內燃機的排氣凈化裝置制造方法
【專利摘要】在內燃機中，內燃機排氣通路內配置有排氣凈化催化劑（13）和烴供給閥（15），并且具備使排氣凈化催化劑（13）下游的廢氣進行再循環(huán)的低壓廢氣再循環(huán)裝置（LPL）。當從烴供給閥（15）噴射烴時，使排氣凈化催化劑（13）中生成的二氧化碳再循環(huán)，暫時降低流入排氣凈化催化劑（13）的流入廢氣的空燃比。與該空燃比的暫時降低同步地從烴供給閥（15）噴射烴。
【專利說明】內燃機的排氣凈化裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及內燃機的排氣凈化裝置。
【背景技術】
[0002]公知一種內燃機，具備用于使向內燃機排氣通路內排出的廢氣在進氣通路內進行再循環(huán)的廢氣再循環(huán)裝置，在內燃機排氣通路內配置排氣凈化催化劑并且在排氣凈化催化劑上游的內燃機排氣通路內配置烴供給閥，在排氣凈化催化劑的廢氣流通表面上擔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，內燃機運轉時以預先設定的周期從烴供給閥噴射烴，由此對廢氣中含有的NOx進行凈化(例如參照專利文獻I)。即使在該內燃機中排氣凈化催化劑的溫度變成高溫也能夠得到高NOx凈化率。
[0003]專利文獻1:TO2011/114499A
[0004]然而在該內燃機中,存在對NOx進行凈化所使用的烴量依然過多這樣的問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在降低對NOx進行凈化所用的烴的消耗量的同時得到高NOx凈化率的內燃機的排氣凈化裝置。
[0006]根據本發(fā)明，提供一種內燃機的排氣凈化裝置，在內燃機排氣通路內配置排氣凈化催化劑并且在排氣凈化催化劑上游的內燃機排氣通路內配置烴供給閥，在排氣凈化催化劑的廢氣流通表面上擔載貴金屬催化劑并且在貴金屬催化劑周圍形成堿性的廢氣流通表面部分，排氣凈化催化劑具有當使流入排氣凈化催化劑的烴的濃度以預先設定的范圍內的振幅以及預先設定的范圍內的周期振動時使廢氣中所含的NOx還原的性質，并且具有當使烴濃度的振動周期長于預先設定的范圍時廢氣中所含的NOx的吸留量增大的性質，在內燃機運轉時從烴供給閥以預先設定的周期噴射烴，由此對廢氣中所含的NOx進行凈化，在該內燃機的排氣凈化裝置中，具備使排氣凈化催化劑下游的內燃機排氣通路內的廢氣在進氣通路內進行再循環(huán)的低壓廢氣再循環(huán)裝置，當進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置的廢氣再循環(huán)作用時如果從烴供給閥噴射烴，則使在排氣凈化催化劑中生成的二氧化碳進行再循環(huán)，并且在烴噴射后經過了二氧化碳的再循環(huán)所需要的時間時引起流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比的暫時降低，當以預先設定的周期從烴供給閥噴射烴時，與流入廢氣的空燃比的暫時降低同步地從烴供給閥噴射烴。
[0007]能夠在降低用于對NOx進行凈化的烴的消耗量的同時得到高NOx凈化率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是壓縮點火式內燃機的整體圖。
[0009]圖2是圖解表不催化劑載體的表面部分的圖。
[0010]圖3是用于說明排氣凈化催化劑中的氧化反應的圖。
[0011]圖4是表示流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比的變化的圖。[0012]圖5是表示NOx凈化率的圖。
[0013]圖6A以及圖6B是用于說明排氣凈化催化劑中的氧化還原反應的圖。
[0014]圖7A以及圖7B是用于說明排氣凈化催化劑中的氧化還原反應的圖。
[0015]圖8是表示流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比的變化的圖。
[0016]圖9是表示NOx凈化率的圖。
[0017]圖10是表示流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比的變化的時序圖。
[0018]圖11是表示流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比的變化的時序圖。
[0019]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之間的關系的圖。
[0020]圖13是表示能夠得到同一 NOx凈化率的廢氣中的氧濃度與烴濃度的振幅Λ H之間的關系的圖。
[0021]圖14是表示烴濃度的振幅Λ H與NOx凈化率之間的關系的圖。
[0022]圖15是表示烴濃度的振動周期Λ T與NOx凈化率之間的關系的圖。
[0023]圖16Α以及圖16Β是表示烴的噴射時間等的圖。
[0024]圖17是表示流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比的變化等的圖。
[0025]圖18是表示燃燒室內的CO2濃度等的圖。
[0026]圖19Α以及圖19Β是表示烴的噴射時間等的圖。
[0027]圖20是表示烴的噴射周期的圖。
[0028]圖21是表示NOx釋放控制的圖。
[0029]圖22是表示排出NOx量NOXA的映射的圖。
[0030]圖23是表示燃料噴射正時的圖。
[0031 ]圖24是表示烴供給量WR的映射的圖。
[0032]圖25是表示各運轉區(qū)域1、I1、III的圖。
[0033]圖26是表示第INOx凈化方法和第2Ν0χ凈化方法的圖。
[0034]圖27是用于進行NOx凈化控制的流程圖。
[0035]圖28是用于進行NOx凈化控制的流程圖。
[0036]圖29是表示運轉區(qū)域IV的圖。
[0037]圖30是用于進行NOx凈化控制的流程圖。
[0038]圖31是用于進行SOx釋放控制的流程圖。
【具體實施方式】
[0039]圖1表示壓縮點火式內燃機的整體圖。
[0040]參照圖1, I表不內燃機主體,2表不各氣缸的燃燒室,3表不用于向各燃燒室2內分別噴射燃料的電子控制式燃料噴射閥，4表示進氣歧管，5表示排氣歧管。進氣歧管4借助進氣管6b與排氣渦輪增壓器7的壓縮機7a的出口連結，壓縮機7a的入口借助進氣管6a以及進氣量檢測器8與空氣凈化器9連結。在進氣管6b內配置有由致動器IOa驅動的節(jié)氣門10，在進氣管6b周圍配置有用于對在進氣管6b內流動的進氣進行冷卻的冷卻裝置11。在圖1所示的實施例中，內燃機冷卻水被導入到冷卻裝置11內，進氣被內燃機冷卻水冷卻。
[0041]另一方面，排氣歧管5與排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪7b的入口連結，排氣渦輪7b的出口借助排氣管12a與排氣凈化催化劑13的入口連結。在排氣凈化催化劑13的下游配置顆粒過濾器14，顆粒過濾器14的出口與排氣管12b連結。在排氣凈化催化劑13上游的排氣管12a內配置有用于供給由作為壓縮點火式內燃機的燃料而使用的輕油等燃料構成的烴的烴供給閥15。在圖1所示的實施例中，作為從烴供給閥15供給的烴利用了輕油。其中，本發(fā)明也能夠適用于基于稀空燃比進行燃燒的火花點火式內燃機。在該情況下，從烴供給閥15供給由作為火花點火式內燃機的燃料而利用的汽油等燃料構成的烴。
[0042]另一方面，排氣歧管5和進氣歧管4借助廢氣再循環(huán)(以下，稱為“EGR”)通路16而相互連結。在EGR通路16內配置有電子控制式EGR控制閥17，并且在EGR通路16周圍配置有用于對在EGR通路16內流動的廢氣進行冷卻的冷卻裝置16a。在圖1所示的實施例中，內燃機冷卻水被導入到冷卻裝置16a內，廢氣被內燃機冷卻水冷卻。另外，各燃料噴射閥3借助燃料供給管18與共軌19連結，該共軌19借助電子控制式的排出量可變的燃料泵20與燃料箱21連結。燃料箱21內貯藏的燃料被燃料泵20供給到共軌19內，供給到共軌19內的燃料借助各燃料供給管18供給到燃料噴射閥3。
[0043]另一方面，在顆粒過濾器14下游的排氣管12b內配置有被致動器22a驅動的排氣控制閥22，該排氣控制閥22與顆粒過濾器14之間的排氣管14內部借助EGR通路23與進氣管6a連結。在該EGR通路23內配置有電子控制式EGR控制閥24，并且在EGR通路23周圍配置有用于對在EGR通路23內流動的廢氣進行冷卻的冷卻裝置23a。在圖1所示的實施例中，內燃機冷卻水被導入到冷卻裝置23a內，廢氣被內燃機冷卻水冷卻。
[0044]電子控制單元30由數字計算機構成，具備由雙向性總線31相互連接的ROM(只讀存儲器)32、RAM(隨機讀取存儲器)33、CPU(微處理器)34、輸入端口 35以及輸出端口 36。在排氣凈化催化劑13的下游安裝有用于對排氣凈化催化劑13的溫度進行檢測的溫度傳感器25，在顆粒過濾器14的下游安裝有用于對顆粒過濾器14的溫度進行檢測的溫度傳感器26。這些溫度傳感器25、26以及進氣量檢測器8的輸出信號分別借助對應的AD轉換器37輸入到輸入端口 35。另外，加速踏板40與產生與加速踏板40的踏入量L成比例的輸出電壓的負荷傳感器41連接,負荷傳感器41的輸出電壓借助對應的AD轉換器37輸入到輸入端口 35。并且輸入端口 35與當曲軸例如每旋轉15°就產生輸出脈沖的曲軸角傳感器42連接。另一方面，輸出端口 36借助對應的驅動電路38與燃料噴射閥3、節(jié)氣門驅動用致動器10a、烴供給閥15、EGR控制閥17和24、燃料泵20以及排氣控制閥驅動用致動器22a連接。
[0045]如上所述，在圖1所示的實施例中，設有由EGR通路16以及EGR控制閥17構成的廢氣再循環(huán)裝置HPL和由EGR通路23以及EGR控制閥24構成的廢氣再循環(huán)裝置LPL這二個廢氣再循環(huán)裝置。在該情況下，從圖1可知，在廢氣再循環(huán)裝置HPL中排氣歧管5內的廢氣被再循環(huán)，在廢氣再循環(huán)裝置LPL中排氣凈化催化劑13以及顆粒過濾器14下游的排氣管12b內的廢氣被再循環(huán)。然而在該情況下，排氣歧管5內的廢氣的壓力與排氣凈化催化劑13以及顆粒過濾器14下游的排氣管12b內的廢氣的壓力相比相當高。因此，以下將廢氣再循環(huán)裝置HPL稱為使排氣渦輪7b上游的內燃機排氣通路內的相對高壓的廢氣在壓縮機7a下游的進氣通路內進行再循環(huán)的高壓廢氣再循環(huán)裝置，并且以下將廢氣再循環(huán)裝置LPL稱為使排氣凈化催化劑13以及顆粒過濾器14下游的內燃機排氣通路內的相對低壓的廢氣在壓縮機7a上游的進氣通路內進行再循環(huán)的低壓廢氣再循環(huán)裝置。[0046]圖2圖解表示在排氣凈化催化劑13的基體上擔載的催化劑載體的表面部分。在該排氣凈化催化劑13中，如圖2所示例如在由氧化鋁構成的催化劑載體50上擔載貴金屬催化劑51、52，并且在該催化劑載體50上形成包含選自如鉀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Ir那樣的能夠對NOx提供電子的金屬中至少一種的堿性層53。廢氣沿著催化劑載體50上流動，因此可以說貴金屬催化劑51、52被擔載在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上。另外，堿性層53的表面呈堿性，因此堿性層53的表面被稱為堿性的廢氣流通表面部分54。
[0047]另一方面,在圖2中貴金屬催化劑51由鉬Pt構成,貴金屬催化劑52由錯Rh構成。其中該情況下，任意的貴金屬催化劑51、52均能夠由鉬Pt構成。另外，排氣凈化催化劑13的催化劑載體50上除了擔載鉬Pt以及銠Rh以外還能夠擔載鈀Pd，或者還能夠取代銠Rh而擔載鉬Pd。即，在催化劑載體50上擔載的貴金屬催化劑51、52由銠Rh以及鈀Pd中的至少一種和鉬Pt構成。
[0048]當從烴供給閥15向廢氣中噴射烴時，該烴在排氣凈化催化劑13中被重整。在本發(fā)明中利用此時被重整的烴在排氣凈化催化劑13中對NOx進行凈化。圖3圖解表示此時在排氣凈化催化劑13中進行的重整作用。如圖3所示，從烴供給閥15噴射出的烴HC由于催化劑51而成為碳元素數少的自由基狀的烴HC。
[0049]圖4表示來自烴供給閥15的烴的供給時刻和流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比(A/F)in的變化。其中，該空燃比(A/F)in的變化依賴于流入排氣凈化催化劑13的廢氣中的烴的濃度變化，因此也可以說圖4所示的空燃比(A/F)in的變化表示了烴的濃度變化。其中，當烴濃度變高時空燃比(A/F) in變小，因此在圖4中空燃比(A/F) in越是處于濃空燃比側，烴濃度越高。
[0050]圖5針對排氣凈化催化劑13的各催化劑溫度TC表示在通過使流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度周期性地變化而如圖4所示那樣使流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比(A/F) in變化時排氣凈化催化劑13的NOx凈化率。本發(fā)明的發(fā)明人他們經過長時間地進行與NOx凈化相關的研究，在該研究的過程中，判明了當使流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預先設定的范圍內的振幅以及預先設定的范圍內的周期振動時，如圖5所示那樣即使處于400°C以上的高溫區(qū)域也能夠得到極高的NOx凈化率。
[0051]并且判明了此時包含氮以及烴的大量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，即被持續(xù)保持或者吸附在排氣凈化催化劑13的堿性廢氣流通表面部分54上，該還原性中間體在得到高NOx凈化率方面發(fā)揮著主要的作用。下面一邊參照圖6A以及圖6B —邊對其進行說明。其中，這些圖6A以及圖6B圖解表示排氣凈化催化劑13的催化齊懺體50的表面部分，在這些圖6A以及圖6B中表示推測為當流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預先設定的范圍內的振幅以及預先設定的范圍內的周期振動時產生的反應。
[0052]圖6A表示流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度低時，圖6B表示從烴供給閥15供給烴并且流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度變高時。
[0053]此外，從圖4可知流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比除了一瞬間之外被維持在稀空燃比，因此流入排氣凈化催化劑13的廢氣通常處于氧過剩的狀態(tài)。此時廢氣中所含的NO的一部分附著在排氣凈化催化劑13上，廢氣中所含的NO的一部分如圖6A所示那樣在鉬51上被氧化成為NO2，接著該NO2進一步地被氧化而成為N03。另外,NO2的一部分成為NO2'因此，在鉬Pt51上生成NO2-和N03。附著在排氣凈化催化劑13上的NO以及在鉬Pt51上生成的NO2-和NO3活性強，因此以下將這些NO、NO2-和NO3稱為活性NOx*。
[0054]另一方面，當從烴供給閥15供給烴時，該烴遍布排氣凈化催化劑13的整體依次附著。這些附著的烴的大部分依次與氧發(fā)生反應而被燃燒掉，附著的烴的一部分依次如圖3所示那樣在排氣凈化催化劑13內被重整，成為自由基。因此，如圖6B所示那樣活性NOx*周圍的烴濃度變高。然而在生成活性NOx*后，如果活性NOx*周圍的氧濃度為高的狀態(tài)持續(xù)一定時間以上，則活性NOx*被氧化，以硝酸離子N03_的形式被吸收到堿性層53內。然而在該一定時間經過之前如果活性NOx*周圍的烴濃度變高，則如圖6B所示那樣活性NOx*在鉬51上與自由基狀的烴HC發(fā)生反應，由此生成還原性中間體。該還原性中間體被附著或者吸附在堿性層53的表面上。
[0055]其中，認為此時最初生成的還原性中間體是硝基化合物R_N02。如果該硝基化合物R-NO2被生成則會成為丁腈化合物R-CN，但是該丁腈化合物R-CN在該狀態(tài)下僅僅瞬時存在，立刻就會成為異氰酸酯化合物R-NC0。該異氰酸酯化合物R-NCO當發(fā)生水解時會成為氨化合物R-NH2。但是認為該情況下，被水解掉的是異氰酸酯化合物R-NCO的一部分。因此認為如圖6B所示那樣在堿性層53的表面上保持或者吸附的還原性中間體的大部分是異氰酸酯化合物R-NCO以及氨化合物R-NH2。
[0056]另一方面，如圖6B所示那樣生成的還原性中間體的周圍附著烴HC時，還原性中間體受到烴HC的阻止而不再繼續(xù)發(fā)生反應。該情況下，流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度降低，接著在還原性中間體的周圍附著的烴被氧化而消亡，由此如果還原性中間體周圍的氧濃度高，則還原性中間體與廢氣中的NOx或活性NOx*發(fā)生反應，或者與周圍的氧發(fā)生反應，或者自己分解。由此還原性中間體R-NC0、R-NH2如圖6A所示那樣被轉換成N2、C02、H20，從而NOx被凈化。
[0057]這樣在排氣凈化催化劑13中，通過提高流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度來生成還原性中間體，在使流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度降低之后，氧濃度變高時還原性中間體與廢氣中的NOx或者活性NOx*或者氧發(fā)生反應,或者自己分解，由此NOx被凈化。即，在利用排氣凈化催化劑13凈化NOx時，需要使流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度周期性地變化。
[0058]當然，該情況下，為了生成還原性中間體需要使烴的濃度提高到充分高的濃度，為了使生成的還原性中間體與廢氣中的NOx或者活性NOx*或者氧發(fā)生反應、或者自己分解，需要使烴的濃度降低到充分低的濃度。即，需要使流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預先設定的范圍內的振幅振動。其中，該情況下，在生成的還原性中間體r-nco、r-nh2與廢氣中的NOx或者活性NOx*或者氧發(fā)生反應之前,或者在自己分解之前必須使這些還原性中間體保持在堿性層53上，即保持在堿性廢氣流通表面部分54上，因此設置堿性的廢氣流通表面部分54。
[0059]另一方面，如果延長烴的供給周期則在供給烴后，到下次供給烴為止的期間氧濃度變高的周期變長，因此活性NOx*并不生成還原性中間體而是以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內。為了避免該情況需要使流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預先設定的范圍內的周期振動。
[0060]因此在本發(fā)明的實施例中，為了使廢氣中所含的NOx和重整后的烴發(fā)生反應來生成包含氮以及烴的還原性中間體R-NCO或者R-NH2，在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上擔載貴金屬催化劑51、52，為了將生成的還原性中間體R-NCO或者R-NH2保持在排氣凈化催化劑13內而在貴金屬催化劑51、52周圍形成堿性的廢氣流通表面部分54，在堿性的廢氣流通表面部分54上保持的還原性中間體R-NCO或者R-NH2被轉換成N2、CO2, H2O,烴濃度的振動周期是為了持續(xù)生成還原性中間體R-NCO、R-NH2而需要的振動周期。因此，在圖4所不的例子中噴射間隔是3秒。
[0061]如果使烴濃度的振動周期、即烴HC的供給周期長于上述預先設定的范圍內的周期，則還原性中間體R-NCO或者R-NH2從堿性層53的表面上消亡，此時在鉬Pt53上生成的活性NOx*如圖7A所示以硝酸離子N03_的形式在堿性層53內擴散，成為硝酸鹽。即，此時廢氣中的NOx以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內。
[0062]另一方面，圖7B表示NOx如此地以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內時，流入排氣凈化催化劑13內的廢氣的空燃比成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，因此反應朝向反方向(NO3- — NO2)進行，從而在堿性層53內被吸收的硝酸鹽依次成為硝酸離子N03_而如圖7B所示那樣以NO2的形式從堿性層53釋放。接著釋放出的NO2被廢氣中所含的烴HC以及CO還原。
[0063]圖8表示在堿性層53的NOx吸收能力即將飽和之前使流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in暫時變成濃空燃比的情況。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為稀空燃比時被吸收到堿性層53內的NOx在廢氣的空燃比(A/F) in暫時為濃空燃比時從堿性層53 —起釋放出而被還原。因此該情況下堿性層53發(fā)揮用于暫時吸收NOx的吸收劑的作用。
[0064]其中，此時堿性層53也會暫時吸附NOx，因此在作為包含吸收以及吸附這雙方的用語利用吸留這樣的用語時，此時堿性層53發(fā)揮暫時吸留NOx的NOx吸留劑的作用。即，該情況下，如果將供給到內燃機進氣通路、燃燒室2以及排氣凈化催化劑13上游的排氣通路內的空氣以及燃料(烴)的比稱為廢氣的空燃比，則排氣凈化催化劑13作為廢氣的空燃比為稀空燃比時吸留NOx，而如果廢氣中的氧濃度降低則釋放出所吸留的NOx的NOx吸留催化劑發(fā)揮功能。
[0065]圖9表示使排氣凈化催化劑13如此地作為NOx吸留催化劑發(fā)揮功能時的NOx凈化率。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所示那樣在催化劑溫度TC為300°C到400°C時能夠得到極高的NOx凈化率，但是如果催化劑溫度TC為400°C以上的高溫時NOx凈化率降低。
[0066]如此地，當催化劑溫度TC為400°C以上時NOx凈化率降低是由于如果催化劑溫度TC為400°C以上則硝酸鹽發(fā)生熱分解以NO2的形式從排氣凈化催化劑13釋放出。S卩，只要以硝酸鹽的形式吸留NOx，催化劑溫度TC高時得到高NOx凈化率就會存在困難。然而在從圖4到圖6A、6B所示的新的NOx凈化方法中，從圖6A、6B可知不會生成硝酸鹽或者即使生成了也是極其微量的，由此如圖5所示那樣，即使催化劑溫度TC高時也會得到高NOx凈化率。
[0067]在本發(fā)明的實施例中，為了能夠利用該新NOx凈化方法來凈化NOx，將用于供給烴的烴供給閥15配置在內燃機排氣通路內，在烴供給閥15下游的內燃機排氣通路內配置使廢氣中所含的NOx與重整后的烴發(fā)生反應所用的排氣凈化催化劑13，在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上擔載貴金屬催化劑51、52并且在貴金屬催化劑51、52周圍形成堿性的廢氣流通表面部分54，排氣凈化催化劑13具有當使流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度以預先設定的范圍內的振幅以及預先設定的范圍內的周期振動時，則對廢氣中所含的NOx進行還原的性質，并且具有如果使烴濃度的振動周期長于該預先設定的范圍時廢氣中所含的NOx的吸留量增大的性質，在內燃機運轉時以預先設定的周期從烴供給閥15噴射烴，由此在排氣凈化催化劑13對廢氣中所含的NOx進行還原。
[0068]S卩，可以說從圖4到圖6A、6B所示的NOx凈化方法是在利用形成了擔載貴金屬催化劑并且能夠吸收NOx的堿性層的排氣凈化催化劑的情況下，幾乎不形成硝酸鹽地對NOx進行凈化的新NOx凈化方法。實際上，在利用了該新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)揮功能的情況相比，從堿性層53檢測到的硝酸鹽極其微量。其中，以下將該新NOx凈化方法稱為第INOx凈化方法。
[0069]下面一邊參照圖10至圖15 —邊稍微詳細說明該第INOx凈化方法。
[0070]圖10放大表示圖4所示的空燃比(A/F)in的變化。其中，如前所述流入該排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比(A/F) in的變化同時表示流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化。其中，在圖10中，Λ H表示流入排氣凈化催化劑13的烴HC的濃度變化的振幅，Δ T表示流入排氣凈化催化劑13的烴濃度的振動周期。
[0071]并且，在圖10中，(A/F)b表示對用于產生內燃機輸出的燃燒氣體的空燃比進行表示的基礎空燃比。換言之，該基礎空燃比(A/F)b表示停止烴供給時流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比。另一方面，在圖10中X表示生成的活性NOx*并不是以硝酸鹽的形式被吸留到堿性層53內而是用于生成還原性中間體的空燃比(A/F) in的上限，為了使活性NOx*和重整后的烴發(fā)生反應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。
[0072]如果換種說法，則圖10的X表示使活性NOx*和重整后的烴發(fā)生反應來生成還原性中間體所需要的烴的濃度下限，為了生成還原性中間體需要使烴的濃度高于該下限X。該情況下，是否生成還原性中間體由活性NOx*周圍的氧濃度和烴濃度的比率即空燃比(A/F)in決定，以下將生成還原性中間體所需要的上述空燃比上限X稱為要求最小空燃比。
[0073]在圖10所示的例子中，要求最小空燃比X成為濃空燃比，因此該情況下為了生成還原性中間體而將空燃比(A/F) in瞬時地設為要求最小空燃比X以下，即設為濃空燃比。與此相對，在圖11所示的例子中要求最小空燃比X成為稀空燃比。該情況下，通過一邊將空燃比(A/F) in維持在稀空燃比一邊使空燃比(A/F) in周期性地降低來生成還原性中間體。
[0074]該情況下，要求最小空燃比X是成為濃空燃比還是成為稀空燃比由排氣凈化催化劑13的氧化能力決定。該情況下，對于排氣凈化催化劑13而言，例如如果貴金屬51的擔載量增大則氧化能力增強，如果使酸性增強則氧化能力增強。因此排氣凈化催化劑13的氧化能力根據貴金屬51的擔載量、酸性的強度而變化。
[0075]另外，在利用氧化能力強的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖11所示如果一邊使空燃比(A/F) in維持在稀空燃比一邊使空燃比(A/F) in周期性地降低，則空燃比(A/F) in被降低時烴會被完全氧化，其結果無法生成還原性中間體。與此相對，在利用氧化能力強的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖10所示如果使空燃比(A/F) in周期性地變成濃空燃t匕，則空燃比(A/F) in成為濃空燃比時一部分烴不會完全被氧化而是部分被氧化，即烴被重整，由此生成還原性中間體。因此在使用氧化能力強的排氣凈化催化劑13的情況下需要要求最小空燃比X為濃空燃比。
[0076]另一方面，在使用氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖11所示如果一邊使空燃比(A/F) in維持在稀空燃比一邊使空燃比(A/F) in周期性地降低，則一部分烴不會被完全氧化而是部分被氧化，即烴被重整，由此生成還原性中間體。對此相對，在使用氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下，如圖10所示那樣如果使空燃比(A/F)in周期性地變成濃空燃比，則大量的烴不會被氧化而只是從排氣凈化催化劑13排出，由此被白白消耗的烴量增大。因此在使用氧化能力弱的排氣凈化催化劑13的情況下需要要求最小空燃比X為稀空燃比。
[0077]S卩，可知需要如圖12所示那樣排氣凈化催化劑13的氧化能力越強則使要求最小空燃比X越降低。如此地，要求最小空燃比X根據排氣凈化催化劑13的氧化能力變成稀空燃比或者變成濃空燃比，但是以下以要求最小空燃比X是濃空燃比的情況為例，說明流入排氣凈化催化劑13的烴的濃度變化的振幅或流入排氣凈化催化劑13的烴濃度的振動周期。
[0078]另外，如果基礎空燃比(A/F)b變大即如果烴被供給前的廢氣中的氧濃度變高，則將空燃比(A/F) in設為要求最小空燃比X以下所需的烴的供給量增大，與此相伴無助于還原性中間體生成的過剩的烴量也增大。該情況下，為了對NOx良好地進行凈化，如前所述需要使該過剩的烴氧化，因此為了使NOx良好地凈化，過剩的烴量越多則需要越大量的氧。
[0079]該情況下，如果提高廢氣中的氧濃度則能夠增大氧量。因此為了使NOx良好地凈化，在烴被供給前的廢氣中的氧濃度高時需要提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越需要增大烴濃度的振幅。
[0080]圖13表示能夠得到同一 NOx凈化率時的烴被供給前的廢氣中的氧濃度和烴濃度的振幅ΛΗ之間的關系。從圖13可知，為了得到同一NOx凈化率，烴被供給前的廢氣中的氧濃度越高則越需要增大烴濃度的振幅Λ H。即，為了得到同一 NOx凈化率，基礎空燃比(Α/F)b越高則越需要增大烴濃度的振幅AT。換而言之，為了對NOx良好地進行凈化，基礎空燃比(A/F)b越低則越能夠減少烴濃度的振幅Λ T0
[0081]然而，基礎空燃比(A/F)b最低的時候是加速運轉時，此時如果烴濃度的振幅Λ H是200ppm左右，則能夠良好地凈化NOx?；A空燃比(A/F) b通常大于加速運轉時，因此如圖14所示那樣如果烴濃度的振幅Λ H在200ppm以上就能夠得到良好的NOx凈化率。
[0082]另一方面，可知當基礎空燃比(A/F)b最高時如果將烴濃度的振幅Λ H設為IOOOOppm左右，則能夠得到良好的NOx凈化率。因此在本發(fā)明中，烴濃度的振幅的預先設定的范圍從200ppm到lOOOOppm。
[0083]另外，如果烴濃度的振動周期Λ T變長，則烴被供給后到下次烴被供給的期間，活性NOx*周圍的氧濃度變高的期間變長。在該情況下，在圖1所示的實施例中，如果烴濃度的振動周期Λ T長于5秒左右，則活性NOx*開始以硝酸鹽的形式被吸收到堿性層53內，因此如圖15所示那樣如果烴濃度的振動周期Λ T長于5秒左右，則NOx凈化率降低。因此在圖1所示的實施例中，需要烴濃度的振動周期Λ T為5秒以下。
[0084]另一方面，在本發(fā)明的實施例中，如果烴濃度的振動周期Λ T大致為0.3秒以下，則供給的烴開始在排氣凈化催化劑13的廢氣流通表面上堆積，因此如圖15所示如果烴濃度的振動周期Λ T大致為0.3秒以下，則NOx凈化率降低。因此在本發(fā)明的實施例中，烴濃度的振動周期為0.3秒到5秒之間。
[0085]另外，在本發(fā)明的實施例中進行控制，使得通過使來自烴供給閥15的烴噴射量以及噴射正時變化，烴濃度的振幅Λ H以及振動周期Λ T成為與內燃機的運轉狀態(tài)對應的最佳值。該情況下，在本發(fā)明的實施例中，一邊進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣再循環(huán)作用一邊進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用時的標準運轉狀態(tài)下的最佳烴噴射量WT作為來自燃料噴射閥3的噴射量Q以及內燃機轉速N的函數以圖16Α所示那樣的映射形式預先存儲在R0M32內，另外，該標準運轉狀態(tài)下的最佳烴噴射周期Λ T也作為來自燃料噴射閥3的噴射量Q以及內燃機轉速N的函數以圖16Β所示的映射形式預先存儲在R0M32內。同樣地，一邊進行基于高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL的廢氣再循環(huán)作用一邊進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用時的最佳烴噴射量WT以及噴射周期Λ T也作為來自燃料噴射閥3的噴射量Q以及內燃機轉速N的函數分別被預先存儲在R0M32內。
[0086]然而，如果從烴供給閥15噴射烴則一部分烴被部分氧化，但是大部分的烴完全被氧化，因此如果從烴供給閥15噴射烴，則在排氣凈化催化劑13中生成大量的二氧化碳C02。此時，假設進行了基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣再循環(huán)作用，則在排氣凈化催化劑13中生成的大量的二氧化碳CO2借助低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的EGR通路23以及進氣通路6a、6b在燃燒室2內再循環(huán)。這樣，如果大量的二氧化碳CO2在燃燒室2內被再循環(huán)，則被供給到燃燒室2內的空氣量暫時減少，燃燒室2內的燃燒氣體的空燃比暫時降低。其結果，從燃燒室2排出的廢氣的空燃比即流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比暫時降低。
[0087]這樣，當進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣的再循環(huán)作用時如果從烴供給閥15噴射烴，則流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比暫時降低。這樣，流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比暫時降低時，如果與廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴，則即使以少量的烴也能夠將流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比設為要求最小空燃比以下。即，如果與流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴，則能夠降低基于第INOx凈化方法凈化NOx所需的烴供給量。
[0088]因此在本發(fā)明中，如圖17所示那樣，流入排氣凈化催化劑13的廢氣中的被再循環(huán)的二氧化碳CO2的濃度暫時增大時，即流入排氣凈化催化劑13的廢氣的基礎空燃比暫時降低時，從烴供給閥15噴射烴使流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比(A/F)in變成濃空燃比。即，在本發(fā)明中，當進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣再循環(huán)作用時，如果從烴供給閥15噴射烴，則在排氣凈化催化劑13中生成的二氧化碳被再循環(huán)，并且在烴噴射后經過了二氧化碳的再循環(huán)所需要的時間時，由于二氧化碳的再循環(huán)作用會引起流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低，為了進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用而以預先設定的周期從烴供給閥15噴射烴時，與流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴。
[0089]圖18表示進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣的再循環(huán)作用時從烴供給閥15噴射烴時的燃燒室2內的CO2濃度、燃燒室2內的空燃比以及流入排氣凈化催化劑13的廢氣中的NOx濃度與烴噴射量之間的關系。如圖18所示那樣，烴噴射量越增大，燃燒室2內的CO2濃度越高，烴噴射量越增大，燃燒室2內的空燃比越低，烴噴射量越增大，流入排氣凈化催化劑13的廢氣中的NOx濃度越低。
[0090]其中，在進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣的再循環(huán)作用時，若通過烴的噴射而生成的二氧化碳CO2被再循環(huán)而到達排氣凈化催化劑13的入口，則該二氧化碳CO2被再次再循環(huán)。該情況下，流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比的降低量在生成的二氧化碳CO2最初被再循環(huán)而到達排氣凈化催化劑13的入口時為最大，到達排氣凈化催化劑13的入口的二氧化碳CO2在第二次被再循環(huán)而到達排氣凈化催化劑13的入口時廢氣的空燃比的降低量大幅減少，二氧化碳CO2第三次被再循環(huán)而到達排氣凈化催化劑13的入口時廢氣的空燃比的降低量進一步減少。
[0091]該情況下，能夠在流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比的降低量最大時最大程度地降低烴的消耗量。因此，在本發(fā)明的實施例中，在烴噴射后由于烴噴射而最初引起流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低時，與最初的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥15的下一次烴的噴射作用。此時的、即在烴噴射后最初引起流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低時與最初的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥15的下一次烴的噴射作用時的最佳烴噴射量WTX作為來自燃料噴射閥3的噴射量Q以及內燃機轉速N的函數以圖19A所示那樣的映射形式預先存儲在R0M32內。
[0092]然而，如前所述，圖16A表示標準運轉狀態(tài)下的最佳烴噴射量WT，即沒有刻意地與由于烴的噴射而流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步而從烴供給閥15噴射烴時的最佳烴噴射量WT。該情況下，當然如圖19A所示的來自烴供給閥15的烴噴射量WTX少于如圖16A所示的來自烴供給閥15的烴噴射量WT。這樣與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴的情況下，與在同一內燃機運轉狀態(tài)下未產生流入廢氣的空燃比暫時降低時噴射烴的情況相比，從烴供給閥15噴射少量的烴。
[0093]另一方面，在烴噴射后到由于烴的噴射而最初引起流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低為止的時間，即來自烴供給閥15的烴的噴射周期能夠根據廢氣再循環(huán)所需要的時間來算出。即，廢氣再循環(huán)所需要的時間是包含從排氣凈化催化劑13流出的二氧化碳CO2的EGR氣體在低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的EGR通路23內流動的時間TA和包含了該EGR氣體的進氣通過進氣通路6a、6b以及燃燒室2流入排氣凈化催化劑13為止的時間TB之和。該情況下，時間TA能夠通過用從排氣凈化催化劑13流出的廢氣即EGR氣體到達進氣通路6a為止的EGR氣體流通路的容積除以EGR量來算出，另一方面時間TB能夠通過用包含EGR氣體的進氣到達排氣凈化催化劑13為止的氣體流通路的容積除以(進氣量+EGR量)而算出。
[0094]然而，通常在內燃機中，EGR率GR(=EGR氣體量/(進氣量+EGR氣體量))根據內燃機的運轉狀態(tài)而預先決定，在本發(fā)明的一個實施例中該EGR率GR作為來自燃料噴射閥3的噴射量Q以及內燃機轉速N的函數以圖19B所示的映射形式預先存儲在R0M32內。因此，在本實施例中，如果內燃機的運轉狀態(tài)確定，則EGR率GR也確定。另一方面，在本實施例中進氣量總是被計測，另外，上述EGR氣體流通路的容積以及氣體流通路的容積被預先求出。因此，在本實施例中，廢氣再循環(huán)所需要的時間(TA+TB)即來自烴供給閥15的烴的噴射周期能夠根據EGR率和進氣量算出。因此在本實施例中，廢氣再循環(huán)所需要的時間(TA+TB)即來自烴供給閥15的烴的噴射周期根據EGR率和進氣量算出。[0095]另一方面，如果是穩(wěn)態(tài)運轉時，如果內燃機的運轉狀態(tài)確定，則與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴時的烴的噴射周期Λ TX也與其對應地確定。即，烴的噴射周期Λ TX如圖20Α所示那樣，內燃機轉速N越高則越短，烴的噴射周期Λ TX如圖20Β所示那樣，來自燃料噴射閥3的噴射量Q越增大則越短。該烴的噴射周期Λ TX如圖20C所示那樣，作為來自燃料噴射閥3的噴射量Q以及內燃機轉速N的函數而分別被預先存儲在R0M32內。
[0096]因此，在本發(fā)明的其他實施例中，烴的噴射周期Λ TX根據圖20C所示的映射算出。此時，內燃機轉速N越高則烴的噴射周期Λ TX越短，來自燃料噴射閥3的噴射量Q越增大則烴的噴射周期Λ TX越短。即，此時，與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴時的烴的噴射周期根據內燃機的運轉狀態(tài)而控制成，向燃燒室2內噴射的燃料噴射量越增大則越短并且內燃機轉速越高則越短。
[0097]下面一邊參照圖21到圖24 —邊具體地說明使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮功能時的NOx凈化方法。以下將這樣在使排氣凈化催化劑13作為NOx吸留催化劑發(fā)揮功能時的NOx凈化方法稱為第2Ν0χ凈化方法。
[0098]在該第2Ν0χ凈化方法中，如圖21所示那樣被吸留到堿性層53的吸留NOx量Σ NOX超過預先設定的允許量MAX時流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in暫時形成濃空燃比。如果廢氣的空燃比(A/F) in成為濃空燃比，則廢氣的空燃比(A/F)in成為稀空燃比時吸留到堿性層53內的NOx從堿性層53 —起釋放出而被還原。由此NOx被凈化。
[0099]吸留NOx量Σ NOX例如根據從內燃機排出的NOx量算出。在本發(fā)明的實施例中從內燃機每單位時間排出的排出NOx量NOXA作為噴射量Q以及內燃機轉速N的函數以圖22所示那樣的映射形式預先存儲在R0M32內，根據該排出NOx量NOXA算出吸留NOx量Σ Ν0Χ。在該情況下，如前所述廢氣的空燃比(A/F) in變成濃空燃比的周期通常是I分鐘以上。
[0100]在該第2N0x凈化方法中，如圖23所示那樣在燃燒室2內從燃料噴射閥3除了噴射燃燒用燃料Q，還噴射追加的燃料WR，由此使流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F)in成為濃空燃比。其中，圖23的橫軸表示曲軸角。該追加的燃料WR在雖然進行燃燒但是并不表現出變成內燃機輸出的時期，即在壓縮上止點后ATDC90。的稍微之前噴射。該燃料量WR作為噴射量Q以及內燃機轉速N的函數以如圖24所示那樣的映射形式預先存儲在R0M32內。當然，該情況下通過使來自烴供給閥15的烴的噴射量增大也能夠使廢氣的空燃比(A/F) in變成濃空燃比。
[0101]另外，從排氣凈化催化劑13以及顆粒過濾器14流出到排氣管12b內的廢氣的溫度與排出到排氣歧管5內的廢氣的溫度相比相當低，因此通過低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL在燃燒室2內再循環(huán)的廢氣的溫度與通過高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL在燃燒室2內再循環(huán)的廢氣的溫度相比相當低。因此在通過低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL使廢氣再循環(huán)的情況下，與通過高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL使廢氣再循環(huán)的情況相比，燃燒室2內的燃燒溫降低，燃燒室2內的NOx的生成量降低。即，利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL使廢氣再循環(huán)的情況下，與利用高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL使廢氣再循環(huán)的情況相比，能夠降低從燃燒室2排出的NOx的量。
[0102]因此，在本發(fā)明的實施例中，通常利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL來進行廢氣的再循環(huán)作用，只有在與利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL相比利用高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL更為優(yōu)選的情況下，利用高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL。[0103]另一方面，如果比較利用第INOx凈化方法時的NOx凈化率和利用第2N0x凈化方法時的NOx凈化率，則利用第INOx凈化方法能夠得到高NOx凈化率。另一方面，利用第INOx凈化方法時的烴的供給頻度與利用第2N0x凈化方法時的烴的供給頻度相比相當高，因此利用第INOx凈化方法對NOx進行凈化而消耗的烴量多于利用第2N0x凈化方法對NOx進行凈化而消耗的烴量。即，如果從NOx凈化率看，利用第INOx凈化方法優(yōu)選，但是從降低烴消耗量的觀點看，可以說利用第2N0x凈化方法優(yōu)選。
[0104]考慮這些情況來決定是利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL還是利用高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL，以及是利用第INOx凈化方法還是第2N0x凈化方法。在本發(fā)明的實施例中，如圖25所示，根據來自燃料噴射閥3的燃料噴射量Q以及內燃機轉速N將內燃機的運轉區(qū)域分成三個運轉區(qū)域Ι、Π以及III，對各個運轉區(qū)域Ι、ΙΙ以及III分別預先決定利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL和高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL中哪一個，以及利用第INOx凈化方法和第2Ν0X凈化方法中哪一個。
[0105]在圖25中，運轉區(qū)域II表示穩(wěn)態(tài)運轉時最頻繁使用的中速中負荷運轉區(qū)域，穩(wěn)態(tài)運轉時在該運轉區(qū)域II中，作為廢氣再循環(huán)裝置利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL，作為NOx凈化方法利用第2Ν0χ凈化方法。即，在運轉區(qū)域II中，為了降低來自燃燒室2的NOx的排出量，利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL，為了降低烴消耗量而利用第2Ν0χ凈化方法。
[0106]另一方面，在圖25中，運轉區(qū)域III表示高速高負荷運轉區(qū)域，在該運轉區(qū)域III，作為廢氣再循環(huán)裝置利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL，作為NOx凈化方法利用第INOx凈化方法。即，在高速高負荷運轉時，來自燃燒室2的NOx的排出量增大，因此此時為了使來自燃燒室2的NOx的排出量盡量降低而利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL，為了得到高NOx凈化率而利用第INOx凈化方法。
[0107]另一方面，在圖25中，運轉區(qū)域I表示低速低負荷運轉區(qū)域，在該運轉區(qū)域I中，作為廢氣再循環(huán)裝置利用高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL，作為NOx凈化方法利用第2Ν0χ凈化方法。即，在低速低負荷運轉時，從燃燒室2排出的廢氣的溫度低，此時如果利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL使廢氣再循環(huán)，則廢氣中所含的水分在冷卻裝置23a內凝結，其結果會產生在低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL內水分蓄積這樣的問題。為了不產生這樣的問題在運轉區(qū)域I利用高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL，為了降低烴消耗量而利用第2N0x凈化方法。
[0108]這樣在圖25所示的實施例中，在運轉區(qū)域II以及III利用低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL，僅在運轉區(qū)域I利用高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL。另一方面，在運轉區(qū)域I以及II利用第2N0x凈化方法，在運轉區(qū)域III利用第INOx凈化方法。因此，如果內燃機的運轉狀態(tài)從運轉區(qū)域I或者II變化到運轉區(qū)域III，則從基于第2N0x凈化方法的NOx凈化作用切換到基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用。
[0109]圖26表示當從基于第2N0x凈化方法的NOx凈化作用切換到基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用時的追加的燃料WR的噴射正時、烴WT的供給時刻、流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in的變化以及被吸留到排氣凈化催化劑13的吸留NOx量Σ Ν0Χ。在排氣凈化催化劑13吸留NOx的狀態(tài)下，如果從基于第2N0x凈化方法的NOx凈化作用切換到基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用，則當開始進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用時，被排氣凈化催化劑13吸留的NOx不會被還原而是被釋放。因此在本發(fā)明的實施例中，當從基于第2N0x凈化方法的NOx凈化作用切換到基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用時排氣凈化催化劑13吸留NOx時，為了使吸留的NOx釋放還原，如圖26所示那樣供給追加的燃料WR，使流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in暫時成為濃空燃比。
[0110]圖27以及圖28表示NOx凈化控制程序。該程序通過每隔一定時間的中斷而執(zhí)行。
[0111]參照圖27，首先在步驟60中開始，判別內燃機的運轉狀態(tài)是否是圖25所示的運轉區(qū)域I。當內燃機的運轉狀態(tài)是運轉區(qū)域I時進入步驟61，進行基于高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL的廢氣再循環(huán)作用。接著進入步驟62進行基于第2N0x凈化方法的NOx凈化作用。
[0112]S卩，在步驟62根據圖22所示的映射算出每單位時間的排出NOx量NOXA。接著在步驟63通過對Σ NOX加上排出NOx量NOXA來算出吸留NOx量Σ Ν0Χ。接著在步驟64判別吸留NOx量Σ NOX是否超過允許值MAX。如果Σ Ν0Χ>ΜΑΧ則進入步驟65，根據圖24所示的映射算出追加的燃料量WR，進行追加的燃料的噴射。接著在步驟66使Σ NOX歸零。
[0113]另一方面，當在步驟60判別為內燃機的運轉狀態(tài)不是運轉區(qū)域I時進入步驟67，進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣再循環(huán)作用。接著在步驟68判別內燃機的運轉狀態(tài)是否是如圖25所示的運轉區(qū)域II。在內燃機的運轉狀態(tài)是運轉區(qū)域II時進入步驟62，進行基于第2N0x凈化方法的NOx凈化作用。與此相對，當內燃機的運轉狀態(tài)不是運轉區(qū)域II時，即當內燃機的運轉狀態(tài)是圖25所示的運轉區(qū)域III時進入步驟69，判斷內燃機的運轉狀態(tài)當前是否從運轉區(qū)域II變化到運轉區(qū)域III。當內燃機的運轉狀態(tài)當前未從運轉區(qū)域II變化到運轉區(qū)域III時，即內燃機的運轉狀態(tài)持續(xù)是運轉區(qū)域III時進入步驟72，進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用。此時，進行圖17所示的本發(fā)明的來自烴供給閥15的烴的噴射控制。
[0114]另一方面，在步驟69，當判斷為內燃機的運轉狀態(tài)當前從運轉區(qū)域II變化到運轉區(qū)域III時進入步驟70，判別吸留NOx量Σ NOX是否大于固定值MIN。其中，該固定值MIN是與允許值MAX相比相當小的值。在步驟70判斷為吸留NOx量Σ NOX小于固定值MIN時進入步驟72。與此相對，在判斷為吸留NOx量Σ NOX大于固定值MIN時進入步驟71，為了釋放并還原吸留的NOx，如圖26所示那樣供給追加的燃料WR，使流入排氣凈化催化劑13的廢氣的空燃比(A/F) in暫時成為濃空燃比，Σ NOX被歸零。接著完成處理周期。
[0115]在步驟72，當與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴時的烴噴射量WTX根據圖19A所示的映射算出。接著在步驟73，此時的烴的噴射周期Λ TX根據圖19Β所示的EGR率GR和進氣量或者根據圖20C所示的映射算出。接著在步驟74，在基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用的基礎上，以噴射周期Λ TX從烴供給閥15噴射噴射量WTX的烴。此時，與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥15的烴的噴射作用。
[0116]另一方面，此時，在排氣凈化催化劑13中生成的二氧化碳被送入燃燒室2內。然而，當燃燒室2被如此地送入二氧化碳時，燃燒室2的惰性成分增大，其結果燃燒惡化。因此在該實施例中，在接著的步驟75到77中，此時為了不使燃燒惡化，降低目標EGR率GR或者使來自燃料噴射閥3的燃料噴射正時提前。即，在步驟75中，算出此時被送入燃燒室2的二氧化碳的濃度。接著在步驟76中，基于該算出的二氧化碳的濃度，目標EGR率GR被向降低的方向修正，接著在步驟77，基于該算出的氧化炭素的濃度，來自燃料噴射閥3的燃料噴射正時被向提前的方向修正。
[0117]另外，當基礎空燃比低時通過從烴供給閥15噴射烴能夠容易地使空燃比變成濃空燃比，因此在基礎空燃比低時能夠容易地進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用。與此相對，如果基礎空燃比變高，則即使來自烴供給閥15的烴的噴射量增大也難以使空燃比變成濃空燃比，因此如果基礎空燃比變高，則存在難以進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用的情況。然而，如果與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴，則即使原本的基礎空燃比高的情況下，也能夠容易地使空燃比變成濃空燃比，因此即使在基礎空燃比高時，也能夠容易地進行基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用。
[0118]然而，在通常的內燃機中，基礎空燃比最高的是內燃機高速低負荷運轉區(qū)域。圖29的運轉區(qū)域1、I1、III表示與圖25所示的運轉區(qū)域1、I1、III相同的運轉區(qū)域，基礎空燃比最高的內燃機高速低負荷運轉區(qū)域在圖29中由運轉區(qū)域IV表示。因此，在本發(fā)明的其他實施例中，在基礎空燃比最高的內燃機高速低負荷運轉區(qū)域IV中，進行與流入廢氣的空燃比暫時降低同步的來自烴供給閥15的烴的噴射作用。
[0119]為了執(zhí)行本實施例,取代圖28所示的流程圖而利用圖30所示的流程圖。
[0120]參照圖30，首先在步驟80中開始判別內燃機的運轉狀態(tài)是否是運轉區(qū)域IV。當內燃機的運轉狀態(tài)是運轉區(qū)域IV時進入步驟84，與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴時的烴噴射量WTX根據圖19A所示的映射算出。接著在步驟85中，此時的烴噴射周期Λ TX根據圖19Β所示的EGR率GR和進氣量或者根據圖20C所示的映射算出。接著在步驟83中，在基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用的基礎上，以噴射周期Λ TX從烴供給閥15噴射噴射量WTX的烴。此時，與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥15的烴的噴射作用。
[0121]另一方面，在步驟80中當判別為內燃機的運轉狀態(tài)不是運轉區(qū)域IV時進入步驟81，標準運轉狀態(tài)下的最佳的烴的噴射WT根據圖16Α所示的映射算出。接著在步驟82中，標準運轉狀態(tài)下的最佳的烴的噴射周期Λ T根據圖16Β所示的映射算出。接著在步驟83中，在基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用的基礎上，以噴射周期Λ T從烴供給閥15噴射噴射量WT的烴。此時，不與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥15的烴的噴射作用。
[0122]另一方面，廢氣中含有SOx，該SOx在排氣凈化催化劑13內被逐次少量吸留。即，排氣凈化催化劑13會產生SOx中毒。該情況下，被吸留至排氣凈化催化劑13的SOx能夠通過使排氣凈化催化劑13的溫度上升到600°C左右并且使流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比成為濃空燃比而從排氣凈化催化劑13釋放出。在該情況下，在基礎空燃比低時也能夠通過從烴供給閥15噴射烴而容易地使空燃比變成濃空燃比，因此在基礎空燃比低時能夠容易地進行來自排氣凈化催化劑13的SOx的釋放作用。與此相對，如果基礎空燃比高，則即使來自烴供給閥15的烴的噴射量增大，空燃比也難以成為濃空燃比，因此如果基礎空燃比高，則存在來自排氣凈化催化劑13的SOx的釋放作用變難的情況。
[0123]然而，在該情況下，如果與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比的暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴，則即使在原本的基礎空燃比高的情況下，也能夠容易地使空燃比變成濃空燃比，因此即使基礎空燃比高，也能夠容易地進行來自排氣凈化催化劑13的SOx的釋放作用。因此，在基于本發(fā)明的另一個其他實施例中，在基礎空燃比最高的內燃機高速低負荷運轉區(qū)域IV(圖29)中，通過與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴，進行來自排氣凈化催化劑13的SOx的釋放作用。即，在本實施例中，在應該從排氣凈化催化劑13釋放SOx時，在基礎空燃比最高的內燃機高速低負荷運轉區(qū)域IV中，進行與流入廢氣的空燃比暫時降低同步的來自烴供給閥15的烴的噴射作用。
[0124]圖31表示SOx釋放控制程序。該程序通過每隔一定時間的中斷被執(zhí)行。
[0125]參照圖31，首先在步驟90中開始判別是否發(fā)出了命令應該從排氣凈化催化劑13釋放出SOx這一情況的SOx釋放指令。在未發(fā)出SOx釋放指令時結束處理周期。與此相對，在發(fā)出了 SOx釋放指令時進入步驟91，中止基于第INOx凈化方法的NOx凈化作用以及基于第2N0x凈化方法的NOx凈化作用。接著在步驟92中判別使排氣凈化催化劑13的溫度上升到600°C左右的升溫控制是否完成。在排氣凈化催化劑13的升溫控制未完成時進入步驟93，進行排氣凈化催化劑13的升溫控制。該升溫控制通過從烴供給閥15間歇地噴射烴來進行。與此相對，在排氣凈化催化劑13的升溫控制完成了時進入步驟94。
[0126]在步驟94中，判別內燃機的運轉狀態(tài)是否是圖29所示的運轉區(qū)域I。在內燃機的運轉狀態(tài)是運轉區(qū)域I時進入步驟95來進行基于高壓廢氣再循環(huán)裝置HPL的廢氣再循環(huán)作用。接著進入步驟98。另一方面，在步驟94判別為內燃機的運轉狀態(tài)不是運轉區(qū)域I時，進入步驟96來進行基于低壓廢氣再循環(huán)裝置LPL的廢氣再循環(huán)作用。接著在步驟97判別內燃機的運轉狀態(tài)是否是圖29所示的運轉區(qū)域IV。當內燃機的運轉狀態(tài)不是運轉區(qū)域IV時進入步驟98。
[0127]在步驟98中，標準運轉狀態(tài)下從排氣凈化催化劑13釋放SOx時最佳的烴的噴射WTs根據圖16A所示的預先存儲的映射算出。接著在步驟99中，標準運轉狀態(tài)下從排氣凈化催化劑13釋放SOx時最佳的烴的噴射周期Λ Ts根據圖16Β所示那樣的預先存儲的映射算出。接著在步驟100中，以噴射周期Λ Ts從烴供給閥15噴射出噴射量WTs的烴。此時，不與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥15的烴的噴射作用。
`[0128]另一方面，在步驟97中，當判別為內燃機的運轉狀態(tài)是圖29所示的運轉區(qū)域IV時進入步驟101，與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥15噴射烴時的烴噴射量WTXs根據圖19Α所示那樣的預先存儲的映射算出。接著在步驟102中，此時的烴噴射周期Λ TXs根據圖20C所示那樣的預先存儲的映射算出。接著在步驟100中，以噴射周期Λ TXs從烴供給閥15噴射出噴射量WTXs的烴。此時，與流入排氣凈化催化劑13的流入廢氣的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥15的烴的噴射作用。
[0129]其中，作為其他的實施例，也能夠在排氣凈化催化劑13上游的內燃機排氣通路內配置用于使烴重整的氧化催化劑。
[0130]附圖標記說明:
[0131]4…進氣歧管；5…排氣歧管；7…排氣渦輪增壓器；12a、12b…排氣管；13...排氣凈化催化劑；14…顆粒過濾器；15…烴供給閥；HPL...高壓廢氣再循環(huán)裝置；LPL...低壓廢氣再循環(huán)裝置。
【權利要求】
1.一種內燃機的排氣凈化裝置，在內燃機排氣通路內配置排氣凈化催化劑并且在排氣凈化催化劑上游的內燃機排氣通路內配置烴供給閥，在該排氣凈化催化劑的廢氣流通表面上擔載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當使流入排氣凈化催化劑的烴的濃度以預先設定的范圍內的振幅以及預先設定的范圍內的周期振動時對廢氣中所含的NOx進行還原的性質，并且具有當使該烴的濃度的振動周期長于該預先設定的范圍時廢氣中所含的NOx的吸留量增大的性質，所述內燃機的排氣凈化裝置在內燃機運轉時以該預先設定的周期從烴供給閥噴射烴，由此對廢氣中所含的NOx進行凈化， 在該內燃機的排氣凈化裝置中，具備使排氣凈化催化劑下游的內燃機排氣通路內的廢氣在進氣通路內進行再循環(huán)的低壓廢氣再循環(huán)裝置，當進行基于該低壓廢氣再循環(huán)裝置的廢氣再循環(huán)作用時如果從烴供給閥噴射烴，則在排氣凈化催化劑中生成的二氧化碳被再循環(huán)，并且在噴射該烴后經過了該二氧化碳的再循環(huán)所需要的時間時引起流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比暫時降低，當以上述預先設定的周期從烴供給閥噴射烴時，與該流入廢氣的空燃比的暫時降低同步地從烴供給閥噴射烴。
2.根據權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中， 在噴射烴后，由于該烴的噴射最初引起流入排氣凈化催化劑的流入廢氣的空燃比暫時降低時，與該最初的空燃比暫時降低同步地進行來自烴供給閥的下一次的烴的噴射作用。
3.根據權利要求2所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中， 在與流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥噴射烴的情況下，與在同一內燃機運轉狀態(tài)下不產生流入廢氣的空燃比暫時降低時噴射烴的情況相比，從烴供給閥噴射較少量的烴。
4.根據權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中， 在與流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥噴射烴時的烴的噴射周期根據內燃機的運轉狀態(tài)被控制為向燃燒室內噴射的燃料噴射量越增大則越短并且內燃機轉速越聞則越短。
5.根據權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中， 在與流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥噴射烴時的烴的噴射正時根據廢氣的再循環(huán)率和進氣量被算出。
6.根據權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中， 在基礎空燃比最高的內燃機高速低負荷運轉區(qū)域，進行與流入廢氣的空燃比暫時降低同步的來自烴供給閥的烴的噴射作用。
7.根據權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中， 當要從排氣凈化催化劑釋放SOx時，在基礎空燃比最高的內燃機高速低負荷運轉區(qū)域，進行與流入廢氣的空燃比暫時降低同步的來自烴供給閥的烴的噴射作用。
8.根據權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中， 當與流入廢氣的空燃比暫時降低同步地從烴供給閥噴射了烴時，使廢氣的再循環(huán)率降低或者使向燃燒室內噴射燃料的燃料噴射正時提前。
【文檔編號】F01N3/36GK103620171SQ201280029984
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權日:2012年6月21日
【發(fā)明者】植西徹, 吉田耕平, 井上三樹男 申請人:豐田自動車株式會社