專利名稱：廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法，它是在柴油機等內(nèi)燃機中、具有氮氧化物吸收還原型催化劑，以凈化廢氣中的氮氧化物的。
背景技術(shù)：
對于用于將柴油機或一部分汽油機等內(nèi)燃機或各種各樣的燃燒裝置的廢氣中的氮氧化物(下面稱為NOx)還原去除的NOx催化劑，做了種種研究和提案。
在這些NOx催化劑中，有一種NOx吸收還原型催化劑，它是具有NOx吸收物質(zhì)，且被用于或被討論用于稀薄燃燒(稀燃燒)汽油機或柴油機的廢氣凈化中。
這種NOx吸收還原型催化劑與三元催化劑不同、即使廢氣中存在氧氣(下面稱為O2)，也能進行NOx的凈化。圖9表示該NOx吸收還原型催化劑70的結(jié)構(gòu)，圖10和圖11表示載持層表面上的活性金屬的配置和NOx的吸收、排放出和還原凈化的機構(gòu)。
圖9所示的NOx吸收還原型催化劑70是作為整體型蜂窩狀物70M被形成的，該整體型蜂窩狀物70M在堇青石(cordierite)、不銹鋼等形成的結(jié)構(gòu)材料的載體71上，設(shè)有多個多邊形(在圖9中是四邊形)的小室70S。
而且，如圖9(b)和圖9(c)所示，就總體而言、在具有較大的表面積的小室70S的內(nèi)壁上、為了增加表面積而涂敷上由沸石、氧化鋁(Al2O3)或二氧化硅等多孔質(zhì)涂層材料形成的催化劑涂層(載持層)74，如圖10和圖11所示，在該催化劑涂層74上載持催化劑金屬72和NOx吸收物質(zhì)(R)73。
該催化劑金屬72由具有氧化功能的白金(Pt)等貴金屬形成，NOx吸收物質(zhì)(R)33由具有NOx吸收和排放出功能的鉀(K)等堿金屬、鋇(下面稱為Ba)等堿土類金屬、鑭(La)等稀土類金屬中的一種或幾種形成。
圖10表示在柴油機或稀薄燃燒汽油機等進行通常運轉(zhuǎn)的廢氣中含有O2的廢氣條件下，由NOx吸收還原型催化劑70的NOx吸收而凈化的機構(gòu)。
在該廢氣條件下，被排出到廢氣中的一氧化氮(下面稱為NO)由催化劑金屬72的催化劑作用，與廢氣中的O2起反應而氧化，形成二氧化氮(下面稱為NO2)。接著，構(gòu)成NOx吸收物質(zhì)(R)73的鋇等以硝酸鹽(例如Ba(NO3)2)等形態(tài)吸收該NO2，由此將廢氣中的NOx凈化。
但是，當這種狀態(tài)繼續(xù)時，持有NOx吸收功能的NOx吸收物質(zhì)(R)73全部變成硝酸鹽而喪失NOx吸收功能，因而改變發(fā)動機的運轉(zhuǎn)條件，使廢氣中不存在O2，使一氧化碳(下面稱為CO)濃度提高，產(chǎn)生排氣溫度高的過濃燃燒廢氣(濃空燃比狀態(tài)的廢氣)，將該廢氣輸送到NOx吸收還原型催化劑70。
而且，如圖11所示，當廢氣中不存在O2、CO濃度和排氣溫度上升時，吸收了NOx的NOx吸收物質(zhì)(R)73，在硝酸鹽回歸成原來的鋇等情況下，排放出NO2。而且由于廢氣中不存在O2，因而由催化劑金屬72的催化劑作用，將廢氣中的CO、碳化氫(下面稱為HC)、氫氣(下面稱為H2)等作為還原劑，將上述被排放出的NO2還原成水(下面稱為H2O)、二氧化碳(下面稱為CO2)和氮氣(下面稱為N2)、并進行凈化。
有提案是，在具有這些NOx吸收還原型催化劑70的以往技術(shù)的一部分廢氣凈化系統(tǒng)中，為了避免在產(chǎn)生過濃燃燒廢氣時的燃料費用的惡化，如日本專利公開公報平2000-356127號所記載的廢氣凈化裝置那樣，通過大量地進行EGR(排氣再循環(huán))、減少進氣量，來以少量的燃料噴射降低廢氣中的O2濃度、增加CO濃度。在這樣的廢氣凈化裝置中，由于進行EGR，因而以少量的燃料噴射就能實現(xiàn)濃燃燒、能避免燃料費用的惡化。
但是，在該日本專利公開公報2000-356127號記載的廢氣凈化裝置中，通過大量的EGR降低廢氣中的O2濃度時，會產(chǎn)生發(fā)動機內(nèi)的燃燒溫度不成為高溫、被排出的廢氣溫度也不高的問題和催化劑表面上的CO2等非活性氣體增加的問題。
因此，通過催化劑作用將NOx吸收物質(zhì)排放出的NO2還原成N2，需要較大的能量，與催化劑表面是否需要高溫無關(guān)，由于在進行伴有該EGR的濃燃燒時沒有將催化劑表面溫度升高，因而沒有使催化劑活性化，由于被排放出的NO2仍然處于沒有被還原凈化的狀態(tài)而被排放出，因而產(chǎn)生NOx的凈化性能低下的問題。
圖12表示在利用以往的EGR而產(chǎn)生濃燃燒時的廢氣的廢氣凈化系統(tǒng)中、NOx吸收還原型催化劑的NOx凈化性能。由該圖12可見，通過伴有EGR的濃(過濃)燃燒，在為了再生NOx吸收還原型催化劑的濃燃燒運轉(zhuǎn)開始的再生初期，呈現(xiàn)出NOx濃度較高的峰值，使NOx的凈化率大大地降低。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法，它是在再生NOx吸收還原型催化劑時，在進行伴有EGR的濃燃燒之前、通過進行使催化劑表面升溫的催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，即使是伴有EGR的濃燃燒，也能使NOx吸收還原型催化劑排放出的NOx充分還原凈化，能發(fā)揮高的NOx凈化率。
為了達到上述目的，廢氣凈化系統(tǒng)具有如下所述的結(jié)構(gòu)。
1)廢氣凈化系統(tǒng)，它是在發(fā)動機的排氣通路上設(shè)有NOx吸收還原型催化劑，該Nox吸收還原型催化劑具有催化劑金屬和NOx吸著物質(zhì)，而且、上述廢氣凈化系統(tǒng)還具有控制裝置，該控制裝置具有通?？刂七\轉(zhuǎn)機構(gòu)、檢測上述NOx吸收還原型催化劑的再生控制開始時間的再生控制開始判定機構(gòu)、使廢氣中的氧濃度降低的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)。在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)進行使EGR氣體再循環(huán)、并使廢氣中的空燃比狀態(tài)產(chǎn)生濃的廢氣的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)的同時，上述控制裝置具有在就要進行上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)時、進行使上述催化劑金屬活性化的控制運轉(zhuǎn)的催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)。
該催化劑金屬可以由具有白金等的氧化還原的催化劑作用的物質(zhì)形成，NOx吸收物質(zhì)可以由鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銫(Cs)等堿金屬，鋇(Ba)、鈣(Ca)等堿土類金屬，鑭(La)、釔(Y)等稀土類金屬中的任意一種或組合而形成。
而且，所謂該廢氣中的空燃比狀態(tài)成為濃混合比的運轉(zhuǎn)時，不必在汽缸缸孔內(nèi)進行濃燃燒，只要流入到NOx吸收還原型催化劑的廢氣中的空氣量和燃料量的比例接近理論空燃比或與理論空燃比相比、燃料量較多的濃的狀態(tài)下的運轉(zhuǎn)就可以。
如果采用該結(jié)構(gòu)，則由于在進行用于NOx吸收還原型催化劑再生的濃燃燒時，使EGR氣體再循環(huán)，因而能節(jié)約濃燃燒時的燃料費用，而且由于在伴有該EGR的濃燃燒之前、進行使催化劑金屬活性化的控制，因而能在提高催化劑的活性之后變成濃燃燒，從而使NOx吸收物質(zhì)排放出的NOx的還原凈化能充分進行。
2)而且、在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)，在進行理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)的同時，向汽缸內(nèi)的燃料噴射中、進行多級和早期噴射。
在進行該理論空燃比附近的燃燒時、空氣過剩率λ取在0.8～1.1的范圍內(nèi)、最好是λ＝1.01。這樣，由于以較少的燃料量就能使廢氣溫度升高，因而能有效地提高催化劑表面溫度。另外，在進行該理論空燃比附近的燃燒時，為了盡可能提高廢氣溫度，將EGR閥全部關(guān)閉、不進行EGR。而且通過多級且早期噴射、能促進燃料和汽缸內(nèi)氣體的混合，因而能實現(xiàn)無煙塵燃燒。
3)在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述NOx吸收還原型催化劑具有還原劑吸收物質(zhì)。
該還原劑吸收物質(zhì)可以由沸石等物質(zhì)形成，該類物質(zhì)在低溫時吸收Hc或CO、在高溫時排放出，通過具有該還原劑吸收物質(zhì)，在進行通常運轉(zhuǎn)時，將廢氣中的HC或CO吸收，因而能將廢氣凈化，而且由于在進行NOx吸收還原型催化劑的再生控制運轉(zhuǎn)時，將吸收的HC或CO排放出，因而能同時成為被排放出的NOx的還原劑、能將NOx還原。
4)在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)，在進行理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)的同時，進行發(fā)動機的進氣控制從而控制發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由對該節(jié)流閥的閥開度進行調(diào)整的進氣控制、來調(diào)整控制產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，就能使從通?？刂七\轉(zhuǎn)向催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)進行轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)矩變動減少。
5)在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)，使EGR氣體再循環(huán)、并使廢氣中的空燃比狀態(tài)產(chǎn)生濃混合比的廢氣的同時，進行發(fā)動機的進氣控制從而控制發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由對該節(jié)流閥的閥開度進行調(diào)整的進氣控制、來調(diào)整控制產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，就能使從催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)向濃燃燒控制運轉(zhuǎn)進行轉(zhuǎn)換時、而且從濃燃燒控制運轉(zhuǎn)向通常控制運轉(zhuǎn)進行轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)矩變動減少。
而且上述廢氣凈化系統(tǒng)的廢氣凈化方法如下所述地構(gòu)成，能起到與上述同樣的作用效果。
1)廢氣凈化方法，它是用于廢氣凈化系統(tǒng)中，該廢氣凈化系統(tǒng)是在發(fā)動機的排氣通路上設(shè)有NOx吸收還原型催化劑，該NOx吸收還原型催化劑具有催化劑金屬和NOx吸收物質(zhì)，而且、上述廢氣凈化系統(tǒng)還具有控制裝置，該控制裝置具有通?？刂七\轉(zhuǎn)機構(gòu)、再生控制開始判定機構(gòu)、催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)、使廢氣中的氧濃度降低的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述再生控制開始判定機構(gòu)，判定為用于NOx吸收還原型催化劑再生的再生控制開始時，催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)進行催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，在該催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)之后、上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)進行伴有EGR氣體再循環(huán)的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)，使上述NOx吸收還原型催化劑再生。
2)在上述廢氣凈化方法中，由理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)進行上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，并且以多級和早期噴射進行向汽缸內(nèi)的燃料噴射。
3)在上述廢氣凈化方法中，上述NOx吸收還原型催化劑具有還原劑吸收物質(zhì)。
4〕在上述廢氣凈化方法中，在上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)中，進行理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)的同時、進行發(fā)動機的進氣控制而控制發(fā)動機所發(fā)生的轉(zhuǎn)矩。
5)在上述廢氣凈化方法中，在上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)中，使EGR氣體再循環(huán)、使廢氣中的空燃比狀態(tài)產(chǎn)生濃的廢氣的同時、進行發(fā)動機的進氣控制從而控制發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
而且，如果采用本發(fā)明涉及的具有NOx吸收還原型催化劑的廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法，在進行NOx吸收還原型催化劑的再生之前、由理論空燃比附近的燃燒等的催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，事前使NOx吸收還原型催化劑處于高溫而活性化之后，進行伴有EGR的濃燃燒，因而能防止在由伴有該EGR的濃燃燒形成的NOx吸收還原型催化劑的表面溫度降低時，由該表面溫度降低形成的催化劑活性的降低。
因此，在再生控制運轉(zhuǎn)時，即使進行伴有EGR的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)，也能充分還原NOx，能抑制由再生控制產(chǎn)生的燃料費用的惡化，同時能提高NOx凈化性能。


圖1是本發(fā)明涉及的實施例的廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示的廢氣凈化系統(tǒng)的發(fā)動機系統(tǒng)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明涉及的實施例的NOx吸收還原型催化劑的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)表示整體型蜂窩狀物的結(jié)構(gòu)，(b)表示小室的結(jié)構(gòu)，(c)表示催化劑載體結(jié)構(gòu)。
圖4是表示本發(fā)明涉及的HC、CO的吸附、吸收物質(zhì)(還原劑吸收物質(zhì))的溫度特性曲線圖表。
圖5是本發(fā)明涉及的實施例的廢氣凈化系統(tǒng)的控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是表示本發(fā)明涉及的實施例的廢氣凈化方法的再生控制流程的流程圖。
圖7是圖6所示的再生前級運轉(zhuǎn)的更詳細的流程圖。
圖8是圖6所示的再生控制運轉(zhuǎn)的更詳細的流程圖。
圖9是以往技術(shù)中的NOx吸收還原型催化劑的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)表示整體型蜂窩狀物的結(jié)構(gòu)，(b)表示小室的結(jié)構(gòu)，(c)表示催化劑載體結(jié)構(gòu)。
圖10表示用于凈化以往技術(shù)中的NOx吸收還原型催化劑的NOx的機構(gòu)的模式圖，表示稀薄燃燒氣體的情況。
圖11表示用于凈化以往技術(shù)中的NOx吸收還原型催化劑的NOx的機構(gòu)的模式圖，表示濃空燃比的廢氣的情況。
圖12表示使用以往技術(shù)的廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法的情況下的廢氣的狀態(tài)的時間系列圖。
具體實施例方式
下面，參照圖來說明本發(fā)明涉及的具有NOx吸收還原型催化劑的廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法。
首先參照著圖1和圖2來說明本發(fā)明涉及的廢氣凈化系統(tǒng)1，它具有NOx吸收還原型催化劑30。
圖1是以柴油機為例、表示具有NOx吸收還原型催化劑30的廢氣凈化系統(tǒng)1的發(fā)動機2和發(fā)動機排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖2表示圖1所示發(fā)動機系統(tǒng)部分的詳細示意圖。
在該廢氣凈化系統(tǒng)1上，如圖1和圖2所示、在發(fā)動機10的進氣通路2上，從上游側(cè)開始配設(shè)著空氣清凈器21、渦輪增壓器5的壓縮機5a、中間冷卻器22、節(jié)流閥(進氣節(jié)流閥)23；從排氣通路3的上游側(cè)開始、配設(shè)著廢氣溫度傳感器51、渦輪增壓器5的渦輪機5b、空氣過剩率(λ)傳感器52、入口側(cè)NOx傳感器53、NOx吸收還原型催化劑30、出口側(cè)NOx傳感器54、消音器31(圖1)。而且，具有EGR冷卻器41和EGR閥42的EGR通路4從排氣歧管12開始與節(jié)流閥23的下游側(cè)的進氣通路2相連接。
而且，還設(shè)有稱為ECU(發(fā)動機控制單元)的電子控制裝置(電子控制盒)7，它是對進行發(fā)動機10的燃料噴射的共軌噴射系統(tǒng)6和發(fā)動機整體進行控制的。
而且，在渦輪增壓器5中，可以使用可變?nèi)萘啃蜏u輪(VGS)、帶減壓機構(gòu)的渦輪或通常渦輪中的任意一種，在使用可變?nèi)萘啃蜏u輪(VGS)或帶減壓機構(gòu)的渦輪的情況下，由電子控制裝置7控制可變?nèi)萘繃娮旌鸵缌鏖T。
在該廢氣凈化系統(tǒng)1中，空氣A通過空氣清凈器21由渦輪增壓器5的壓縮機5a增壓，由中間冷卻器22冷卻之后、通過節(jié)流閥23，從發(fā)動機10的進氣歧管11供給到汽缸內(nèi)。該進氣的流量由電子控制裝置7控制的節(jié)流閥23加以調(diào)整。
而廢氣G從排氣歧管12排出、驅(qū)動渦輪增壓器5的渦輪5b之后，通過NOx吸收還原型催化劑30而成為被凈化了的廢氣Gc，通過消音器31(參見圖1)之后由后尾管32(參見圖1)排出。
而且，作為廢氣G的一部分的EGR氣體Ge，由EGR冷卻器41冷卻之后，通過EGR閥42，進入進氣通路2而進行再循環(huán)。該EGR氣體Ge由EGR閥42進行ON/OFF和氣體流量的調(diào)整。
下面，對NOx吸收還原型催化劑30進行說明。
圖3表示該NOx吸收還原型催化劑30的壁面結(jié)構(gòu)。該NOx吸收還原型催化劑30是由整體型蜂窩狀結(jié)構(gòu)30M形成，該整體型蜂窩狀結(jié)構(gòu)是由γ氧化鋁等載體31形成的，在上述整體型蜂窩狀結(jié)構(gòu)30M的小室30S內(nèi)的表面上涂敷著由沸石等形成的還原劑吸收物質(zhì)34，它的表面上載持催化劑金屬32和NOx吸收物質(zhì)33。
該催化劑金屬32由白金(Pt)等形成，該白金在溫度高于活性開始溫度的高溫區(qū)域具有氧化活性。白金的該活性開始溫度是約150℃～200℃。
而且，NOx吸收物質(zhì)33由鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銫(Cs)等堿金屬、鋇(Ba)、鈣(Ca)等堿土類金屬、鑭(La)、釔(Y)等稀土類金屬等形成，在氣體中的O2濃度高時，吸收NOx，當氣體中的O2濃度低時，排放出NOx。
而且，還原劑吸收物質(zhì)34由沸石等形成，在低溫時、吸附或吸收HC、CO等還原劑、在高溫時將其排放出。圖4表示與該還原劑吸收物質(zhì)34的催化劑溫度相對的HC、CO的吸附、吸收和排放出的關(guān)系(溫度特性)。
下面，參照著圖5～圖8來說明該廢氣凈化系統(tǒng)1中的廢氣凈化方法和廢氣中的NOx凈化機構(gòu)。
該廢氣凈化方法由廢氣凈化系統(tǒng)1進行，該廢氣凈化系統(tǒng)1的控制機構(gòu)具有圖5所示的各個機構(gòu)。
該控制機構(gòu)具有通?？刂七\轉(zhuǎn)機構(gòu)C10；再生控制開始判定機構(gòu)C20；催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C30；濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C40。
該通常控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C10是用于進行通常的稀薄燃燒運轉(zhuǎn)的控制機構(gòu)；再生控制開始判定機構(gòu)C20是判定NOx吸收還原型催化劑30的NOx吸收能力是否達到飽和的機構(gòu)。
催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C30是為了提高催化劑活性而使催化劑表面溫度提高的機構(gòu)，在本實施例中，是由排氣溫度上升控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C31構(gòu)成，該排氣溫度上升控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C31是以空氣過剩率λ為0.8～1.1、最好是λ＝1.01而進行理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)的。
而且，濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C40由大量EGR再生控制機構(gòu)C41構(gòu)成，在該大量EGR控制機構(gòu)C41中，產(chǎn)生O2濃度接近于零的廢氣，從NOx吸收還原型催化劑30中排放出NOx的同時，還原凈化被排放出的NOx。
接著，該廢氣凈化方法，按照圖6～圖8所示的NOx吸收還原型催化劑的再生控制流程而進行的，在步驟S10、由通常控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C10進行通常的稀薄燃燒運轉(zhuǎn)，在步驟S20、由再生控制開始判定機構(gòu)C20判定為有必要進行使NOx吸收還原型催化劑30再生的再生控制運轉(zhuǎn)時，則進入到步驟S30、由催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C30進行催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，使催化劑表面溫度上升。此后，在步驟S40，由濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C40、使大量的EGR循環(huán)的同時，進行使廢氣中的氧氣減少、從而使廢氣中的空燃比狀態(tài)成為濃狀態(tài)的再生控制運轉(zhuǎn)，在使該再生運轉(zhuǎn)繼續(xù)了規(guī)定的時間之后，將流程結(jié)束。
此后，回歸到步驟S10，進行通?？刂七\轉(zhuǎn)，如果NOx吸收還原型催化劑30的NOx吸收能力接近飽和，則反復進行再生運轉(zhuǎn)。
該圖6的再生控制流程是模式地表示在發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)中、與發(fā)動機的其他的控制流程平行地進行的，當發(fā)動機的開關(guān)被OFF、發(fā)動機的運轉(zhuǎn)被停止時，則在實行過程中發(fā)生中斷，中斷該再生控制流程的實行而結(jié)束。圖中，由該發(fā)動機開關(guān)的OFF引起的再生控制流程的中斷和再生控制的結(jié)束的部分用虛線表示。
下面，對圖6和圖7所示的控制流程進行更詳細的說明。
當該控制流程開始時，在步驟S10、由通?？刂七\轉(zhuǎn)機構(gòu)C10、在與控制的時間間隔(間距)相關(guān)的規(guī)定的時間段里、進行通?？刂七\轉(zhuǎn)；進入到步驟S20，對是否需要再生控制作出判定。當在該步驟S20、判定為不需要再生控制的情況下，返回到步驟S10，直到判定為需要再生控制為止，反復進行步驟S10的通?？刂七\轉(zhuǎn)。
在該步驟S10的通?？刂七\轉(zhuǎn)中，由通?？刂七\轉(zhuǎn)機構(gòu)C10的稀薄燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)C11進行稀薄燃燒運轉(zhuǎn)，但同時由NOx吸收量計算機構(gòu)C12計算被NOx吸收還原型催化劑30吸收了的NOx吸收量。
在該稀薄燃燒運轉(zhuǎn)中，不進行進氣控制、將節(jié)流閥23全部打開、而且對EGR也進行通常的控制、燃料噴射控制也以通常的噴射控制的方式進行運轉(zhuǎn)。由燃料流量的調(diào)整進行輸出控制，還進行廢氣控制或燃料費用控制。
而且，該通常控制運轉(zhuǎn)是將通常的稀薄空燃比的廢氣排出的稀薄燃燒運轉(zhuǎn)(汽油機是稀薄燃燒運轉(zhuǎn)、柴油機是通常的燃燒運轉(zhuǎn))，被排出的廢氣成分或排氣溫度形成通常柴油機的廢氣。
因此，由于廢氣中的O2濃度高，因而廢氣中的NOx被NOx吸收物質(zhì)33吸附和吸收。而且，由于HC、CO、廢氣溫度也低、催化劑溫度也低，被還原劑吸收物質(zhì)34吸附和吸收，或由金屬催化劑32的催化劑作用而被廢氣中的O2氧化，由此使廢氣凈化。
而且，NOx吸收量的計算，是從事前的檢測結(jié)果、將發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和NOx排出量的關(guān)系作成映象數(shù)據(jù)(マツプデ一タ)，由預先存儲在控制裝置里的NOx排出映象(マツプ)進行的?；蛘摺⒖筛鶕?jù)在NOx吸收還原型催化劑30的前后設(shè)置的入口NOx傳感器53和出口NOx傳感器54的檢測值，計算NOx吸收量、評價NOx吸收能力是否接近飽和。
在步驟S20，判斷為NOx吸收量達到預先設(shè)定的飽和狀態(tài)的NOx吸收臨界值、成為再生控制運轉(zhuǎn)開始的時刻的情況下，在進行了步驟S30的再生前級運轉(zhuǎn)之后，進行步驟S40的再生控制運轉(zhuǎn)。
該步驟S30的再生前級運轉(zhuǎn)，如圖7所示，在步驟S31、將EGR閥42全部關(guān)閉、停止EGR，使汽缸內(nèi)的燃燒溫度上升，而且在步驟S32，使空氣過剩率λ變成0.8～1.1、最好變成1.01的目標值那樣地、參照映象數(shù)據(jù)并且將λ傳感器52的輸出值加以反饋的同時，進行節(jié)流閥開度、燃料噴射量、燃料噴射時間、燃料噴射式樣等排氣升溫控制值的設(shè)定，在步驟S33，進行基于該設(shè)定的運轉(zhuǎn)，如果空氣過剩率λ變成目標值，則進入到步驟S35，進行該理論空燃比附近的燃燒控制。在步驟S36作出理論空燃比附近的燃燒結(jié)束的判定之前，反復進行該步驟S35的理論空燃比附近的燃燒控制。在圖7所示的流程上，該理論空燃比附近的燃燒結(jié)束是在步驟S35、對運轉(zhuǎn)時間進行計算，如果經(jīng)過規(guī)定時間，則將其作為結(jié)束，但并不局限于此，也可以觀察排氣溫度，如果變成規(guī)定的溫度以上，則將其作結(jié)束等的控制。
并且，另一方面，進行用于調(diào)整節(jié)流閥23或燃料噴射的控制運轉(zhuǎn)，即、將節(jié)流閥23節(jié)流、使λ變成目標值(1.01)地控制該節(jié)流角度。而且，由該理論空燃比附近的燃燒控制使催化劑表面溫度上升，從而使催化劑活性化。
在該運轉(zhuǎn)中，對空氣量和燃料噴射量進行控制，以便使產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與由預先試驗結(jié)果等設(shè)定的“催化劑和轉(zhuǎn)矩映象”進行的稀薄燃燒時的轉(zhuǎn)矩相同。而且，為了減少由該燃燒所生成的煙塵，用多級噴射、而且是早期噴射(使點火提前角在預混合燃燒之前)進行燃料噴射。由于通過該噴射式樣能促進燃料和汽缸內(nèi)氣體的混合，因而能實現(xiàn)無煙燃燒。但，會使HC、CO增加。
在該氧濃度下被控制輸出的運轉(zhuǎn)中，由節(jié)流閥23控制轉(zhuǎn)矩，與汽油機同等地被燃燒控制，因而廢氣溫度變成高溫。
而且，該λ＝1.01附近的濃空燃比的高溫廢氣流入NOx吸收還原型催化劑30時，將催化劑表面加熱、溫度上升的同時，廢氣中增加的CO、HC通過NOx吸收還原型催化劑30的催化劑作用、被殘留在廢氣中的O2氧化，因而產(chǎn)生熱量。由該產(chǎn)生的熱量、使催化劑表面溫度進一步上升，使CO、HC從NOx吸收還原型催化劑30表面的還原劑吸收物質(zhì)34被排放出，所以就進一步產(chǎn)生氧化反應產(chǎn)生的反應熱。由此使催化劑溫度急劇地上升，使NOx吸收還原型催化劑30變成高溫。
〔濃燃燒控制運轉(zhuǎn)〕在步驟S36，在參照“發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)和理論空燃比附近的燃燒時間映象”的同時，判定是否結(jié)束理論空燃比附近的燃燒，如果得出結(jié)束的判定，則進行圖8所示的步驟S40的再生控制運轉(zhuǎn)。
在該再生控制運轉(zhuǎn)中，對EGR閥進行調(diào)整的同時，參照為了成為λ＝1附近的過濃燃燒的映象(變換)數(shù)據(jù)，同時，進行對燃料噴射量、燃料噴射時間、燃料噴射式樣控制的運轉(zhuǎn)。
在步驟S41和步驟S42，參照映象數(shù)據(jù)的同時、進行EGR量的設(shè)定和使空氣過剩率λ為1附近的過濃燃燒的節(jié)流閥開度、燃料噴射量、燃料噴射時間、燃料噴射式樣等濃燃燒控制值的設(shè)定，根據(jù)該設(shè)定，在步驟S43進行大量EGR再生控制(規(guī)定的時間間隔)。
即、進行大量冷EGR控制，使由EGR冷卻器41冷卻的大量EGR氣體進行再循環(huán)，與此同時、進一步節(jié)流節(jié)流閥23，根據(jù)從預先試驗結(jié)果設(shè)定的映象數(shù)據(jù)，為了成為與稀薄燃燒運轉(zhuǎn)時相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的空氣量，將λ傳感器52的輸出值反饋，同時，調(diào)整其節(jié)流角度。
為此，冷EGR只是將通過節(jié)流閥23的吸入空氣被節(jié)流的量回流，在發(fā)動機中由大量的EGR氣體和少量的吸入空氣的空氣過剩率λ成為1.0以下進行燃燒。在該空氣過剩率λ是1.0以下的燃燒中，不能控制由燃料的噴射量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，因而用進氣量控制對轉(zhuǎn)矩進行控制。
而且，為了減少由該燃燒生成的煙塵，用多級噴射、而且是早期噴射(使點火提前角在預先混合燃燒之前)進行燃料噴射。通過該噴射式樣促進燃料和汽缸內(nèi)氣體的混合。而且、在被冷卻的大量非活性氣體(EGR氣體)存在的氛圍下，不能使燃燒溫度上升到生成煤的程度，因而能實現(xiàn)無煙塵的燃燒。但是，HC、CO卻隨著空氣過剩率λ的減少而極端地增加。
在該控制被排出的廢氣，O2濃度變成0％，而HC、CO變成由空氣過剩率λ的控制而進行再生所必要的量。
而且，該O2濃度是0％、而HC濃度和CO濃度高的廢氣流入時，被吸收的NO2從高溫的NOx吸收還原型催化劑30被排放出，在將NOx吸收還原型催化劑30再生的同時，該被排放出的NO2由廢氣中的HC、CO被還原，變成N2、H2O和CO2而凈化。由于廢氣中的HC、CO也作為NO2的還原劑被消費，因而不會被排出。
而且，當該再生控制運轉(zhuǎn)超過由預先的試驗結(jié)果等設(shè)定的映象數(shù)據(jù)(發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)和濃燃燒時間映象)而設(shè)定的運轉(zhuǎn)時間時，則由步驟S44的催化劑再生結(jié)束的判定而結(jié)束。根據(jù)該結(jié)束、在步驟S45、將用于判定是否需要再生控制的NOx吸收量的數(shù)值重新設(shè)置為零。
通過該步驟S41～步驟45等一系列的操作、將再生控制運轉(zhuǎn)結(jié)束，返回到圖6所示的步驟S10。而且，在將發(fā)動機開關(guān)OFF之前，反復進行該控制流程的步驟S10～S40，由發(fā)動機開關(guān)OFF等結(jié)束指令的插入，來停止該控制流程(停止)而結(jié)束(終止)。
因此，如果采用具有NOx吸收還原型催化劑30的廢氣凈化系統(tǒng)1和廢氣凈化方法，為了使NOx吸收還原型催化劑30再生，在進行伴有EGR的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)之前，進行作為再生前級運轉(zhuǎn)的、由排氣升溫控制形成的催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，因而事前就能使NOx吸收還原型催化劑持有高溫而使其活性化。
為此，即使將冷EGR氣體大量地供到汽缸內(nèi)、進行由EGR形成的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)，也能通過催化劑作用使從NOx吸收物質(zhì)排放出的NO2充分還原成N2從而凈化，能發(fā)揮高的NOx凈化率。
特別是通過由EGR形成的濃燃燒，在用于使NOx吸收還原型催化劑再生的濃(過濃)燃燒運轉(zhuǎn)開始的再生初期，能防止出現(xiàn)NOx濃度高的峰值、防止NOx的凈化率的降低。
本發(fā)明提供具有NOx吸收還原型催化劑的廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法，在再生控制運轉(zhuǎn)時，即使進行伴有EGR的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)，也能將NOx充分還原，能抑制由再生控制引起的燃料費用的惡化的同時、能使NOx凈化性能提高。
而且，該廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法能用于將柴油機或一部分汽油機等內(nèi)燃機或各種燃燒裝置的廢氣中的NOx凈化。
權(quán)利要求
1.廢氣凈化系統(tǒng)，它是在發(fā)動機的排氣通路上設(shè)有氮氧化物吸收還原型催化劑，該氮氧化物吸收還原型催化劑具有催化劑金屬和氮氧化物吸收物質(zhì)，而且、上述廢氣凈化系統(tǒng)還具有控制裝置，該控制裝置具有通?？刂七\轉(zhuǎn)機構(gòu)、檢測上述氮氧化物吸收還原型催化劑的再生控制開始時間的再生控制開始判定機構(gòu)、使廢氣中的氧濃度降低的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)，其特征在于，上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)進行使EGR氣體再循環(huán)、并使廢氣中的空燃比狀態(tài)產(chǎn)生濃的廢氣的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)，并且上述控制裝置具有催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)，該催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)在就要進行上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)時，進行使上述催化劑金屬活性化的控制運轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)是在進行理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)、并向汽缸內(nèi)的噴射燃料時，進行多級和早期噴射的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述氮氧化物吸收還原型催化劑具有還原劑吸收物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)是在進行理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)、并進行發(fā)動機的進氣控制從而控制發(fā)動機發(fā)生的轉(zhuǎn)矩。
5.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)使EGR氣體再循環(huán)、并且使廢氣中空燃比狀態(tài)產(chǎn)生濃的廢氣的同時，進行發(fā)動機的進氣控制從而控制發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
6.廢氣凈化方法，它用于廢氣凈化系統(tǒng)中，該廢氣凈化系統(tǒng)是在發(fā)動機的排氣通路上設(shè)有氮氧化物吸收還原型催化劑，該氮氧化物吸收還原型催化劑具有催化劑金屬和氮氧化物吸收物質(zhì)，而且、上述廢氣凈化系統(tǒng)還具有控制裝置，該控制裝置具有通常控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)、再生控制開始判定機構(gòu)、催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、使廢氣中的氧濃度降低的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)，其特征在于，上述再生控制開始判定機構(gòu)判定為用于氮氧化物吸收還原型催化劑再生的再生控制開始時，催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)進行催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，在該催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)之后、上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)進行伴有EGR氣體再循環(huán)的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)，使上述氮氧化物吸收還原型催化劑再生。
7.如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化方法，其特征在于，由理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)進行上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)，并且由多級和早期噴射向汽缸內(nèi)進行燃料噴射。
8.如權(quán)利要求6或7所述的廢氣凈化方法，其特征在于，上述氮氧化物吸收還原型催化劑具有還原劑吸收物質(zhì)。
9.如權(quán)利要求6或7所述的廢氣凈化方法，其特征在于，上述催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)中，在進行理論空燃比附近的燃燒控制運轉(zhuǎn)時、進行發(fā)動機的進氣控制從而控制發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
10.如權(quán)利要求6或7所述的廢氣凈化方法，其特征在于，在上述濃燃燒控制運轉(zhuǎn)中，使EGR氣體再循環(huán)、并使廢氣中的空燃比狀態(tài)產(chǎn)生濃的廢氣的同時、進行發(fā)動機的進氣控制從而控制發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
本發(fā)明提供的廢氣凈化系統(tǒng)和廢氣凈化方法是在稀薄燃燒發(fā)動機或柴油機中，使NOx吸收還原型催化劑再生時，即使進行伴有EGR的濃燃燒，也能將從NOx吸收還原型催化劑排放出的NOx充分地還原凈化，能發(fā)揮高的NOx凈化率。其結(jié)構(gòu)是，在具有NOx吸收還原型催化劑(30)的廢氣凈化系統(tǒng)(1)中，具有控制裝置(C1)，該控制裝置(C1)具有通常控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)(C10)、再生控制開始判定機構(gòu)(C20)、催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)(C30)、使廢氣中的氧濃度降低的濃燃燒控制運轉(zhuǎn)機構(gòu)(C40)；在進行伴有EGR的濃燃燒之前、進行使催化劑活性化的催化劑活性化控制運轉(zhuǎn)。
文檔編號F02D41/14GK1630770SQ0380374
公開日2005年6月22日 申請日期2003年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月12日
發(fā)明者我部正志, 長岡大治 申請人:五十鈴自動車株式會社