化的烴來(lái)進(jìn)行基于第INOx浄化方法的NOx的浄化作用。此外，實(shí)際上該部分氧化后的烴的一部分在還原性中間體的生成中未被使用而被氧化，由部分氧化后的剩余的烴生成還原性中間體。
另ー方面，如果流入到排氣凈化催化劑13的廢氣中的烴濃度、即每單位廢氣量的烴量進(jìn)一歩増大，則一部分烴在排氣凈化催化劑13中非但未被完全氧化甚至未被部分氧化，該情況下未被氧化的一部分烴從排氣凈化催化劑13穿過(guò)。發(fā)生該烴的穿過(guò)的烴的界限在圖20中用XB表示，以下將該界限XB稱(chēng)為穿過(guò)界限。在圖20中，比該穿過(guò)界限XB靠上方的陰影區(qū)域RC表示了烴的穿過(guò)量。為了使用第INOx凈化方法對(duì)廢氣中含有的NOx進(jìn)行凈化，需要使相對(duì)于廢氣中含有的NOx量為足夠量的烴部分氧化，在被部分氧化的烴量RB不充分的情況下，NOx凈化率降低。圖20中的噴射模式A表示如此地被部分氧化的烴量RB不足的情況，該情況下，如圖20所示，NOx凈化率降低。另ー方面，在圖20中表示了為了增大被部分氧化的烴量RB而使噴射模式B比噴射模式A噴射時(shí)間增長(zhǎng)的情況。如果噴射時(shí)間變長(zhǎng)，則由于被部分氧化的烴量RB増大，所以如圖20所示那樣NOx浄化率變高。其中，圖20表示了即便是噴射模式B，被部分氧化的烴量RB也若干不足的情況。在圖20中表示了為了進(jìn)ー步增大部分氧化的烴量RB而使噴射模式C比噴射模式B噴射時(shí)間進(jìn)一歩地變長(zhǎng)的情況。該情況下，如圖20所示，NOx浄化率提高。但該情況下，由于烴濃度超過(guò)穿過(guò)界限XB，所以發(fā)生烴的穿過(guò)。在基于第INOx浄化方法進(jìn)行NOx浄化作用時(shí)，通常需要不發(fā)生烴的穿過(guò)。因此，在本發(fā)明中，當(dāng)基于第INOx浄化方法進(jìn)行NOx浄化作用時(shí)，通常使用在圖20所示的例子中烴濃度的峰值為穿過(guò)界限XB的噴射模式B。當(dāng)然，在如噴射模式A所示那樣即使烴濃度的峰值達(dá)不到穿過(guò)界限XB，也能獲得足夠高的NOx浄化率的情況下，可以使用噴射模式A。BP,在本發(fā)明中，當(dāng)基于第INOx浄化方法進(jìn)行NOx浄化作用時(shí)，通常可以使用噴射模式A或噴射模式B中的任意ー個(gè)。如果排氣浄化催化劑13的溫度上升，則在排氣凈化催化劑13中每單位時(shí)間被氧化的烴量増大，即針對(duì)烴的氧化速度増大，結(jié)果若排氣凈化催化劑13的溫度上升，則完全氧化界限XA上升。另ー方面，如果排氣浄化催化劑13的溫度上升，則由于在溫度上升之前穿過(guò)的烴被部分氧化，所以穿過(guò)界限XB也上升。即，如果排氣浄化催化劑13的溫度上升，則完全氧化界限XA與穿過(guò)界限XB都上升。因此，在利用第INOx浄化方法進(jìn)行NOx的浄化時(shí)，需要考慮該情況來(lái)進(jìn)行烴的噴射控制。圖21以及圖22表示考慮該情況來(lái)進(jìn)行烴的噴射控制時(shí)的ー個(gè)例子。其中，圖21所示的例子表示通過(guò)在將噴射壓維持為一定的狀態(tài)下控制噴射時(shí)間，來(lái)控制烴的噴射量的情況，圖22所示的例子表示通過(guò)控制噴射壓以及噴射時(shí)間這雙方，來(lái)控制烴的噴射量的情況。另外，在圖21以及圖22中，A1表示內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載比較低時(shí)的噴射模式，A3表示內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載比較高時(shí)的噴射模式，A2表示內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載分別為A1所示的情況與A3所示的情況的中間情況的噴射模式。即，隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載變高，噴射模式從A1向A3變化。內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載越高，排氣凈化催化劑13的溫度越高，因此，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載越高，則完全氧化界限XA以及穿過(guò)界限XB也越高。另ー方面，轉(zhuǎn)速以及負(fù)載越高，來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)的每單位時(shí)間的排出NOx量越増大，因此，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載越高，則越需要増大被部分氧化的烴量RB。該情況下，為了使被部分氧化的烴量RB増大，需要使烴的噴射量増大。因此，為了能夠生成NOx的浄化所需要的量的部分氧化烴，在圖21所示的例子中，隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載變高通過(guò)延長(zhǎng)噴射時(shí)間來(lái)使噴射量増量，在圖22所示的例子中， 隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)載變高，通過(guò)將噴射壓以及噴射時(shí)間都增長(zhǎng)來(lái)使噴射量増量。這樣，通過(guò)僅控制噴射時(shí)間，或者通過(guò)控制噴射壓以及噴射時(shí)間這雙方，都能夠控制噴射量，下面以通過(guò)僅控制噴射時(shí)間來(lái)控制噴射量的情況為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。圖23A表示在通過(guò)如此地只控制噴射時(shí)間來(lái)控制噴射量的情況下，能夠生成NOx的浄化所需要的量的部分氧化烴的等噴射時(shí)間線。從圖23A可知，對(duì)于烴的噴射時(shí)間而言，向燃燒室2內(nèi)噴射的燃料噴射量Q越増大、即內(nèi)燃機(jī)負(fù)載越增大則越長(zhǎng)，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N越高則越長(zhǎng)。該噴射時(shí)間WT作為燃料噴射量Q以及內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，被以圖23B所示那樣的映射的形式預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。而且，最佳的烴濃度的振動(dòng)振幅AT、即烴的噴射周期AT也同樣作為噴射量Q以及內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，被以圖23C所示那樣的映射的形式預(yù)先存儲(chǔ)在R0M32內(nèi)。在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果從烴供給閥15以圖23B所示的噴射時(shí)間WTij以及圖23C所示的噴射周期ATij噴射烴，則能夠進(jìn)行基于第INOx浄化方法的良好的NOx浄化作用。圖24表示如此進(jìn)行基于第INOx浄化方法的良好的NOx浄化作用時(shí)烴的噴射模式與烴濃度變化。此時(shí)，圖24中由區(qū)域RA表示的量的烴被完全氧化，此時(shí)，排氣浄化催化劑13由于該烴的氧化反應(yīng)熱而被維持為活化的狀態(tài)。如前所述，在圖I所示的實(shí)施例中，后處理裝置14由微粒過(guò)濾器構(gòu)成，該微粒過(guò)濾器14上擔(dān)載有如鉬Pt那樣的貴金屬。即，該微粒過(guò)濾器14具有氧化功能，因此，如果該微粒過(guò)濾器14被供給烴，則微粒過(guò)濾器14由于烴的氧化反應(yīng)熱而溫度上升。另ー方面，在前述那樣進(jìn)行了基于第INOx浄化方法的NOx浄化作用時(shí)，由圖24可知，通常烴的噴射量被控制成烴不從排氣凈化催化劑13穿過(guò)。因此，通常微粒過(guò)濾器14不因烴的氧化反應(yīng)熱而溫度上升，微粒過(guò)濾器14由在排氣凈化催化劑13中被提供熱的廢氣加熱。因此，通常微粒過(guò)濾器14的溫度比排氣凈化催化劑13的溫度低，在微粒過(guò)濾器14被配置成進(jìn)ー步遠(yuǎn)離排氣凈化催化劑13的情況下，微粒過(guò)濾器14的溫度更低。另外，當(dāng)微粒過(guò)濾器14的微粒捕集量超過(guò)了一定程度吋，需要使微粒過(guò)濾器14的溫度上升到650°C程度，使堆積的微粒燃燒而將其除去。即，需要使微粒過(guò)濾器14再生。該情況下，排氣凈化催化劑13中的氧化反應(yīng)活躍，由此使廢氣溫上升，如果使微粒過(guò)濾器14的溫度上升到650°C程度的再生溫度，則導(dǎo)致排氣凈化催化劑13的溫度變得極高。其結(jié)果，排氣凈化催化劑13發(fā)生熱劣化，根據(jù)情況會(huì)產(chǎn)生NOx浄化率降低的問(wèn)題。鑒于此，該情況下，在本發(fā)明中如圖25所示那樣使烴的濃度變化的振幅増大，使從排氣浄化催化劑13穿過(guò)的烴的穿過(guò)量RC増大，利用穿過(guò)的烴在微粒過(guò)濾器14上的氧化反應(yīng)熱來(lái)使微粒過(guò)濾器14升溫。S卩，如果進(jìn)行一般性表述，則在本發(fā)明中，當(dāng)被供給烴時(shí)溫度由于烴的氧化反應(yīng)熱而上升的后處理裝置14被配置在排氣凈化催化劑13下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)，當(dāng)要使后處理裝置14升溫吋，使流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化的振幅増大，來(lái)使從排氣浄化催化劑13穿過(guò)的烴的穿過(guò)量RC増大。該情況下，在本發(fā)明的實(shí)施例中，如在圖25中用WTK表示那樣，與進(jìn)行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用時(shí)的噴射時(shí)間TW(圖24)相比，噴射時(shí)間變長(zhǎng)，由此使噴射量增大、使烴的穿過(guò)量RC増大。
這樣，如果噴射量増大，則通過(guò)與圖24比較可以明確，被部分氧化的烴量RB也增大，因此，此時(shí)生成足夠量的還原性中間體。因此，此時(shí)能夠進(jìn)行基于第INOx浄化方法的良好的NOx凈化作用。另外，如果噴射量増大，則由于在排氣凈化催化劑13中被完全氧化的烴量RA增大，所以氧化反應(yīng)熱増大，其結(jié)果排氣凈化催化劑13的溫度上升。但此時(shí)排氣凈化催化劑13自身不需要特別地升溫，排氣凈化催化劑13的溫度只要維持此時(shí)的溫度即可。該情況下，為了將排氣凈化催化劑13的溫度維持不變，需要將每單位時(shí)間被完全氧化的烴量維持
為一定。每單位時(shí)間被完全氧化的烴量可以通過(guò)將一次噴射的完全氧化烴量RA除以噴射周期A TK而得到的值(RA/A TK)來(lái)表示。該情況下，由于一次噴射的完全氧化烴RA與噴射量成比例，噴射量與噴射時(shí)間WTK成比例，所以每單位時(shí)間被完全氧化的烴量可以由將噴射時(shí)間WTK除以噴射周期A TK而得到的值(WTK/A TK)來(lái)代表。因此，為了將排氣凈化催化劑13的溫度維持不變，只要使該值(WTK/A TK)與圖24所示的情況的(WT/A T)相等即可。(WTK/A TK) = (WT/ A T)時(shí)的關(guān)系如圖26所示。由圖26可知，為了將排氣凈化催化劑13的溫度維持不變，需要在噴射時(shí)間從WT增大為WTK時(shí)，將噴射周期從△ T増大到ATK。即，在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)要使后處理裝置14升溫時(shí)，通過(guò)增大來(lái)自烴供給閥15的烴的噴射量，來(lái)増大流入到排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化的振幅，此時(shí)隨著烴的噴射量増大，烴的噴射周期變長(zhǎng)。圖27表示微粒過(guò)濾器的再生控制時(shí)的烴的穿過(guò)量RC、排氣凈化催化劑13的溫度TC變化、和微粒過(guò)濾器14的溫度TM的變化。其中，在圖27中，TMX表示微粒過(guò)濾器14再生時(shí)的目標(biāo)溫度、即再生溫度。在圖27中，如果在時(shí)刻b微粒過(guò)濾器14的再生控制開(kāi)始，則烴的噴射量増大，由此烴的穿過(guò)量RC増大。如果烴的穿過(guò)量RC増大，則穿過(guò)的烴的氧化反應(yīng)熱會(huì)使得微粒過(guò)濾器14的溫度TM上升。如圖27所示，烴的穿過(guò)量RC隨著微粒過(guò)濾器14的溫度TM接近于再生溫度TMX而減少，如果微粒過(guò)濾器14的溫度TM達(dá)到再生溫度TMX，則控制烴的穿過(guò)量RC，以使微粒過(guò)濾器14的溫度TM被維持為再生溫度TMX。S卩，在該實(shí)施例中，后處理裝置13升溫時(shí)的目標(biāo)溫度被預(yù)先決定，當(dāng)要使后處理裝置13升溫吋，控制烴的穿過(guò)量RC，以使后處理裝置13的溫度上升到目標(biāo)溫度。另ー方面，當(dāng)為了使微粒過(guò)濾器14升溫而增大烴的噴射量吋，為了將排氣凈化催化劑13的溫度TC維持為一定，噴射周期變長(zhǎng)。但實(shí)際上微粒過(guò)濾器14的溫度TC未被維持為一定而變動(dòng)的情況較多。鑒于此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)先設(shè)定了有可能引起排氣凈化催化劑13的熱劣化的排氣凈化催化劑13的允許上限溫度TCX，在進(jìn)行微粒過(guò)濾器14的升溫控制時(shí)、即進(jìn)行后處理裝置14的升溫控制時(shí)，為了在排氣凈化催化劑13的溫度TC超過(guò)了該允許上限溫度TCX時(shí)使排氣凈化催化劑13的溫度降低，烴的噴射周期變長(zhǎng)。并且，在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)進(jìn)行微粒過(guò)濾器14的升溫控制時(shí)、即進(jìn)行后處理裝置14的升溫控制時(shí)，為了在排氣凈化催化劑13的溫度TC降低到活化溫度TCtl時(shí)將排氣浄化催化劑13的溫度TC維持在活化溫度TCtl以上，烴的噴射周期縮短。這樣，在本發(fā)明的實(shí)施例中，后處理裝置14的升溫作用通過(guò)使烴的噴射量變化而被控制，排氣凈化催化劑13的溫度TC通過(guò)使烴的噴射周期變化而被控制。
圖28表示了 NOx凈化控制程序。該程序基于每隔一定時(shí)間的中斷而執(zhí)行。參照?qǐng)D28，首先在步驟60中根據(jù)來(lái)自溫度傳感器23的輸出信號(hào)來(lái)判別排氣浄化催化劑13的溫度TC是否超過(guò)了活化溫度TQ。當(dāng)TC彡TC0時(shí)、即排氣凈化催化劑13活化時(shí)，進(jìn)入到步驟61，判別是否是微粒過(guò)濾器14的再生控制中。當(dāng)是微粒過(guò)濾器14的再生控制中時(shí)，結(jié)束處理循環(huán)。與之相對(duì)，在不是微粒過(guò)濾器14的再生控制中時(shí)，進(jìn)入到步驟62，基于壓差傳感器24的輸出信號(hào)來(lái)判別微粒過(guò)濾器14的前后壓差是否超過(guò)了表示應(yīng)該再生的壓差P。。當(dāng)AP彡P(guān)tl時(shí)，進(jìn)入到步驟64，以從圖23B計(jì)算出的噴射時(shí)間WTij及從圖23C計(jì)算出的噴射周期ATij進(jìn)行烴的供給處理。此時(shí)，執(zhí)行基于第INOx浄化方法的NOx浄化作用。另ー方面，當(dāng)在步驟62中判別為AP > Pci時(shí)，進(jìn)入到步驟63，執(zhí)行微粒過(guò)濾器14的再生控制。用于進(jìn)行該再生控制的程序表示在圖29以及圖30中。另ー方面，當(dāng)在步驟60中判斷為T(mén)C < TC0時(shí)，判斷為應(yīng)該采用第2N0x凈化方法，然后進(jìn)入到步驟65。在步驟65中，根據(jù)圖17所示的映射計(jì)算出每單位時(shí)間的排出NOx量NOXA。接下來(lái)，在步驟66中通過(guò)對(duì)E NOX加上排出NOx量NOXA，來(lái)計(jì)算出吸留NOx量E NOX。接著，在步驟67中判別吸留NOx量E NOX是否超過(guò)了允許值MAX。如果E NOX > MAX，則進(jìn)入到步驟68，根據(jù)圖19所示的映射計(jì)算出追加的燃料量WR，進(jìn)行追加的燃料的噴射作用。接下來(lái)，在步驟69中將E NOX清零。圖29以及圖30所示的再生控制程序也當(dāng)再生控制開(kāi)始時(shí)，基于每隔一定時(shí)間的中斷而執(zhí)行。在該再生控制程序中，首先在步驟70中根據(jù)圖23B所示的映射計(jì)算出與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的噴射時(shí)間WT，接著在步驟71中根據(jù)圖23C所示的映射計(jì)算出與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的噴射周期AT。接下來(lái)，在步驟72中讀入由溫度傳感器25檢測(cè)出的微粒過(guò)濾器14的溫度TM，接著在步驟73中讀入由溫度傳感器23檢測(cè)出的排氣凈化催化劑13的溫度TC。接下來(lái)，在步驟74中基于下式計(jì)算出再生時(shí)的烴的噴射時(shí)間WTK。WTK — WT [1+C (TMX-TM)]這里，C是常量，TMX是圖27所示的再生溫度。在上式中，C (TMX-TM)表示噴射時(shí)間WT的增量比例，微粒過(guò)濾器14的溫度TM與再生溫度TMX之差越大，該噴射時(shí)間WT的増量比例越大。接下來(lái)，在步驟75中基于下式計(jì)算出再生時(shí)的烴的噴射周期ATK。ATK — (WTK/WT) AT由上式可知，再生時(shí)的噴 射時(shí)間WTK越増大，再生時(shí)的噴射周期ATK越變長(zhǎng)。接下來(lái)，在步驟76 步驟80中，修正再生時(shí)的噴射周期ATK，以使排氣凈化催化劑13的溫度TC維持在活化溫度TCO與允許上限溫度TCX之間。S卩，在步驟76中，判別排氣浄化催化劑13的溫度TC是否超過(guò)了允許上限溫度TCX。當(dāng)TC>TCX時(shí)，進(jìn)入到步驟77，對(duì)噴射周期的修正值A(chǔ) d加上一定值a。接下來(lái)，在步驟80中，對(duì)噴射周期ATK加上修正值A(chǔ)d。因此，此時(shí)噴射周期ATK變長(zhǎng)。另ー方面，當(dāng)在步驟76中判別為T(mén)C ( TCX時(shí)，進(jìn)入到步驟78，判別排氣凈化催化劑13的溫度TC是否為活化溫度TCtl以下。當(dāng)TC彡TCtl時(shí)，進(jìn)入到步驟79，從修正值A(chǔ)d減去一定值，然后進(jìn)入到步驟80。因此，此時(shí)噴射周期ATK變短。另ー方面，當(dāng)在步驟78中判別為T(mén)OTCtl時(shí)，進(jìn)入到步驟80。接下來(lái)，在步驟81中，以在步驟74中計(jì)算出的噴射時(shí)間WTK以及在步驟80中計(jì)算出的噴射周期A TK來(lái)進(jìn)行烴的供給處理。此時(shí)，執(zhí)行基于第INOx浄化方法的NOx浄化作用，并執(zhí)行微粒過(guò)濾器14的再生處理。接著，在步驟82中，判別微粒過(guò)濾器14的再生處理是否結(jié)束，如果微粒過(guò)濾器的再生處理結(jié)束，則進(jìn)入到步驟83，將修正值A(chǔ) d清零。在増大烴的噴射量，使得烴從排氣凈化催化劑13穿過(guò)時(shí)，流入到微粒過(guò)濾器14的廢氣的空燃比間歇性地成為濃空燃比。這樣當(dāng)廢氣的空燃比成為濃空燃比吋，由于廢氣中幾乎不存在氧，所以濃空燃比的廢氣中烴不被氧化，烴被排出到大氣中。但是，由于微粒過(guò)濾器14捕集微粒而使得廢氣的流路復(fù)雜地彎曲，因此即使流入到微粒過(guò)濾器14的廢氣的空燃比間歇性地成為濃空燃比，該廢氣也會(huì)在微粒過(guò)濾器14內(nèi)與稀空燃比的廢氣混合而成為稀空燃比。因此，流入到微粒過(guò)濾器14內(nèi)的烴在微粒過(guò)濾器14內(nèi)被氧化，這樣ー來(lái)，烴不會(huì)從微粒過(guò)濾器14流出。另外，在增大了烴的噴射量時(shí)，當(dāng)存在在微粒過(guò)濾器14內(nèi)濃空燃比的廢氣與稀空燃比的廢氣不充分混合的危險(xiǎn)性時(shí)，優(yōu)選如圖31A所示那樣，在微粒過(guò)濾器14上游的排氣管12a內(nèi)配置廢氣混合器45。圖31B表示了使用擔(dān)載有NOx選擇還原催化劑的微粒過(guò)濾器作為后處理裝置14的情況。另外，圖31C表示了使用NOx選擇還原催化劑作為后處理裝置14的情況。在這些情況下，如圖31B以及圖31C所示那樣，在后處理裝置14上游的排氣管12a內(nèi)配置有尿素水供給閥46，從尿素水供給閥46向廢氣中供給尿素水。廢氣中含有的NOx基于由尿素水生成的氨氣而在NOx選擇還原催化劑中被還原。其中，這些NOx選擇還原催化劑例如由Cu沸石構(gòu)成，因此，NOx選擇還原催化劑具有不算強(qiáng)的氧化功能。在圖31B所示的實(shí)施例中，后處理裝置14的升溫控制時(shí)的升溫目標(biāo)溫度被設(shè)為微粒過(guò)濾器的再生溫度。另ー方面，在圖31C所示的實(shí)施例中，后處理裝置14的升溫控制時(shí)的升溫一目標(biāo)溫度被設(shè)為NOx選擇還原催化劑的活化溫度。即，在圖3IC所示的實(shí)施例中，當(dāng)要將NOx選擇還原催化劑活化吋，烴的噴射量被増量。需要說(shuō)明的是，如果大幅地増加烴的噴射量，則在排氣凈化催化劑13內(nèi)生成氨氣，因此，流入到后處理裝置14的廢氣中含有氨氣。如果不存在氧，則該氨氣也不產(chǎn)生NOx的選擇還原作用。因此，在圖31B以及圖31C所示的實(shí)施例中，當(dāng)存在濃空燃比的廢氣與稀空燃比的廢氣在后處理裝置14內(nèi)不充分混合的危險(xiǎn)性時(shí)，優(yōu)選將圖31A所示那樣的廢氣混合器45配置在排氣管12a內(nèi)。此外，作為其他實(shí)施例，也可以在排氣凈化催 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。附圖標(biāo)記的說(shuō)明4…吸氣岐管；5…排氣岐管；7…排氣渦輪增壓器；12、12a…排氣管；13…排氣凈化催化劑；14…微粒過(guò)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)配置有用于使廢氣中含有的NOx與重整后的烴發(fā)生反應(yīng)的排氣凈化催化劑，在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?chē)纬捎袎A性的廢氣流通表面部分，該排氣凈化催化劑具有如果使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度以預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅以及預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)時(shí)，將廢氣中含有的NOx還原的性質(zhì)，并且具有如果使該烴濃度的振動(dòng)周期比該預(yù)先決定的范圍長(zhǎng)時(shí)，廢氣中含有的NOx的吸留量增大的性質(zhì)，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該排氣凈化裝置控制來(lái)自烴供給閥的烴的噴射量，以使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度變化的振幅成為該預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅，并且控制來(lái)自烴供給閥的烴的噴射周期，以使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度以預(yù)先決定的范圍內(nèi)的周期振動(dòng)，在排氣凈化催化劑下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有當(dāng)烴被供給時(shí)溫度由于烴的氧化反應(yīng)熱而上升的后處理裝置，當(dāng)要使后處理裝置升溫時(shí)，該排氣凈化裝置使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度變化的振幅增大來(lái)使從排氣凈化催化劑穿過(guò)的烴的穿過(guò)量增大。
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， 后處理裝置升溫時(shí)的目標(biāo)溫度被預(yù)先決定，當(dāng)要使后處理裝置升溫時(shí)控制烴的穿過(guò)量，以使后處理裝置的溫度上升到該目標(biāo)溫度。
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， 當(dāng)要使后處理裝置升溫時(shí)，通過(guò)增大來(lái)自烴供給閥的烴的噴射量，來(lái)使流入到排氣凈化催化劑的烴的濃度變化的振幅增大，此時(shí)隨著烴的噴射量增大，烴的噴射周期變長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 排氣凈化催化劑的允許上限溫度被預(yù)先設(shè)定，在當(dāng)進(jìn)行后處理裝置的升溫控制時(shí)排氣凈化催化劑的溫度超過(guò)了該允許上限溫度的情況下，為了使排氣凈化催化劑的溫度降低而使烴的噴射周期變長(zhǎng)。
5.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， 上述后處理裝置包括微粒過(guò)濾器、或者擔(dān)載有NOx選擇還原催化劑的微粒過(guò)濾器，上述目標(biāo)溫度是微粒過(guò)濾器的再生溫度。
6.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， 上述后處理裝置包括NOx選擇還原催化劑，上述目標(biāo)溫度是NOx選擇還原催化劑的活化溫度。
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， 在上述排氣凈化催化劑內(nèi)，廢氣中含有的NOx與重整后的烴發(fā)生反應(yīng)，從而生成含有氮以及烴的還原性中間體，上述烴的噴射周期是持續(xù)生成還原性中間體所需要的周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 上述烴的噴射周期在0. 3秒 5秒之間。
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， 上述貴金屬催化劑由銠Rh以及鈀Pd中的至少一種和鉬Pt構(gòu)成。
10.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的廢氣流通表面上，形成有包含堿金屬、或堿土類(lèi)金屬、或稀土類(lèi)、或者能夠?qū)Ox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。 ·
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)、排氣凈化催化劑(13)、和微粒過(guò)濾器(14)。在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按照流入到排氣凈化催化劑(13)的烴的濃度變化的振幅成為預(yù)先決定的范圍內(nèi)的振幅的方式，控制來(lái)自烴供給閥(15)的烴的噴射量。當(dāng)使微粒過(guò)濾器(14)的溫度上升到再生溫度時(shí)，烴的噴射量增大，由此從排氣凈化催化劑(13)穿過(guò)的烴的穿過(guò)量增大。
文檔編號(hào)F01N3/36GK102753794SQ20118000192
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月7日
發(fā)明者森俊博, 美才治悠樹(shù) 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社