专利名称：净化内燃机排气的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及净化内燃机排气的方法和装置。
如果把内燃机燃烧室内的空气-燃油混合气的空燃比称之为内燃机空燃比，则用于多缸内燃机的排气净化装置已经为人所知，其中，三元催化剂布置于排气道中，且内燃机空燃比被控制为理想配比或相对于理论空燃比为浓混空燃比。如果使内燃机空燃比相对理论空燃比为稀混空燃比，则三元催化剂没有充分地净化排气中的氮氧化物NOx，于是，NOx排至周围空气。因此，上述排气净化装置使内燃机空燃比为理想配比或浓混空燃比，以便由此尽可能在三元催化剂处净化NOx。
另一方面，较低的燃油消耗率是所期望的，于是，希望使内燃机空燃比尽可能稀。然而，如果使内燃机空燃比为稀混空燃比，则上述排气净化装置不能充分净化NOx。为解决这一问题，日本未经审查的专利公开文献第4-365920号公开了一种用于多缸内燃机的排气净化装置，该内燃机具有第一和第二气缸组。该净化装置设有内燃机运行控制装置，用于连续地使第一气缸组中的各个气缸运行为其中内燃机空燃比为浓混空燃比的内燃机浓混合气运行，并且用于连续地使第二气缸组中的各个气缸运行为其中内燃机空燃比为稀混空燃比的内燃机稀混合气运行；第一排气道，连至第一气缸组的各个气缸；第二排气道，连至第二气缸组的各个气缸，并且不同于第一排气道；NH3合成催化剂，布置在第一排气道中，用于由入流排气中的至少一部分NOx合成铵NH3；一个连通通道，将在NH3合成催化剂下游的第一排气道与第二排气道彼此互连；以及，排气净化催化剂，布置于上述连通通道中，使流入其中的NOx和NH3彼此起反应，从而同时净化NOx和NH3。在这种排气净化装置中，燃油消耗率通过增多进行内燃机稀混合气运行的第二气缸组中的气缸数而得以降低，同时，通过由第一气缸组排出的NOx合成NH3以及使NH3与来自第二气缸组的NOx起反应将NOx净化。
然而，这一装置需要两个独立的排气道，一个用于第一气缸组，而另一个用于第二气缸组。这样是该装置的结构复杂化，并使该装置的尺寸较大。
本发明的目的是，提供能以简单的结构充分净化排气的内燃机排气净化方法和装置。
按本发明的一个方面，提供一种用于净化内燃机排气的方法，它依次包括从内燃机的排气交替且重复地形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分和排气空燃比为浓混空燃比的排气部分；以及，使上述排气部分相继接触NHx合成催化剂和排气净化催化剂，该排气净化催化剂从选自由NH3吸附及氧化(NH3-AO)催化剂和NOx吸留及还原(NOx-OR)催化剂组成的催化剂组中的至少一种催化剂构成，上述NH3合成催化剂在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时由入流排气中的至少一部分NOx合成NH3，而当入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时，使入流排气中的NOx从中通过，上述NH3-AO催化剂将入流排气中的NH3吸附于其中，并在入流排气中的NH3浓度变得较低时从中解吸所吸附的NH3并氧化NH3，上述NOx-OR催化剂在入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时将入流排气中的NOx吸留于其中，而在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时，将所吸留的NOx从中释放并还原NOx。
按本发明的另一方面，提供一种用于净化具有排气道的内燃机的排气的装置，它包括布置于内燃机或排气道中的排气部分形成装置，用于交替且重复地由内燃机的排气形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分和排气空燃比为浓混空燃比的排气部分；在上述排气部分形成装置下游布置于排气道中的NH3合成催化剂，该催化剂在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时由入流排气中的至少部分NOx合成NH3，而在入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时使入流排气中的NOx从中通过；以及，在上述NH3合成催化剂的下游布置于排气道中的排气净化催化剂，该排气净化催化剂从选自由NH3吸附及氧化(NH3-AO)催化剂和NOx吸留及还原(NOx-OR)催化剂组成的催化剂组中的至少一种催化剂构成，上述NH3-AO催化剂将入流排气中的NH3吸附于其中，并在入流排气中的NH3浓度变得较低时从中解吸所吸附的NH3并氧化NH3，上述NOx-OR催化剂在入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时将入流排气中的NOx吸留于其中，而在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时，将所吸留的NOx从中释放并还原NOx。
由下面结合附图对本发明优选实施例的描述，将会更加充分地理解本发明。
附图中
图1为一内燃机的总图；图2A示出一种三元催化剂的特性曲线；图2B示出从内燃机排出的NOx量随内燃机空燃比变化的曲线；图3示意地表示出一种按本发明的用于净化排气的方法；图4A和4B示意地表示出图1所示内燃机中的排气净化方法；图5是用以说明图1所示内燃机中的排气净化方法的时间图；图6A和6B为说明每单位时间从内燃机排出的NOx量的示意图；图7为说明NH3合成催化剂的NH3合成效率的示意图；图8A和8B为说明每单位时间从NH3吸附和氧化催化剂中解吸的NH3量的示意图；图9A和9B为用以说明排气温度的示意图；图10为用于控制内燃机运行周期的流程图；图11为用于计算喷油时间的流程图；图12为用于控制点火正时的流程图；图13为说明缸数比的示意图；图14示出RATIO＝1时的稀及浓混合气运行时间；图15示出RATIO＝2时的稀及浓混合气运行时间；图16示出RATIO＝3时的稀及浓混合气运行时间；图17示出RATIO＝4时的稀及浓混合气运行时间；图18示出RATIO与DRATIO的关系；图19示出用于计算DRICH的方法；图20为用以按另一实施例利用缸数比控制内燃机操作周期的流程图；图21示出按又一实施例在RATIO＝2时的稀及浓混合气运行时间；图22示出按另一实施例的缸数比；图23示出按另一实施例的稀混空燃比；图24示出按另一实施例的浓混空燃比；图25A和25B示出按又一实施例的浓混空燃比；图26至图29分别为示出按其他一些实施例的目标空燃比的变化的时间图；图30为说明目标空燃比变化率的示意图；图31为用于控制图26所示实施例中的点火正时的流程图；图32为按另一实施例的内燃机的总图；图33为按另一实施例的内燃机的总图；图34A和34B为用于说明NOx吸留及还原催化剂的NOx吸留及还原机理的示意图；图35A和35B示意说明图33所示内燃机中的排气净化方法；图36A和36B为说明每单位时间从NOx吸留及还原催化剂释放的NOx量的示意图；图37为说明排气温度的示意图；图38A为用于控制图33所示内燃机中的内燃机操作周期的流程图；图38B为用于说明图33所示内燃机中的排气净化方法的时间图；图39为按又一实施例的内燃机的总图；图40A和40B示意地示出图39所示内燃机中的排气净化方法；图41A和41B分别示出排气净化催化剂结构的其他实施例；图42为再一个实施例的内燃机的总图；图43A为用于说明图42所示内燃机中的排气净化方法的时间图；图43B示意地示出沿排气通道的排气空燃比的变化；图44和45为用于计算内燃机及辅机的喷油时间的流程图；图46为按又再一个实施例的内燃机的总图；图47为用以说明图46所示内燃机中的排气净化方法的时间图；图48为按另外一个实施例的内燃机的总图；图49为用以说明图48所示内燃机中的排气净化方法的时间图。
通常，氮氧化物NOx包括一氧化氮NO、二氧化氮NO2、四氧化二氮N2O4以及一氧化二氮N2O等。以下说明提到NOx主要述及一氧化氮NO和/或二氧化氮NO2，但是，按本发明的用于净化内燃机排气的方法和装置能净化其他氮氧化物。
图1所示为本发明用于火花点火式内燃机时的情形。然而，本发明亦可应用于柴油机。此外，图1所示的内燃机例如用于汽车。
参见图1，火花点火式内燃机的内燃机机体1具有四个气缸，亦即，第一气缸#1、第二气缸#2、第三气缸#3和第四气缸#4。各气缸#1至#4均通过相应的支路2连至一公共减震筒3，而减震筒3通过一进气管4连至一空气滤清器(未示出)。在各个支路2中，均设有一个喷油器5，用以向相应的气缸供应燃料，如汽油。另外，在进气管4中设有一个油门6，油门6的孔口随着加速踏板(未示出)踩踏程度的加大而变大。注意喷油器5按照一电子控制装置20的输出信号进行控制。
另一方面，每个气缸均连至一公共排气歧管7，而排气歧管7连至其中容纳NH3合成催化剂8的催化转化器9。催化转化器9则连至其中容纳排气净化催化剂10a的消声器10。消声器10连至一其中容纳NH3净化催化剂12的催化转化器13。此外，如图1所示，在消声器11与催化转化器13之间的排气道中布设一个用以向NH3净化催化剂12供应二次空气的二次空气供给装置14，它按照电子控制装置20的输出信号进行控制。另外，每个气缸#1至#4均设有一个火花塞15，它依照电子控制装置20的输出信号进行控制。
电子控制装置20包括一个数字计算机，并设有通过双向总线21互相连接的一个ROM(只读存储器)22、一个RAM(随机存取存储器)23、一个CPU(微处理器)24、一个输入端口25和一个输出端口26。在减震筒3内安装一个压力传感器27，它产生与减震筒3内的压力成比例的输出电压。传感器27的输出电压通过模数转换器28输入给输入端口25。在CPU24内基于模数转换器28的输出信号计算进气量Q。另外，在排气歧管7的集气部分中安装一个上游侧的空燃比传感器29a，它产生与流过排气歧管7的集气部分的排气的排气空燃比(下面有说明)成比例的输出电压。传感器29a的输出电压通过模数转换器30a输入给输入端口25。在催化转化器9与消声器11之间的排气道中安装一个下游侧的空燃比传感器29b，它产生与在排气道中流动的排气，亦即从NH3合成催化剂8排出的排气的排气空燃比成比例的输出电压。传感器29b的输出电压经模数转换器30b输入给输入端口25。此外，一曲轴转角传感器31连至输入端口25，它在内燃机1的曲轴例如每转30度时产生一个输出脉冲。CPU24根据脉冲计算内燃机转速N。另一方面，输出端口26经相应的驱动电路32连至喷油器5、火花塞15以及二次空气供给装置14。
在图1所示实施例中，NH3合成催化剂8由一个可简单地表示为TW催化剂的三元催化剂8a构成，三元催化剂8a由附加在形成于一基体表面的例如为氧化铝的覆层上的诸如为钯Pd、铂Pt、和铑Rh的贵金属构成。
图2A示出三元催化剂8a的排气净化效率。假设供入进气道、燃烧室以及位于排气道内某一位置上游的排气道中的空气与供入进气道、燃烧室以及上述某一位置上游的排气道的燃料的比值称为流过该位置的排气的排气空燃比，图2A则示出当入流排气的排气空燃比相对于约为14.6的理论空燃比(A/F)S为稀混合气空燃比且过量空气比λ＝1.0时，三元催化剂8a使入流NOx从中流过；当入流排气的排气空燃比为浓混合比时，三元催化剂8a从一部分入流NOx中合成NH3。三元催化剂8a的NH3合成作用还不清楚，但是，可以认为，排气空燃比为浓混合比的排气中的一些NOx按下述反应式(1)和(2)转变成NH3，即(1)(2)与此相反，认为其他NOx按以下反应式(3)至(6)还原成氮气N2，即(3)(4)(5)(6)因此，当入流排气的排气空燃比为浓混合比时，流入三元催化剂8a的NOx转化为NH3或N2，由此，防止了NOx从三元催化剂8a排出。
如图2A所示，随着入流排气的排气空燃比不同于理论空燃比(A/F)S而变小亦即加浓，三元催化剂8a的NH3合成效率RTA变大，而且，当入流排气的排气空燃比进一步变小时保持为常数。在图2A所示的例子中，当入流排气的排气空燃比等于或小于约13.8时(此时过量空气比λ约为0.95)，NH3的合成效率ETA保持为常数。
另一方面，如图2B所示，每单位时间从各个气缸排出的NOx量与内燃机空燃比有关。特别是，当内燃机空燃比为浓混比时，排出的NOx量随着内燃机空燃比的变小而变小。因此，考虑到合成效率ETA，在入流排气的排气空燃比与内燃机空燃比一致的情况下，每单位时间在三元催化剂8a中所合成的NH3量当入流排气的排气空燃比约为13.8时达到其最大值。
需要指出的是，在图1所示内燃机中，当流入三元催化剂8a的排气的排气空燃比为浓混比时，希望尽可能多地合成NH3，其原因将在下面说明。因此，带有钯Pd或铈Ce的三元催化剂用作上述三元催化剂8a。特别是，当入流排气的排气空燃比为浓混比时，带有钯Pd的三元催化剂还可提高HC净化效率。此外需要指出的是，带有铑Rh的三元催化剂抑制NH3在其中合成，因此，希望不带铑Rh的三元催化剂用作上述三元催化剂8a。
另一方面，在图1所示实施例中，排气净化催化剂10由NH3吸附及氧化催化剂10a组成，这种催化剂简单地表示为NH3-AO催化剂。NH3-AO催化剂10a由一种所谓的沸石脱硝催化剂构成，例如其上带有铜Cu的沸石、其上带有铜Cu和铂Pt的沸石以及其上带有铁Fe的沸石，该催化剂设在基体的表面上。或者，NH3-AO催化剂10a由固体酸构成，诸如带有如铁Fe和铜Cu的过渡金属或如钯Pd、铂Pt及铑Rh的贵金属的沸石、硅石、硅铝以及氧化钛。
NH3-AO催化剂10a吸附入流排气中的NH3，并且，当入流排气中的NH3浓度变低时，或当入流排气中含有NOx时，解吸所吸附的NH3。这时，如果NH3-AO催化剂10a处于氧化气氛，亦即，如果入流排气的排气空燃比为稀混比，那么，NH3-AO催化剂10a将所有从中所解吸的NH3氧化。而且，如果入流排气中既含有NH3也含有NOx，那么，NH3-AO催化剂10a借助NOx氧化NH3。在上述这些情况下，NH3的氧化作用有一部分尚不清楚，但是，可以认为，按以下反应式(7)至(10)，NH3发生氧化，即(7)(8)(9)(10)脱硝反应式(9)和(10)把在氧化反应(7)和(8)中生成的NOx以及流入NH3-AO催化剂10a内的排气中的NOx还原。
通过实验业已发现，当入流排气温度约为300至500℃时，该实施例的NH3-AO催化剂10a表现出良好的氧化及脱硝功能。另一方面，通过消声器11的排气的温度通常约为300至500℃。因此，在这一实施例中，NH3-AO催化剂10a布置在消声器11内以保证NH3-AO催化剂10a的良好性能。
NH3净化催化剂12由在形成于一基体的表面的例如一层氧化铝上的过渡金属如铁Fe和铜Cu或者贵金属如钯Pd、铂Pt及铑Rh构成。如果催化剂12处于氧化气氛下，也就是说，如果入流排气中的排气空燃比是稀混空燃比的话，则NH3净化催化剂12净化或分解入流排气中的NH3。在此情形下，认为在催化剂12中发生上述氧化及脱硝反应(7)至(10)，从而净化或分解NH3。在这一实施例中，从NH3-AO催化剂10a中排出的NH3量基本上为零，但是，即便NH3未被净化而从NH3-AO催化剂10a排出，NH3净化催化剂12也会防止NH3排入周围空气。
在图1所示的内燃机中，喷油时间TAU利用下述方程进行计算TAU＝TB·(A/F)S/(A/F)T)·FAF式中TB为适于使各气缸的内燃机空燃比等于理论空燃比(A/F)S的基本喷油时间，并利用下式计算TB＝(Q/N)·K式中Q表示进气量，N表示内燃机转速，K表示一常数。因此，基本喷油时间TB为每单位内燃机转速的进气量与一常数的乘积。
(A/F)T表示内燃机空燃比控制的目标值。当目标值(A/F)T变大使内燃机空燃比相对于理论空燃比为稀混空燃比时，喷油时间TAU变短，从而要喷射的燃料量减少。当目标值(A/F)T变小使内燃机空燃比相对于理论空燃比为浓混空燃比时，喷油时间TAU变长，从而要喷射的燃料量增加。
FAF表示用于使实际的内燃机空燃比等于目标值(A/F)T的反馈修正系数。反馈修正系数FAF主要基于上游侧空燃比传感器29a的输出信号来确定。流过排气歧管7并被上游侧传感器29a探测的排气的排气空燃比与内燃机空燃比一致。当被上游侧传感器29a探测的排气空燃比相对于目标值(A/F)T为稀混空燃比时，反馈修正系数FAF变大，从而要喷射的燃料量增多。当被上游侧传感器29a探测的排气空燃比相对于目标值(A/F)T为浓混空燃比时，反馈修正系数FAF变小，从而要喷射的燃料量减少。这样，使实际的内燃机空燃比等于目标值(A/F)T。需要指出的是，反馈修正系数FAF在1.0的周围波动。
相比之下，下游侧空燃比传感器29b用于补偿由于上游侧传感器29a的恶化所造成的内燃机空燃比与目标值(A/F)T的偏差。对于上游侧及下游侧传感器29a和29b而言，可以采用这样的空燃比传感器，即，它产生的输出电压在排气空燃比的一个较大的范围内与排气空燃比相对应；同时，还可采用Z输出型的氧浓度传感器，它的输出电压当正在探测的排气空燃比越过理论空燃比增大或减小时急剧变化。应当指出，下游侧传感器另外可布置在排气净化催化剂10与二次空气供给装置14之间的排气道中。此外，位于两传感器29a和29b之间的催化剂的恶化可基于传感器29a和29b的输出信号进行探测。
在图1所示的内燃机中，没有除二次空气供给装置14以外的用于在排气道中供给二次燃料或二次空气的装置。于是，在二次空气供给装置14上游排气道中的内燃机空燃比与内燃机空燃比一致。换句话说，流入三元催化剂8a中的排气的排气空燃比与内燃机空燃比一致，而且，流入排气净化催化剂10的排气的排气空燃比也与内燃机空燃比一致。相比之下，在二次空气供给装置14下游排气道中，排气空燃比当停止二次空气供给时与内燃机空燃比一致，且当供给二次空气时相对于内燃机空燃比为稀混空燃比。
下面，参照图3、4A和4B说明图1所示内燃机中的排气净化方法。
在图1所示内燃机中，排气空燃比为稀混空燃比的排气部分和排气空燃比为浓混空燃比的排气部分交替且重复地自内燃机1的排气形成。于是，上述排气部分依次导至三元催化剂8a、排气净化催化剂10以及NH3净化催化剂12。换言之，如图3所示，流至催化剂8a和10a的排气的排气空燃比交替且重复地变为稀混和浓混空燃比。当入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时，三元催化剂8a将入流排气中的NOx按上述反应式(1)和(2)转化为NH3或N2，如图4A所示。然后，在三元催化剂8a中合成的NH3流入NH3-AO催化剂10a。此时，入流排气中的NH3的浓度相对较高，于是入流排气中的几乎所有的NH3均被NH3-AO催化剂10a吸附。即便有未被吸附的NH3流出NH3-AO催化剂10a，NH3随后也会流入NH3净化催化剂12并被净化或氧化，因为催化剂12被二次空气供给装置14保持在氧化气氛中。这样，防止了NH3排至周围空气。
相比之下，当入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时，三元催化剂8a使入流NOx从中流过，如图4B所示，并且，NOx随后流入NH3-AO催化剂10a。这时，入流排气中的NH3浓度基本为零，因而NH3从NH3-AO催化剂10a解吸。此时，NH3-AO催化剂10a处于氧化气氛下，于是所解吸的NOx起还原剂的作用，按上述反应式(7)至(10)将入流排气中的NH3还原并净化。应当指出，即使从NH3-AO催化剂10a解吸的NH3量超过用于还原入流NOx所需要的量，过剩的NH3也会在NH3-AO催化剂10a或NH3净化催化剂12中得以净化或分解。因此，避免了NH3被排至周围空气。应当注意，在这种情况下，二次空气是不必要的。
如上所述，从内燃机排出的NOx当流入催化剂8a和10a中的排气的排气空燃比为浓混空燃比时被还原为N2或以NH3的形式在NH3-AO催化剂10a中被吸附，当流入催化剂8a和10a中的排气的排气空燃比为稀混空燃比时被从NH3-AO催化剂10a解吸的NH3还原为N2。因此，不论流入催化剂8a和10a中的排气的排气空燃比为浓混空燃比还是稀混空燃比，均避免了NOx排至周围空气。
需要注意的是，如上所述，希望NH3净化催化剂12处于氧化气氛下以保证NH3的良好净化。在这一实施例中，二次空气供给装置14供给二次空气，使流入NH3净化催化剂12的排气的排气空燃比约等于15.3(λ＝1.05)。
只要流入三元催化剂8a的排气的排气空燃比为稀混空燃比，在入流排气中的尚未燃烧的烃HC和/或一氧化碳等就会在三元催化剂8a处被氧化并净化。相反，当入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时，则可能会出现HC和/或CO通过三元催化剂8a和NH3-AO催化剂10a的情况。然而，HC和/或CO随后流入NH3净化催化剂12并被充分氧化及净化，因为催化剂12如上所述处于氧化气氛下。
为分别形成排气空燃比为稀混和浓混空燃比的排气部分，可以设一个二次空气供给装置，用以将二次空气例如供入排气歧管7。在这一情形下，当内燃机空燃比为浓混空燃比时，停止二次空气的供给，形成排气空燃比为浓混空燃比的排气部分，而供给二次空气，形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分。或者，可以设一个二次燃料供给装置，用以将二次燃料例如供入排气歧管7。在这种情形下，当内燃机空燃比为稀混空燃比时，停止二次燃料的供给，形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分，而供给二次燃料，形成排气空燃比为浓混空燃比的排气部分。
然而，如上所述，在图1所示的内燃机中，流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比与内燃机空燃比一致。因此，交替且重复地控制内燃机空燃比以使流入催化剂8a和10a中的排气的排气空燃比交替且重复地为稀混和浓混空燃比。亦即，内燃机1在内燃机空燃比为稀混空燃比的稀混合气内燃机运行情况下运行，从而流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为稀混空燃比，而内燃机1在内燃机空燃比为浓混空燃比的浓混合气内燃机运行情况下运行，从而流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为浓混空燃比，而且，内燃机1交替且重复地在稀和浓混合气内燃机运行情况下运行。
换言之，通过内燃机交替且重复地在稀和浓混合气内燃机运行，从内燃机1排出的NOx被充分地净化，且避免其排至周围空气。
如果把流入催化剂8a和10a中的排气的排气空燃比的目标值称为目标空燃比(A/F)T，则通过使内燃机空燃比等于目标空燃比(A/F)T，使流入催化剂8a和10a中的排气的实际排气空燃比等于目标空燃比(A/F)T。因此，在此实施例中，内燃机空燃比的目标值与目标空燃比(A/F)T一致。使目标空燃比(A/F)T交替且重复地等于相对理论空燃比(A/F)S为稀混空燃比的稀混合气空燃比(A/F)L，及等于相对理论空燃比(A/F)S为浓混空燃比的浓混合气空燃比(A/F)R，从而使流入催化剂8a和10a中的排气的排气空燃比交替且重复地为稀混和浓混空燃比。应当注意，如果将内燃机进行稀混合气内燃机运行的运行周期称之为稀混合气运行时间TL，将内燃机进行浓混合气内燃机运行的运行周期称之为浓混合气运行时间TR，则，一个稀混合气运行时间TL与一个相邻的浓混合气运行时间TR，形成一个循环。
稀混空燃比(A/F)L和浓混空燃比(A/F)R可以分别按照内燃机运行条件加以确定。然而，在本实施例中，与内燃机运行条件无关地，将稀混空燃比(A/F)L设定为约为25.0的常数，将浓混空燃比(A/F)R设定为约为13.8的常数。因此，当要进行稀混合气内燃机运行时使目标空燃比(A/F)T约等于25.0，而当要进行浓混合气内燃机运行时使其约等于13.8。
如果当内燃机空燃比非常高例如为25.0时形成分布于整个燃烧室的空气-燃油混合气，则火花塞15不能将此空气-燃油混合气点燃，因为此空气-燃油混合气太稀，并且可能出现点火不良现象。为解决这一点，在图1所示的内燃机中，在燃烧室中的有限区域内形成可燃的空气-燃油混合气，而其余空间只填充空气或者只填充空气和排气再循环气，这样，当要进行稀混合气内燃机运行时，空气-燃油混合气得以被火花塞15点燃。这样，即便内燃机空燃比非常高，也避免了内燃机出现点火不良现象。或者，在燃烧室中形成均匀的空气-燃油混合气的同时，通过在燃烧室中形成涡流避免上述点火不良现象。
如在
背景技术：
部分中所述，希望有较低的燃油消耗率，于是，希望使稀混合气运行时间TL尽可能长，而浓混合气运行时间尽可能短。特别是，对于较低的燃油消耗率而言，TL/IR优选地等于或大于3。然而，随着稀混合气运行时间TL变长，从NH3-AO催化剂10a解吸的NH3量变小。所以，较长的稀混合气运行时间TL可导致用于在NH3-AO催化剂10a中净化NOx的NH3缺乏，并导致将NOx未经还原就排至周围空气。为解决这一问题，在这一实施例中，通过在稀混合气内燃机运行期间获得的从NH3-AO催化剂10a解吸的NH3量获得吸附在NH3-AO催化剂10a中的NH3量S(NH3)，而当所吸附的NH3量S(NH3)小于一预定的最小量MIN(NH3)时，停止稀混合气内燃机运行，并开始浓混合气内燃机运行。这样防止了流入NH3-AO催化剂10a中的NOx未经还原即排至周围空气。
另一方面，最好是浓混合气运行时间较短。然而，如果浓混合气运行时间TR太短，所吸附的NH3量S(NH3)可能会少于充分还原NOx所需要的量，从而当流入NH3-AO催化剂10a的NOx量急剧增大时，NOx可能会未经还原即被排出。此外，太短的浓混合气运行时间会导致目标空燃比(A/F)T在稀混空燃比和浓混空燃比之间频繁改变，从而出现驾驶性能的所不希望有的恶化。然而，如果浓混合气运行时间TR变长，NH3-AO催化剂10a中的NH3达到饱和，大量的NH3从中排出。为解决这一点，在这一实施例中，在内燃机浓混合气运行期间实现吸附在NH3-AO催化剂10a中的NH3量，从而获得所吸附的NH3量S(NH3)，并且，当所吸附的NH3量S(NH3)大于依照NH3-AO催化剂10a的吸附能力所确定的最大量MAX(NOx)时，停止内燃机浓混合气运行并开始内燃机稀混合气运行。这样，在本实施例中，依照NH3-AO催化剂10a的所吸附的NH3量S(NH3)确定稀及浓混合气运行时间TL和TR。
难于直接得到NH3-AO催化剂10a的所吸附的NH3量。因此，在这一实施例中，基于在三元催化剂8a中合成的或流入NH3-AO催化剂10a中的NH3量，估算所吸附的NH3量。在此情形下，用以探测流入NH3-AO催化剂10a中的NH3量的传感器可布置在三元催化剂8a与NH3-AO催化剂10a之间的排气道中。然而，在此实施例中，考虑到适用性，基流入三元催化剂8a中的NOx量，估算所合成的NH3量，然后，基于合成的NH3量，估算所吸附的NH3量。亦即，每单位时间合成的NH3量随着每单位时间流入三元催化剂8a中的NOx量的增大而增大。并且，每单位时间合成的NH3量随着每单位时间合成效率ETA增高而增大。
另一方面，每单位时间从内燃机排出的NOx量随着转速的增高而增大，于是，每单位时间流入三元催化剂8a中的NOx量也增大。而且，从内燃机排出的排气量随着内燃机载荷Q/N(进气量Q/内燃机转速N)的增高而增大，于是，每单位时间流入三元催化剂8a中的NOx量随着内燃机载荷Q/N增高而增大。
图6A示出在稀混空燃比(A/F)L或浓混空燃比(A/F)R为常数的情况下，由试验获得的每单位时间从内燃机排出的NOx量、内燃机载荷Q/N和内燃机转速N的关系。在图6A中，曲线表示等NOx量。如图6A所示，排出的NOx量Q(NOx)随着内燃机载荷Q/N增高而增大，并随着内燃机转速N的增高而增大。注意，排出的NOx量Q(NOx)以图6B所示的图的形式预先存储在ROM22中。
合成效率ETA随着流入三元催化剂8a的排气的温度TTC而改变，温度TTC是三元催化剂8a的温度。亦即，如图7所示，在浓混空燃比(A/F)R为常数的情况下，当TTC低时，合成效率ETA随着排气温度TTC增高而增高，而当TTC高时，合成效率ETA随着排气温度TTC增高而降低。合成效率ETA预先以图7所示的形式存储在ROM22中。
需要指出的是，如上面结合图2B所述，每单位时间从内燃机排出的NOx量随着内燃机空燃比的改变而改变。因此，如果稀混空燃比(A/F)L或浓混空燃比(A/F)R例如随着内燃机运行条件的改变而变化，那么，由图6B所示的图获得的排出的NOx量Q(NOx)一定可以基于实际的稀混空燃比(A/F)L或浓混空燃比(A/F)R进行修正。此外，合成效率ETA也随着流入三元催化剂8a的排气的排气空燃比亦即如图2A所示的浓混空燃比(A/F)R而改变。因此，如果浓混空燃比(A/F)R例如随着内燃机运行条件而改变，也需要基于实际的浓混空燃比(A/F)R对由图7所示的图获得的合成效率ETA进行修正。
利用内燃机载荷Q/N和内燃机转速N算得的Q(NOx)与利用排出温度算得的合成效率ETA的乘积表示每单位时间流入NH3-AO催化剂10a的NH3量。因此，在内燃机浓混合气运行期间，在NH3-AO催化剂10a中吸附的NH3量利用下式进行计算式中DELTAa表示计算Q(NOx)和ETA的时间间隔。因此，Q(NOx)·ETA·DELTAa表示从Q(NOx)和ETA的上一次计算至本次计算期间吸附在NH3-AO催化剂10a中的NH3量。
图8A示出由试验获得的当流入NH3-AO催化剂10a中的排气的排气空燃比从浓混空燃比至稀混空燃比改变时每单位时间在NH3-AO催化剂10a中所解吸的NH3量D(NH3)。在图8A中，曲线表示等解吸的NH3量。如图8A中所示，解吸的NH3量D(NH3)随着吸附的NH3量S(NH3)的增大而增大。而且，D(NH3)随着流入NH3-AO催化剂10a中排气的温度TAC的增高而增大，上述温度TAC代表NH3-AO催化剂10a的温度。所解吸的NH3量D(NH3)预先以图8B中所示的图的形式储存在ROM22中。
因此，在稀内燃机操作期间，所吸附的NH3量S(NH3)利用下式进行计算式中DELTAd表示计算D(NH3)的时间间隔，于是，D(NH3)·DELTAd表示从D(NH3)的上一次计算至本次计算期间从NH3-AO催化剂10a所解吸的NH3量。
为获得流入三元催化剂8a的排气的温度TTC以及流入NH3-AO催化剂10a的排气的温度TAC，可直接在三元催化剂8a的上游和NH3-AO催化剂10a的上游分别布设一个温度传感器。然而，排气温度可基于内燃机运行条件，亦即内燃机载荷Q/N和内燃机转速N加以估算。因此，在图1所示的内燃机中，TTC和TAC预先以图9A和9B中所示的图的形式储存在ROM22中。ETA和D(NH3)利用从图9A和9B中所示的图获得的TTC和TAC进行计算。
在这一实施例中，一个稀混合气运行时间TL例如要进行几分钟，而一个浓混合气运行时间例如要进行几秒钟。因此，在这一实施例中，内燃机1主要进行内燃机稀混合气运行，而只是短暂地进行内燃机浓混合气运行。在这种情形下，多数气缸在内燃机稀混合气运行期间进行内燃机稀混合气运行，且多数气缸在内燃机浓混合气运行期间进行内燃机浓混合气运行。需要指出的是，稀和浓混合气运行时间可以预定为一个时间。此外，还可按如下方式首先，找出在内燃机稀混合气运行期间流入NH3-AO催化剂10a的总的NOx量，然后，设定稀混合气运行时间TL，使总的入流NOx量不超出吸附在NH3-AO催化剂10a中的NH3能够净化的NOx量。
下面，参照图5说明图1所示内燃机中的点火正时控制。
在图1所示内燃机中，在内燃机稀混合气运行中的点火正时IT为ITL，它例如提供内燃机的适当的输出扭矩，相比之下，内燃机浓混合气运行中的点火正时IT为ITR，它相对于点火正时ITL是延迟的。使点火正时延迟抑制输出扭矩的增大，从而当内燃机交替且重复地进行内燃机稀和浓混合气运行时抑制输出扭矩的波动。此外，延迟点火正时提高了流入三元催化剂8a中的排气的温度，从而使合成的NH3量较大。结果，用于净化NOx的NH3量在没有延长浓混合气运行时间TR的情况下增大。应当注意，内燃机稀混合气运行ITL中的点火正时按内燃机运行条件如稀混空燃比(A/F)L来设定。而且，内燃机浓混合气运行ITR中的点火正时按内燃机运行条件如浓混空燃比(A/F)L和上述点火正时ITL来设定。
图10至图12示出用于实行上述实施例的几个程序。各个程序在所有预定的曲轴转角均利用中断来执行。
图10示出用于进行内燃机运行周期控制的程序。
参见图10，首先，在步骤40中，判断FRICH是否等于1。在要进行浓混合气运行时使FRICH等于1，在要进行稀混合气运行时使其等于0。如果FRICH为1，亦即，如果要进行浓混合气运行，程序到达步骤41，在该步骤中，利用图6B所示的图基于内燃机载荷Q/N和内燃机转速N计算所排出的NOx量Q(NOx)。在随后的步骤42中，利用图9A所示的图计算排气温度TTC。在下一步骤43中，利用图7中所示的图基于排气温度TTC计算NH3合成效率ETA。在其后的步骤44中，吸附的NH3量S(NH3)利用下式进行计算式中DELTAa表示从上一处理循环至本处理循环的时间间隔，并例如通过一计时器获得。在后一步骤45中，判断吸附的NH3量S(NH3)是否大于最大量MAX(NH3)。如果S(NH3)≤MAX(NH3)，本处理循环终止。亦即，如果S(NH3)≤MAX(NH3)，则判定为吸附的NH3量太少不足以净化NOx，于是连续进行浓混合气运行。
如果S(NH3)＞MAX(NH3)，程序转到步骤46，在该步骤使FRICH为0，然后处理循环结束，亦即，如果S(NH3)＞MAX(NH3)，吸附的NH3量足够净化NOx，于是停止浓混合气运行，开始稀混合气运行(如在图5中所示的时刻a、c、e或g)。因此，从FRICH为1至S(NH3)＞MAX(NH3)的周期为浓混合气运行时间TR。
反之，如果在步骤40中FRICH＝0，亦即，如果要进行稀混合气运行，程序转到步骤47，在该步骤中，利用图7B所示的图计算排气温度TAC。在下一步骤48中，解吸的NH3量D(NH3)利用图8B中所示的图基于TAC和当前的S(NH3)进行计算。在其后的步骤49中，利用下式进行吸附的NH3量S(NH3)的计算式中DELTAd表示从上一处理循环至本处理循环的时间间隔。在后一步骤50中，判断吸附的NH3量S(NH3)是否小于最小量MIN(NH3)。如果S(NH3)≥MIN(NH3)，本处理循环终止。亦即，如果S(NH3)≥MIN(NH3)，则判定为吸附的NH3量仍然够净化NOx，于是继续进行稀混合气运行。
如果S(NH3)＜MIN(NH3)，程序转到步骤51，在该步骤使FRICH为1，然后处理循环结束。亦即，如果S(NH3)＜MIN(NH3)，则判定吸附的NH3量不足以净化NOx，于是停止稀混合气运行，开始浓混合气运行(如在图5中所示的时刻b、d或f)。因此，从FRICH为0至S(NH3)＜MIN(NH3)的周期为稀混合气运行时间TL。
图11示出用于计算喷油时间TAU的程序。
参见图11，首先，在步骤60中，利用下式基于内燃机载荷Q/N和内燃机转速N计算基本喷油时间TBTB＝(Q/N)·K在下一步骤61中，计算反馈修正系数FAF。在随后的步骤62中，判断在如图10所示程序中受到控制的FRICH是否为1。如果FRICH＝1，也就是说，如果要进行浓混合气运行，则程序转到步骤63，在该步骤中，计算浓混空燃比(A/F)R。在这一实施例中，无论内燃机运行条件如何，将浓混空燃比(A/F)R保持为常数13.8，于是，在步骤63中使浓混空燃比(A/F)R为13.8。在后一步骤64中，将浓混空燃比(A/F)R存储为目标空燃比(A/F)T。接着，程序转到步骤65。
相反，如果FRICH＝0，也就是说，如果要进行稀混合气运行，则程序转到步骤66，在该步骤中，计算稀混空燃比(A/F)L。在这一实施例中，无论内燃机运行条件如何，将稀混空燃比(A/F)L保持为常数25.0，于是，在步骤66中使稀混空燃比(A/F)L为25.0。在后一步骤67中，将稀混空燃比(A/F)L存储为目标空燃比(A/F)T。接着，程序转到步骤65。
在步骤65中，利用下式计算喷油时间TAUTAU＝TB·(A/F)S/(A/F)T)·FAF各喷油器5在喷油时间TAU喷射燃料。
图12示出用于进行点火正时控制的程序。
参见图12，首先，在步骤160，判断在如图10所示程序中进行控制的FRICH是否为0。如果FRICH＝0，也就是说，如果要进行稀混合气运行，则程序转到步骤161，在该步骤中，例如按照内燃机运行条件计算ITL。在后一步骤162中，将ITL存储为点火正时IT。随后，处理循环结束。
如果在步骤160中FRICH＝1，亦即，如果要进行浓混合气运行，程序转到步骤163，在该步骤中，例如按照ITL计算ITR。在后一步骤164中，将ITR存储为点火正时IT。然后，处理循环终止。各个火花塞15依照点火正时ITL或ITR实施点火操作。
在上述这一实施例中，利用单排气道可以充分净化排气，亦即，无需提供多个排气道。因此，排气净化装置的结构小而简单。
另一方面，如果把在一个循环内执行内燃机稀混合气运行的气缸数与执行内燃机浓混合气运行的气缸数之比(见图5)称为缸数比RATIO，则希望缸数比RATIO尽可能大，从而使燃油消耗率尽可能低。然而，如果和在前面背景技术中提到的现有装置一样，一部分气缸进行内燃机浓混合气运行，而另外的气缸进行内燃机稀混合气运行，则缸数比RATIO是有限的。也就是说，例如，在四缸内燃机中，缸数比RATIO的限度为3，不能大于3。于是，在等稀混空燃比(A/F)L和浓混空燃比(A/F)R的情形下，燃油消耗率的降低是有限的。相比之下，在本实施例中，使缸数比RATIO变大，直至流入NH3-AO催化剂10a的NOx量超出自催化剂10a解吸的NH3量。特别是，使缸数比RATIO在四缸内燃机中大于3。结果，使燃油消耗率较低。
此外，如果同在现有技术中的那样，例如第一气缸#1连续进行浓混合气运行，而第二、三和四气缸#2、#3和#4连续进行稀混合气运行，那么，在气缸#1至#4排出的排气之间会出现大温差，而且，此大温差会导致在内燃机机体中或排气歧管7中出现较大的温降，从而在其中导致大的热变形。而且，在这一例子中，在连续进行浓混合气运行的第一气缸#1中会存在大量的沉积。相比之下，在这一实施例中，其中要进行稀或浓混合气运行的一个气缸没有指定，也就是说，每个气缸既进行稀混合气运行又进行浓混合气运行。因此，避免了在内燃机机体中或排气歧管7中出现大的热变形，而且还避免了在某个特定气缸上出现大量沉积。
此外，按本实施例的排气净化方法可用于单缸内燃机。
下面，说明用以确定在图1所示内燃机中的稀混合气和浓混合气运行时间TL、TR的另一实施例。
在上一实施例中，依照所吸附的NH3量S(NH3)设定稀和浓混合气运行时间TL、TR。结果，按照所吸附的NH3量S(NH3)设定缸数比RATIO。相比之下，在这一实施例中，事先储存适用于针对各种内燃机运行条件的净化NOx的缸数比RATIO，而且，将稀和浓混合气运行时间TL、TR设定为使实际的缸数比等于这一适用的缸数比RATIO。
在这一实施例中，缸数比RATIO从1、2、3和4中择一。图13示出适用于针对由内燃机载荷Q/N和内燃机转速N所确定的内燃机运行条件的净化NOx的缸数比RATIO。如图13所示，在内燃机转速N一定的情形下，缸数比RATIO在内燃机载荷Q/N低时随着内燃机载荷Q/N的增大而变大，而在内燃机载荷Q/N高时随着内燃机载荷Q/N的增大而变小。缸数比RATIO事先以图13所示的图的形式存储于ROM22中。
对于由图13所示的图获得的缸数比RATIO而言，可采用任何方法设定进行内燃机稀混合气运行以及进行内燃机浓混合气运行的缸数。在这一实施例中，不管缸数比RATIO如何，均将进行内燃机浓混合气运行的缸数定为1。如上所述，缸数比RATIO为一个循环内执行内燃机稀混合气运行的气缸数与执行内燃机浓混合气运行的气缸数之比。因此，在执行内燃机浓混合气运行的气缸数为1的情形下，在缸数比RATIO为1、2、3和4时，执行内燃机稀混合气运行的气缸数分别为1、2、3和4。下面，参照图14至图17，详细说明用以控制内燃机运行周期的方法。
在图1所示内燃机中，每当曲轴转动约180度时，便有上述气缸之一的燃烧行程处于进行过程中。亦即，燃烧行程按第一气缸#1、第三气缸#3、第四气缸#4和第二气缸#2的次序依次重复地进行。在图14至17中，白圆和黑圆分别代表内燃机稀和浓混合气运行。图14所示为缸数比RATIO为1时的情形。在此情形下，在一个气缸例如在第一气缸#1内进行浓混合气运行，而且，在一个气缸例如在第三气缸#3内进行稀混合气运行。于是，在第一气缸#1内的浓混合气运行时间形成浓混合气运行时间TR，而在第三气缸#3内的稀混合气运行形成稀混合气运行时间TL，并且，上述两个运行形成一个循环。利用第四气缸#4和第二气缸#2的运行形成下一循环。
如上所述，在图1所示内燃机中，每当曲轴转动约180度时，便有一个燃烧行程处于进行过程中，因此，上述这些气缸的排气行程周期相互不同，亦即，互不重叠。结果，在RATIO＝1的情形下，从排气空燃比为浓混空燃比的第一气缸#1排出的排气首先流入三元催化剂8a，然后，从排气空燃比为稀混空燃比的第三气缸#3排出的排气流入三元催化剂8a，而且，以这种方式从上述气缸排出的排气依次流入三元催化剂8a。因此，排气空燃比为浓和稀混空燃比的排气部分交替且重复地流入三元催化剂8a。需要指出的是，本发明可适用于排气行程周期相互之间稍有重叠的情形。
图15所示为RATIO＝2的情形。在此情形中，浓混合气运行例如在第一气缸#1中进行，而稀混合气运行在两个气缸内进行，亦即在第三气缸#3和第四气缸#4内进行。于是，在第一气缸#1中的浓混合气运行形成浓混合气运行时间TR，在第三气缸#3和第四气缸#4中的稀混合气运行形成稀混合气运行时间TL，而且，三个气缸内的运行形成一个循环。下一循环由第二、第一和第三气缸#2、#1和#3的运行形成。
图16所示为RATIO＝3的情形。在此情形中，浓混合气运行例如在第一气缸#1中进行，而稀混合气运行在三个气缸内进行，亦即在第三气缸#3、第四气缸#4和第二气缸#2内进行。于是，在第一气缸#1中的浓混合气运行形成浓混合气运行时间TR，在第三气缸#3、第四气缸#4和第二气缸#2中的稀混合气运行形成稀混合气运行时间TL，而且，四个气缸内的运行形成一个循环。下一循环由第一、第三和第四气缸#1、#3和#4的运行形成。
图17所示为RATIO＝4的情形。在此情形中，浓混合气运行例如在第一气缸#1中进行，而稀混合气运行在四个气缸内进行，亦即在第三气缸#3、第四气缸#4、第二气缸#2和第一气缸#1内进行。于是，在第一气缸#1中的浓混合气运行形成浓混合气运行时间TR，在第三气缸#3、第四气缸#4、第二气缸#2和第一气缸#1中的稀混合气运行形成稀混合气运行时间TL，而且，五个气缸内的运行形成一个循环。下一循环由第三、第四、第二、第一和第三气缸#3、#4、$2、#1和#3的运行形成。
当缸数比RATIO等于或者如在图17所示的例子中一样大于内燃机气缸总数时，所有气缸在一个稀混合气运行时间中均进行内燃机稀混合气运行。这保证了较长的稀混合气运行时间TL，从而降低燃油消耗率。
当以这种方式设置缸数比RATIO并从而设置稀和浓混合气运行时间TL和TR时，流入NH3-AO催化剂10a的NH3量和NOx量能得到精确控制。这样导致避免NH3和NOx通过NH3-AO催化剂10a，并导致充分净化排气。
当设定缸数比RATIO从而设定稀和浓混合气运行时间TL和TR时，进行浓混合气运行的那个气缸不是固定的。并且，当缸数比RATIO例如为2或4时，进行浓混合气运行的那个气缸在所有循环内均改变。于是，进一步防止了内燃机机体1或排气歧管7的热变形，并进一步防止了在某个特定气缸内出现沉积。
需要指出的是，在缸数比为1或3时，进行浓混合气运行的气缸是固定的，如图14或16所示。亦即，在图14所示的例子中只有第一和第三气缸#1和#3进行浓混合气运行，而在图16所示的例子中只有第一气缸#1进行浓混合气运行。然而，如果缸数比RATIO因内燃机运行条件的改变而改变，则改变进行浓混合气运行的气缸。亦即，每当缸数比RATIO改变时，进行浓混合气运行的气缸便也改变，因此，该气缸不是非固定不可。需要注意的是，如果缸数比RATIO因稳定的内燃机运行条件而长时间内保持不变，从而特定的气缸在一预定的时间内进行浓混合气运行时，进行浓混合气运行的气缸可以改变为另一个同时保持缸数比RATIO。也就是说，在图16所示的例子中，如果第一气缸#1在预定的时间内进行浓混合气运行后，则例如第三气缸#3进行浓混合气运行，同时令第一气缸#1进行稀混合气运行，以保持缸数比RATIO。或者，临时使缸数比RATIO变为2或4，从而改变进行浓混合气运行的气缸。
当按照缸数比RATIO进行稀和浓混合气运行时，需要对每个气缸进行判断它是否必须进行稀混合气运行或浓混合气运行。下面，说明用于判断气缸是否必须进行稀混合气运行或浓混合气运行的方法。
在这一实施例中，每当燃烧行程处于进行过程中时，计算表示缸数比RATIO的5位数据DRATIO与表示上面五个气缸中的内燃机运行的5位历史数据DHISTORY的乘积DRICH，并且，基于乘积DRICH，判断是要进行稀混合气运行或是要进行浓混合气运行。如图18所示，数据DRATIO对于RATIO＝1为“00001”，对于RATIO＝2为“00011”，对于RATIO＝3为“00111”，对于RATIO＝4为“01111”，并且事先以如图18所示的图的形式存储于ROM22中。
历史数据DHISTORY的24位表示五次之前所进行的内燃机运行，23位表示四次之前所进行的内燃机运行，22位表示三次之前所进行的内燃机运行，21位表示二次之前所进行的内燃机运行，20位表示前一内燃机运行。在各气缸中，各数据位在进行稀混合气运行时置为0，在进行浓混合气运行时置为1。于是，例如，DHISTORY＝“10010”，表示已经依次进行了浓、稀、稀、浓和稀混合气运行。
当计算各气缸的喷油时间TAU时计算DRATIO与DHISTORY的积DRICH。气缸在DRICH＝“00000”时进行浓混合气运行，且在DRICH为其他数值时进行稀混合气运行。下面，参照图19并结合图15来说明DRICH的一个例子。
图19所示为RATIO＝2时的乘积DRICH。在图19所示的例子中，对第二气缸#2而言，DHISTORY为“10010”，DRATIO为“00011”，因此，DRICH为“00010”。结果，第二气缸#2进行稀混合气运行。亦即，使第二气缸#2的目标空燃比(A/F)T为稀混空燃比(A/F)L。对其后的第一气缸#1而言，DHISTORY为“00100”，DRATIO为“00011”，因此，DRICH为“00000”。结果，第一气缸#1进行浓混合气运行。亦即，使第一气缸#1的目标空燃比(A/F)T为浓混空燃比(A/F)R。下面的第三气缸#3由于DRICH为“00001”进行稀混合气运行，其后的第四气缸#4由于DRICH为“00010”进行稀混合气运行，随后的第二气缸#2由于DRICH为“00000”进行浓混合气运行。
图20示出用于实行上述实施例的一个程序。这一程序在所有预定的曲轴转角均利用中断来执行。
参见图20，首先，在步骤70中，判断是否处于任一气缸的喷油正时。如果不处于喷油正时，则停止处理循环。如果处于喷油正时，程序这转到步骤71，在该步骤中，利用图13所示的图计算缸数比RATIO。在下一步骤72中，利用图18所示的图，基于在步骤71中所获得的缸数比RATIO计算DRATIO。在接下来的步骤73中，计算DRATIO与DHISTORY的命题积(product of proposition)。在下一步骤74中，基于本处理循环中的DRICH更新DHISTORY。在其后的步骤75中，判断DRICH是否为“00000”。如果DRICH＝“00000”，则程序转到步骤76，在该步骤使FRICH为1。FRICH与在图10所示的程序中相同，并且，如由图11所示的程序可见，当FRICH为1时，进行内燃机浓混合气运行。
如果在步骤75中DRICH≠“00000”，则程序转到步骤77，令FRICH为0。当FRICH为0时，进行稀混合气运行。然后，处理循环结束。
在这一实施例中，在一个浓混合气运行时间内进行内燃机浓混合气运行的气缸数为1。结果，在一个浓混合气运行时间内流入NH3-AO催化剂10a的NH3量变小。因此，NH3-AO催化剂10a的体积亦即尺寸可以制成非常小。
应当指出，在一个循环内，可以多个气缸进行浓混合气运行。参见图21，该图示出在一个循环内进行浓混合气运行的气缸数为3的一个例子，其中第一、第三和第四气缸#1、#3和#4依次进行浓混合气运行。因此，如果缸数比RATIO为2，则下面六个气缸进行稀混合气运行。在下一循环中，第三、第四和第二气缸#3、#4和#2依次进行浓混合气运行。在这种情况下，避免了进行浓混合气运行的气缸与上一循环的气缸完全相同。也就是说，在所有循环中，进行浓混合气运行的气缸均在改变。结果，在图21所示的例子中，例如避免了内燃机机体发生热变形，以及还避免了在一个特定气缸上出现大量的沉积。
在上述实施例中，缸数比RATIO作为内燃机载荷Q/N和内燃机转速N的函数加以设定。或者，缸数比RATIO可以作为进气量Q的函数加以设定，如图22所示。在此情形下，如图22所示，缸数比RATIO在Q小时随着进气量Q的增大而增大，而在Q大时则随着Q增大而变小。
下面，说明用以设定稀混空燃比(A/F)L的另一方法。
在内燃机空燃比为稀混空燃比(A/F)L的稀混合气运行过程中，通常难于保证有足够的内燃机输出扭矩，而且，如果简单地将目标空燃比(A/F)T设定为稀混空燃比，则实际的输出扭矩可能偏离按内燃机运行条件所确定的所希望的输出扭矩。为解决这一问题，在这一实施例中，预先储存使实际输出扭矩等于在稀混合气运行中所希望的扭矩的稀混空燃比(A/F)L，并将目标空燃比(A/F)T设定为在此稀混合气运行中的这一稀混空燃比(A/F)L。
图23示出使实际输出扭矩等于所希望的扭矩的稀混空燃比(A/F)L。如图23所示，稀混空燃比(A/F)L预先通过试验作为内燃机载荷Q/N和内燃机转速N的函数而获得。在内燃机转速N一定的情况下，稀混空燃比(A/F)L在内燃机载荷Q/N低时随着内燃机载荷Q/N增高而增大，而在内燃机载荷Q/N高时随着内燃机载荷Q/N增高而变小。此外，稀混空燃比(A/F)L预先以图23中所示的图的形式存储在ROM22中。稀混空燃比(A/F)L可以在图11所示的程序的步骤66中利用图23中所示的图来计算。
下面，说明用以设定浓混空燃比(A/F)R的另一方法。
如上所述，为实现较低的燃油消耗率，希望浓混合气运行时间较短。于是，希望依照内燃机运行条件改变浓混空燃比(A/F)R，从而使得在浓混合气运行时间中合成的NH3量较大。然而，如果在内燃机空燃比由稀混空燃比(A/F)L变为浓混空燃比(A/F)R时流入NH3-AO催化剂10a中的NH3量突然增大，NH3则会未被吸附而从NH3-AO催化剂10a排出。因此，在这一实施例中，使得在浓混合气运行中流入NH3-AO催化剂10a中的NH3量适于降低燃油消耗率并适于排气良好净化的浓混空燃比(A/F)R，被预先加以储存，而且，在浓混合气运行中，使目标空燃比(A/F)T等于浓混空燃比(A/F)R。
图24示出使得在浓混合气运行中流入NH3-AO催化剂10a中的NH3量适于降低燃油消耗率并适于排气良好净化的浓混空燃比(A/F)R。如图24所示，浓混空燃比(A/F)R预先通过试验作为进气量Q的函数加以储存。浓混空燃比(A/F)R在Q＜Q1时为14.4，当Q1＜Q＜Q2时随着进气量Q的增大而变小，当Q2＜Q时为12.5，其中，Q1和Q2为预定值。当进气量Q变大从而燃烧温度增高时，从内燃机排出的NOx量突然变大，于是流入NH3-AO催化剂10a中的NH3量突然变大。因此，在浓混空燃比(A/F)R变大以及由此燃烧温度降低时，防止了NH3过多地流入NH3-AO催化剂10a中。需要指出的是，浓混空燃比(A/F)R预先以图24中所示的图的形式存储在ROM22中。浓混空燃比(A/F)R可以在图11所示的程序的步骤63中利用图24中所示的图来计算。
下面，参照图25A和25B说明用以设定浓混空燃比(A/F)R的另一实施例。
如上所述，图1所示的内燃机主要进行稀混合气运行，并短暂地进行浓混合气运行。希望内燃机进行的浓混合气运行适合于作为基本内燃机运行的稀混合气运行。换言之，希望内燃机所进行的浓混合气运行使合成的NH3量由此等于适合于净化在稀混合气运行中流入NH3-AO催化剂10a中的NOx的量。因此，在这一实施例中，使浓混合气运行适合于前一稀混合气运行的目标空燃比(A/F)T的变化值DROP被预先存储，并且，如图25A所示，通过在前一稀混合气运行中的稀混空燃比(A/F)L减去上述变化值DROP来计算浓混空燃比(A/F)R。变化值DROP随着内燃机运行条件的不同而变化，因此，根据刚好在所关心的浓混合气运行开始之前的内燃机运行条件如内燃机载荷来确定变化值DROP。这样就使得，不论稀混空燃比(A/F)L如何，均充分地净化排气。
图25B示出预先通过试验所获得的变化值DROP。如图25B所示，变化值DROP随着内燃机载荷Q/N的增大而变小，并预先以图25B所示的图的形式储存在ROM22中。在图11所示的程序的步骤63中，首先，可利用图25B所示的图计算变化值DROP，然后，可由在步骤66中算得的稀混空燃比(A/F)L减去DROP来计算浓混空燃比(A/F)R。
或者，浓混空燃比(A/F)R可以为一个标准值，而稀混空燃比(A/F)L可通过上述浓混空燃比(A/F)R加上一个变化值来计算，从而使稀混合气运行适于前一浓混合气运行。
下面，参照图26至30说明用于控制每个气缸的目标空燃比(A/F)T的其他实施例。
在上述实施例中，交替且重复地使目标空燃比(A/F)T为稀混空燃比(A/F)L和浓混空燃比(A/F)R，以使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比交替且重复地为稀混空燃比和浓混空燃比，如图5所示。而且，在上述实施例中，目标空燃比是以阶跃式形式改变的。然而，如果目标空燃比以阶跃式形式改变，内燃机的输出扭矩会出现所不希望有的急剧变化，而且，驾驶性能会恶化。因此，在这一实施例中，如图26所示，使目标空燃比(A/F)T从稀混空燃比(A/F)L至浓混空燃比(A/F)R以一预定的变化率SLOPER逐渐变小，从浓混空燃比(A/F)R至稀混空燃比(A/F)L以一预定的变化率SLOPEL逐渐变大。变化率SLOPER和SLOPEL依照内燃机运行条件分别设定。这样防止了输出扭矩的急剧变化，并且保证了良好的驾驶性能。
在图27所示的实施例中，目标空燃比(A/F)T也是以变化率SLOPER逐渐变小，以变化率SLOPEL逐渐变大。这样保证了良好的驾驶性能。此外，在这一实施例中，在目标空燃比(A/F)T达到稀混空燃比(A/F)L后，使其在一预定的时间内保持为稀混空燃比(A/F)L不变，然后再使其以变化率SLOPER朝浓混空燃比(A/F)R逐渐变小。结果，使稀混合气运行时间TL长于图26所示实施例中的稀混合气运行时间TL，并使得燃油消耗率进一步降低。此外，目标空燃比(A/F)T每单位时间在稀和浓混空燃比之间的变化操作减少，从而进一步提高了驾驶性能。
如上所述，三元催化剂8a在浓混合气运行中合成NH3以净化NOx。然而，如果目标空燃比(A/F)T从稀混空燃比(A/F)L至浓混空燃比(A/F)R逐渐变小，则在三元催化剂8a中所合成的NH3量不会迅速增加，或者，NH3-AO催化剂10a会解吸对流入催化剂10a的NOx来说过多的NH3。于是，在图28所示的实施例中，使目标空燃比(A/F)T从稀混空燃比(A/F)L至浓混空燃比(A/F)R阶跃式迅速变化，从而避免NH3和NOx未经净化就被排出。需要指出的是，目标空燃比(A/F)T从浓混空燃比至稀混空燃比以变化率SLOPEL逐渐改变，从而抑制所不希望有的输出扭矩的波动。
在图29所示的实施例中，目标空燃比(A/F)T以变化率SLOPER逐渐变小，以变化率SLOPEL逐渐变大，与例如图26所示同。然而，在这一实施例中，SLOPER的绝对值小于SLOPEL的绝对值，于是，输出扭矩的波动得到了抑制，同时避免了NH3量过少不足以净化NOx。
此外，在图29所示的实施例中，在目标空燃比(A/F)T等于稀混空燃比(A/F)L后，使其在一预定的时间内保持为稀混空燃比(A/F)L不变，然后再使其朝浓混空燃比(A/F)R变小。在目标空燃比(A/F)T等于浓混空燃比(A/F)R后，使其在一预定的时间内保持为浓混空燃比(A/F)R不变，然后再使其朝稀混空燃比(A/F)R变大。结果，目标空燃比(A/F)T每单位时间在稀和浓混空燃比之间的变化操作减少，从而进一步提高了驾驶性能。
在图26至29所示的实施例中，虽然变化率SLOPEL、SLOPER可不考虑内燃机运行条件设定为常数，但也可以根据内燃机运行条件加以设定。图30示出变化率SLOPEL和SLOPER与内燃机载荷Q/N之间的变化关系。如图30所示，各变化率SLOPEL、SLOPER随着内燃机载荷的增高而变小。变化率SLOPEL和SLOPER预先以图30所示的图的形式储存于ROM22中。
另外，在图26至29所示的实施例中，变化率SLOPEL和SLOPER在目标空燃比(A/F)T在稀和浓混空燃比之间的变化过程中保持为常数。或者，变化率SLOPEL和SLOPER可以在目标空燃比(A/F)T的变化过程中例如根据内燃机运行条件加以改变。
另一方面，当目标空燃比(A/F)T如上述实施例所述改变时，每个气缸的点火正时根据目标空燃比(A/F)T的改变而逐渐变化。也就是说，例如，在图26所示的实施例中，点火正时IT在目标空燃比(A/F)T逐渐变小时以一变化率SR逐渐延迟，而在目标空燃比(A/F)T逐渐变大时以一变化率SL逐渐提前。变化率SL和SR分别对应于变化率SLOPEL和SLOPER。这样就更有效地抑制了输出扭矩的不期望有的波动。应当指出，变化率SL和SR可以为常数，也可以根据内燃机运行条件加以改变。
图31示出用于控制图26所示实施例中点火正时的程序。这一程序是通过在所有预定的曲轴转角进行中断来执行的。
参见图31，首先，在步骤170中，判断在图10所示的程序中为0或1的FRICH是否为1。如果FRICH＝0，亦即，如果内燃机必须进行稀混合气运行，则程序转到步骤171，在此步骤中点火正时IT增加了SL亦即提前了SL。在下一步骤172中，例如根据内燃机运行条件计算ITL。在此后的步骤173中，判断点火正时IT是否大于ITL。如果IT＞ITL，则程序转到步骤174，在此步骤将点火正时限制为ITL。然后，处理循环结束。
如果在步骤170中FRICH＝1，亦即，如果内燃机必须进行浓混合气运行，则程序转到步骤175，在此步骤点火正时IT减少SR，亦即延迟SR。在接下来的步骤176中，例如根据内燃机运行来计算ITR。在此后的步骤177中，判断点火正时IT是否小于ITR。如果IT＜ITR，则程序转到步骤178，在此将点火正时IT限制为ITR。然后，处理循环结束。
图32示出按本发明的内燃机的另一实施例。在图32中，与图1所示相同的组成部分用相同的附图标记表示。该内燃机设有与图1所示相同的电子控制装置，但在图32中没有示出。
参见图32，内燃机机体1设有布置在曲轴(未示出)一侧的第一气缸排1a和布置在曲轴另一侧的第二气缸排1b。第一气缸排1a具有沿直线排列的第一、第三、第五和第七气缸#1、#3、#5和#7，而第二气缸排1b具有沿直线排列的第二、第四、第六和第八气缸#2、#4、#6和#8。一公共排气歧管7a连至第一气缸排1a的气缸，而一公共排气歧管7b连至第二气缸排1b的气缸。排气歧管7a和7b通过相应的排气管80a、80b连至公共的三元催化剂8a。需要指出的是，在这一实施例中，上游侧空燃比传感器29a设在排气管80a和80b汇合部分的下游排气道中。或者，上游侧传感器29a可以包括一对传感器，一个布置在排气歧管7a中，而另一个布置在排气歧管7b中。
此内燃机亦交替且重复地进行内燃机稀混合气运行和浓混合气运行，从而使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比如图5所示交替且重复地为稀和浓混空燃比。亦即，内燃机进行浓混合气运行以使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为浓混空燃比，从而合成NH3和在NH3-AO催化剂10a中所吸附的NH3，而内燃机进行稀混合气运行以使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为稀混空燃比，从而解吸NH3并利用在NH3-AO催化剂10a中所解吸的NH3还原NOx。
在这一内燃机中，如参照图13至21所说明的那样，稀和浓混合气运行时间可以基于缸数比RATIO加以确定。在此情形下，缸数比RATIO从1至7中选择。在如图32所示具有8个或更多个气缸的多缸内燃机中，缸数比RATIO可以设得较大如为5、6和7，于是，燃油消耗率比图1所示的内燃机中的燃油消耗率低。
在图32所示内燃机中，每当曲轴转动约90度，排气行程便按第一、第八、第四、第三、第六、第五、第七和第二气缸的次序进行。在这种情况下，某一气缸的排气行程时间的开始与前一气缸的排气行程时间的末尾重叠，而其排气行程时间的末尾与后一气缸的排气行程的开始重叠。然而，当内燃机交替且重复地进行稀和浓混合气运行时，使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比交替且重复地为稀和浓混空燃比。于是，即便排气行程时间与其他气缸的排气行程时间重叠，也能充分地净化排气。排气净化装置的其他结构以及其运行与图1所示内燃机中的相同，因此，略去对它们的说明。
下面，说明用于图32所示内燃机的另一实施例。
在这一实施例中，内燃机1设有四个气缸组，亦即，具有第一和第二气缸的第一气缸组、具有第三和第四气缸的第二气缸组、具有第五和第六气缸的第三气缸组以及具有第七和第八气缸的第四气缸组。同一气缸组中的两个气缸的排气行程时间基本上彼此相同，但各气缸组的排气行程时间彼此不同。也就是说，每当曲轴旋转约90度，排气行程便按照第一、第三、第四和第二气缸组的顺序依次进行。
此内燃机亦交替且重复地进行内燃机稀混合气运行和浓混合气运行，从而使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比如图5所示交替且重复地为稀和浓混空燃比。亦即，内燃机进行浓混合气运行以使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为浓混空燃比，从而合成NH3和在NH3-AO催化剂10a中所吸附的NH3，而内燃机进行稀混合气运行以使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为稀混空燃比，从而解吸NH3并利用在NH3-AO催化剂10a上所解吸的NH3还原NOx。
在这一内燃机中，为使从例如第一气缸组排出的排气的排气空燃比等于目标空燃比(A/F)T，可以利用任何方法设定第一和第二气缸#1和#2的内燃机空燃比。在此实施例中，第一和第二气缸#1和#2的内燃机空燃比设定为彼此相等且等于目标空燃比(A/F)T。然而，重要之处在于，使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比等于目标空燃比(A/F)T，而不必使第一和第二气缸#1和#2的两个内燃机空燃比等于目标空燃比(A/F)T。上述说明可适用于其他气缸组，因此，略去针对其他气缸组的具体说明。
在这一内燃机中，如参照图13至21所说明的那样，稀和浓混合气运行时间可以基于缸数比RATIO加以确定。在此情形下，可以认为缸数比RATIO为在一个循环内执行稀混合气运行的气缸组数与执行浓混合气运行的气缸组数之比。另外，需要指出的是，每个气缸组可只含一个气缸。排气净化装置的其他结构以及其运行与图1所示内燃机中的相同，因此，略去对它们的说明。
下面，说明用于图33所示内燃机的另一实施例。在图33中，与图1所示相同的组成部分用相同的附图标记表示。
参见图33，排气净化催化剂10装在其中容纳三元催化剂8a的催化转化器9中。特别是，排气净化催化剂10设在携带三元催化剂8a的基体上，并串联布置在三元催化剂8a的下游，如图33所示。此外，NH3净化催化剂12布置在排气净化催化剂10的下游，与图1所示内燃机中相同。
在图33所示内燃机中，排气净化催化剂10由NOx吸留及还原催化剂10b组成，它可简称为NOx-OR催化剂。NOx-OR催化剂10b包括选自以下物质的至少一种物质如钾K、钠Na、锂Li和铯Cs的碱金属，如钡Ba和钙Ca的碱土金属，如镧La和钇Y的稀土金属，以及，如铁Fe和铜Cu的过渡金属；并包括诸如钯Pd、铂Pt和铑Rh贵金属；上述物质携带在作为载体的氧化铝上。NOx-OR催化剂10b执行NOx的吸留和释放功能，其中，它在入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时将NOx吸留于其中，而在入流排气中的氧浓度变低时将所吸留的NOx释放。
当NOx-OR催化剂10b置于内燃机的排气道中时，NOx-OR催化剂10b实际上进行了NOx的吸留和释放功能，但是此功能人们还弄不清楚。然而，可以认为，此功能是按照图34所示的机理进行的。这一机理下面利用作为示例的铂Pt和钡Ba在载体上的情形加以说明，但是，即使采用其他贵金属、碱金属、碱土金属或稀土金属，也会得到相类似的机理。
也就是说，当入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时，亦即，当入流排气中的氧浓度增大时，氧O2以O2--或O2-的形式沉积于铂Pt的表面上，如图34A所示。另一方面，入流排气中的NO与在铂Pt的表面上的O2-或O2-起反应并生成NO2()。接着，一部分所生成的NO2在铂Pt上被氧化并被吸留进NOx-OR催化剂10b中。在与氧化钡BaO结合的同时，它以硝酸离子NO3-的形式被扩散于催化剂10b中，如图34A所示。以这种方式，NOx被吸留于NOx-OR催化剂10b中。
相比之下，当入流排气中的氧浓度变低且NO2的生成减少时，反应反向进行(NO3-→2NO2)，于是，NOx-OR催化剂10b中的硝酸离子NO3-以NO2的形式从NOx-OR催化剂10b中被释放出来，如图34B所示。也就是说，当入流排气中的氧浓度降低时，亦即，当入流排气的排气空燃比由稀混空燃比变为浓混空燃比时，NOx从NOx-OR催化剂10b中被释放出来。这时，如果还原剂，如NH3，存在于NOx-OR催化剂10b中，NOx即被还原剂还原并净化。应当注意的是，当入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时，烃HC、一氧化碳CO或者氢气H2会通过三元催化剂8a并流入NOx-OR催化剂10b中。可以认为，HC、CO等以及NH3起还原剂作用并将一部分在NOx-OR催化剂10b上的NOx还原。NH3的还原能力高于HC、CO等的还原能力，于是，通过采用NH3作为还原剂能把NOx可靠地净化。
此内燃机亦交替且重复地进行内燃机稀混合气运行和浓混合气运行，从而使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比如图38B所示交替且重复地为稀和浓混空燃比。当内燃机进行稀混合气运行以使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为稀混空燃比时，排气中的NOx通过三元催化剂8a，并流入NOx-OR催化剂10b，如图35B所示。这时，入流排气的排气空燃比为稀混空燃比，于是，入流排气中的NOx被吸留于NOx-OR催化剂10b中。
另一方面，当内燃机进行浓混合气运行以使流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比为浓混空燃比时，一部分NOx在三元催化剂8a上被转化为NH3，如图35A所示。随后，NH3流入NOx-OR催化剂10b中。这时，入流排气中的排气空燃比为浓混空燃比，于是，所吸留的NOx从NOx-OR催化剂10b中释放。所释放的NOx被入流排气中的NH3还原，并由此被净化。应当指出的是，即使流入NOx-OR催化剂10b中的NH3量超出用于净化所释放的NOx所需要的量，过剩的NH3也会流入NH3净化催化剂12中，并在那里得到净化。这样防止了NH3排至周围空气。此外，在这一内燃机中，稀和浓混空燃比(A/F)L和(A/F)R分别被设为25.0和13.8。
下面，说明用以控制图33所示内燃机中的稀和浓混合气运行时间的方法。
同在图1所示内燃机中一样，稀混合气运行时间TL较长是所希望的，但是，如果稀混合气运行时间过长，NOx-OR催化剂10b中的NOx将达到饱和。另一方面，如果浓混合气运行时间太短，则目标空燃比(A/F)T必须在稀和浓混空燃比之间频繁变化。因此，在这一实施例中，存在吸留于NOx-OR催化剂10b中的NOx量，并且，内燃机在吸留的NOx量超过在稀混合气运行中的一预定最大量时进行浓混合气运行，而在吸留的NOx量低于在浓混合气运行中的一预定最小量时进行稀混合气运行。
难于直接得到在NOx-OR催化剂10b中所吸留的NOx量。因此，在这一实施例中，基于流入NOx-OR催化剂10b中的NOx量，亦即，从内燃机排出的NOx量，估算所吸留的NOx量。也就是说，利用图6中所示的图来计算每单位时间所排出的NOx量。
图36A示出通过试验获得的每单位时间从NOx-OR催化剂10b中释放的NOx量D(NOx)。在图36A中，实线所示为NOx-OR催化剂10b温度高时的情形，而虚线所示为NOx-OR催化剂10b温度低时的情形。此外，在图36A中，TIME表示自浓混合气运行开始的时间，亦即自流入催化剂8a和10a的排气的排气空燃比从稀混空燃比(A/F)L变为浓混空燃比(A/F)R的时间。NOx-OR催化剂10b中的NOx的分解率随着催化剂10b温度的升高而增高。于是，当NOx-OR催化剂10b的温度高时，亦即流入催化剂10b中的排气的温度TNC高时，如图36A中的实线所示，大量的NOx短时间内从NOx-OR催化剂10b释放，而当TNC如图36A中虚线所示低时，少量的NOx被释放。换言之，每单位时间所释放的NOx量D(NOx)随着排气温度TNC升高而增大。所释放的NOx量D(NOx)预先以图36B所示的图的形式储存于ROM22中。
尽管排气温度TNC可以利用设在排气道中的温度传感器进行探测，但在这一实施例中，TNC基于内燃机载荷Q/N和内燃机转速N进行估计。亦即，TNC预先通过试验获得，并预先以图37所示的图的形式存储于ROM22中。
下面，参照图38A和38B详细说明用于控制图33所示内燃机的运行周期的方法。图38A所示的程序在所有预定的曲轴转角均利用中断来执行。
参见图38A，首先，在步骤80，判断FRICH是否为1。FRICH在要进行浓混合气运行时为1，在要进行稀混合气运行时为0。如果FRICH为1，亦即，如果要进行浓混合气运行，则程序转到步骤81，在该步骤中，利用图37所示的图计算排气温度TNC。在下一步骤82中，利用图36B中所示的图计算D(NOx)。在此后的步骤83中，利用下式计算吸留于NOx-OR催化剂10b中的NOx量S(NOx)式中DELTAd表示从上一处理循环至本处理循环的时间间隔。在接下来的步骤84中，判断所吸留的NOx量S(NOx)是否小于最小量MIN(NOx)。如果S(NOx)≥MIN(NOx)，则处理循环结束。亦即，如果S(NOx)≥MIN(NOx)，则判断为所吸留的NOx量S(NOx)仍大，于是浓混合气运行继续。
如果S(NOx)＜MIN(NOx)，则程序转到步骤85，在该步骤中使FRICH等于0，然后处理循环结束。亦即，如果S(NOx)≥MIN(NOx)，则断定为NOx-OR催化剂10b不能释放出足以满足流入其中的NH3量，于是，(在如图38B中所示的时刻a、c、e或g)停止浓混合气运行，开始稀混合气运行。
相比之下，如果在步骤80中FRICH＝0，亦即，如果要进行稀混合气运行，则程序转到步骤86，在该步骤中，利用图6B所示的图计算排出的NOx量Q(NOx)。在下一步骤87中，利用下式计算所吸留的NOx量S(NOx)式中DELTAa表示从上一处理循环至本处理循环的时间间隔。在接下来的步骤88中，判断所吸留的NOx量S(NOx)是否大于最大量MAX(NOx)，此最大量MAX(NOx)根据催化剂10b的吸留能力来确定。如果S(NOx)≤MAX(NOx)，则处理循环结束。亦即，如果S(NOx)≤MAX(NOx)，则判断为所吸留的NOx量少，于是稀混合气运行继续进行。
如果S(NOx)＞MAX(NOx)，则程序转到步骤89，在该步骤使FRICH为1，然后处理循环结束。亦即，如果S(NOx)＞MAX(NOx)，所吸留的NOx量相当大，于是，(在如图38B中所示的时刻b、d或f)停止稀混合气运行，开始浓混合气运行。
此外，在这一实施例中，在未设许多排气道的情况下，就可以将排气充分净化。因此，排气道的结构小而简单。排气净化装置的其他结构以及其运行与图1所示内燃机中的相同，因此，略去对它们的说明。
下面，结合图39说明另一实施例。在图39中，与图1所示相同的组成部分用相同的附图标记表示。
参见图39，排气净化催化剂10包括NH3-AO催化剂10a和NOx-OR催化剂10b两者。NOx-OR催化剂10b携带在与三元催化剂8a共用的载体上，NH3-AO催化剂10a在NOx-OR催化剂10b的下游布置于消声器11内。此外，NH3净化催化剂12布置在NH3-AO催化剂10a的下游。
此外，在这一内燃机中，交替且重复地使目标空燃比(A/F)T为稀混空燃比(A/F)L和浓混空燃比(A/F)R，以使流入催化剂8a、10b和10a的排气的排气空燃比交替且重复地为稀混空燃比和浓混空燃比。在这一实施例中，排气的净化主要利用布置在上游侧的NOx-OR催化剂10b进行，NH3-AO催化剂10a是辅助的。亦即，当使流入催化剂8a、10b和10a的排气的排气空燃比为稀混空燃比时，如图40B所示，从内燃机排出的NOx通过三元催化剂8a，并流入NOx-OR催化剂10b。这时，入流排气的排气空燃比为稀混空燃比，于是，NOx吸留于NOx-OR催化剂10b中。即使NOx未被吸留而流过NOx-OR催化剂10b，NOx也会在随后的NH3-AO催化剂10a中被净化。也就是说，这时，入流排气的排气空燃比为稀混空燃比，于是NOx被从中解吸，从而这时NH3还原NOx。应当指出的是，当入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时，NH3从NH3-AO催化剂10a中解吸，而与流入其中的NOx量无关。然而，过量的NH3在随后的催化剂12中被净化。因此，避免了NOx和NH3两者排至周围空气。
当使流入催化剂8a、10b和10a的排气的排气空燃比为浓混空燃比时，如图40A所示，从内燃机排出的NOx流入三元催化剂8a，且其一部分被还原为NH3。然后，NH3流入NOx-OR催化剂10b。这时，入流排气的排气空燃比为浓混空燃比，NOx被从NOx-OR催化剂10b中释放。NOx被入流NH3还原和净化。即使NH3未还原NOx而流过NOx-OR催化剂10b，NH3也会在NH3-AO催化剂10a中被吸附。此外，即使NH3未被吸附于其中而流过NH3-AO催化剂10a，NH3也会在催化剂12中被净化。因此，NOx和NH3两者均被充分净化。
在这一实施例中，如同在图33所示内燃机中一样，根据在NOx-OR催化剂10b中所吸留的NOx量设定稀和浓混合气运行时间TL和TR。也就是说，当所吸留的NOx量超过最大量时，停止稀混合气运行，开始浓混合气运行，当所吸留的NOx量低于最小量时，停止浓混合气运行，开始稀混合气运行。然而，如果所吸留的NOx量超过最大量且催化剂10b饱和，则流过催化剂10b的NOx随后流入NH3-AO催化剂10a，并被从中解吸的NH3还原。因此，为充分净化NOx，对运行时间进行精确控制是不必要的。
或者，如同在图1所示内燃机中一样，根据吸附于NH3-AO催化剂10a中的NH3量设定稀和浓混合气运行时间TL和TR。此外还可选择的方案是，将稀和浓混合气运行时间TL和TR设定为，当在NOx-OR催化剂10b中所吸留的NOx量超过适于该催化剂的最大量时，停止稀混合气运行，并开始浓混合气运行，以及，当在NH3-AO催化剂10a中所吸附的NH3量超过适于该催化剂的最大量时，停止浓混合气运行，并开始稀混合气运行。另一个可供选择的方案是，在稀混合气运行期间，当在NH3-AO催化剂10a中所吸附的NH3量低于适于该催化剂的最小值时，开始浓混合气运行，而在浓混合气运行期间，当在NOx-OR催化剂10b中所吸留的NOx量低于适于该催化剂的最小量时，开始稀混合气运行。在这一可供选择的方案中，将针对催化剂10a和10b的最小量设得较大，由此所导致的结果是，NH3总是吸附于NH3-AO催化剂10a中，而NOx则总是吸留于NOx-OR催化剂10b中。因此，即使实际的内燃机空燃比因内燃机瞬态运行而偏离目标空燃比(A/F)T，排气也被催化剂10a和10b两者中的至少一个充分净化。因此，无论内燃机运行条件如何，均把排气净化。
这样，图39所示的内燃机也是以单一的排气道将排气净化。
在图39所示的实施例中，考虑到催化剂10a和10b的耐用温度，把NOx-OR催化剂10b布置在上游侧，而把NH3-AO催化剂10a布置在下游侧。或者按一种替换方案，把NH3-AO催化剂10a布置在上游侧，而把NOx-OR催化剂10b布置在下游侧。在此替换方案中，根据在NH3-AO催化剂10a中所吸附的NH3量设定稀和浓混合气运行使得可控性较为容易。另外可供选择的方案是，催化剂10a和10b并联设置。排气净化装置的其他结构以及其运行与图1所示内燃机中的相同，因此，略去对它们的说明。
图41A和41B示出排气净化催化剂10布置的另外实施例。
参见图41A和41B，NH3-AO催化剂10a和NOx-OR催化剂10b设在一个共用基体上，而在图39所示实施例中，它们设在不同的基体上。也就是说，在图41A所示的实施例中，催化剂10a和10b被相互叠合，且设在一公共基体110上。如图41A所示，由NH3-AO催化剂10a构成的一层催化剂首先覆盖在具有蜂窝结构的基体110的表面上，然后，由NOx-OR催化剂10b构成的一层催化剂则覆盖在NH3-AO催化剂10a上。如上所述，NOx-OR催化剂10b的耐用温度高于NH3-AO催化剂10a的耐用温度。因此，用NOx-OR催化剂10b覆盖NH3-AO催化剂10a避免了排气与NH3-AO催化剂10a的直接接触。结果，在确保NH3-AO催化剂10a耐用性的同时，保证排气的良好净化。
另一方面，在图41B所示的实施例中，在基体110上载有一层覆层10c。该覆层含有混合在一起的催化剂10a和10b。在此情形下，例如，NH3-AO催化剂10a由通过离子转变处理(ion changing process)其上带有金属的沸石构成，而NOx-OR催化剂10b由其上带有贵金属和碱金属或碱土金属等的氧化铝构成。两种催化剂10a和10b首先混合，然后覆盖在基体110的表面上。
这样设置催化剂10a和10b使排气净化装置的结构较为简单。
下面，结合图42说明另一实施例。在图42中，与图1所示相同的组成部分用相同的附图标记表示。同样，在图42中，排气净化催化剂10包括NH3-AO催化剂10a和NOx-OR催化剂10b两者，但其中之一可以略去。
参见图42，设有一个加浓装置(making rich device)120，用于使流入催化剂8a、10a的排气的排气空燃比为浓混空燃比。在这一实施例中，加浓装置120包括一个辅助内燃机120a，其曲轴不同于内燃机1的曲轴。一个用于给辅助内燃机120a供给燃料例如汽油的喷油器125布置在辅助内燃机120a进气管124中。在进气管124中喷油器125的上游，还布置有一个油门126。另一方面，辅助内燃机1的一排气管127连至一连通管129，该连通管129把排气歧管7和排气管127连接至其中容纳三元催化剂8a的催化转化器9。于是，依次流入催化剂8a、10b、10a和12的排气为一种自内燃机1的排气和自辅助内燃机120a的排气的混合物。需要说明的是，尽管图42所示的辅助内燃机120a构造成具有一个气缸的火花点火式内燃机，但辅助内燃机120a可以构造为多缸内燃机或柴油机。
在进气管124内安装一个压力传感器137，它产生与进气管124内的压力成比例的输出电压。传感器137的输出电压通过模数转换器138输入给输入端口25。在CPU24内基于模数转换器138的输出信号计算辅助内燃机120a的进气量AQ。另外，在排气歧管7的集气部分中安装一个上游侧的空燃比传感器29c，它产生与流过排气歧管7的集气部分的排气的排气空燃比成比例的输出电压。传感器29c的输出电压通过模数转换器30c输入给输入端口25。空燃比传感器29a在来自排气歧管7和排气管127两者的排气相互交汇的汇合处的下游安装在连通管129中。于是，传感器29a产生与流入催化剂8a、10b和10a的排气的排气空燃比成比例的输出电压。此外，一个曲轴转角传感器131连至输入端口25，该传感器131每当辅助内燃机120a的曲轴例如每转30度时产生一个输出脉冲。CPU24根据该脉冲计算辅助内燃机120a的内燃机转速AN。此外，在连通管129中上述汇合处的下游布置一个温度传感器140，它产生与流入催化剂8a、10b和10a的排气的温度成比例的输出电压，上述排气的温度代表催化剂8a和10b的温度。输出端口26经相应的驱动电路32连至喷油器125。
内燃机1的输出扭矩例如用来驱动汽车。相比之下，辅助内燃机120a的输出扭矩用来驱动辅助装置132，如保温车的冷却装置，混凝土搅拌运输车的搅拌机，大客车的空调装置，以及用于为由内燃机和电动机驱动的所谓复合动力车的电动机产生电力的发电机。辅助内燃机120a的油门126根据辅助内燃机120a的所需输出扭矩进行控制。另外，辅助装置132可以为内燃机1的辅助机械装置，如冷却水泵、油泵和交流发电机。
在这一实施例中，内燃机1基本上以诸如为25.0的稀混空燃比连续进行稀混合气运行，如图43A中虚线所示。这导致进一步降低燃油消耗率。应当指出，当内燃机1迅速加速时，内燃机1可以进行理论配比运行，在这种理论配比运行中，使内燃机空燃比等于理论空燃比，由此保证较大的输出扭矩。
另一方面，在这一实施例中，使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比交替且重复地为稀混和浓混空燃比，特别是，使其交替且重复地等于如图43A中实线所示的稀混和浓混空燃比(A/F)L和(A/F)R。
为使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为稀混空燃比，辅助内燃机120a进行稀混合气运行。特别是，为使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比等于稀混空燃比(A/F)L，使辅助内燃机120a的排气的排气空燃比，亦即，辅助内燃机120a的内燃机空燃比等于稀混空燃比(A/F)AL。在这一实施例中，使内燃机1的排气的排气空燃比等于(A/F)L，于是，稀混空燃比(A/F)AL与(A/F)L相等。换言之，在此情形下，如图43A中双点划线所示，使辅助内燃机120a的目标空燃比(A/F)AT为(A/F)L。
为使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为浓混空燃比，辅助内燃机120a进行浓混合气运行。特别是，为使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比等于诸如为13.8的浓混空燃比(A/F)R，使辅助内燃机120a的内燃机空燃比等于浓混空燃比(A/F)AR，该空燃比(A/F)AR小于亦即浓于浓混空燃比(A/F)R。换言之，在此情形下，如图43A中双点划线所示，使辅助内燃机120a的目标空燃比(A/F)AT为(A/F)AR。这样，在内燃机1连续进行稀混合气运行的同时，辅助内燃机120a交替且重复地进行稀和浓混合气运行。
也就是说，流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比在辅助内燃机120a进行稀混合气运行时为稀混空燃比，如图43B中的实线所示，而在辅助内燃机120a进行浓混合气运行时变为浓混空燃比，如图43B中的虚线所示。
基于空燃比传感器29c的输出信号使内燃机1的内燃机空燃比等于稀混空燃比(A/F)。基于空燃比传感器29a的输出信号控制辅助内燃机120a的内燃机空燃比，以便使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比等于稀和浓混空燃比(A/F)L和(A/F)R。
在这一实施例中，根据吸附于NH3-AO催化剂10a中的NH3量S(NH3)和吸留于NOx-OR催化剂10b中的NOx量S(NOx)两者中的至少一个来控制稀混合气运行时间和浓混合气运行时间，上述稀混合气运行时间为使得流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为稀混空燃比的时间，而上述浓混合气运行时间为使得流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为浓混空燃比的时间。亦即，至少根据S(NH3)和S(NOx)两者之一来控制辅助内燃机120a的稀和浓混合气运行。也就是说，例如，辅助内燃机120a的内燃机运行在所吸附的NH3量超出其最大量时从稀混合气运行变为浓混合气运行，而在所吸附的NH3量低于其最小量时从浓混合气运行变为稀混合气运行。
基于流入NOx-OR催化剂10b的NOx量，亦即，基于从内燃机1和120a排出的NOx量之和，估计所吸留的NOx量S(NOx)。所吸附的NH3量S(NH3)是基于在催化剂中合成的NH3量进行估计的，而所合成的NH3量是基于从内燃机1和120a排出的NOx量以及从NOx-OR催化剂10b中释放的NOx量进行估算的。应当指出，表示催化剂8a和10b温度的温度TTC和TNC由传感器140探测，表示催化剂10a温度的温度TAC基于传感器140的输出信号进行估计。
图44示出用以计算内燃机1喷油时间TAU的程序。
参见图44，首先，在步骤180中，基于下式计算基本喷油时间TBTB＝(Q/N)·K在下一步骤181中，基于传感器29c的输出信号计算反馈修正系数FAF。在后一步骤182中，计算稀混空燃比(A/F)L。在接下来的步骤183中，将稀混空燃比(A/F)L存储为目标空燃比(A/F)T。此后，在步骤184中，用下式计算喷油时间TAUTAU＝TB·((A/F)S/(A/F)T)·FAF各个喷油器5在喷油时间TAU内喷射燃油。
图45示出用以计算辅助内燃机120a喷油时间ATAU的程序。
参见图45，首先，在步骤190，基于内燃机载荷AQ/AN和内燃机转速AN利用下式计算基本喷油时间ATBATB＝(AQ/AN)·K在下一步骤191中，基于传感器29a的输出信号计算反馈修正系数AFAF。反馈修正系数AFAF用于控制辅助内燃机120a的内燃机空燃比，以使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比等于稀或浓混空燃比(A/F)L、(A/F)R。在下一步骤192中，判断在如图10所示程序中受到控制的FRICH是否为1。如果FRICH＝1，也就是说，如果要进行浓混合气运行，则程序转到步骤193，在该步骤中，计算浓混空燃比(A/F)AR。在下一步骤194中，将浓混空燃比(A/F)AR存储为目标空燃比(A/F)AT。接着，程序转到步骤197。
相比之下，如果在步骤192中FRICH＝0，亦即，如果要进行稀混合气运行，程序转到步骤195，在该步骤中，计算稀混空燃比(A/F)AL。在下一步骤196中，将稀混空燃比(A/F)AL存储为目标空燃比(A/F)AT。接着，程序转到步骤197。
在步骤197中，用下式计算喷油时间ATAUATAU＝ATB·(A/F)S/(A/F)AT)·AFAF喷油器125在喷油时间ATAU内喷射燃油。
在图42所示的实施例中，内燃机1连续地进行稀混合气运行，而辅助内燃机120a交替且重复地进行稀和浓混合气运行。在这种情形下，两内燃机的曲轴相互不同，于是避免了驾驶性能恶化，同时保证排气的良好净化。此外，如果内燃机1原本设有辅助内燃机120a，就没有必要新设上述加浓装置120，从而使排气净化装置的结构更简单。排气净化装置的其他结构以及其运行与图1所示内燃机中的相同，因此，略去对它们的说明。
图46示出再一个实施例。在图46中，与图1和42所示相同的组成部分用相同的附图标记表示。
在这一实施例中，加浓装置120具有一个喷燃器120b，其空燃比是可控制的。喷燃器120b的排气经管127和129流入三元催化剂8a，并与内燃机1的排气混合。
下面，参照图47说明这一实施例中的排气净化方法。同前面几个实施例一样，使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比交替且重复地为稀混和浓混空燃比(A/F)L和(A/F)R。然而，在这一实施例中，停止喷燃器120b的工作并且内燃机1以稀混空燃比(A/F)L进行稀混合气运行，从而使流入催化剂8a、10b和10a的排气的排气空燃比等于(A/F)L。喷燃器120b以浓混空燃比(A/F)AR进行浓混合气运行并且内燃机1以稀混空燃比(A/F)L进行稀混合气运行，从而使流入催化剂8a、10b和10a的排气的排气空燃比等于(A/F)R。因此，喷燃器120b交替且重复地运行和停止。
喷燃器120b所用的燃料可以为碳氢化合物，如汽油、异辛烷、乙烷、庚烷、气体油和煤油，或者为一种能以液态储存的碳氢化合物，如丁烷或丙烷。然而，如果喷燃器120b所用的燃料与内燃机1所用的燃料相同，则没有必要另外附设一个燃料箱，于是，在这一实施例中所用燃料为汽油。
尽管在这一实施例中喷燃器120b经管127和129连接至催化转化器9，但是，它也可以和催化转化器9和催化剂8a设成一个整体。此外，在使流入催化剂8a、10b和10a的排气的排气空燃比为稀混空燃比时，喷燃器120b可以连续运行并以稀混空燃比(A/F)L进行稀混合气运行。排气净化装置的其他结构以及其运行与图42所示内燃机中的相同，因此，略去对它们的说明。
图48示出又一个实施例。在图48中，与图1和42所示相同的组成部分用相同的附图标记表示。
在这一实施例中，内燃机1构造为一个柴油机，这时，可以采用火花点火式的内燃机。参见图48，各个喷油器5直接向气缸的相应燃烧室内喷射燃料。此外，在进气管4内布置一个空气流量计27a。空气流量计27a产生与进气量成比例的输出电压，且其输出电压经模数转换器28a输入到输入端口25。
如图48所示，加浓装置120具有一个还原剂喷射器120c，它布置在排气歧管7的出口中，用以往排气中加入还原剂。还原剂可以为碳氢化合物，如汽油、异辛烷、乙烷、庚烷、气体油和煤油，或者为一种能以液态储存的碳氢化合物，如丁烷或丙烷；然而，最好是与内燃机1所用燃料相同。
内燃机1连续地进行稀混合气运行。如果一个柴油机进行浓混合气运行，则该内燃机排出大量的黑烟。黑烟中含有大量尚未燃烧的HC，而且，三元催化剂8a不能充分地净化HC。另一方面，仅为上述HC设一种附加的催化剂又是所不希望的。因此，图48所示的柴油机连续进行稀混合气运行。
下面，参照图49说明在这一实施例中的排气净化方法。交替且重复地使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为稀和浓混空燃比(A/F)L和(A/F)R。为此，利用还原剂喷射器120b所进行的还原剂喷射停止，并且，内燃机1以稀混空燃比(A/F)L进行稀混合气运行，由此使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为等于(A/F)L。还原剂喷射器120c喷射还原剂，并且，内燃机1以稀混空燃比(A/F)L进行稀混合气运行，由此使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为等于(A/F)R。亦即，还原剂喷射器120c以使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比为等于(A/F)R所需的量喷射还原剂。这样，交替且重复地进行和停止利用喷射器120c所作的还原剂喷射。
需要指出的是，在上面这一实施例中，当要使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比等于(A/F)L时，停止还原剂喷射，并且，内燃机1以稀混空燃比(A/F)L进行稀混合气运行。或者，还原剂喷射器120c可以非常少的量喷射还原剂，并且，内燃机1以稀混空燃比(A/F)L进行稀混合气运行，从而使流入催化剂8a、10b和10a中的排气的排气空燃比等于(A/F)L。
此外，在三元催化剂8a的上游排气道中可以布置一个喷燃器，以消耗存在于排气中的氧气，从而使排气空燃比为浓混空燃比。
按本发明，可以提供以简单的结构就能充分净化内燃机排气的用于净化内燃机排气的方法和装置。
尽管已经结合若干个为了例示的目的所选的具体实施例对本发明进行了说明，但是应当明白，本领域普通技术人员可以在不脱离本发明构思和范围的情况下对本发明作出多种修改。
权利要求
1.一种用于净化内燃机排气的方法，它依次包括从内燃机的排气交替且重复地形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分和排气空燃比为浓混空燃比的排气部分；以及使上述排气部分相继接触NH3合成催化剂和排气净化催化剂，该排气净化催化剂从选自由NH3吸附及氧化(NH3-AO)催化剂和NOx吸留及还原(NOx-OR)催化剂组成的催化剂组中的至少一种催化剂构成，上述NH3合成催化剂在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时由入流排气中的至少一部分NOx合成NH3，而当入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时，使入流排气中的NOx从中通过，上述NH3-AO催化剂将入流排气中的NH3吸附于其中，并在入流排气中的NH3浓度变得较低时从中解吸所吸附的NH3并氧化NH3，上述NOx-OR催化剂在入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时将入流排气中的NOx吸留于其中，而在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时，将所吸留的NOx从中释放并还原NOx。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括控制内燃机的内燃机空燃比，使内燃机空燃比为稀混空燃比，从而形成上述排气空燃比为稀混空燃比的排气部分，并使内燃机空燃比为浓混空燃比，从而形成上述排气空燃比为浓混空燃比的排气部分。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于在一稀混合气时间使上述内燃机的内燃机空燃比为稀混空燃比，在一浓混合气时间使上述内燃机的内燃机空燃比为浓混空燃比；上述稀混合气时间和浓混合气时间分别根据内燃机运行条件来设定。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于内燃机设有多个其排气行程时间彼此不同的气缸或气缸组；稀混合气时间根据使其内燃机空燃比为稀混空燃比的气缸或气缸组数来设定，而浓混合气时间根据使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组数来设定。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于上述使其内燃机空燃比为稀混空燃比的气缸或气缸组数和使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组数设定成，在每一循环内使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组均有改变，上述循环由相继的一个稀混合气时间和一个浓混合气时间形成。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于上述稀混合气时间和浓混合气时间根据一个数比来控制，该数比为使其内燃机空燃比为稀混空燃比的气缸或气缸组数与使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组数之比，该数比根据内燃机运行条件设定。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于上述数比等于或大于内燃机的气缸或气缸组的总数。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于上述数比在内燃机载荷低时随着内燃机载荷的升高而变大，而在内燃机载荷高时随着内燃机载荷的升高而变小。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于上述数比在进气量低时随着进气量的变大而变大，而在进气量大时随着进气量的变大而变小。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于上述内燃机为火花点火式内燃机；所述方法还包括根据内燃机的内燃机空燃比控制内燃机的点火正时。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于在内燃机排气道中NH3合成催化剂的上游，布置一个不同于上述内燃机的加浓装置，用以使内燃机的排气的排气空燃比为浓混空燃比；所述方法还包括将上述内燃机的内燃机空燃比保持为稀混空燃比，以及，停止上述加浓装置的运行，从而形成排气空燃比为稀混空燃比的排气，而进行上述加浓装置的运行，从而形成排气空燃比为浓混空燃比的排气。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，上述加浓装置设有一个空燃比可控制的燃烧器，和一个将上述燃烧器的排气引入NH3合成催化剂上游排气道的引入道；通过使上述燃烧器的空燃比为浓混空燃比并将燃烧器的排气加至内燃机的排气，进行上述加浓装置的加浓运行。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于上述燃烧器为一个辅助内燃机，其曲轴不同于上述内燃机曲轴。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于上述燃烧器为一个喷燃器。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于上述加浓装置设有一个还原剂喷射器，用以往NH3合成催化剂上游排气道中加入还原剂，还原剂喷射器的加浓运行通过把上述还原剂加至内燃机排气而进行。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于上述还原剂为碳氢化合物，如汽油、异辛烷、乙烷、庚烷、气体油和煤油，或者为一种能以液态储存的碳氢化合物，如丁烷或丙烷。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述排气净化催化剂至少包括NH3-AO催化剂；所述方法还包括估计吸附于NH3-AO催化剂中的NH3量；根据所估计的吸附的NH3量，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从稀变浓或从浓变稀。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于在所估计的吸附的NH3量超过一预定的上限时，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从浓变稀。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于在所估计的吸附的NH3量低于一预定的下限时，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从稀变浓。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于上述所吸附的NH3量在流入NH3-AO催化剂的排气的排气空燃比为浓混空燃比时基于流入NH3-AO催化剂中的NH3量进行估计，而在流入NH3-AO催化剂的排气的排气空燃比为稀混空燃比时基于所解吸的NH3量进行估计。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于上述流入NH3-AO催化剂中的NH3量基于流入NH3合成催化剂的NOx量和NH3合成催化剂的NH3合成效率来估计。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述排气净化催化剂至少包括NOx-OR催化剂；所述方法还包括估计吸留于NOx-OR催化剂中的NOx量；根据所估计的吸留的NOx量，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从稀变浓或从浓变稀。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于在所估计的吸留的NOx量超过一预定的上限时，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从稀变浓。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于在所估计的吸留的NOx量低于一预定的下限时，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从浓变稀。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于上述所估计的吸留的NOx量在流入NOx-OR催化剂的排气的排气空燃比为稀混空燃比时基于流入NOx-OR催化剂的NOx量进行估计，而在流入NOx-OR催化剂的排气的排气空燃比为浓混空燃比时基于所释放的NOx量进行估计。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于根据内燃机运行条件，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从稀变浓或从浓变稀。
27.如权利要求1所述的方法，其特征在于要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比以一变化率逐渐地从稀变浓或从浓变稀。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于在要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从稀变浓时的变化率大于在要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比从浓变稀时的变化率。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于上述变化率根据内燃机运行条件设定。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于上述变化率随着内燃机载荷的增大而变小。
31.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述排气部分的排气空燃比根据内燃机运行条件设定。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于上述排气空燃比为稀混空燃比的排气部分的排气空燃比当内燃机 载荷低时随着内燃机载荷增高而变大，而当内燃机载荷高时随着内燃机载荷增高而变小。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于上述排气空燃比为浓混空燃比的排气部分的排气空燃比在内燃机进气量变大时变小。
34.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述两排气部分之一的排气空燃比根据另一排气部分的排气空燃比设定。
35.如权利要求1所述的方法，其特征在于形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分的时间，长于形成排气空燃比为浓混空燃比的排气部分的时间。
36.如权利要求1所述的方法，其特征在于基于邻近上述NH3合成催化剂入口布置于内燃机排气道中的一空燃比传感器的输出信号，使要与催化剂接触的排气部分的排气空燃比等于目标空燃比。
37.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述内燃机还包括布置于其排气道中的一个消声器；上述排气净化催化剂至少包括NH3-AO催化剂；NH3-AO催化剂装在上述消声器中。
38.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述排气净化催化剂至少包括NOx-OR催化剂；上述NH3合成催化剂和NOx-OR催化剂设在一公共基体上。
39.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述排气净化催化剂包括NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂两者；NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂串联布置在内燃机排气道中。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于NH3-AO催化剂在排气道中布置在NOx-OR催化剂的下游。
41.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述排气净化催化剂包括NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂两者；NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂相互层叠布置在一公共基体上。
42.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述NH3合成催化剂为一种三元催化剂，它含有诸如为钯、铂和铑的至少一种贵金属。
43.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述NOx-OR催化剂包括选自如钾、钠、锂和铯的碱金属、如钡和钙的碱土金属、如镧和钇的稀土金属、以及如铁和铜的过渡金属中的至少一种物质；以及诸如钯、铂和铑的贵金属。
44.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在使上述排气部分接触排气净化催化剂之后，使其接触一种用于净化入流排气中的NH3的NH3净化催化剂。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于上述NH3净化催化剂含有选自如钯、铂及铑的贵金属和如铁和铜的过渡金属中的至少一种物质。
46.如权利要求44所述的方法，其特征在于上述NH3净化催化剂处于氧化气氛下；所述方法还包括将流入NH3净化催化剂的排气的排气空燃比保持为稀混空燃比。
47.一种用于净化具有排气道的内燃机的排气的装置，它包括布置于内燃机或排气道中的排气部分形成装置，用于交替且重复地由内燃机的排气形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分和排气空燃比为浓混空燃比的排气部分；在上述排气部分形成装置下游布置于排气道中的NH3合成催化剂，该催化剂在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时由入流排气中的至少部分NOx合成NH3，而在入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时使入流排气中的NOx从中通过；以及在上述NH3合成催化剂的下游布置于排气道中的排气净化催化剂，该排气净化催化剂从选自由NH3吸附及氧化(NH3-AO)催化剂和NOx吸留及还原(NOx-OR)催化剂组成的催化剂组中的至少一种催化剂构成，上述NH3-AO催化剂将入流排气中的NH3吸附于其中，并在入流排气中的NH3浓度变得较低时从中解吸所吸附的NH3并氧化NH3，上述NOx-OR催化剂在入流排气的排气空燃比为稀混空燃比时将入流排气中的NOx吸留于其中，而在入流排气的排气空燃比为浓混空燃比时，将所吸留的NOx从中释放并还原NOx。
48.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置包括一个用以控制内燃机的内燃机空燃比的内燃机空燃比控制装置，使内燃机空燃比为稀混空燃比从而形成上述排气空燃比为稀混空燃比的排气部分，以及使内燃机空燃比为浓混空燃比从而形成上述排气空燃比为浓混空燃比的排气部分。
49.如权利要求48所述的装置，其特征在于上述内燃机空燃比控制装置在一稀混合气时间内使内燃机空燃比为稀混空燃比，并在一浓混合气时间内使内燃机空燃比为浓混空燃比；稀混合气时间和浓混合气时间分别根据内燃机运行条件来确定。
50.如权利要求49所述的装置，其特征在于内燃机设有多个其排气行程时间彼此不同的气缸或气缸组；稀混合气时间根据使其内燃机空燃比为稀混空燃比的气缸或气缸组数来设定，而浓混合气时间根据使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组数来设定。
51.如权利要求50所述的装置，其特征在于上述使其内燃机空燃比为稀混空燃比的气缸或气缸组数和使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组数设定成，在每一循环内使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组均有改变，上述循环由相继的一个稀混合气时间和一个浓混合气时间形成。
52.如权利要求50所述的装置，其特征在于上述稀混合气时间和浓混合气时间根据一个数比来控制，该数比为使其内燃机空燃比为稀混空燃比的气缸或气缸组数与使其内燃机空燃比为浓混空燃比的气缸或气缸组数之比，该数比根据内燃机运行条件设定。
53.如权利要求52所述的装置，其特征在于上述数比等于或大于内燃机的气缸或气缸组的总数。
54.如权利要求52所述的装置，其特征在于上述数比在内燃机载荷低时随着内燃机载荷的升高而变大，而在内燃机载荷高时随着内燃机载荷的升高而变小。
55.如权利要求52所述的装置，其特征在于上述数比在进气量低时随着进气量的变大而变大，而在进气量大时随着进气量的变大而变小。
56.如权利要求48所述的装置，其特征在于上述内燃机为火花点火式内燃机，所述装置还包括一个点火正时控制装置，用以根据内燃机的内燃机空燃比控制内燃机的点火正时。
57.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置包括不同于上述内燃机的加浓装置和用于保持内燃机的内燃机空燃比为稀混空燃比的保持装置，上述加浓装置布置在内燃机排气道中NH3合成催化剂的上游，用以使内燃机的排气的排气空燃比为浓混空燃比；上述加浓装置停止其加浓运行，从而形成排气空燃比为稀混空燃比的排气，而进行其加浓运行，从而形成排气空燃比为浓混空燃比的排气。
58.如权利要求57所述的装置，其特征在于，上述加浓装置具有一个空燃比可控制的燃烧器，和一个将上述燃烧器的排气引入NH3合成催化剂上游排气道的引入道；上述加浓装置通过使上述燃烧器的空燃比为浓混空燃比并将燃烧器的排气加至内燃机的排气来进行其加浓操作。
59.如权利要求58所述的装置，其特征在于上述燃烧器为一个辅助内燃机，其曲轴不同于上述内燃机曲轴。
60.如权利要求58所述的装置，其特征在于上述燃烧器为一个喷燃器。
61.如权利要求57所述的装置，其特征在于上述加浓装置设有一个还原剂喷射器，用以往NH3合成催化剂上游排气道中加入还原剂，上述还原剂喷射器通过把上述还原剂加至内燃机排气而进行其加浓运行。
62.如权利要求61所述的装置，其特征在于上述还原剂为碳氢化合物，如汽油、异辛烷、乙烷、庚烷、气体油和煤油，或者为一种能以液态储存的碳氢化合物，如丁烷或丙烷。
63.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气净化催化剂至少包括NH3-AO催化剂；所述装置还包括用于估计吸附于NH3-AO催化剂中的NH3量的吸附NH3量估计装置；上述排气部分形成装置根据所估计的吸附的NH3量，使由此所形成的排气部分的排气空燃比从稀变浓或从浓变稀。
64.如权利要求63所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置在所估计的吸附的NH3量超过一预定的上限时，将由此形成的排气部分的排气空燃比从浓变稀。
65.如权利要求63所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置在所估计的吸附的NH3量低于一预定的下限时，将由此形成的排气部分的排气空燃比从稀变浓。
66.如权利要求63所述的装置，其特征在于上述吸附NH3量估计装置在流入NH3-AO催化剂的排气的排气空燃比为浓混空燃比时基于流入NH3-AO催化剂中的NH3量进行估计所吸附的NH3量，而在流入NH3-AO催化剂的排气的排气空燃比为稀混空燃比时基于所解吸的NH3量进行估计所吸附的NH3量。
67.如权利要求66所述的装置，其特征在于上述吸附NH3量估计装置基于流入NH3合成催化剂的NOx量和NH3合成催化剂的NH3合成效率来估计上述流入NH3-AO催化剂中的NH3量。
68.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气净化催化剂至少包括NOx-OR催化剂；所述装置还包括吸留NOx量估计装置，用于估计吸留于NOx-OR催化剂中的NOx量；上述排气部分形成装置根据所估计的吸留的NOx量，把由此所形成的排气部分的排气空燃比从稀变浓或从浓变稀。
69.如权利要求68所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置在所估计的吸留的NOx量超过一预定的上限时，将由此所形成的排气部分的排气空燃比从稀变浓。
70.如权利要求68所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置在所估计的吸留的NOx量低于一预定的下限时，将由此所形成的排气部分的排气空燃比从浓变稀。
71.如权利要求68所述的装置，其特征在于上述吸留NOx量估计装置在流入NOx-OR催化剂的排气的排气空燃比为稀混空燃比时基于流入NOx-OR催化剂的NOx量进行估计所吸留的NOx量，而在流入NOx-OR催化剂的排气的排气空燃比为浓混空燃比时基于所释放的NOx量进行估计所吸留的NOx量。
72.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置根据内燃机运行条件，将由此所形成的排气部分的排气空燃比从稀变浓或从浓变稀。
73.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置将由此形成的排气部分的排气空燃比以一变化率逐渐地从稀变浓或从浓变稀。
74.如权利要求73所述的装置，其特征在于在上述排气部分形成装置将由此所形成的排气部分的排气空燃比从稀变浓时的变化率大于在上述排气部分形成装置将由此所形成的排气部分的排气空燃比从浓变稀时的变化率。
75.如权利要求73所述的装置，其特征在于上述变化率根据内燃机运行条件设定。
76.如权利要求75所述的装置，其特征在于上述变化率随着内燃机载荷的增大而变小。
77.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气部分的排气空燃比根据内燃机运行条件设定。
78.如权利要求77所述的装置，其特征在于上述排气空燃比为稀混空燃比的排气部分的排气空燃比当内燃机载荷低时随着内燃机载荷增高而变大，而当内燃机载荷高时随着内燃机载荷增高而变小。
79.如权利要求77所述的装置，其特征在于上述排气空燃比为浓混空燃比的排气部分的排气空燃比在内燃机进气量变大时变小。
80.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述两排气部分之一的排气空燃比根据另一排气部分的排气空燃比设定。
81.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气部分形成装置形成排气空燃比为稀混空燃比的排气部分的时间，长于其形成排气空燃比为浓混空燃比的排气部分的时间。
82.如权利要求47所述的装置，其特征在于它还包括一个在上述排气部分形成装置与上述NH3合成催化剂之间布置于排气道中的空燃比传感器；上述排气部分形成装置基于此空燃比传感器的输出信号，使由此所形成的排气部分的排气空燃比等于目标空燃比。
83.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述内燃机还包括布置于其排气道中的一个消声器；上述排气净化催化剂至少包括NH3-AO催化剂；NH3-AO催化剂装在上述消声器中。
84.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气净化催化剂至少包括NOx-OR催化剂；上述NH3合成催化剂和NOx-OR催化剂设在一公共基体上。
85.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气净化催化剂包括NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂两者；NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂串联布置在内燃机排气道中。
86.如权利要求85所述的装置，其特征在于NH3-AO催化剂在排气道中布置在NOx-OR催化剂的下游。
87.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述排气净化催化剂包括NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂两者；NH3-AO催化剂和NOx-OR催化剂相互层叠布置在一公共基体上。
88.如权利要求47所述的装置，其特征在于上述NH3合成催化剂为一种三元催化剂，它含有诸如为钯、铂和铑的至少一种贵金属。
89.如权利要求47所述的装置，其特征在于，上述NOx-OR催化剂包括选自如钾、钠、锂和铯的碱金属、如钡和钙的碱土金属、如镧和钇的稀土金属、以及如铁和铜的过渡金属中的至少一种物质；以及诸如钯、铂和铑的贵金属。
90.如权利要求47所述的装置，其特征在于，它还包括一种布置在上述排气净化催化剂的下游的NH3净化催化剂，用于净化入流排气中的NH3。
91.如权利要求90所述的装置，其特征在于上述NH3净化催化剂含有选自如钯、铂及铑的贵金属和如铁和铜的过渡金属中的至少一种物质。
92.如权利要求90所述的装置，其特征在于上述NH3净化催化剂处于氧化气氛下；所述装置还包括布置在排气道中位于上述排气净化催化剂和NH3净化催化剂之间的稀混保持装置，用以将流入NH3净化催化剂的排气的排气空燃比保持为稀混空燃比。
全文摘要
内燃机(1)的排气歧管(7)与三元催化剂(8a)相连,而三元催化剂(8a)与NH
文档编号F01N13/02GK1202219SQ96198188
公开日1998年12月16日 申请日期1996年10月31日 优先权日1995年11月9日
发明者不破直秀, 田中比吕志, 衣笠幸夫, 伊藤隆晟, 铃木直人, 八重武久, 五十岚幸平 申请人:丰田自动车株式会社