火花点火式内燃机的排气净化装置的制造方法_4

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]由此,在过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始之后、向排气净化催化剂22的NOx吸收作用开始之前,将燃烧室5内的空燃比设为过浓,由此使废气中所含有的NOxF会被吸收于排气净化催化剂22中,从而对NOx进行净化的NO ^勺净化方法为,参照图1OA及1B所说明的利用吸附NO的NOx净化方法。在该情况下,如上文所述,当向排气净化催化剂22流入的废气的空燃比从过稀切换为过浓的周期ATL(图5C)变长时,NOx以硝酸盐的形式而开始被吸收于排气净化催化剂22中。在该情况下,当向排气净化催化剂22流入的废气的空燃比从过稀向过浓的切换周期ATL长于5秒左右时,NOx以硝酸盐的形式而开始被吸收于碱性层63内,因此,如图15所示,当该从过稀向过浓的切换周期ATL长于5秒左右时,NOx净化率将下降。因此,需要将该从过稀向过浓的切换周期ATL设为5秒以下。另外,将图SB的曲线图所示的各过稀时间ATL设为5秒以下。
[0081 ] 图16表示在通过利用吸附NO的NOx净化方法而对NO x进行净化的情况下的NO 乂净化率。如图16所示,可以看出在该情况下,即使排气净化催化剂22的温度TC升高而成为4000C以上的高温,NOx净化率也不会下降。
[0082]因此,在内燃机中负载运转时,如果以根据图8A所示的曲线图而被计算出的燃料喷射量WT、与根据图SB及图SC所示的曲线图而被分别计算出的过稀时间ATL以及过浓时间Δ TR为依据,从燃料喷射阀11、12实施燃料喷射,则会利用吸附NO的NOx净化方法来执行NOx的净化作用,此时,即使排气净化催化剂22的温度TC升高,也能够在取得较高的NO χ净化率的同时使三元催化剂20的中毒恢复。
[0083]如此,在此实施例中,在三元催化剂20下游的内燃机排气通道内配置有排气净化催化剂22,在排气净化催化剂22的废气流通表面上负载有贵金属催化剂61、62,并且在贵金属催化剂61、62周围形成层有碱性的废气流通表面部分,排气净化催化剂22具有当使流入排气净化催化剂22的废气的空燃比以预先规定的范围内的周期而暂时从过稀切换到过浓时对废气中所含有的N0x进行还原的性质、并且具有当将从过稀向过浓的切换周期设为长于该预先规定的范围时对废气中所含有的NOx的吸收量增大的性质,在内燃机运转时,燃烧室5内的空燃比以该预先规定的范围内的周期而暂时从过稀切换至过浓,由此,废气中所含有的N0x被净化。
[0084]接下来,对于以如下方式进行设定的其他的实施例进行说明,S卩,在通常情况下,使用利用了向排气净化催化剂22的NOx的吸留释放作用的NOx的净化方法,并根据需要而使用利用吸附NO的NOx净化方法。在该情况下,需要考虑向排气净化催化剂22的NO/及收能力与NO吸附能力,因此,首先对向排气净化催化剂22的NOx吸收能力与NO吸附能力进行说明。
[0085]图17Α图示了在如图12所示而利用向排气净化催化剂22的吸留释放作用来净化情况下的NO χ吸收能力与NO吸附能力。另外,在图17Α中,纵轴表示作为NO χ吸收能力与NO吸附能力之和的NOx的吸留能力,横轴表示排气净化催化剂22的温度TC。由图17Α可知,在排气净化催化剂22的温度TC低于大致400°C时,无论排气净化催化剂22的温度TC如何,NOx吸收能力及NO吸附能力是固定的,因此,作为NO x吸收能力与NO吸附能力之和的NOx的吸留能力也无论排气净化催化剂22的温度TC如何而均为固定。
[0086]另一方面,当排气净化催化剂22的温度TC升高时,铂Pt61的表面上的叫的氧化反应(NO — NO2)加速。然而,当排气净化催化剂22的温度TC升高时,NO2成为硝酸离子NO3-的反应(NO 2+BA (CO3) 2— BA (NO 3)2+C02)延迟,其结果为,NOx难以被吸收于排气净化催化剂22中。此外,当排气净化催化剂22的温度TC升高时,硝酸盐将进行热分解从而以NO2的形式从排气净化催化剂22被释放。因此,如图17A所示,当排气净化催化剂22的温度TC升高而成为400°C以上的高温时,NOxK收能力急剧地降低。相对于此,向铂Pt61的表面的NO的吸附量几乎不会受到排气净化催化剂22的温度TC的影响。因此,如图17A所示,即使排气净化催化剂22的温度TC升高,NO吸附能力也几乎不会发生变化。
[0087]接下来,参照图18A及18B,对在过稀空燃比的条件下实施燃烧时的废气中的氧浓度与NO吸附能力、NOx吸收能力之间的关系进行说明。最初,考虑到向铂Pt61的表面的吸附时,NO和O2竞相吸附在铂Pt61的表面上。即,废气中所含有的NO的量与O2的量相比越增多,则吸附在铂Pt61的表面上的NO的量与02的量相比越增多,与此相反,废气中所含有的O2的量与NO的量相比而越增多,则吸附在铂Pt61的表面上的NO的量与O2的量相比越减少。因此,如图18A所示,废气中的氧浓度越高,则排气净化催化剂22中的NO吸附能力越降低。
[0088]另一方面,废气中的氧浓度越高,则废气中的NO的氧化作用越被促进,从而向排气净化催化剂22的NOx的吸收越被促进。因此,如图18B所示,废气中的氧浓度越高,则排气净化催化剂22中的NOxK收能力越高。另外,在图18A及18B中,区域X表示在如图12所示那样利用向排气净化催化剂22的吸留释放作用来净化NO ^勺情况下,在过稀空燃比的条件下实施燃烧时的情况。此时,可以看出NO吸附能力较低,而叫吸收能力较高。前文所述的图17A表示此时的NO吸附能力和NOx吸收能力。
[0089]并且,如参照图17A而已经说明的那样,当排气净化催化剂22的温度TC升高而成为400°C以上的高温时,NOx吸收能力急剧降低。相对于此,即使排气净化催化剂22的温度TC升高,NO吸附能力也几乎不会发生变化。因此,推测出在排气净化催化剂22的温度TC升高而成为400°C以上的高温时,当停止实施利用NOx的吸收作用的净化方法,并取代之而使用利用了 NO的吸附作用的NOx净化方法,则也许能够对NO x进行净化。然而,由图17A可知,如在NO吸附能力较低,并且不会导致燃料消費量的增大的前提下利用NO的吸附作用来净化N0X,则需要使NO吸附能力增大。
[0090]在该情况下,由图18A可知,如使NO吸附能力增大,则只要使废气中的氧浓度降低即可。此时,如图18B所示,NO/及收能力降低。在图18A及18B中,在使废气中的氧浓度降低至区域Y时的NOx吸收能力以及NO吸附能力如图17B所示。通过以这种方式使废气中的氧浓度降低,从而能够增大NO吸附能力。使废气中的氧浓度降低是指,使在过稀空燃比的条件下实施燃烧时的空燃比(基准空燃比)降低,因此,通过使基准空燃比降低从而能够增大NO吸附能力。
[0091 ] 因此,在该实施例中,在利用NO的吸附作用来净化NO5^t即、在利用吸附NO的NO x净化方法中,以使基准空燃比降低的方式进行设定。接下来,对于该方式,参照图19A至图19C进行说明。图19A与图12所示的情况同样地,表示利用向排气净化催化剂22的叫的吸留释放作用来净化NOx的情况下的燃烧室5内的空燃比(A/F)的变化。另外,在图19A中,(A/F) B表示基准空燃比,Δ (A/F) R表示空燃比的过浓程度,Δ T表示空燃比的从过稀向过浓的切换周期。另一方面,图19B表示利用NO的吸附作用来净化NOx的情况下的燃烧室5内的空燃比(A/F)的变化。另外,在图19B中,(A/F)b表示基准空燃比,Δ (A/F)r表示空燃比的过浓程度,Δ T表示空燃比的过浓周期。
[0092]对图19A和图19B进行比较可知,如图19B所示,在利用NO的吸附作用来净化NOx的情况下,在与图19A所示的利用向排气净化催化剂22的吸留释放作用来净化NO x的情况下的基准空燃比(A/F)B相比而较小的基准空燃比(A/F)B的条件下,实施燃烧室5内的燃烧,并且如图19A所示,以与利用向排气净化催化剂22的NOx的吸留释放作用来净化NOx的情况下的、用于N0X#放的空燃比的从过稀向过浓的切换周期ΛΤ相比而较短的周期,将燃烧室5内的空燃比从过稀切换至过浓。另一方面,图19C表示燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比的情况下的燃烧室5内的空燃比的变化。
[0093]图20表示,图19B所示的利用NO的吸附作用来净化叫的情况下的燃烧室5内的空燃比(A/F)的变化、和流入排气净化催化剂22的废气的空燃比(A/F)in的变化。在该情况下,当将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为过浓时,在三元催化剂20中所存储的氧被释放而使理论空燃比被维持时间Tl的期间,由此,使HC、C0以及NOx同时减少。在该期间内,如图20所示,流入排气净化催化剂22的废气的空燃比(A/F) in被维持在理论空燃比。接下来,当三元催化剂20的存储氧被消耗时,流入排气净化催化剂22的废气的空燃比(A/F)in将以时间T2的期间而成为过浓。此时如图1OB所示,解离吸附在铂Pt61的表面上的NO一方面成为N2,而另一方面成为还原性中间体NCO。该还原性中间体NCO在生成后不久的期间内,被持续保持或吸附在碱性层63的表面上。
[0094]接下来,当燃烧室5内的空燃比(A/F)再次返回至过稀时,这次氧被存储于三元催化剂20中。此时,在三元催化剂20的催化剂表面上空燃比在时间T3之间被维持在理论空燃比,由此,即使在此时也可以同时减少HC、C0以及N0X。接下来,在时间T4的期间,废气中所含有的NOx与被保持或吸附在碱性层63的表面上的还原性中间体NCO进行反应从而通过还原性中间体NCO而被还原。接下来,在时间T5的期间,废气中所含有的NO如图1OA所示而解离并吸附在铂Pt61的表面上。
[0095]由此,如图19B所示,在利用NO的吸附作用来净化情况下,实施利用了 NO的吸附作用的NOx的净化作用和利用了三元催化剂20中的储氧功能的NO x的净化作用这两个净化作用。
[0096]接下来,对内燃机的运转控制的概要进行说明。在该实施例中,如图20所示,预先设定有内燃机低负载运转侧的内燃机低负载运转区域1、内燃机高负载运转侧的内燃机高负载运转区域II1、和位于内燃机低负载运转区域I以及内燃机高负载运转区域III之间的位置处的内燃机中负载运转区域II。另外,图21的纵轴L表示要求负载,横轴N表示内燃机转速。在该情况下,如图19A所示,在内燃机低负载运转区域I中,实施利用向排气净化催化剂22的NOx的吸留释放作用而对NO x进行净化的NO x的净化作用,而在内燃机中负载运转区域II中,如图19B所示,实施利用NO的吸附作用来而对NOx进行净化的NOx的净化作用。另外,在内燃机高负载运转区域III中,如图19C所示,将燃烧室5内的空燃比反馈控制为理论空燃比。
[0097]S卩,根据本发明的实施例,在预先规定的内燃机低负载运转区域I中于燃烧室5内在基准空燃比为过稀的条件下实施燃烧并且在应当从排气净化催化剂22释放出N0x时使燃烧室5内的空燃比被设为过浓,在预先规定的内燃机高负载运转区域III中燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比,在预先规定的内燃机中负载运转区域II中,在与内燃机低负载运转区域I中的基准空燃比相比而较小的基准空燃比的条件下实施燃烧室5内的燃烧,并且以与用于
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