压燃式内燃机的排气净化装置的制作方法

专利名称：压燃式内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及压燃式内燃机的排气净化装置。
背景技术：
现有技术已知一种在发动机排气通道中布置NOx存储催化剂的内 燃机，所述NOx存储催化剂在流入的排气的空燃比稀时存储包含在排 气中的NOx，并在流入的排气的空燃比变为理论空燃比或浓时释放被 存储的NOx。在这种内燃机中，在稀空燃比条件下燃烧燃料时产生的 NOx^皮存储在所述NOx存储催化剂中。另一方面，如果所述NOx存寸诸 催化剂的NOx存储能力接近饱和，则所述排气的空燃比暂时变浓，从 而NOx从所述NOx存储催化剂中释放出来并且被还原。
然而，燃料和润滑油包含硫，因此排气中包含SOx。该SOx连同 NOx—起存储在所述NOx存储催化剂中。然而，仅仅通过使所述排气 的空燃比变浓，不会使所述SOx从所述NOx存储催化剂中释放出来， 因此存储在所述NOx催化剂中的SOx的量逐渐增加。结果，能被存储 的NOx的量最终逐渐减少。
因此，为了防止将SOx传送到所述NOx存储催化剂，已知一种在 NOx存储催化剂上游的发动机排气通道中设置SOx捕集剂的内燃机 (见公开号为2004-92524A的日本专利)。在这种内燃机中，包含在排 气中的SOx被所述SOx捕集剂捕集，因此抑制了进入所述NOx存储催
化剂的SOx流量。结果，可以防止所述NOx存储能力由于存储SOx而下降。
然而，在这种内燃机中，在所述SOx捕集剂的SOx捕集能力变得 饱和之前，将SOx从所述SOx捕集剂中释放出来。在这种情况下，为 了确保将SOx很好地从所述SOx捕集剂中释放出来，有必要在所述SOx 捕集剂的温度是SOx释放温度时使所述排气的空燃比变浓。因此，在 这种内燃机中，为了确保将SOx从所述SOx捕集剂中释放出来，当所 述SOx捕集剂的温度是SOx释放温度时使所述排气的空燃比变浓。
此外，这种内燃机设置有绕过所述NOx存储催化剂的旁路排气通 道，以防止从所述SOx捕集剂释放出来的SOx流入所述NOx存储催化 剂中。当SOx捕集剂已经释放SOx时，从所述SOx捕集剂流出的排气 被引入所述旁路排气通道中。
另一方面，在这种内燃机中，当所述SOx捕集剂的SOx捕集量变 为固定量或更多时，当所述排气的空燃比变浓以将NOx从所述NOx存 储催化剂释放时，即使使得所述SOx捕集剂的温度为所述SOx释放温 度或更低，SOx也被从所述SOx捕集剂中释放出来，因此所述SOx最 终被存储在所述NOx存储催化剂中。因此，在这种内燃机中，当所述 SOx捕集剂的SOx捕集量变为固定量或更多时，禁止所迷排气的空燃 比变;农。
然而，在这种情况下，如果在使得排气的空燃比变浓以从所述NOx 存储催化剂中释放NOx时使用不释放SOx的SOx捕集剂，则SOx不再 会被存储在所述NOx存储催化剂中。此外，在所述NOx存储催化剂应 当释放NOx的任何时候，能够使所述排气的空燃比变浓。然而，只要
像这种内燃机的所述SOx捕集剂具有释放SOx的功能，则很难在所述
排气的空燃比变浓时防止SOx被释放。
与此相反，如果SOx捕集催化剂不具有释放SOx的功能而仅仅具 有存储SOx的功能，则即使使得所述排气的空燃比变浓以使所述NOx 存储催化剂释放NOx,通常也不会从SOx捕集催化剂中释放出SOx, 因此SOx不再被存储在所述NOx存储催化剂中。然而，问题产生了， 就是即使当利用这样的SOx捕集催化剂时，如果所述SOx捕集催化剂 的温度变为所述SOx释放下限温度或更高，则在所述排气的空燃比变 浓以从所述NOx存储催化剂释放NOx时，SOx将从所述SOx捕集催化 剂中释放出来。

发明内容
本发明提供一种压燃式内燃机的排气净化装置，其能够使NOx存 储催化剂释放NOx而不使SOx捕集催化剂释放SOx。
依照本发明，提供一种压燃式内燃机的排气净化装置，所述内燃 机在发动机排气通道中设置有能够捕集包含在排气中的SOx的SOx捕 集催化剂，并在所述SOx捕集催化剂下游的排气通道中设置NOx存储 催化剂，所述NOx存储催化剂在流入的排气的空燃比稀时存储包含在 排气中的NOx,而在流入的排气的空燃比为理论空燃比或浓时释放被 存储的NOx，其中当流入所述SOx捕集催化剂的排气的空燃比从稀变 浓使得所述NOx存储催化剂释放NOx时，如果所述SOx捕集催化剂的 温度低于用于释放SOx的SOx释放下限温度，则禁止使得流入所述SOx 捕集催化剂的排气的空燃比变浓以使所述NOx存储催化剂释放NOx的 浓化处理。


图1为压燃式内燃机的总观图，图2为压燃式内燃机的另一个实 施例的总观图，图3为显示颗粒过滤器的构造的视图，图4为NOx存 储催化剂的催化剂载体表面部分的截面图，图5为SOx捕集催化剂的 催化剂载体表面部分的截面图，图6为显示SOx捕集率的视图，图7 为用于说明升温控制的视图，图8为显示NOx净化率和SOx释放量之 间关系等的视图，图9为显示SOx释放下限温度Tr的视图，图10为 显示被存储的SOx量SSOX和用于升温控制的被存储的SOx量SO( n ) 之间的关系等的视图，图11为显示被存储的SOx量SSOX的变化等的 时间图，图12为用于执行SOx稳定化处理的第一实施例的流程图，图 13为用于执行所述SOx稳定化处理的第二实施例的流程图，图14为 显示所述SOx稳定化处理的时间图，图15为显示颗粒过滤器的升温控 制的时间图，图16为显示被存储的NOx量NOXA的设定表(map)的 视图，图17为显示所述SOx量i:SOX和SOx释放下限温度Tr之间的 关系的视图，图18为用于计算SOx释放下限温度Tr的流程图，以及 图19为用于执行关于所述NOx存储催化剂的处理的流程图。
具体实施例方式
图1显示了压燃式内燃机的总观图。
参考图1, l表示发动机机体，2表示各个气缸的燃烧室，3表示 用于将燃料喷射入各个燃烧室2内的电子控制式燃料喷射器，4表示进 气歧管，及5表示排气歧管。进气歧管4通过进气管6连接到废气涡 轮增压器7的压缩机7a的出口 ，而压缩机7a的入口连接到空气滤清 器8。在进气管6内布置有由步进电动机驱动的节流阀9。此外，在进
气管6周围布置有用于冷却在进气管6中流动的进气的冷却装置10。 在图1所示的实施例中，发动机冷却水被引入到冷却装置10中，在其 中所述发动^/L冷却水;故用于冷却所述进气。
另 一方面，排气歧管5连接到废气涡轮增压器7的排气涡轮7b的 入口，而排气涡轮7b的出口连接到SOx捕集催化剂11的入口。此外， SOx捕集催化剂11的出口通过排气管13连接到NOx存储催化剂12。 如图1所示，在排气歧管5的诸如1号气缸的歧管5a内设置有诸如还 原剂供给阀14来供给由碳氢化合物组成的还原剂。
排气歧管5和进气歧管4通过废气再循环(下文称作"EGR")通 道15彼此连接。在EGR通道15内布置有电子控制式EGR控制阀16。 此外，在EGR通道15周围布置有用于冷却流过EGR通道15内部的 EGR气体的冷却装置17。在图l所示的实施例中，发动机冷却水被引 入到冷却装置17中，在其中所述发动机冷却水-故用于冷却所述EGR 气体。另一方面，燃料喷射器3通过燃料供给管18连接到共轨19。所 述共轨19被供应有来自电子控制式可变排放燃料泵20的燃料。被供 应到共轨19内的燃料通过燃料供给管18被供应到燃料喷射器3。
电子控制模块30由数字计算机构成，并且设置有通过双向总线31 互相连接的ROM (只读存储器)32、 RAM (随机存取存储器)33、 CPU(微处理器)34、输入端口 35和输出端口 36。 SOx捕集催化剂11 具有温度传感器21，该温度传感器21检测连接到其上的SOx捕集催 化剂11的温度。NOx存储催化剂12具有温度传感器22,该温度传感 器22用于检测连接到其上的NOx存储催化剂12的温度。这些温度传 感器21和22的输出信号通过相应的AD转换器37输入到输入端口 35。 此外，NOx存储催化剂12具有压差传感器23,该压差传感器23检测
连接到其上的NOx存储催化剂12之前和之后的压差。压差传感器23 的输出信号通过相应的AD转换器37输入到输入端口 35。
加速踏板40具有连接到其上的负荷传感器41 ，其产生和加速踏板 40的下压量L成比例的输出电压。负荷传感器41的输出电压通过相应 的AD转换器37输入到输入端口 35。此外，输入端口 35具有连接到 其上的曲轴转角传感器42，每当曲轴旋转诸如15。时所述曲轴转角传 感器42产生输出脉冲。另一方面，输出端口 36通过相应的驱动电^各 38连接到燃料喷射器3、由步进电动机驱动的节流阀9、还原剂供给阀 14 、 EGR控制阀16和燃料泵20 。
图2显示了压燃式内燃机的另一个实施例。在这个实施例中，在 排气管13中布置有SOx传感器24，其用于检测从SOx捕集催化剂11 流出的排气中的SOx浓度。
首先，说明图1和图2所示的NOx存储催化剂12, NOx存储催化 剂12被携带在三维网状结构整体式载体上或丸状载体上，或是被携带 在形成蜂窝状结构的颗粒过滤器上。这样，NOx存储催化剂12能被携 带在各种载体上，但是下面将说明在颗粒过滤器上携带NOx存储催化 剂12的情况。
图3 (A)和3 (B)显示了携带NOx存储催化剂12的颗粒过滤器 12a的构造。应注意图3 (A)显示了颗粒过滤器12a的正视图，而图3 (B)显示了颗粒过滤器12a的侧面截面图。如图3 (A)和3 (B)所 示，颗粒过滤器12a形成蜂窝状结构，并设置有多个彼此平行延伸的 排气流通道60、 61。这些排气流通道由下游端被塞子62封闭的排气流 入通道60和上游端^皮塞子63封闭的排气流出通道61构成。应注意图3 (A)中的阴影部分表示塞子63。因此，排气流入通道60和排气流 出通道61经由薄的分隔壁64交替排列。换句话说，排气流入通道60 和排气流出通道61这样排列以便每个排气流入通道60被四个排气流 出通道61环绕，而每个排气流出通道61被四个排气流入通道60环绕。
例如，颗粒过滤器12a由诸如堇青石的多孔材料形成。因此，如 图3 (B)中箭头所示，流入到排气流入通道60中的排气流过所述环 绕的分隔壁64并流出进入邻近的排气流出通道61。
当以这种方式在颗粒过滤器12a上携带NOx存储催化剂12时，排 气流入通道60和排气流出通道61的周边壁，即分隔壁64的两个侧表 面和分隔壁64中细孔的内壁携带有诸如由氧化铝构成的催化剂载体。 图4示意性地显示了该催化剂载体45的表面部分的截面。如图4所示， 在催化剂载体45的表面上携带有扩散在其中的贵金属催化剂46。此外， 在催化剂载体45的表面上形成有一层NOx吸收剂47。
在依照本发明的实施例中，利用铂Pt作为贵金属催化剂46。例如， 利用诸如选自钾K、钠Na、铯Cs或其它的这种石咸金属、钡Ba、钙Ca 或其它的这种碱土金属，以及镧La、钇Y或其它的这种稀土金属中的 至少一种成分作为形成NOx吸收剂47的成分。
如果供应到NOx存储催化剂12上游的发动机进气通道、燃烧室2 和排气通道内的空气和燃料(碳氢化合物)的比例被称作"排气的空燃 比，，，则执行NOx吸收和释放作用，从而当所述排气的空燃比稀时NOx 吸收剂47吸收NOx，并且在所述排气中的氧气浓度降低时释放所述被 吸收的NOx。
就是说，将说明利用钡Ba作为形成NOx吸收剂47的成分的情况 作为例子，当所述排气的空燃比稀时，即当所述排气中的氧气浓度高 时，如图4所示，所述排气中包含的NO在铂Pt46上4皮氧化并且成为 N02，接着所述N02被吸收到NOx吸收剂47中，并且在与氧化钡BaO 结合时，所述N02以硝酸离子NCV的形式扩散在NOx吸收剂47内。 这样，所述NOx被吸收在NOx吸收剂47中。只要所述排气中的氧气 浓度高，就会在铂Pt 46表面上产生N02。只要NOx吸收剂47的NOx 吸收能力不饱和，N02就被吸收在NOx吸收剂47中并产生硝酸离子 N03-。
与此相反，如果使还原剂供给阀14供应还原剂使排气的空燃比变 浓或达到理论空燃比，则排气中的氧气浓度下降，所以发生相反方向 的反应(NO/—N02 )，并且因此NOx吸收剂47中的硝酸离子N(V以 N02的形式从NOx吸收剂47中释放出来。然后，被释放的NOx由包 含在排气中的未燃烧的HC和CO还原。
这样，当所述排气的空燃比稀时，即在稀空燃比的条件下执行燃 烧时，所述排气中的NOx被吸收到NOx吸收剂47中。然而，当在稀 空燃比的条件下继续燃烧时，在此过程中，NOx吸收剂47的NOx吸 收能力最终变得饱和，因此NOx吸收剂47最终不能再吸收NOx。因 此，在依照本发明的实施例中，在NOx吸收剂47的吸收能力变得饱和 之前，从还原剂供给阀14供应还原剂以暂时使得所述排气的空燃比变 浓，从而使得NOx从NOx吸收剂47中释放出来。
然而，排气中包含SOx,即S02。当该SOz流入NOx存储催化剂 12中时，所述S02会在铂Pt 46处被氧化并成为S03。接着，该S03 被吸收到NOx吸收剂47中，所述S03与氧化钡BaO结合并且以硫酸离子SO^的形式扩散在NOx吸收剂47中以产生石克酸盐BaS04。如果 所述硫酸盐BaS04增加，则NOx吸收量减少，因此NOx吸收剂47能 吸收的NOx量随时间流逝而减少。
因此，在本发明中，SOx捕集催化剂11设置在NOx存储催化剂 12的上游。所述SOx捕集催化剂11用于捕集包含在排气中的SOx，由 此防止SOx流入NOx存储催化剂12中。接下来，将说明SOx捕集催 化剂11。
所述SOx捕集催化剂11由诸如蜂窝状结构的整体催化剂构成，并 且具有大量在SOx捕集催化剂11轴向上直线延伸的排气流动孔。当这 样形成由蜂窝状结构整体式催化剂构成的SOx捕集催化剂11时，所述 排气流动孔的内周壁携带有诸如由氧化铝组成的催化剂载体。图5示 意性地显示了催化剂载体50的表面部分的截面。如图5所示，在催化 剂载体50表面上形成有涂层51。在涂层51的表面上携带有扩散在其 中的贵金属催化剂52。
在依照本发明的实施例中，利用铂Pt作为贵金属催化剂52。利用 诸如选自钾K、钠Na、铯Cs或其它的这种石咸金属、钡Ba、 4丐Ca或 其它的这种碱土金属以及镧La、钇Y或其它的这种稀土金属中的至少 一种成分作为形成涂层51的成分。就是说，SOx捕集催化剂11的涂层 51显示出强碱性。
现在，如图5所示，排气中包含的SOx，即S02，在铂Pt52处被 氧化，然后被捕集在涂层51中。即，S02以硫酸离子SO -的形式扩散 在所述涂层中并形成辟u酸盐。应当注意，正如上面说明的，涂层51显
示出强石咸性。因此，如图5所示，包含在排气中的部分S02直接被捕 集在涂层51中。
在图5中，涂层51中的浓度表示被捕集的SOx的浓度。正如将从 图5中理解的，涂层51中的SOx浓度在涂层51表面附近最高，并在 进一步向内而逐渐下降。如果涂层51的表面附近的SOx浓度变得更高， 则涂层51表面的碱性变得更弱且SOx捕集能力减弱。这里，如果将被 SOx捕集催化剂11捕集的SOx和排气中包含的SOx的比率称作SOx 捕集率，如果涂层51的表面的碱性减弱，则SOx捕集率会随此下降。
图6显示了 SOx捕集率随时间的变化。如图6所示，首先SOx捕 集率接近100%,但随着时间流逝，SOx捕集率迅速下降。因此，在本 发明中，如图7所示，当所述SOx捕集率降到预定比率之下时，在排 气的稀空燃比的条件下执行升温控制来升高SOx捕集催化剂11的温 度，从而恢复所述SOx捕集率。
就是说，如果在排气的稀空燃比的条件下升高SOx捕集催化剂11 的温度，则集中存在于涂层51表面附近的SOx扩散到涂层51的内部， 以使涂层51内的SOx浓度变得均匀。就是说，形成于涂层51内的硝 酸盐从其集中在涂层51表面附近的不稳定状态变为其均匀扩散遍及整 个涂层51的稳定状态。如果涂层51表面附近存在的SOx朝涂层51内 部扩散，则涂层51表面附近的SOx浓度降低，因此当SOx捕集催化剂 ll的升温控制结束时，如图7所示，所述SOx捕集率被恢复。
当执行SOx捕集催化剂11的升温控制时，如果使得SOx捕集催化 剂11的温度为大约45(TC，则能够使得涂层51表面附近的SOx在涂层 51内扩散。如果将SOx捕集催化剂11的温度升高至600。C左右，则能 够使得涂层51内的SOx浓度相当地均匀。因此，在SOx捕集催化剂 11的升温控制时，优选为在排气的稀空燃比条件下将SOx捕集催化剂 11的温度升高至60(TC左右。
现在，如上面i)t明的，在依照本发明的实施例中，在NOx吸收剂 47的吸收能力变得饱和之前，使得还原剂供给阀14供应还原剂以暂时 使得排气的空燃比变浓，从而使得NOx吸收剂47释放NOx。因此， 这时，流入SOx捕集催化剂11的排气的空燃比暂时变浓。然而，这时， 如果SOx捕集催化剂11释放SOx,则所述SOx被吸收在NOx存储催 化剂12中。因此，在本发明中，形成SOx捕集催化剂11，从而这时 SOx捕集催化剂11不释放SOx。
就是说，如果使得SOx捕集催化剂11的碱性更强，则被捕集的 NOx变得更难以释放。因此，为了防止SOx被释放，优选为使得SOx 捕集催化剂11的碱性更强。此外，SOx释放现象是被氧化和被吸收的 SOx的还原和释放现象，因此，为了防止所述SOx被释放，必须防止 所述SOx被还原。在这种情况下，通过由还原剂供给阀14供应的还原 剂，即HC,执行SOx还原反应，所以为了防止所述SOx被释放，不 得不减弱所述NOx被HC还原的作用，即HC被NOx氧化的作用。
应当注意，所述SOx捕集作用由涂层51执行，因此为了防止SOx 被释放，不得不使涂层51的碱性更强。此外，所述SOx还原作用由贵 金属催化剂46执行，因此为了防止SOx被释放，不得不减弱贵金属催 化剂46的SOx还原作用，即HC氧化作用。在这种情况下，如果使得
涂层51的碱性更强，则HC被贵金属催化剂46氧化的作用，即酸性 被减弱。
因此，在本发明中，涂层51的碱性，即SOx捕集催化剂11的碱 性被加强且其酸性被减弱以便不释放SOx。在这种情况下，很难定量 地表达将SOx捕集催化剂11的碱性增强到什么程度和将酸性减弱到什 么程度，但是有可能通过利用与NOx存储催化剂12相比的NOx净化 率或HC氧化率来表达将所述碱性增强到什么程度和将所述酸性减弱 到什么程度。接下来将参考图8来说明。
图8 (A)显示了用于本发明的SOx捕集催化剂11和NOx存储催 化剂12的NOx净化率和SOx释放率之间的关系，而图8 ( B )显示了 用于本发明的SOx捕集催化剂11和NOx存储催化剂12的HC氧化率 和SOx释放率之间的关系。应注意图8 (A)和8 (B)中所示的关系 是当SOx捕集催化剂11的温度处于正常操作时的温度范围内，即约 15(TC至约40(TC之间时的关系。NOx存储催化剂12将通过重复NOx 的存储和释放来净化NOx作为目标，因此如图8 (A)和图8 (B)所 示，NOx净化率和HC氧化率自然很高。
然而，如图8 (A)和8 (B)所示，使得NOx存储催化剂12释放 相当大数量的SOx。当然，SOx释放作用是当排气的空燃比变浓时执 行的一种作用。相对于此，在本发明中，与NOx存储催化剂12相比， 增强SOx捕集催化剂11的》成性且减弱其酸性，直到当所述SOx捕集催 化剂的温度处于正常操作时的温度范围内，即约150。C至约40(TC时所 述SOx释放量变为0。如果这样与NOx存储催化剂12相比增强SOx 捕集催化剂11的^M"生且减弱其酸性，则SOx捕集催化剂11将吸收NOx,但是不能再释放几乎任何的被吸收的NOx,所以如图8(A)所 示，SOx捕集催化剂11的NOx净化率变得相当低。
在这种情况下，当所述SOx捕集催化剂的温度处于正常操作时的 温度范围，即约150。C至约40(TC内时，如果使得SOx捕集催化剂11 的碱性更强而其酸性更弱直到SOx释放率变为0，则当利用SOx捕集 催化剂11时的NOx净化率变为当利用NOx存储催化剂12时的NOx 净化率的约10%或更低。因此，可以认为，与NOx存储催化剂12相 比，增强SOx捕集催化剂11的碱性且减弱其酸性到一程度当SOx 捕集催化剂11的温度是在正常操作时的温度范围内，即大约150。C至 约40(TC内时，SOx捕集催化剂11的NOx净化率变为所述NOx存储催 化剂12的NOx净化率的大约10%或更低。
另一方面，如将A^图8(B)中理解的，当所述SOx捕集催化剂的 温度在正常操作时的温度范围，即约150。C至约40(TC内时，如果使得 SOx捕集催化剂11的碱性更强而使其酸性更弱直到SOx释放率变为0, 则当利用SOx捕集催化剂11时的HC氧化率变为正常时间时利用NOx 存储催化剂12时的HC氧化率的大约10%或更低。因此，可以认为， 与NOx存储催化剂12相比，增强SOx捕集催化剂11的碱性且减弱其 酸性到一定程度，从而当SOx捕集催化剂的温度变为正常操作时的温 度范围，即大约150。C至约40(TC时，SOx捕集催化剂11的HC氧化率 变为NOx存储催化剂12的HC氧化率的大约10%或更低。
应当注意所述贵金属催化剂的量越少，则HC的氧化作用越弱， 所以在依照本发明的实施例中，SOx捕集催化剂11上携带的贵金属催 化剂52的量小于NOx存储催化剂12上携带的贵金属催化剂46的量。
此时，即使这样增强SOx捕集催化剂11的碱性以便NOx净化率 变为NOx存储催化剂12的NOx净化率的大约10%或更少，如果SOx 捕集催化剂11的温度变为高温，则当排气的空燃比变浓以使得NOx 存储催化剂12释放NOx时，从SOx捕集催化剂11中释放出SOx。图 9显示了当排气的空燃比变浓以使得NOx存储催化剂12释放NOx时， SOx捕集催化剂11以这种方式释放SOx的SOx释放温度的下限温度 Tr。
如图9所示，所述SOx释放下限温度Tr是存储在SOx捕集催化剂 11中的SOx量的函数，并且SOx存储量越大则SOx释放下限温度Tr 变得越低。更具体地说，当所述SOx存储量为固定量So或更少时，SOx 释放下限温度Tr为大约50(TC的固定温度。当所述SOx存储量为固定 量So或更多时，所述SOx存储量越大则SOx释放下限温度Tr变得越 低。
当SOx捕集催化剂11的温度高于SOx释放下限温度Tr时，如果 排气的空燃比变浓以使NOx存储催化剂12释放NOx，则SOx捕集催 化剂ll释放SOx。因此，在本发明中，当流入SOx捕集催化剂11的 排气的空燃比从稀变浓以使NOx存储催化剂12释放NOx时，如果SOx 捕集催化剂11的温度低于SOx释放下限温度Tr，则禁止将流入SOx 捕集催化剂11的排气的空燃比变浓以使NOx存储催化剂12释放NOx 的浓化处理。
此时，正如上面说明的，在依照本发明的实施例中，当所述SOx 捕集率下降到预定比率之下时，在排气稀空燃比的条件下执行用于升 高SOx捕集催化剂11的温度的升温控制，从而恢复所述SOx捕集率。
在这种情况下，在依照本发明的实施例中，使还原剂供给阀14供应还 原剂，且该还原剂的氧化反应被用于升高SOx捕集催化剂11的温度。
应当注意的是，在本发明中基本上认为从购买汽车直到其废弃，
SOx捕集催化剂11将照原样使用而不用更换。特别是近些年来，燃料 中的含^5克量已经减少了。因此，如果将SOx捕集催化剂11的体积增大 到一定程度，则能够不更换地使用SOx捕集催化剂11直到废弃。例如， 如果车辆的持久行驶距离是500，000km，则使得SOx捕集催化剂11的 体积成为不用执行升温控制以高SOx捕集率继续捕集SOx直到行驶距 离变为250，000km左右的体积。在这种情况下，当行驶距离变为 250,000km左右时l丸4于初始升温控制。
接下来，将参考图10至图12说明用于SOx捕集催化剂11中SOx 稳定化处理的第 一个实施例。
在所述第一实施例中，估算被SOx捕集催化剂ll捕集的SOx量。 当被SOx捕集催化剂11捕集的SOx量超过预定量时，则判断出所述 SOx捕集率已经降到预定比率之下。这时，为了恢复所述SOx捕集率， 在排气的稀空燃比的条件下执行用于升高SOx捕集催化剂11温度的升 温控制。
就是说，燃料中包含一定百分比的硫。因此，包含在排气中的SOx 量，即，由SOx捕集催化剂11捕集到的SOx量，与燃料喷射量成比例。 所述燃料喷射量是所需扭矩和发动机转速的函数，因此在SOx捕集催 化剂11处捕集到的SOx量也成为所需扭矩和发动机转速的函数。在依 照本发明的实施例中，每单位时间在SOx捕集催化剂11中捕集到的
S0X量SOXA作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图10 ( A) 所示的设定表的形式被预先存储在ROM 32中。
此外，润滑油包含一定百分比的硫。在燃烧室2中燃烧的润滑油 的量，即，包含于排气中且被所述SOx捕集催化剂捕集到的SOx量， 也成为所需扭矩和发动机转速的函数。在依照本发明的实施例中，包 含于润滑油中且每单位时间被SOx捕集催化剂11捕集的SOx量SOXB 作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图10 (B )所示的设定表 的形式^L预先存^f诸在ROM 32中。通过将SOx量SOXA和SOx量SOXB 的和累加，计算被SOx捕集催化剂11捕集的SOx量SSOX。
此外，在依照本发明的实施例中，如图10(C)所示，预先存储 当应该升高SOx捕集催化剂11的温度时SOx量SSOX和预定SOx量 SO (n)之间的关系。当SOx量i:SOX超过预定量SO (n) (n=l， 2, 3，…)时，执行SOx捕集催化剂11的升温控制。应当注意，在图10 (C)中，n表示升温处理操作的次数。正如从图10 (C)中理解的， 随着用于恢复SOx捕集率的升温处理次数n的增大，预定量SO (n) 增大。处理的次数n越大，则该预定量SO (n)的增大率就越减少。 也就是说，SO ( 3 )相对于SO ( 2 )的增大率比SO ( 2 )相对于SO ( 1 ) 的增大率下降。
就是说，如图11中的时间图所示，SOx捕集催化剂11捕集的SOx 量SSOX随着时间流逝继续增加直到容许值MAX。应当注意在图11 中，当SSOX=MAX的时刻是行驶距离为大约500，000km的时刻。
另一方面，在图11中，SOx浓度表示SOx捕集催化剂11的表面 附近的SOx浓度。正如从图11中理解的，如果SOx捕集催化剂11的
表面附近的SOx浓度超过容许值SOZ，则在排气的空燃比A/F稀的条 件下执行用于升高SOx捕集催化剂11的温度T的升温控制。如果执行 所述升温控制，则SOx捕集催化剂ll表面附近的SOx浓度下降，但每 次执行所述升温控制，所述SOx浓度的减少量变得更小，因此，每次 执行所述升温控制，从执行升温控制到下一次执行升温控制的时间变 得更短。
应当注意如图ll所示，被捕集的SOx量i:SOX达到SO(l)、SO(2)... 意味着在SOx捕集催化剂11的表面附近的SOx浓度已经达到容许值
soz。
图12显示了执行用于SOx稳定化处理的第一个实施例的程序。
参考图12,首先，在步骤100中，从图10 (A)和(B)读出每 单位时间捕集到的SOx量SOXA和SOXB。接下来在步骤101中，所 述SOXA和SOXB的和被加到所述SOx量i:SOX。 4妻下来在步骤102 中，判断SOx量SSOX是否达到图10 ( C )所示的预定量SO ( n ) ( n-l ， 2， 3...)。当所述SOx量i:SOX达到所述预定量SO (n)时，程序进入 执行升温控制的步骤103。
图13和图14显示了 SOx稳定化处理的第二个实施例。在这个实 施例中，如图2所示，在SOx捕集催化剂11的下游布置有SOx传感器 24。该SOx传感器24检测从SOx捕集催化剂11流出的排气中的SOx 浓度。就是说，在第二实施例中，如图14所示，当由SOx传感器24 检测到的排气中的SOx浓度超过预定浓度SOY时，则判断出所述SOx 捕集率已经降到预定比率之下。这时，为了恢复所述SOx捕集率，在
排气的空燃比A/F稀的条件下，执行用于升高SOx捕集催化剂11的温 度T的升温控制。
图13显示了用于执行第二实施例的程序。
参考图13,首先，在步骤110中，读出SOx传感器24的诸如电源 电压V的输出信号。然后，在步骤lll中，判断SOx传感器24的电源 电压V是否超过设定值VX,即，排气中的SOx浓度是否超过预定浓 度SOY。当V>VX时，即当排气中的SOx浓度超过预定浓度SOY时， 程序进入到执行升温控制的步骤112。
接下来，将参考图15和图16说明对NOx存储催化剂12的处理。
在依照本发明的实施例中，每单位时间存储在NOx存储催化剂12 中的NOx量NOXA作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图16 所示的设定表方式被预先存储在ROM 32中。通过累加所述NOx量 NOXA，计算存储在NOx存储催化剂12中的NOx量SNOX。在依照 本发明的实施例中，如图15所示，当该NOx量SNOX达到容许值NX 时，如果SOx捕集催化剂11的温度是SOx释放下限温度Tr或更低， 则流入到NOx存储催化剂12中的排气的空燃比A/F会暂时变浓，从 而NOx存储催化剂12释放NOx。
另一方面，包含在排气中的粒状物质被捕集到携带NOx存储催化 剂12的颗粒过滤器12a上并接连被氧化。然而，如果沉积的粒状物质 的量变得大于被氧化的粒状物质的量，则所述粒状物质逐渐沉积在颗 粒过滤器12a上。在这种情况下，如果粒状物质的沉积量增加，则最 终引起发动机输出的下降。因此，当所述粒状物质的沉积量增加时， 必须去除所述沉积的粒状物质。在这种情况下，如果在空气过量的情况下将颗粒过滤器12a的温度上升至约600°C,则所述沉积的粒状物质 被氧化且被去除。
因此，在依照本发明的实施例中，当沉积在颗粒过滤器12a上的 粒状物质的量超过容许量时，在排气的稀空燃比的条件下升高颗粒过 滤器12a的温度，从而通过氧化去除沉积的粒状物质。特别地，在依 照本发明的实施例中，当由压差传感器23检测到的颗粒过滤器12a之 前和之后的压差AP超过如图15所示的容许值PX时，判定沉积的粒 状物质的量超过所述容许量。这时，执行升温控制，以升高颗粒过滤 器12a的温度T，同时保持流入到颗粒过滤器12a中的排气的稀空燃比。 应当注意，如果颗粒过滤器12a的温度T变得更高时，被捕集的NOx 量SNOX由于NOx存储催化剂12释放NOx而减少。
接下来，参考图17，说明在执行图10至图12所示的SOx稳定化 处理的情况下SOx释放下限温度Tr的变化。应当注意，图17再次显 示了和图11中相同的SOx量SSOX的变化和SOx浓度的变化。在图 17所示的示例中，当SOx浓度是固定浓度SOR或更低时，使得SOx 释放下限温度Tr为大约500°C的固定值，而当所述SOx浓度是固定浓 度SOR或更高时，SOx释放下限温度Tr随SOx浓度变得更高而变得 更低。应当注意，图17中所示的SOx量i:SOX和SOx释放下限温度 Tr之间的关系被预先存储在ROM 32中。
图18显示了图17中所示的SOx释放下限温度Tr的计算程序。
参考图18,首先，在步骤120中，从图10 (A)和(B)读出每 单位时间捕集到的SOx量SOXA和SOXB。接下来在步骤121中，SOXA和SOXB的和,皮加到SOx量SSOX。接下来在步-骤122中，计算对应 于SOx量SSOX的SOx释放下限温度Tr。
图19显示了用于NOx存储催化剂12的处理程序。
参考图19,首先，在步骤130，从图16所示的设定表计算每单位 时间存储的NOx量NOXA。接下来在步骤131中，将NOXA增加到存 储在NOx存储催化剂12中的NOx量i:NOX。然后，在步骤132中， 判断存储的NOx量SNOX是否已经超过容许值NX。当2NOX>NX时， 所述程序进入到步骤133，判断被温度传感器21检测到的SOx捕集催 化剂11的温度Ts是否高于SOx释放下限温度Tr。
当在步骤133中判断出Ts^Tr时，所述程序进入到步骤134,执行 浓化处理以通过从还原剂供给阀14供应的还原剂暂时将流入NOx存储 催化剂12的排气的空燃比从稀变浓，并将2NOX清零。与此相反，当 在步骤133中判断出Ts>Tr时，不执行所述浓化处理并且所述程序跳 至步骤135。就是说，这时，禁止使得排气的空燃比浓以使NOx存储 催化剂12释放NOx的处理。
在步骤135中，压差传感器23检测颗粒过滤器12a之前和之后的 压差AP。接下来，在步骤136中，判断压差AP是否超过容许值PX。 当AP〉PX时，所述程序进入到执行颗粒过滤器12a的升温控制的步骤 137。通过保持流入到颗粒过滤器12a中的排气的空燃比稀并从还原剂 供给阀14供应还原剂来执行所述升温控制。
权利要求
1、一种压燃式内燃机的排气净化装置，在发动机排气通道中布置有能够捕集包含在排气中的SOX的SOX捕集催化剂，并且在所述SOX捕集催化剂的下游的排气通道中布置有NOX存储催化剂，所述NOX存储催化剂在流入的排气的空燃比稀时存储包含在所述排气中的NOX，并在所述流入的排气的所述空燃比变为理论空燃比或浓时释放被存储的NOX，其中当流入所述SOX捕集催化剂的所述排气的所述空燃比从稀变浓以使所述NOX存储催化剂释放NOX时，如果所述SOX捕集催化剂的温度低于用于释放SOX的SOX释放下限温度，则禁止使流入所述SOX捕集催化剂的所述排气的所述空燃比变浓以使所述NOX存储催化剂释放NOX的浓化处理。
2、 如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述 SOx释放下限温度是存储在所述SOx捕集催化剂中的SOx存储量的函 数。
3、 如权利要求2所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中存储 在所述SOx捕集催化剂中的所述SOx存储量越高，则所述SOx释放下 限温度变得越低。
4、 如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述 SOx捕集催化剂的涂层表面附近的SOx浓度越高，则所述SOx释放下 限温度变得越低。
5、 如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中，与 所述NOx存储催化剂相比，所述SOx捕集催化剂的碱性被增强且酸性 被减弱到一程度当所述SOx捕集催化剂的温度为约150。C至约40(TC时，所述SOx捕集催化剂的NOx净化率变为所述NOx存储催化剂的 NOx净化率的大约10%或更低。
6、 如权利要求5所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中，与 所述NOx存储催化剂相比，所述SOx捕集催化剂的碱性被增强且酸性 被减弱到一程度当所述SOx捕集催化剂的温度为约15(TC至约40(TC 时，HC氧化率也变为所述NOx存储催化剂的所述HC氧化率的大约 10%或更低。
7、 如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述 SOx捕集催化剂包括形成于催化剂载体上的涂层和所述涂层上携带的 贵金属催化剂，所述涂层包含扩散到其中的碱金属、碱土或稀土金属， 而且所述NOx存储催化剂在催化剂载体上携带有选自碱金属、碱土或 稀土金属的NOx吸收剂和贵金属催化剂。
8、 如权利要求7所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中在所 述SOx捕集催化剂上携带的所述贵金属催化剂的量小于在所述NOx存 储催化剂上携带的所述贵金属催化剂的量。
9、 如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中在所 述SOx捕集催化剂的上游的所述排气通道中布置有还原剂供给装置， 当NOx存储催化剂应当释放NOx时，所述还原剂供给装置在所述排气 通道中供应还原剂，以使得流入所述NOx存储催化剂的所述排气的所 述空燃比暂时变浓。
10、 如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所 述SOx捕集催化剂具有当在流入所述SOx捕集催化剂的所述排气的稀 空燃比的条件下所述SOx捕集催化剂的温度上升时使得被捕集的SOx 在所述NOx捕集催化剂中逐渐扩散的特性，所述装置设置有用于估算表示由所述SOx捕集催化剂捕集的所述SOx和包含在所述排气中的所 述SOx的比例的SOx捕集率的估算器件，并且，当所述SOx捕集率下 降至预定比率之下时，在所述排气的稀空燃比的条件下，所述SOx捕 集催化剂的温度升高，从而恢复所述SOx捕集率。
11、 如权利要求IO所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中由 所述SOx捕集催化剂捕集的SOx量一皮估算，当由所述SOx捕集催化剂 捕集的所述SOx量超过预定量时，判断出所述SOx捕集率已经降至预 定比率之下，并且这时，通过在所述排气的稀空燃比条件下升高所述 SOx捕集催化剂的温度来恢复所述SOx捕集率。
12、 如权利要求11所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中随 着用于恢复所述SOx捕集率的处理的次数增加，所述预定量被增加， 且所述处理的次数越多，此预定量的增大率下降。
13、 如权利要求11所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中能 够冲企测所述排气中的SOx浓度的SOx传感器布置在所述SOx捕集催化 剂下游的所述排气通道中，并且从所述SOx传感器的输出信号来计算 所述SOx捕集率。
14、 如权利要求IO所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中当 由所述SOx传感器检测到的所述排气中的SOx浓度超过预定浓度 时，判断出所述SOx捕集率已经降至预定比率之下，并且这时， 为了恢复所述SOx捕集率，在所述排气的稀空燃比条件下升高所 述SOx捕集催化剂的温度。
15、 如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述NOx存储催化剂被携带在颗粒过滤器上，以捕集和氧化包含在所述 排气中的粒状物质。
16、 如权利要求15所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中当 沉积在所述颗粒过滤器上的粒状物质的量超过容许量时，在所述排气 的稀空燃比条件下升高所述颗粒过滤器的温度，从而通过氧化去除所 述沉积的粒状物质。
全文摘要
一种内燃机，其中能够捕集包含在排气中的SO_X的SO_X捕集催化剂(11)被布置在NO_X存储催化剂(12)的上游的发动机排气通道中。当流入SO_X捕集催化剂(11)的排气的空燃比由稀变浓以使NO_X存储催化剂(12)释放NO_X时，如果SO_X捕集催化剂(11)的温度是SO_X释放下限温度或更高，则禁止使流入SO_X捕集催化剂(11)的排气的空燃比变浓以使NO_X存储催化剂(12)释放NO_X的浓化处理。
文档编号F01N3/02GK101360893SQ20078000150
公开日2009年2月4日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月23日
发明者吉田耕平, 林孝太郎 申请人:丰田自动车株式会社