火花点火式内燃机的排气净化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种火花点火式内燃机的排气净化装置。
【背景技术】
[0002]已知一种如下的内燃机，即，在内燃机排气通道内配置三元催化剂，并且在三元催化剂下游的内燃机排气通道内配置在所流入的废气的空燃比过稀时对废气中的NOx进行吸留并在所流入的废气的空燃比被设为过浓时将所吸留的NOx释放的NOx吸留催化剂，并且根据内燃机的运转状态而将内燃机的运转模式切换为，在过稀空燃比的条件下实施燃烧的过稀空燃比运转模式和在理论空燃比的条件下实施燃烧的理论空燃比运转模式中的任意一种(例如参照专利文献I)。
[0003]在这种内燃机中，与在理论空燃比的条件下实施燃烧的情况相比，在过稀空燃比的条件下实施燃烧的情况下的燃料消耗量较少，因此，在这种内燃机中，通常在尽可能较宽的运转区域中在过稀空燃比的条件下实施燃烧。然而，如果在内燃机负载增高时在过稀空燃比的条件下实施燃烧，则NOx吸留催化剂的温度将升高，其结果为，因NOx吸留催化剂的NOx吸留能力下降而会使NOx净化率下降。因此，在这种内燃机中，为了不使NO 化率下降，于内燃机负载升高时，将运转模式从过稀空燃比运转模式切换为理论空燃比运转模式。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2008-38890号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]然而，如果以这种方式，在内燃机负载升高时在理论空燃比的条件下实施燃烧，则会发生被负载于三元催化剂上的贵金属催化剂中毒，其结果会产生NOx净化率下降这样的冋题。
[0009]用于解决课题的方法
[0010]根据本发明，为了解决上述问题，提供一种火花点火式内燃机的排气净化装置，所述火花点火式内燃机的排气净化装置在内燃机排气通道内配置具有储氧功能的三元催化剂，并将燃烧室内的空燃比反馈控制为理论空燃比且在三元催化剂中对废气中所含有的HC、CO以及勵)(同时进行净化，以使三元催化剂的储氧量成为零与最大储氧量之间的值，其中，在成为了燃烧室内的空燃比被反馈控制为理论空燃比时被负载于三元催化剂上的贵金属催化剂的中毒量逐渐增大的内燃机运转状态时、或者贵金属催化剂的中毒量增大而超过了预先规定的容许量时，将燃烧室内的空燃比的过稀的程度与空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大以使三元催化剂的储氧量增大至最大储氧量，并且三元催化剂的储氧量到达了最大储氧量之后仍使燃烧室内的空燃比维持在过稀而在此后返回至过浓，燃烧室内的空燃比过浓时的贵金属催化剂的中毒量越大，则将此时燃烧室内的空燃比被维持于过稀的时间设定得越长。
[0011]发明效果
[0012]在火花点火式内燃机中，即使内燃机负载升高，也能够确保较高的NCy.化率。
【附图说明】
[0013]图1为内燃机的整体图。
[0014]图2为以图解的方式表示三元催化剂的基体的表面部分的图。
[0015]图3A及图3B为以图解的方式表示排气净化催化剂的催化剂载体的表面部分等的图。
[0016]图4A、图4B及图4C为用于对三元催化剂中的净化作用进行说明的图。
[0017]图5A、图5B及图5C为用于对三元催化剂中的中毒作用进行说明的图。
[0018]图6A、图6B、图6C及图6D为表示三元催化剂中的中毒量以及燃烧室内的空燃比被维持于过稀的时间的图。
[0019]图7A、图7B、图7C及图7D为表示三元催化剂中的中毒量以及将燃烧室内的空燃比设定为过浓的时间的图。
[0020]图8A、图8B及图8C为表示燃料喷射时间等的图。
[0021]图9A及图9B为用于实施内燃机的运转控制的流程图。
[0022]图1OA及图1OB为对排气净化催化剂中的吸附反应等进行说明的图。
[0023]图1lA及图1lB为对排气净化催化剂中的氧化还原反应进行说明的图。
[0024]图12为表示NOx释放控制的图。
[0025]图13为表示排出叫量NOXA的映射表的图。
[0026]图14为表示NCy.化率的图。
[0027]图15表示从空燃比的过稀向过浓的切换周期ATL与NOx净化率之间的关系的图。
[0028]图16为表示NOx净化率的图。
[0029]图17A及图17B为用于对NOx吸收能力及NO吸附能力进行说明的图。
[0030]图18A及图18B为用于对NOx吸收能力及NO吸附能力进行说明的图。
[0031]图19A、图19B及图19C为表示从内燃机被排出的废气的空燃比的变化的时序图。
[0032]图20为表示向三元催化剂及排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的时序图。
[0033]图21为表示内燃机的运转区域的图。
[0034]图22为表示内燃机运转时的燃料喷射量等的变化的时序图。
[0035]图23为用于实施内燃机的运转控制的流程图。
【具体实施方式】
[0036]在图1中，示出了作为燃料而使用了汽油的火花点火式内燃机的整体图。
[0037]如参照图1，则I表不内燃机主体，2表不气缸体，3表不气缸盖，4表不活塞，5表不燃烧室，6表示火花塞，7表示进气阀，8表示进气口，9表示排气阀，10表示排气口。如图1所示，各气缸具备，由用于向燃烧室2内喷射燃料即汽油的电子控制式燃料喷射阀11、和用于向进气口 8内喷射燃料即汽油的电子控制式燃料喷射阀12构成的一对燃料喷射阀。各气缸的进气口 8经由进气歧管13而与浪涌调整槽14连结，浪涌调整槽14经由进气导管15而被连结于空气滤清器16上。在进气导管15内配置有吸入空气量检测器17、和由作动器18a进行驱动的节气门18。
[0038]另一方面，各气缸的排气口 10经由排气歧管19而与具有储氧功能的三元催化剂20的入口连结，三元催化剂20的出口经由排气管21而与排气净化催化剂22的入口连结。排气净化催化剂22的出口与NOx选择还原催化剂23连结。另一方面，排气管21和浪涌调整槽14经由废气再循环(以下，称为“EGR”)通道24而被相互连结。在EGR通道24内配置有电子控制式EGR控制阀25，并且在EGR通道24的周围配置有用于对在EGR通道24内流动的废气进行冷却的冷却装置26。在如图1所示的实施例中，内燃机冷却水被引导至冷却装置26内，并通过内燃机冷却水而对废气进行冷却。
[0039]电子控制单元30由数字式计算机构成，并具备通过双向母线31而被相互连接在一起的ROM (只读存储器)32、RAM (随机存取存储器)33、CPU (微型中央处理器)34、输入端口 35及输出端口 36。在三元催化剂20的上游处安装有用于对从内燃机被排出的废气的空燃比进行检测的空燃比传感器27，并且在三元催化剂20的下游处安装有用于对废气中的氧浓度进行检测的氧浓度传感器28。这些空燃比传感器27、氧浓度传感器28以及吸入空气量检测器17的输出信号经由各自所对应的AD转换器37而被输入至输入端口 35。此夕卜，在加速踏板40上连接有以与加速踏板40的踩踏量L成比例的方式而产生输出电压的负载传感器41，负载传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37而被输入至输入端口35。而且，在输入端口 35上连接有例如在曲轴每旋转30°时产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。另一方面，输出端口 36经由对应的驱动电路38而与火花塞6、燃料喷射阀11、12、节气门驱动用作动器18a以及EGR控制阀25相连接。
[0040]图2为以图解的方式表示三元催化剂20的基体50的表面部分的图。如图2所示，在催化剂载体50上，以层叠状而形成有上部涂层51和下部涂层52。上部涂层51由铑Rh和铈Ce构成，下部涂层52由铂Pt和铈Ce构成。另外，在该情况下，上部涂层51中所含有的铈Ce的量与下部涂层52所含有的铈Ce的量相比而较少。此外，可以使上部涂层51内含有锆Zr，还可以使下部涂层52内含有钯Pd。
[0041]图3A为以图解的方式表示排气净化催化剂22的基体55的表面部分的图。如图3A所示，在排气净化催化剂22中，也在基体55上形成有涂层56。该涂层56由例如粉末的集合体构成，图3B表示该粉末的放大图。如参照图3B，在该粉末的例如由铝构成的催化剂载体60上负载有贵金属催化剂61、62，在该催化剂载体60上还形成有碱性层63，所述碱性层63包括选自钾K、钠Na、铯Cs这种碱金属、钡Ba、.1? Ca这种碱土金属、镧系元素这种稀土类元素以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir这种向NOx提供电子的金属中的至少一种。由于废气沿着催化剂载体60之上而流动，因此，可以说贵金属催化剂61、62被负载于排气净化催化剂22的废气流通表面上。此外，由于碱性层63的表面呈现碱性，因此，碱性层63的表面被称为碱性的废气流通表面部分。
[0042]另一方面，在图3B中，贵金属催化剂61由钼Pt构成，贵金属催化剂62由铭Rh构成。另外，在该情况下，贵金属催化剂61、62均能够由钼Pt构成。此外，在催化剂载体60上，除了铂Pt及铑Rh之外还能够负载有钯Pd，或者能够代替铑Rh而负载有钯Pd。S卩，被负载于催化剂载体60上的贵金属催化剂61、62由钼Pt、铭Rh及钮Pd中的至少一种构成。
[0043]并且，当燃烧室5内在理论空燃比的条件下进行燃烧时，即、从内燃机被排出的废气的空燃比为理论空燃比时，三元催化剂20具有同时减少废气中所含有的有害成分HC、CO以及功能。因此，在燃烧室5内在理论空燃比的条件下进行燃烧时，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOx在三元催化剂20中被净化。
[0044]另外，将燃烧室5内的空燃比完全地持续保持在理论空燃比是不可能的，因此，在实际中，从燃料喷射阀11、12喷射的喷射量基于空燃比传感器27的检测信号而被反馈控制，以使从燃烧室5被排出的废气的空燃比大致成为理论空燃比，即、以使从燃烧室5被排出的废气的空燃比以理论空燃比作为中心而进行振动。此外，在该情况下，在废气的空燃比的变动的中心从理论空燃比偏离时，基于氧浓度传感器28的输出信号而对废气的空燃比的变动的中心进行调节，以使其返回至理论空燃比。另外，即使如上所述从燃烧室5被排出的废气的空燃比以理论空燃比为中心而进行了振动，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOx也会通过由铈Ce构成的三元催化剂20的储氧能力，而在三元催化剂20中被良好地净化。
[0045]接下来，参照图4A、图4B及图4C，进一步对该三元催化剂20中的净化作用进行详细说明。图4A及图4B以图解的方式表示三元催化剂20中的氧化还原反应。图4A表示废气的空燃比相对于理论空燃比而略微过浓时的情况。此时，通过铈Ce而以二氧化铈的形式被保持的氧02从二氧化铈中被释放，由此，在铂Pt的表面上废气的空燃比成为理论空燃比。其结果为，如图4A所示，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOx在三元催化剂20中同时被净化。另一方面，图4B表示废气的空燃比相对于理论空燃比而只略微过稀时的情况。