专利名称：内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种排气净化装置，该排气净化装置能够从能够贫油(lean)燃烧的内燃机排放的废气中除去氮的氧化物(NOx)。
背景技术：
近年来，随着机载内燃机的使用，开发了能够以过量氧气燃烧空气-燃料混合物的贫油燃烧型内燃机(稀混合气型内燃机)。随着这一技术的发展，人们研究了从贫油燃烧型内燃机的废气排放中除去有害气体成分特别是氮的氧化物(NOx)的技术。
作为一种净化从贫油燃烧型内燃机中排放的废气的技术，有这样的一种公知的技术，依据该技术在内燃机的废气通道中提供NOx吸收材料比如吸留还原型NOx催化剂。
当流经NOx吸收材料的废气的空气-燃料比表示氧气过量(即，在贫油空气-燃料比的情况下)时该NOx吸收材料吸收在废气的中的NOx，而当流经该材料的废气的氧气浓度降低时释放它已经吸收的NOx。这种吸留还原型NOx催化剂(它是NOx吸收材料的实例)是这样的一种催化剂当所流进的废气的空气-燃料比处于贫油时该催化剂吸收在废气中的NOx，而当所流进的废气的氧气浓度降低时在释放已经吸收的NOx的同时将NOx还原成氮气(N2)。
当在贫油燃烧型内燃机的废气通道中设置吸留还原型NOx催化剂时，在废气中的NOx在废气的空气-燃料比处于贫油(稀混合气)时由吸留还原型NOx催化剂吸收废气中的NOx，而在废气的空气-燃料比处于理想配比(stoichiometric)或富油(浓混合气)时将已经由吸留还原型NOx催化剂所吸收的NOx以NO2的形式释放，NO2与在废气中的还原成分比如碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)进行反应，由此还原成氮气(N2)。
在有些情况下，内燃机的燃料包含有硫含量。如果这种燃料在内燃机中燃烧，在燃料中的硫含量被氧化，从而产生硫的氧化物(SOx)比如SO2和SO3。吸留还原型NOx催化剂以与吸收NOx相同的原理吸收在废气中的SOx，因此当在内燃机的废气通道中设置有吸留还原型NOx催化剂时，吸留还原型NOx催化剂不仅吸收NOx还吸收SOx。
通过吸留还原型NOx催化剂所吸收的SOx经过一段时间后形成了稳定的硫酸盐，因此，在从吸留还原型NOx催化剂中实施释放/还原NOx的相同的条件下，并不容易分解或释放硫酸盐，而是沉积在吸留还原型NOx催化剂中。当在吸留还原型NOx催化剂中的SOx的积累量增加时，吸留还原型NOx催化剂的NOx的吸收能力降低，因此它就不能够充分地将在废气中的NOx除去，即出现所谓的SOx中毒。
为解决这一问题，在常规提出的排气净化装置中，在吸留还原型NOx催化剂的上游侧面上的废气通道中提供吸收包含在废气中的SOx的SOx吸收材料。当所流进的废气的空气-燃料比处于贫油时，SOx吸收材料吸收在废气中的SOx，而当流经的废气的空气-燃料比处于理想配比或富油(rich)时，它释放以SO2的形式已经吸收的SOx。
在这种排气净化装置中，在吸留还原型NOx催化剂的上游侧上除去了在废气中的SOx，它能够防止吸留还原型NOx催化剂的SOx中毒。
然而，SOx吸收材料的SOx吸收能力存在局限，因此它需要进行处理以释放由SOx材料所吸收的SOx，即在SOx吸收材料的SOx吸收能力达到饱和之前的再生处理。
在日本专利No.2605580公开了SOx吸收材料的再生技术的实例。依据这个专利的官方公报，为释放由SOx吸收材料所吸收的SOx，需要所流经的废气的空气-燃料比处于理想配比或富油状态。此外，SOx吸收材料的温度越高，SOx越容易释放。
在上文所提到的官方公报中所述的排气净化装置中，为防止从SOx吸收材料中所释放出的SOx被吸留还原型NOx催化剂吸收，提供了一种与排气管分开的旁路通路和排气开关阀，该旁路通路连接SOx吸收材料和吸留还原型NOx催化剂并绕过吸留还原型NOx催化剂，该排气开关阀有选择性地在吸留还原型NOx催化剂和旁路通路之间切换废气流。当进行SOx吸收材料的再生处理时，控制排气开关阀以使来自SOx吸收材料的所有的废气都流经旁路通路。
此外，在上文所提到的官方公报中所述的排气净化装置中，当没有进行SOx吸收材料的再生过程时，换句话说，当要通过吸留还原型NOx催化剂执行NOx的吸收或释放过程时，控制排气开关阀以使所有的废气都流经吸留还原型NOx催化剂。
正如在本领域中所公知，在上文所述的排气净化装置中所使用的废气开关阀的密封特性并不是很完美的，该阀可能泄漏大约1到10％的废气。因此，在上文所提到的官方公报中所述的排气净化装置中，如果控制废气开关阀以允许废气流经吸留还原型NOx催化剂并防止废气流进旁路通路，则可以允许一些废气通过废气开关阀泄漏到旁路通路，结果在通过废气开关阀泄漏到旁路通路中的废气中的NOx释放到大气中而没有从废气中除去。
由于在催化剂技术中的新近进步，通过吸留还原型NOx催化剂的NOx的净化比率可达90％以上。因此，由于经过废气开关阀的泄漏造成的废气排放控制的恶化是不能忽略的。
此外，上文所述的常规的内燃机的排气净化装置并不能提供如下的装置，在环境温度较低时启动内燃机时(即在低温启动时)这种装置降低在废气中的碳氢化合物(HC)，因此存在将在废气中的碳氢化合物(HC)释放到大气中而没有从废气中净化的危险。因此，常规的排气净化装置还有待改进的地方。
发明内容
本发明正是解决上述各种问题。本发明的一个目的是防止在废气流开关装置关闭旁路通路时由于废气泄漏到旁路通路中造成的排气净化恶化。
本发明的另一个目的是在内燃机在较低的温度下启动时降低在废气中的碳氢化合物的浓度。
为实现上述发明目的，本发明采用如下的措施。
依据本发明的内燃机排气净化装置包括能够以过量氧气燃烧空气-燃料混合物的贫油燃烧型内燃机、NOx吸收材料、旁路通路、废气流开关装置、SOx吸收材料和NOx催化剂，该NOx吸收材料设置在内燃机的废气通道中，并且当流经的废气的空气-燃料比处于贫油时适合于吸收氮的氧化物(NOx)，而当流经的废气的氧气浓度降低时适合于释放它已经吸收的氮的氧化物(NOx)，该旁路通路从在NOx吸收材料的上游侧的废气通道部分分支并允许废气流过以绕过NOx吸收材料，该废气流开关阀有选择性地切换在NOx吸收材料和旁路通路之间的废气流，该SOx吸收材料设置在废气流开关装置的上游侧的废气通道中，并在流进的废气的空气-燃料比处于贫油时适合于吸收硫的氧化物(SOx)，而在流进的废气的氧气浓度较低时能够释放它已经吸收的硫的氧化物(SOx)，该NOx催化剂设置在旁路通路中，并在废气的空气-燃料比处于贫油时适合于除去氮的氧化物(NOx)。
通常，当净化从内燃机中排放的废气时，尤其时在净化包含在废气中的氮的氧化物(NOx)时，控制废气流开关装置以使从内燃机中排出的废气流经NOx吸收材料。在这种情况下，虽然没有废气应当流经旁路通路。然而，当废气流开关装置的密封特性并不是很完美时，允许微量的废气通过废气流开关装置泄漏到旁路通路中。
相反，在本发明的内燃机的排气净化装置中，泄漏到旁路通路中的微量的废气以很低的空间速度流经在旁路通路中的NOx催化剂(在下文中空间速度缩写为SV)，以便包含在泄漏到旁路通路中的废气中的氮的氧化物(NOx)能够被NOx催化剂有效地净化。
结果，在本发明的内燃机的排气净化装置中，在不应该有废气流经旁路通路时即使某些废气流经旁路通路，流经旁路通路的废气仍然是在净化之后才释放到大气中，因此有利的是它能够增强在废气排放控制中的可靠性。
此外，在本发明的内燃机的排气净化装置中，在废气流开关装置的上游侧的废气通道中提供了SOx吸收材料，该SOx吸收材料适合于在废气的空气-燃料比处于贫油时吸收SOx而在流经的废气的氧气浓度处于较低时释放它已经吸收的SOx，以使在废气流到NOx吸收材料之前通过SOx吸收材料吸收在废气中的SOx，由此不存在使NOx吸收材料遭受SOx中毒的危险。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，能够贫油燃烧的内燃机的实例包括缸内喷射型贫油燃烧汽油机和柴油机。在贫油燃烧汽油机的情况下，通过控制输送到燃烧室的空气-燃料混合物的空气-燃料比率来控制废气的空气-燃料比。在柴油机的情况下，通过如下的方式控制废气的空气-燃料比在吸气冲程、膨胀冲程或排气冲程中进行二次燃料喷射或通过给在NOx吸收材料的上游侧的废气通道输送还原剂。在此，废气的空气-燃料比是指输送到发动机进气通道中和在NOx吸收部件的上游侧的废气通道部分中的空气与燃料(碳氢化合物)之比。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，NOx吸收材料的实例包括吸留还原型NOx催化剂。吸留还原型NOx催化剂是这样的一种催化剂当所流进的废气的空气-燃料比处于贫油时该催化剂吸收在废气中的氮的氧化物(NOx)，而当所流过的废气的氧气浓度低时在释放氮的氧化物的同时将已经吸收的氮的氧化物(NOx)还原成氮气(N2)。
吸留还原型NOx催化剂的实例包括这样的一种催化剂，它包括氧化铝载体，这种氧化铝载体在其上带有至少一种下述金属碱金属比如钾K、钠Na、锂Li和铯Cs；碱土金属比如钡Ba和钙Ca以及稀土金属比如镧La和钇Y以及贵金属比如铂Pt。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，废气流开关装置可以通过在旁路通路的分支部分中提供单个开关阀形成或通过在更接近NOx吸收材料而不是支路部分的位置上的废气通道中提供第一打开/关闭阀和在旁路通路中提供第二打开/关闭阀来形成。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，SOx吸收材料的实例包括这样的一种材料，它包括由氧化铝组成的载体，在载体上带有至少一种下述金属过渡金属比如铜Cu、铁Fe、锰Mn和镍Ni；钠Na；钛Ti和锂Li。为了能够容易以硫酸盐离子SO42-的形式通过SOx吸收材料吸收SOx，比较可取的是在SOx吸收材料的载体上带有铂Pt、钯Pd和铑Rh中的一种。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，在旁路通路中的NOx催化剂的实例包括可选择的还原型NOx催化剂，在具有过量的氧气中的大气中存在碳氢化合物时这种还原型NOx催化剂能够还原或分解氮的氧化物(NOx)。选择的还原型NOx催化剂基本具有如下的特性在废气以较低的SV流动时即使相对于较小量的碳氢化合物(HC)它仍然能够提供较高的NOx净化比率，并且还能够以70至80％的净化率净化碳氢化合物(HC)或氮的氧化物。
因此，在控制废气流开关装置以使从内燃机中排放的废气流经NOx吸收材料的情况下，当微量的废气从废气流开关装置泄漏到旁路通路中时，微量的废气以较低的SV流经NOx催化剂，以便能够有效地净化包含在废气中的氮的氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)等。选择的还原型NOx催化剂的实例包括这样的一种催化剂，这种催化剂包括在其中带有铂(Pt)的沸石载体。
在旁路通路中的NOx催化剂可以是一种吸留还原型NOx催化剂，当所流进的废气的空气-燃料比处于贫油时该催化剂吸收氮的氧化物(NOx)，而当所流过的废气的氧气浓度降低并还存在还原剂比如碳氢化合物(HC)时在释放已经吸收的氮的氧化物(NOx)的同时还原并净化它。
吸留还原型NOx催化剂的实例包括这样的一种催化剂，它包括氧化铝载体，这种氧化铝载体在其上带有至少一种下述金属碱金属比如钾K、钠Na、锂Li和铯Cs；碱土金属比如钡Ba和钙Ca以及稀土金属比如镧La和钇Y以及贵金属比如铂Pt。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，理想的是控制废气流开关装置，以便在将空气-燃料比控制在贫油时允许废气流到NOx吸收材料并禁止废气流到旁路通路而在将空气-燃料比控制在理想配比或富油时允许废气流到旁路通路并禁止废气流到NOx吸收材料。
当控制废气的空气-燃料比为贫油时，包含在废气中的硫的氧化物(SOx)通过SOx吸收材料吸收，已经除去了SOx的废气流经NOx吸收材料，以便通过NOx吸收材料仅吸收在废气中的氮的氧化物(NOx)，因此能够可靠地防止通过NOx吸收材料吸收硫的氧化物(SOx)的所谓的SOx中毒。
在另一方面，当控制废气的空气-燃料比在理想配比或富油时，通过旁路通路排放流经SOx吸收材料的废气，不允许废气流经NOx吸收材料，因此即使硫的氧化物(SOx)从SOx吸收材料中释放，从SOx吸收材料中释放的硫的氧化物(SOx)并不流进NOx吸收材料，因此不存在NOx吸收材料受SOx中毒的危险。由于具有理想配比或富油的空气-燃料比的废气流经在旁路通路中的NOx催化剂，所以释放通过NOx催化剂所吸收的硫的氧化物(SOx)并变成SO2。
在此，很显然所说的“当废气的空气-燃料比控制为理想配比或富油”是包括这样的情况将废气的空气-燃料比控制为理想配比或富油以对SOx吸收材料进行再生处理，但它还包括这样的情况根据发动机的工作状态由于将空气-燃料混合物的空气-燃料比控制在理想配比或富油，从而使废气的空气-燃料比成为理想配比或富油。
在其中空气-燃料混合物的空气-燃料比处于理想配比或富油的发动机工作状态的实例包括高负荷工作状态、满负荷工作状态和在发动机启动后的预热工作状态。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，在旁路通路中的NOx催化剂可以具有在较低的温度下的HC吸收能力和3-元净化功能。在这种情况下，理想的是控制废气流开关装置以便在废气的温度低于预定的温度时将废气导向到旁路通路中，从而防止流经NOx吸收材料，并且在废气的温度高于预定的温度时将废气导向到NOx吸收材料中，从而防止流经旁路通路。
当废气的温度低于预定的温度时，NOx吸收材料并不激活，以便在这种温度下不能充分地净化流经NOx吸收材料的废气。在本发明的排气净化装置中，当废气温度低于预定的温度时，使废气流经旁路通路，由此通过NOx催化剂吸收在废气中的碳氢化合物(HC)。
结果，当在较低的温度启动内燃机时，有利的是在净化废气之后再将它排放到大气中。
在另一方面，当将废气的温度升高到高于预定温度的水平时，激活NOx吸收材料，并实施净化功能，以控制废气流开关装置，以使废气导向到NOx吸收材料并防止废气流经旁路通路。
这时，如果废气流开关装置的密封特性并不完美，微量的废气从废气流开关装置泄漏到旁路通路中。然而，由于从废气流开关装置泄漏到旁路通路中的废气量相对较少，微量的废气以较低的SV流经在旁路通路中的NOx催化剂。
当废气以较低的SV流经NOx催化剂时，促进了包含在废气中的氮的氧化物(NOx)与通过NOx催化剂所吸收的碳氢化合物(HC)的反应，因此能够有效地净化在废气中的氮的氧化物(NOx)，并能够改善排气净化。此外，如上文所述，吸收在NOx催化剂中的碳氢化合物(HC)作为氮的氧化物(NOx)的还原剂被消耗掉，此外，它与包含在废气中的氧气进行反应由此被净化了，因此进一步改善了排气净化。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，当内燃机是缸内喷射型内燃机时，该内燃机具有用于直接将燃料喷射在内燃机的燃烧室的燃料喷射阀，该SOx吸收材料具有3-元净化功能，在启动内燃机时控制废气流开关装置以对流经NOx吸收材料和NOx催化剂的废气流量进行节流，并且除了喷射燃烧燃料以外在每个汽缸的膨胀冲程的过程中使燃料喷射阀进行二次燃料喷射。
在启动内燃机时，当对流经NOx吸收材料和NOx催化剂的废气流进行节流时，作用在内燃机上的反向压力升高以使废气的温度上升。在这种情况下，在每个汽缸的膨胀冲程的过程中从燃料喷射阀进行二次喷射燃料，促进了在废气中的氧气与所喷射的燃料之间的反应。当促进燃料与氧气的反应时，在燃料和氧气的反应时产生的热量增加，废气温度上升。当到达较高温度的废气流进SOx吸收材料中时，废气的热量传递到SOx吸收材料，SOx吸收材料的温度急剧地上升，结果在较早的阶段中激活了SOx吸收材料的3-元净化功能。结果，可以改善内燃机在较低的温度启动时的废气排放净化。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，还可以进一步提供一种温度上升限制装置，这种温度上升限制装置控制废气流开关装置以使当NOx吸收材料的温度变得高于预定的温度时废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂，在该预定温度，控制废气流开关装置以使废气导向到NOx吸收材料并防止废气流进NOx催化剂。
NOx吸收材料具有这样的特性当它处于预定的温度范围中时，有效地吸收氮的氧化物(NOx)，以便当废气的温度变得高于所有的废气流经NOx吸收材料时的预定的温度时，NOx吸收材料的温度超过激活温度范围，结果NOx吸收材料吸收氮的氧化物(NOx)很困难。在这一点上，温度上升限制装置控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂。
在这种情况下，与所有的废气流经NOx吸收材料的情况相比，流经NOx吸收材料的废气量降低了一半，因此NOx吸收材料从废气中所接受的热量也降低了一半，因此就不存在NOx吸收材料的过量的温度上升，因此将它的温度保持在激活温度范围内。
当所有的废气量流经NOx吸收材料时，控制废气的空气-燃料比为贫油，因此优选NOx催化剂是这样的一种催化剂在废气的空气-燃料比为贫油时该催化剂能够净化在废气中的NOx。这种NOx催化剂的实例包括吸留还原型NOx催化剂。
温度上升限制装置可以是这样的一种装置在控制废气流开关装置使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂之前同时对NOx催化剂进行SOx中毒再生处理。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，当控制废气的空气-燃料比为理想配比或富油时，控制废气流开关装置以使所有的废气流经NOx催化剂，因此在这个过程中，认为从SOx吸收材料中释放出的硫的氧化物(SOx)被NOx催化剂吸收了由此造成SOx中毒。同时，在NOx催化剂已经中毒的情况下在废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂两种物质时，认为NOx催化剂的NOx净化率降低。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，控制废气流开关装置以使当内燃机进行预热运行时，将废气导向到NOx催化剂中并防止废气流进NOx吸收材料，进行切换以使在内燃机预热完成之后将废气导向到NOx吸收材料，并在内燃机的NOx废气量变得低于预定量时防止废气流进NOx催化剂。
当内燃机处于预热状态时，控制废气的空气-燃料比为理想配比或富油，以便控制废气流开关装置以使所有的废气流量流经NOx催化剂以防止从SOx吸收材料中释放出的硫的氧化物(SOx)流进NOx吸收材料。因此，直到内燃机的预热完成并且内燃机的工作状态已经切换到贫油空气-燃料比运行之前没有废气流经NOx吸收材料，甚至在完成内燃机的预热之后也希望NOx吸收材料处于非激活状态。在这种情况下，当控制废气流开关装置以使所有的废气流都流经NOx吸收材料，在废气中的氮的氧化物(NOx)不通过NOx吸收材料净化，因此存在废气排放净化质量降低的危险。
相反，在本发明的内燃机的排气净化装置中，在内燃机的预热完成之后，在从内燃机中排放的氮的氧化物(NOx)的量变得低于预定的量时，废气流开关装置从使所有的废气量流经NOx催化剂的状态切换到使所有的废气量流经NOx吸收材料的状态。
在这种情况下，在内燃机完成预热之后，废气流进处于非激活状态的NOx吸收材料，以便由于废气的热量使NOx吸收材料的温度上升。在这个过程中，废气流经处于非激活状态中的NOx吸收材料，但是由于包含在废气中的氮的氧化物(NOx)的量非常小，所以可使NOx吸收材料的温度上升同时将废气排放质量降低限制在最小。
例如当内燃机所安装的机车运行在减速状态或当内燃机的载荷小于预定值时，从内燃机中排放的氮的氧化物(NOx)的量小于预定量，在这方面，优选所谓的切断燃料状态，在这种状态下停止在内燃机中喷射燃料。
此外，在内燃机预热的同时，废气的空气-燃料比控制在理想配比或富油，控制废气流开关装置以使废气导向到NOx催化剂并防止废气流进NOx吸收材料，而同时，在内燃机的预热时，从内燃机中排放出的NOx量小于预定的量，可以控制它以使废气导向到NOx吸收材料并防止废气流进NOx催化剂中。
在这种情况下，在内燃机预热时可以激活NOx吸收材料，而同时限制废气排放质量的降低。结果，在内燃机完成预热之后当废气开始流经NOx吸收材料时可以改善废气排放的质量。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，当检测到NOx吸收材料和NOx催化剂中至少一种物质的SOx中毒时，可以控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂这两种物质，并进一步提供SOx中毒再生装置以对NOx吸收材料和NOx催化剂同时执行SOx中毒再生处理。
当对NOx吸收材料和NOx催化剂同时执行SOx中毒再生处理时，与对NOx吸收材料和NOx催化剂分别和单独地执行SOx中毒再生处理的情况相比，降低了SOx中毒再生处理的执行频率。在SOx中毒再生处理过程中，需要将NOx吸收材料和NOx催化剂的温度升高到相对较高的温度范围，以便在NOx吸收材料和NOx催化剂中燃烧燃料。因此，当降低了SOx中毒再生处理的执行频率时，降低了涉及SOx中毒再生处理的燃料消耗量。此外，当在SOx中毒再生处理中在废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂时，在NOx吸收材料和NOx催化剂中的废气的SV降低，由此提高了SOx的净化率。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，除了SOx中毒再生处理装置以外，还可以提供一种再生完成确定装置以确定NOx吸收材料和NOx催化剂的SOx中毒再生完成。在这种情况下，当通过再生完成确定装置确定对NOx吸收材料和NOx催化剂中一种物质的SOx中毒再生已经完成时，SOx中毒再生装置可以控制废气流开关装置以防止废气流到SOx中毒再生已经完成的物质中。
进行这种控制的原因是，当对已经完成SOx中毒再生处理的NOx吸收材料或NOx催化剂继续输送废气时，包含在废气中的燃料成分在NOx吸收材料或NOx催化剂中燃烧以造成NOx吸收材料或NOx催化剂的温度不必要的升高，由此造成NOx吸收材料或NOx催化剂热老化。
此外，当通过再生完成确定装置确定NOx吸收材料和NOx催化剂中的一种物质的SOx中毒再生已经完成时，SOx中毒再生装置可以中断SOx中毒再生处理并冷却已经完成SOx中毒再生处理的一种物质，在SOx中毒再生已经完成的一种物质的冷却完成之后，仅对SOx中毒再生处理还没有完成的一种物质再继续进行SOx中毒再生处理。
在这种情况下，SOx中毒再生已经完成的NOx吸收材料或NOx催化剂没有保持在较高的温度，由此使它可以进一步提高NOx吸收材料和NOx催化剂的持续时间。
接着，在本发明的内燃机的排气净化装置中，当NOx催化剂由吸留还原型NOx催化剂组成时，它可以进一步提供NOx吸收量检测装置以检测通过NOx吸收材料所吸收的氮的氧化物(NOx)的量和通过NOx催化剂所吸收的氮的氧化物(NOx)的量。
当NOx催化剂由吸留还原型NOx催化剂组成时，通过NOx催化剂以与NOx吸收材料吸收的相同的原理吸收NOx，因此在NOx催化剂的氮的氧化物(NOx)吸收能力饱和之前需要释放并净化通过NOx催化剂所吸收的氮的氧化物(NOx)。在这一点上，在本发明的排气净化装置中，提供一种NOx吸收量检测装置，这种吸收量检测装置除了能够检测通过NOx吸收材料所吸收的氮的氧化物(NOx)的量以外还能够检测通过NOx催化剂所吸收的氮的氧化物(NOx)的量。
可取的是，NOx吸收量检测装置在从废气流开关装置中泄漏的废气量的基础上估计通过NOx吸收材料和NOx催化剂中每种物质所吸收的氮的氧化物(NOx)的量。在这种情况下，可以以较高的精度估计NOx吸收材料和NOx催化剂的氮的氧化物(NOx)的吸收量，由此可以精确地设定释放和净化氮的氧化物(NOx)的执行时间。
在本发明的内燃机的排气净化装置中，当需要控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂时，可以进一步提供一种NOx净化装置，该净化装置控制废气流开关装置以使在通过NOx吸收材料和NOx催化剂所吸收的所有的氮的氧化物(NOx)都已经释放和净化之后废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂。
这种装置用于在NOx吸收材料的NOx吸收能力与NOx催化剂的NOx吸收能力相同的情况中。在这种情况下，在废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂两种物质之前将NOx吸收材料的氮的氧化物(NOx)的吸收量和NOx催化剂的氮的氧化物(NOx)的吸收量设置到零，以便在NOx吸收材料的氮的氧化物(NOx)吸收能力达到饱和的时间与NOx催化剂的氮的氧化物(NOx)吸收能力达到饱和的时间相同。结果，在对NOx催化剂的氮的氧化物(NOx)释放/净化处理的同时进行对NOx吸收材料的氮的氧化物(NOx)释放/净化处理，结果降低了氮的氧化物(NOx)释放/净化处理的执行频率，由此可以降低与NOx释放/净化处理相关的燃料消耗量。
在另一方面，当NOx吸收材料的氮的氧化物(NOx)吸收能力不同于NOx催化剂的氮的氧化物(NOx)吸收能力时，在控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂两种物质之前释放并净化通过NOx吸收材料和NOx催化剂所吸收的所有的氮的氧化物(NOx)。以及当控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂时，NOx净化装置同时释放和净化通过NOx吸收材料所吸收的氮的氧化物(NOx)和通过NOx催化剂所吸收的氮的氧化物(NOx)，在NOx吸收材料和NOx催化剂中，应用其NOx吸收能力较低的催化剂作为参考。
依据本发明的内燃机的排气净化装置设置在贫油燃烧型内燃机的废气通道中，可以包括NOx吸收材料、旁路通路、废气流开关装置、SOx吸收材料和NOx催化剂，在流进的废气的空气-燃料比为贫油时这种NOx吸收材料吸收氮的氧化物(NOx)，而在流进的废气的氧气浓度较低时这种NOx吸收材料释放它已经吸收的氮的氧化物(NOx)，该旁路通路从在NOx吸收材料的上游侧面上的废气通道部分分支并允许废气流过以绕过NOx吸收材料，该废气流开关阀有选择性地切换在NOx吸收材料和旁路通路之间的废气流，该SOx吸收材料设置在废气流开关装置的上游侧的废气通道中，并在流进的废气的空气-燃料比处于贫油时适合于吸收硫的氧化物(SOx)，而在流进的废气的氧气浓度较低时适合于释放它已经吸收的硫的氧化物(SOx)，该NOx催化剂设置在旁路通路下游侧的废气通道中，并在废气的空气-燃料比处于贫油时适合于净化氮的氧化物(NOx)。
附图1所示为本发明的内燃机的排气净化装置的第一实施例的结构的示意图；附图2所示为基本的燃料喷射时间图的实例图；附图3所示为在从内燃机中排放的废气中的未燃烧的HC、CO和氧气的浓度的示意图；附图4所示为吸留还原型NOx催化剂的NOx吸收/释放工作图；附图5所示为在第一实施例中的空气-燃料比控制的实例图；附图6所示为第一实施例的废气流开关处理执行程序的流程图；附图7所示为在本发明的内燃机的排气净化装置的第二实施例中的废气流开关处理执行程序的流程图；附图8所示为本发明的内燃机的排气净化装置的第三实施例的结构示意图；附图9所示为在第三实施例中的排气管的详细结构图；附图10所示为在第三实施例中的正常工作时的废气开关控制程序的流程图；附图11所示为在第三实施例中的催化剂温度上升控制程序的流程图；附图12所示为在第四实施例中的主要的NOx催化剂温度上升控制程序的流程图；附图13所示为在第五实施例中的SOx中毒再生控制程序的流程图；附图14(A)所示为在第六实施例中的SOx中毒再生控制程序的流程图(1)；附图14(A)所示为在第六实施例中的SOx中毒再生控制程序的流程图(2)；附图15所示为在第七实施例中的主要的NOx催化剂温度上升限制控制程序的流程图；附图16(A)所示为在第八实施例中的富油尖峰控制程序的流程图(1)；附图16(B)所示为在第八实施例中的富油尖峰控制程序的流程图(2)；附图17(A)所示为在第九实施例中的富油尖峰控制程序的流程图(1)；附图17(B)所示为在第九实施例中的富油尖峰控制程序的流程图(2)；附图18所示为在第十实施例中的NOx催化剂温度上升控制程序的流程图；以及附图19所示为依据另一个实施例的内燃机的排气净化装置的硬件结构图。
具体实施例方式
现在参考附图1至19描述依据本发明的内燃机的排气净化装置的 附图1所示为当将本发明应用到能够进行贫油燃烧的汽油机中的本发明的结构的示意图。在该附图中，参考标号1表示内燃机主体，参考标号2表示活塞，参考标号3表示燃烧室，参考标号4表示火花塞，参考标号5表示进气阀，参考标号6表示进气口，参考标号7表示排气阀，参考标号8表示排气口。
进气口6通过进气歧管9的每个支管连接到气室10，用于将燃料喷射到进气口6的燃料喷射阀11安装到进气歧管9的每个支管。气室10通过进气管12和气流计13连接到空气过滤器14，节流阀15设置在进气管12中。
在另一方面，排气口8通过排气歧管16连接到包含有SOx吸收材料17的壳体18，壳体18的出口部分通过排气管19连接到包含有吸留还原型NOx催化剂(NOx吸收材料)20的壳体21。在下文中，吸留还原型NOx催化剂20称为主NOx催化剂20。壳体21通过排气管22连接到未示出的消声器。
壳体21和排气管22的入口管部分21a通过绕过主NOx催化剂20的旁路通路26连接。旁路通路26由连接到壳体21的入口管部分21a的旁通管26A、连接到排气管22的旁通管26B和放置在旁通管26A和26B之间的壳体23形成，选择的还原型NOx催化剂24容纳在壳体23中。在下文中，这种选择的还原型NOx催化剂24称为副NOx催化剂24。在本实施例中，副NOx催化剂24由沸石所携带的铂(Pt)组成，当流进的废气的空气-燃料比为理想配比时这种催化剂实施充分的3-元净化功能。
设置在壳体21的旁通管26A的分支部分的入口管部分21a中的是废气开关阀(废气流开关装置)28，该废气开关阀的阀体通过致动器27工作。这种废气开关阀28通过致动器27操作以选择在旁路关闭位置和旁路打开位置之间进行选择，如附图1的实线所示在旁路关闭位置上旁通管26A的入口部分被关闭，而在该位置中壳体21的入口管部分21a完全打开，如附图1是虚线所示在旁路打开位置中壳体21的入口管21a被关闭，而在该位置中旁路管26A的入口部分完全打开。
控制引擎的电子控制单元(ECU)30包括数字计算机，并具有ROM(只读存储器)32、RAM(随机存储器)33、CPU(中央处理单元)、输入端35和输出端36，它们通过双向总线31彼此连接。气流计13产生与吸气量成比例的输出电压并将该电压通过相应的A/D转换器38输入到输入端35。此外，安装在节流阀15上的是怠速开关40，该怠速开关40用于检测节流阀15所处于的怠速打开程度，并将这个怠速开关40的输出信号输入到输入端35中。
在另一方面，在SOx吸收材料17的下游侧的排气管19中，安装有温度传感器29以产生与流经SOx吸收材料17的废气的温度成比例的输出电压，将温度传感器29的输出电压通过A/D转换器38输入到输入端35中。此外，连接到输入端35的是用于产生表示引擎PRM的输出脉冲的PRM传感器41。通过相应的驱动电路39将输出端36连接到火花塞4、燃料喷射阀11和致动器27。
在这种内燃机1中，例如基于下述的等式计算燃料喷射时间TAUTAU＝TP·K。
这里，TP表示基本燃料喷射时间，而K表示修正系数。基本燃料喷射时间TP表示使输送到内燃机1的汽缸中的空气-燃料混合物的空气-燃料比为理想配比所需的燃料喷射时间。事先通过实验得到这种基本燃料喷射时间TP，并事先以如附图2所示以发动机负荷Q/N(吸气量Q/发动机-PRM N)和发动机PRM N的函数的形式存储在ROM32中。
修正系数K是用于控制输送到内燃机1的汽缸的空气-燃料混合物的空气-燃料比的系数。当K＝1.0时，输送到汽缸的混合物的空气-燃料比为理想配比。在另一方面，当K＜1.0时，输送到汽缸的混合物的空气-燃料比高于理想配比，即贫油，而当K＞1.0时，输送到汽缸的混合物的空气-燃料比小于理想配比，即富油。
在本实施例中，当发动机工作状态处于中低负荷工作范围时，修正系数值小于1.0，内燃机1工作在贫油空气-燃料比状态下。当发动机工作状态是高负荷工作范围时，当发动机工作状态处于在启动之后的预热工作范围中时，当发动机的工作状态处于加速工作范围以及当内燃机处于这样的发动机工作状态即发动机所安装的机车以预定的速度(例如高于120公里/小时)进行正常运行(正常工作状态)，修正系数的值K是1.0，内燃机工作在理想配比的空气-燃料比下。当发动机的工作状态是满负荷工作范围时，修正系数值K大于1.0，内燃机1工作在富油空气-燃料比下。
在下文中，控制燃料喷射量以使内燃机1处于贫油空气-燃料比下工作的控制操作称为贫油空气-燃料比控制；控制燃料喷射量以使内燃机1处于理想配比空气-燃料比下工作的控制操作称为理想配比控制；控制燃料喷射量以使内燃机1处于富油空气-燃料比下工作的控制操作称为富油空气-燃料比控制。
通常，在类似于内燃机1的汽油机中，以最高的频率执行中低负荷运行，以便在运行周期的主要部分中修正系数值K小于1.0，以贫油空气-燃料比的空气-燃料混合物燃烧。
附图3所示为从燃烧室3中排放的废气的主要成分的浓度示意图。从该附图中可以看出，输送到燃烧室3的空气-燃料混合物的空气-燃料比越低(即，更富油的空气-燃料混合物)，在从燃烧室3中排放的废气中的未燃烧的HC和CO的浓度越高，输送到燃烧室3的空气-燃料混合物的空气-燃料比越高(即，更贫油的空气-燃料混合物)，在从燃烧室3中排放的废气中的未燃烧的氧气O2的浓度越高。
容纳在壳体21中的主NOx催化剂20包括例如作为载体的氧化铝，在这种载体上带有下述金属中的至少一种碱金属比如钾K、钠Na、锂Li和铯Cs；碱土金属比如钡Ba和钙Ca以及稀土金属比如镧La和钇Y以及贵金属比如铂Pt。输送到内燃机的吸气通道和主NOx催化剂20的上游侧的排气通道中的空气燃料(碳氢化合物)比称为流进主NOx催化剂20的废气的空气-燃料比(下文缩写为废气的空气-燃料比)。而后，当废气的空气-燃料比为贫油时主NOx催化剂20吸收NOx，而当流进的废气的氧气的浓度较低时它释放它已经吸收的NOx。
当燃料(碳氢化合物)或空气没有输送到在主NOx催化剂20上游侧的废气通道时，废气的空气-燃料比与输送到燃烧室3的空气-燃料混合物的空气-燃料比一致。因此，在这种情况下，当输送到燃烧室3的空气-燃料混合物的空气-燃料比为贫油时主NOx催化剂20吸收NOx，而当输送到燃烧室3空气-燃料混合物的氧气的浓度降低时它释放它已经吸收的NOx。
当上文所述的主NOx催化剂20设置在内燃机1的废气通道中时，这种主NOx催化剂20实际吸收并释放NOx。附图示出了这种吸收和释放的机理。在下文中，参考这样的实例描述这种机理，在该实例中例如在该载体上携带有铂Pt和钡Ba。如果使用某种其它的贵金属和某种其它的碱金属、碱土金属或稀土金属，这种机理都相同。
首先，当流进的废气变得越来越贫油(即当空气-燃料比变得更高时)，在流进的废气中的氧气浓度实质增加，如附图4(A)所示，氧气O2以O2-或O22-的形式附着到铂Pt的表面。另一方面，在流进的废气中的NO与铂Pt的表面的O2-或O22进行反应成为NO2()。
接着，所产生的NO2的一部分被主NOx催化剂20所吸收，而同时在铂Pt上被氧化，如附图4(A)所示，并以氮离子NO3-的形式扩散进主NOx催化剂20中，而同时与氧化钡BaO组合。这样，NOx被主NOx催化剂20吸收。
只要所流进的废气的氧气浓度较高，在铂Pt的表面上就生成NO2，并且只要主NOx催化剂20的NOx的吸收能力不饱和，主NOx催化剂20就吸收NO2以产生氮离子NO3-。
在另一方面，当流进的废气的氧气浓度降低时，所产生的NO2的量降低，反应反向进行()，在主NOx催化剂20中的氮离子NO3-以NO2或NO的形式从主NOx催化剂20中释放。即，当流进的废气的氧气的浓度降低时，NOx从主NOx催化剂20中释放。如附图3所示，当流进的废气的贫油程度较低(即，当空气-燃料比较低时)，流进的废气的氧气浓度降低，因此当流进的废气的贫油程度较低时，NOx从主NOx催化剂20中释放。
另一方面，此时，当内燃机1的燃料喷射量受理想配比控制并废气的空气-燃料比变成理想配比或富油时，如附图3所示大量的未燃烧的HC和CO从内燃机1中排放，这些未燃烧的HC和CO与在铂Pt上O2-或O22的进行反应而被氧化。
此外，当废气的空气-燃料比成为理想配比或富油时，流进的废气的氧气浓度显著地降低，因此NO2或NO从主NOx催化剂20中释放，这种NO2或NO与未燃烧的HC和CO进行反应由此还原为N2，如附图4(B)所示。
即，在流进的废气中的HC和CO立即与在铂Pt上的O2-或O22进行反应而被氧化，甚至当在铂Pt上的O2-或O22被消耗了时，如果仍然有一些HC和CO存在，通过HC和CO仍然能够还原NOx催化剂中释放出的NOx和从内燃机1中排放出的NOx。
这样，当在铂Pt表面上不再有NO2或NO时，NO2或NO就连续地从主NOx催化剂20中释放出，进一步还原为N2。因此，当废气的空气-燃料比为理想配比或富油时，NOx在较短的时间内从主NOx催化剂20中释放出来。
这样，当废气的空气-燃料比变成贫油时，通过主NOx催化剂20吸收NOx，而当废气的空气-燃料比变成理想配比或富油时，在较短的时间内NOx从主NOx催化剂20中释放出来还原成为N2。因此，可以防止NOx被排放到大气中。
如上文所述，在本实施例中，当发动机工作状态处于满负荷工作范围内时，输送到燃烧室3的空气-燃料混合物的空气-燃料比变成富油；当发动机工作状态处于高负荷工作范围在启动之后的预热运行范围、加速运行范围和以高于预定的速度的速度的正常运行范围时，输送到燃烧室3的空气-燃料混合物的空气-燃料比成为理想配比；以及当发动机工作状态处于中低负荷工作范围时，空气-燃料混合物的空气-燃料比成为贫油，因此，在中低负荷工作范围中，主NOx催化剂20吸收在废气中的NOx，以及在满负荷工作范围和高负荷工作范围中，释放并还原通过主NOx催化剂20已经吸收的NOx。
当满负荷运行或高负荷运行的频率较低而中低负荷运行的频率较高时，它的运行时间越长，主NOx催化剂20所吸收的NOx的量高于从主NOx催化剂20中所释放并还原的NOx量，因此存在主NOx催化剂20的NOx吸收能力饱和的危险。
考虑到这一点，在本实施例中，当贫油空气-燃料比的空气-燃料混合物在内燃机1中燃烧时，即当发动机的运行状态处于中低负荷运行范围时，执行富油尖峰控制(spike control)，在这种富油尖峰控制中控制空气-燃料混合物的空气-燃料比以使在相对较短的周期中以类尖峰的方式(较短的时间)燃烧理想配比或富油空气-燃料比的空气-燃料混合物，从而在较短的循环周期的基础上释放并还原NOx。
这时，可取的是监测主NOx催化剂20的NOx吸收量，并在NOx吸收量已经达到预定量(主NOx催化剂20所吸收的NOx量的极限值)时执行富油尖峰控制。在下文的描述中，这样的内燃机1的控制操作称为贫油/富油尖峰控制，在该操作控制中废气的空气-燃料比(在本实施例中的空气-燃料混合物的空气-燃料比)以相对较短的时间在“贫油空气-燃料比”和“尖峰状理想配比空气-燃料比或富油空气-燃料比”之间交替以通过主NOx催化剂20吸收和释放NOx。在本申请中，贫油/富油尖峰控制包括在贫油空气-燃料比控制中。
在另一方面，在燃料中包含有硫(S)，因此，当在燃料中的硫燃烧时，产生硫的氧化物(SOx)比如SO2和SO3，主NOx催化剂20吸收在废气中这些SOx。可以认为主NOx催化剂20的SOx吸收机理与NOx吸收机理相同。即，与在描述NOx吸收机理的情况一样，描述以带有铂Pt和钡Ba的载体作为实例描述这种情况，如上文所述，当废气的空气-燃料比为贫油时，氧气O2以O2-或O2-的形式附着到铂Pt的表面上，在铂Pt的表面上将流进的废气中的SOx(例如SO2)氧化成SO3。
因此，通过主NOx催化剂20吸收所产生的SO3以与氧化钡BaO结合，同时在铂Pt的表面上进一步被氧化，并以SO42-的形式扩散进主NOx催化剂20以产生硫酸钡BaSO4。这种硫酸钡BaSO4是稳定的且难以分解，因此即使流进的废气的空气-燃料比为富油时也不能分解，并仍然保留在主NOx催化剂20中。因此，当经过一段时间后，在主NOx催化剂20中所产生的硫酸钡BaSO4的量增加，对主NOx催化剂20的吸收有贡献的BaO的量将降低，结果NOx吸收能力下降。这就是所谓的SOx中毒。
考虑到这一点，在本实施例中，为了使没有SOx流入主NOx催化剂20中，在主NOx催化剂20的上游侧提供一种SOx吸收材料17，在流进的废气的空气-燃料比为贫油时该SOx吸收材料17吸收SOx，而当流进的废气的空气-燃料比成为理想配比或富油从而造成氧气的浓度降低时该SOx吸收材料17释放它已经吸收的SOx。当流进SOx吸收材料17的废气的空气-燃料比为贫油时这种吸收材料17吸收SOx和NOx，而当流进的废气的空气-燃料比成为理想配比或富油而造成氧气浓度降低时，它不仅释放SOx而且还释放NOx。
如上文所描述，当主NOx催化剂20吸收SOx时在主NOx催化剂20中产生稳定的硫酸盐BaSO4。结果，即使流进主NOx催化剂20中的废气的空气-燃料比成为理想配比或富油时，SOx停止从主NOx催化剂20中释放。因此，为使在流进SOx吸收材料17的废气的空气-燃料比成为理想配比或富油时使SOx从吸收材料17中释放，需要SOx以硫酸盐离子的SO42-形式存在于SOx吸收材料17中，或者，即使产生了BaSO4，BaSO4必需以非稳定的状态存在于SOx吸收材料17中。由于SOx吸收材料17具有这种可能，因此可以应用包括氧化铝载体的材料，这种载体在其上带有至少一种下述金属过渡金属比如铜Cu、铁Fe、锰Mn和镍Ni；钠Na；钛Ti；以及锂Li。
在这种SOx吸收材料17中，当流进SOx吸收材料17中的废气的空气-燃料比为贫油时，在废气中的SO2以硫酸盐离子SO42-的形式被吸收在SOx吸收材料17中，而同时在SOx吸收材料17的表面上被氧化，然后扩散进SOx吸收材料17中。在这种情况下，当在SOx吸收材料17的载体上带有铂Pt、钯Pd或铑Rh中的一种金属时，SO2容易以SO32-的形式附着到铂Pt、钯Pd或铑Rh上，由此SO2容易以硫酸盐离子SO42-的形式被吸收在SOx吸收材料17中。因此，为促进SO2的吸收，可取的是在SOx吸收材料17的载体上带有铂Pt、钯Pd或铑Rh中的一种金属。
当SOx吸收材料17设置在主NOx催化剂20的上游侧时，在流进SOx吸收材料17的废气的空气-燃料比成为贫油时在废气中的SOx被SOx吸收材料17所吸收，因此没有SOx流进在上游侧的主NOx催化剂20中，而只有在废气中的NOx由主NOx催化剂20吸收。
在另一方面，如上文所描述，SOx吸收材料17所吸收SOx以硫酸盐离子SO42-的形式扩散到SOx吸收材料17中或以不稳定的状态作为硫酸盐BaSO4存在。因此，当流进SOx吸收材料17中的废气的空气-燃料比成为理想配比或富油而造成氧气浓度降低时，由SOx吸收材料17所吸收的SOx容易从SOx吸收材料17中释放出来。此外，如上文所构造的SOx吸收材料17具有所谓3-元净化功能，当废气的空气-燃料比接近理想配比空气-燃料比时它能够净化在废气中的HC、CO和NOx。
此外，本发明人的研究显示SOx吸收材料17的吸收/释放动作的如下事实。当在SOx吸收材料17中吸收的SOx量较小时，SOx吸收材料17的SOx吸收能力较强，因此通过使理想配比或富油空气-燃料比的废气流进SOx吸收材料17较短的时间周期(例如小于5秒)，没有SOx从SOx吸收材料17中释放。在这方面，本申请人已确信当在SOx吸收材料17中吸收的SOx量较小时，没有SOx从SOx吸收材料中释放，同时以理想配比或富油空气-燃料比的持续时间执行贫油/富油尖峰控制以从主NOx催化剂20中释放NOx。然而，即使在SOx吸收材料17中所吸收的SOx量较小，在使理想配比或富油空气-燃料比的废气流经SOx吸收材料17较长的时间的情况下SOx从SOx吸收材料中释放出来。
然而，当在SOx吸收材料17中所吸收的SOx量增加时，SOx吸收材料17的SOx吸收能力减弱，因此也在使理想配比或富油空气-燃料比的废气流经SOx吸收材料17较短的时间时SOx从SOx吸收材料17中泄漏出来，由此在下游侧上的NOx催化剂20存在SOx中毒的危险。
考虑到这一点，在本实施例中，在SOx吸收材料17中所吸收的SOx量可以从内燃机1的运行历史中估计，确定所估计的SOx吸收量达到预定量的时间作为SOx吸收材料17的再生时间，执行再生处理以使SOx从SOx吸收材料17中释放。
在对SOx吸收材料17执行再生处理的过程中，ECU 30从当时的发动机PRM和发动机负荷Q/N中确定运行状态，应用通过温度传感器29所检测的废气温度作为SOx吸收材料17的温度，在发动机运行状态和SOx吸收材料17的温度的基础上，选择空气-燃料比状态和处理时间以有效地释放SOx，而同时将燃料效率恶化抑制到最小。ECU30使所选择的空气-燃料比状态的废气在所选择的处理时间内流经SOx吸收材料17，由此实施SOx吸收材料17的再生处理。
在另一方面，公知的是从SOx吸收材料17中释放SOx，需要SOx吸收材料17处于高于预定的温度(例如550℃)的较高温度。在对SOx吸收材料17执行再生处理的过程中，ECU 30通过适当的装置控制废气的温度，并将SOx吸收材料17的温度控制在高于预定的稳定的温度(下文中称为SOx释放温度)。
当SOx吸收材料17再生处理时，从SOx吸收材料17中流出的废气(下文中称为再生废气)包含有从SOx吸收材料17中释放的大量的SOx，因此当这种所产生的废气流进主NOx催化剂20中时，在所产生的废气中的SOx由主NOx催化剂20吸收，主NOx催化剂20受到SOx中毒，这就使提供SOx吸收材料17失去意义。考虑到这一点，在本实施例中，为防止在SOx吸收材料17的再生的过程中从SOx吸收材料17中释放的SOx由NOx催化剂20吸收，在SOx吸收材料17的再生时从SOx吸收材料17中流出的所再生废气导向到旁通管26中。
接着，描述在对SOx吸收材料17进行再生处理时和它没有进行再生处理时的废气流。
首先，描述没有对SOx吸收材料17进行再生处理的情况。在这种情况下，通过主NOx催化剂20吸收和释放来还原和净化在废气中的NOx，以便执行贫油/富油尖峰控制，排气开关装置28保持在如在附图1中实线所示的旁路关闭位置。因此，在这时，从SOx吸收材料17中流出的废气流进主NOx催化剂20。此外，在废气中SOx由SOx吸收材料17吸收，而主NOx催化剂20仅吸收和释放在废气中的NOx以进行还原和净化。
在SOx吸收材料17没有进行再生处理时，排气开关装置28保持在旁路关闭位置，因此应该没有废气流到旁通管26。然而，由于排气开关装置28的密封特性并不完美，一些废气可能从排气开关装置28泄漏到旁通管26中。然而，在本实施例的排气净化装置中，如果废气泄漏到旁通管26中，泄漏的废气以较低的空间速度(低SV)流经在旁通管26中的副NOx催化剂24，因此通过副NOx催化剂24净化在废气中的HC和NOx。这是由于副NOx催化剂24由所选择的还原型NOx催化剂组成的事实，而所选择的还原型NOx催化剂在较低的SV时对小量的HC具有较高的NOx净化率，并以70至80％的净化率净化HC和NOx。此外，在这时，副NOx催化剂24吸收在流经它的废气中的SOx作为硫酸。
这样，当SOx吸收材料没有进行再生处理时如果一些废气泄漏到旁通管26中，泄漏的废气也通过副NOx催化剂24进行净化，因此没有未经净化的废气从机车排放到大气中，因此改善了废气排放净化的可靠性。
接着描述从SOx吸收材料17释放SOx的情况，即在其中SOx吸收材料17进行再生处理的情况。这时，内燃机1的空气-燃料比控制从贫油/富油尖峰控制切换到理想配比或富油空气-燃料比控制。同时，排气开关装置28从旁路关闭位置切换到由附图1的虚线所示的旁路打开位置，并保持在这个位置。当理想配比或富油空气-燃料比的废气流进SOx吸收材料17时，SOx从SOx吸收材料17中释放出来。然而，这时从SOx吸收材料17中流出的再生废气并不流进主NOx催化剂20而是流进旁通管26中。因此，可以防止主NOx催化剂20由于再生废气中的SOx造成的SOx中毒。
此外，流经旁通管26中的理想配比或富油空气-燃料比的废气流经副NOx催化剂24，因此在这个过程中，由副NOx催化剂24以硫酸的形式已经吸收的SOx也从副NOx催化剂24中释放出来。这是因为只要流进的废气的空气-燃料比为理想配比或富油即使流进的废气的硫浓度较高时组成副NOx催化剂24的选择的还原型NOx催化剂就释放SOx。
此外，从SOx吸收材料17和副NOx催化剂24中释放的SOx被在废气中的未燃烧的HC和CO还原并作为SO2释放。
在SOx吸收材料17的再生过程中，未燃烧的HC和NOx都从内燃机1中排放出来。然而，由于SOx吸收材料17和副NOx催化剂24具有3-元净化功能，SOx吸收材料17和副NOx催化剂24都净化未燃烧的HC和CO和NOx。因此，也是在SOx吸收材料17的再生的过程中，不存在将未燃烧的HC和CO和NOx释放到大气中的危险。
接着，当SOx吸收材料17的再生处理过程停止时，将内燃机的空气-燃料比控制从理想配比或富油空气-燃料比控制切换到贫油/富油尖峰控制。同时，如附图1的实线所示，排气开关装置28从旁路打开位置切换到旁路关闭位置。当废气的空气-燃料比变成对应于贫油/富油尖峰控制的空气-燃料比时，停止从SOx吸收材料17中释放SOx。
附图5所示为在本实施例中的空气-燃料比控制的实例。在本实施例中的贫油/富油尖峰控制中，当例如机车以60公里/小时的正常速度运行时，40秒的贫油空气-燃料比运行和大约2秒的理想配比运行交替地重复。在另一方面，在SOx吸收材料17的再生处理时，将空气-燃料比控制为理想配比，并且其持续时间远远长于贫油/富油尖峰控制的富油尖峰持续时间，例如大约1小时。
接着，参考附图6，描述在本实施例中的废气流开关处理执行程序。将包括组成该程序的步骤的流程图存储在ECU30的ROM32中，并且通过ECU30的CPU34执行在流程图的每步中的处理。
(步骤101)首先，在步骤101中，ECU30确定SOx吸收材料17是否要进行再生处理。在附图6的流程图中，SOx吸收材料17称为“S收集器”。
当确定在步骤101中为肯定时，即当确定要对SOx吸收材料17进行再生处理时，ECU30将过程进行到步骤102中，在步骤102中它执行废气温度控制以使SOx吸收材料17的温度高于SOx释放温度，并选择理想配比或富油条件和能够最有效地释放SOx的再生处理时间。在本实施例中，在通过温度传感器29所检测的SOx吸收材料17的出口处的废气温度的基础上执行废气的温度控制。
接着，ECU30将过程从步骤102推进到步骤103，在步骤103中，根据理想配比或富油条件和在步骤102中所选择的再生处理时间执行对SOx吸收材料17的再生处理。此外，排气开关装置28保持在如附图1中虚线所示的旁路打开位置以将废气引入到旁通管26中，并防止它流进到NOx催化剂20中。通过使理想配比或富油空气-燃料比的废气流经SOx吸收材料17，SOx从SOx吸收材料17中释放，所再生的废气流经旁通管26，而副NOx催化剂24释放到大气中。因此没有再生的废气流进主NOx催化剂20中，因此能够防止了主NOx催化剂20的SOx中毒。如上文所述，还是在SOx吸收材料17的再生处理的过程中，通过SOx吸收材料17的副NOx催化剂24的3-元净化功能净化废气。
在SOx吸收材料17的再生处理执行预定的时间之后，ECU30将过程推进到步骤104，完成SOx吸收材料17的再生处理，内燃机1的空气-燃料比控制从理想配比或富油空气-燃料比控制切换到贫油/富油尖峰控制。
接着，ECU30将过程进行到步骤105，在步骤105中排气开关装置28切换到如附图1中的实线所示的旁路关闭位置以将废气引入到主NOx催化剂20，并防止它流进旁通管26中。结果，流经SOx吸收材料17和主NOx催化剂20的废气被释放到大气中。此时，通过SOx吸收材料17吸收在废气中SOx，通过主NOx催化剂20仅吸收和释放在废气中的NOx以还原和净化。此外，当它流经副催化剂24时净化了从排气开关装置28泄漏到旁通管26中的少量的废气。
此外，在步骤101中确定为否定的情况下，ECU30将过程进行到步骤105，在步骤105中，使废气流经主NOx催化剂20。在步骤105之后，过程进行到“返回”。
因此，在本实施例中，在SOx吸收材料17的再生处理时，流出SOx吸收材料17的废气流到旁通管26中，并停止流进主NOx催化剂20中，因此能够可靠地防止主NOx催化剂20受到SOx中毒。结果，可以恒定地将主NOx催化剂20的NOx净化率保持在较高的水平。此外，当SOx吸收材料没有进行再生处理时，即，如果当废气流经主NOx催化剂20时，一些废气从排气开关装置28泄漏到旁通管26中，通过副催化剂24净化泄漏的废气，因此它不会污染大气。结果，改善了废气排放净化的可靠性。
当在上文所述的实施例中在SOx吸收材料17的再生处理时控制排气开关装置28以使废气流经旁通管26，尽管SOx吸收材料17的再生处理如果存在SOx从SOx吸收材料17中释放的危险，可以切换排气开关装置28以使废气流经旁通管26。
即如上文所述，在本内燃机1中，在高负荷运行、在启动之后的预热运行、加速运行和以高于120千米/小时的速度正常运行中，控制空气-燃料比为理想配比，而在满负荷运行时，控制空气-燃料比为富油。因此，在这些运行条件下，废气的空气-燃料比为理想配比或富油，理想配比或富油空气-燃料比的废气流进SOx吸收材料17。
如果理想配比或富油空气-燃料比的废气流进SOx吸收材料17中，只要该气流持续极短的持续时间就没有问题。然而，如果废气流持续到一定的程度，则当废气温度变得高于SOx释放温度时则存在SOx从SOx吸收材料17中释放出来的危险。当这种废气流进在下游侧的主NOx催化剂20中时，主NOx催化剂20存在SOx中毒的危险。
因此，当由于基于内燃机1的运行状态(比如高负荷运行、在启动之后的预热运行、加速运行、以高于120千米/小时的速度正常运行中以及满负荷运行)的需要废气的空气-燃料比变成理想配比或富油时，通过切换排气开关装置28以将废气引入到旁通管26中可以进一步可靠地防止主NOx催化剂20的SOx中毒。
接着，描述本发明的内燃机的排气净化装置的第二实施例。第一和第二实施例的差别如下在第二实施例中，由于在旁通管26中提供了副NOx催化剂24，使用在较低的温度下具有3-元净化功能和HC吸收能力的选择的吸留还原型NOx催化剂。副NOx催化剂24的HC的吸收能力例如可以通过增加在副NOx催化剂24的载体中的沸石的量来增强。提供具有这种特性的副NOx催化剂24的原因如下。
在上文所述的第一实施例中，如果存在SOx从SOx吸收材料17释放出来的危险在将废气引入到旁通管26中时，即使在低温启动等类似状态中在空气-燃料比变成理想配比或富裕s时SOx吸收材料17并不能达到SOx释放温度，因此可以确定不存在SOx从SOx吸收材料17中释放出来的危险，控制排气开关阀28以将废气引入到主NOx催化剂20中。
如果在这种温度条件下使废气流经SOx吸收材料17，在废气中的HC并没有被净化，它仅流到下游侧。此外，由于主NOx催化剂20还没有达到激活温度，通过使它流经主NOx催化剂20并不能净化废气，允许HC一同流过。
因此，在第二实施例中，当SOx吸收材料17还没有达到可以净化HC的激活温度时，排气开关阀28保持在旁路打开位置以将废气引入到旁通管26中，通过应用在旁通管26中所提供的副NOx催化剂24的HC吸收能力，通过副NOx催化剂24吸收在废气中的HC。本发明人已经证实通过副NOx催化剂24所吸收的HC可以改变为与NOx具有高度活性的HC。
此外，当SOx吸收材料17已经达到可以净化HC的温度时，切换排气开关阀28到旁路关闭位置以将废气引入到主NOx催化剂20。即使在排气开关阀28保持在旁路关闭位置时，它也能够发生少量的废气从排气开关阀28泄漏到旁通管26中。然而，泄漏的废气以很低的空间速度(较低的SV)流经副NOx催化剂24，在废气中的HC和NOx都通过副NOx催化剂24净化。同时，通过副NOx催化剂24吸收的并与NOx具有较高反应活性的HC与在废气中的NOx进行反应，并与在废气中的氧气进行反应，由此可以将它从副NOx催化剂中分离开并净化。
接着，参考附图7，描述废气流开关处理执行程序。将包括组成该程序的步骤的流程图存储在ECU30的ROM32中，并且通过ECU30的CPU34执行在流程图的每步中的处理。
(步骤201)首先，在步骤201中，ECU30确定SOx吸收材料17的温度是否低于HC可以被净化的温度(催化剂激活温度)。在本实施例中，通过温度传感器29检测的在SOx吸收材料17的出口上的废气温度用作SOx吸收材料17的温度。在附图7的流程图中，SOx吸收材料17称为“S收集器”。
(步骤202)当在步骤202中确定为肯定，即当确定SOx吸收材料17的温度小于HC可以净化的温度时，ECU30将过程进行到步骤202中，在步骤202中，它将排气开关阀28保持在旁路打开位置以将废气引入到旁通管26中，由此废气流经副NOx催化剂24，通过副NOx催化剂24吸收在废气中的HC。
(步骤203)在另一方面，当在步骤201中确定为否定，即在确定SOx吸收材料17的温度已经达到HC可以被净化的温度时，ECU30将过程进行到步骤203。
(步骤203至207)步骤103至207与在附图6中的第一实施例的流程图的步骤101至105完全相同，因此在此省略对它们的描述。
这样，在第二实施例中，即使在内燃机在较低的温度下启动时也会将经过净化后的废气释放到大气中，因此改善了在废气排放净化的可靠性。
接着，参考附图8至11描述本发明的内燃机的排气净化装置的第三实施例。
附图8所示为第三实施例的排气净化装置的结构的示意图。在本实施例中，本发明应用在能够进行贫油燃烧的缸内喷射型车用贫油燃烧型汽油机中。
在附图中，参考标号1表示同轴式四缸内燃机主体，参考标号2表示活塞，参考标号3表示燃烧室，参考标号4表示火花塞，参考标号5表示进气阀，参考标号6表示进气口，参考标号7表示排气阀，参考标号8表示排气口，以及参考标号11表示燃料喷射阀。在本内燃机1中，燃料从燃料喷射阀7直接喷射到燃烧室3中。
进气口6通过进气歧管9的每个支管连接到气室10，气室10连接到进气管12。进气管12连接到适合于输出与进气质量成比例的电压的气流计13，而气流计13连接到空气过滤器14。
大致设置在进气管12的中点的是用于调整在进气管12中的进气流量的节流阀15。安装在这个节流阀15上的是包括直流马达等类似的马达的节流马达15a和节流位置传感器15b，该节流马达15a用于根据所施加的电压打开和关闭节流阀15，该节流位置传感器15b用于输出对应于节流阀15的打开程度的电信号。
气流计13和节流位置传感器15b分别通过相应的A/D转换器38电连接到ECU30的输入端35，该传感器的输出信号输入到ECU30中。
在另一方面，关于排气口8，如附图9所示，第一汽缸1A和第四汽缸1D的排气口8通过第一排气歧管16A连接到第一启动转换器的壳体50A，第二汽缸1B和第三汽缸1C的排气口8通过第二排气歧管16B连接到第二启动转换器的壳体50B。壳体50A和50B每个都包含有具有SOx吸收能力的3-元催化剂51。即这种3-元催化剂51包含在其上携带有SOx吸收剂(例如钡Ba、钾K或镧La)的普通3-元催化剂。
壳体50A和50B通过排气管52A和52B连接到排气管53，从汽缸中排除的废气送入到排气管53。排气管53通过排气管54连接到包含有吸留还原型NOx催化剂55的壳体56，壳体56通过排气管57连接到排气管58，排气管58连接到未示出的消声器。在下文中，这种吸留还原型NOx催化剂55称为主NOx催化剂55。
此外，排气管53和排气管58还通过旁路通路59连接绕过主NOx催化剂55。旁路通路59由连接到排气管53的旁通管59A、连接到排气管58的旁通管59B和设置在旁路通路59A和59B之间的壳体60形成，该壳体60包含有吸留还原型NOx催化剂61。在下文中，这种吸留还原型NOx催化剂61称为副NOx催化剂61。第三实施例中的主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的构造与第一实施例中的主NOx催化剂20完全相同，在此省略对其的描述。
在位于主NOx催化剂55的上游侧中的排气管54是第一排气开关阀63以打开和关闭排气管54的流动通道。安装在第一排气开关阀63上的第一致动器62以根据所施加的电流的幅值打开和关闭第一排气开关阀63。
在位于副NOx催化剂61的上游侧中的旁通管59A中的是第二排气开关阀65，用来打开和关闭旁通管59A的排气通道。安装在第一排气开关阀65上的是第二致动器64，用来根据所施加的电流的幅值打开和关闭第二排气开关阀65。
安装在排气管53上的是产生与通过3-元催化剂51的废气的温度成比例的输出电压的温度传感器66和产生与在废气中的氧气浓度成比例的输出电压的氧气浓度传感器67。安装在排气管57上的是氧气浓度传感器68以产生流经主NOx催化剂55的废气的氧气浓度成比例的输出电压。
接着，温度传感器66和氧气浓度传感器67和68的输出电压都通过相应的A/D转换器38输入到ECU30的输入端35。此外，从PRM传感器41到ECU30的输入端35的输入是表示发动机PRM的输出脉冲。
ECU30的输出口36通过相应的驱动电路39电连接到火花塞4、燃料喷射阀11、节流马达15a和第一和第二排气开关阀63和65的第一致动器62和第二致动器64。
在第三实施例中，ECU30在发动机启动时进行贫油空气-燃料比控制，在发动机运行状态处于中低负荷运行范围时执行贫油空气-燃料比控制，以及在发动机运行状态处于预热运行范围和发动机运行状态处于加速运行范围时执行理想配比控制。关于高负荷运行范围，ECU30执行发动机负荷特别高的范围中的理想配比控制并在其它的范围中执行贫油空气-燃料比控制。关于正常运行范围，ECU30执行在速度处于特别高的范围中的理想配比控制并执行在其它的范围中的贫油空气-燃料比控制。
在第三实施例中，包含在壳体50A和50B中的3-元催化剂51不仅具有在预热运行或在启动之后的其它的运行中的排放理想配比空气-燃料比废气时作为净化废气的启动转换器的功能，而且还作为参考第一实施例所描述的SOx吸收材料17的功能。这就是说，当空气-燃料比废气流经3-元催化剂51时，在废气中NOx由3-元催化剂51吸收，而当理想配比或富油空气-燃料比的废气流经3-元催化剂时，释放由3-元催化剂51所吸收的SOx。
在第一实施例中，当确定由SOx吸收材料17所吸收的SOx量已经达到预定的量时，ECU30正向控制内燃机1以释放由SOx吸收材料17所吸收的SOx。在第三实施例中，相反，它并不正向地控制内燃机1以释放由3-元催化剂51所吸收的SOx。
在这种情况下，根据发动机的运行状态实施3-元催化剂51的SOx吸收/释放动作。这就是说，当内燃机1的运行状态处于贫油空气-燃料比控制执行范围时，在废气中的SOx由3-元催化剂51所吸收，当内燃机1的运行状态处于理想配比控制执行范围或富油空气-燃料比控制执行范围时，废气的空气-燃料比为理想配比或富油，因此如果在3-元催化剂51的温度在当时满足SOx释放条件则释放由3-元催化剂51所吸收的SOx。
在第三实施例中，ECU30根据3-元催化剂51的吸收/释放操作(或说根据内燃机1的运行状态的变化)控制第一和第二排气开关阀63和65。
例如，当发动机的运行状态处于贫油空气-燃料比控制执行范围时，ECU30确定3-元催化剂51处于能够吸收在废气中的SOx的状态，并将第一排气开关阀63保持在完全打开的状态而将第二排气开关阀65保持在完全关闭的状态，使废气流经主NOx催化剂55而没有废气流经副NOx催化剂61。
在这种情况下，在从内燃机1中排放的废气中的SOx由3-元催化剂51吸收，从其中已经消除了SOx的废气流经主NOx催化剂55，以便主NOx催化剂55不受到SOx中毒。此外，当废气流经主NOx催化剂55时，在废气中的NOx由主NOx催化剂55吸收。
如上文所述，在第三实施例中，当内燃机1执行贫油空气-燃料比控制时，控制第一排气开关阀63和第二排气开关阀65以使从内燃机1中排放的所有的废气量都流经主NOx催化剂55。当内燃机1执行理想配比控制或富油空气-燃料比控制时，控制第一排气开关阀63和第二排气开关阀65以使从内燃机1中排放的所有的废气量都流经副NOx催化剂61。因此，没有理想配比或富油空气-燃料比的废气流经主NOx催化剂55，因此需要正确地释放和净化由主NOx催化剂55所吸收的NOx。
考虑到这一点，在第三实施例中，ECU30执行所谓的贫油/富油尖峰控制，在贫油/富油尖峰控制中，当发动机运行状态处于贫油空气-燃料比控制执行范围时，内燃机1以贫油空气-燃料比运行，估计由主NOx催化剂55所吸收的NOx的量，以及当估计值达到由主NOx催化剂55所能够吸收的NOx量的极限值时，执行富油尖峰控制以释放并还原由主NOx催化剂55所吸收的NOx。
当执行贫油/富油尖峰控制时，第二排气开关阀65保持在完全关闭状态，应该没有废气流经旁路通路59。然而，由于第二排气开关阀65的密封特性并不完美，一些废气可能从第二排气开关阀65泄漏并流经旁路通路59中。
为解决这一问题，在第三实施例中的排气净化装置中，在旁路通路中提供副NOx催化剂61，因此当废气泄漏到旁路通路59中时，泄漏的废气以非常低的空间速度(低SV)流经副NOx催化剂61。因此，通过组成副NOx催化剂61的吸留还原型NOx催化剂来净化在废气中的NOx。
这样，当发动机运行状态处于贫油/富油尖峰控制执行范围时，允许泄漏到旁路通路59中的任何废气都被副NOx催化剂61净化，因此不会将没有净化在废气中的有害气体成分的废气排放到大气中，由此提高了废气净化的可靠性。
在另一方面，当内燃机1的运行状态处于理想配比控制执行范围或富油空气-燃料比控制执行范围时，并且3-元催化剂51的温度满足SOx释放条件，ECU30确定可以释放由3-元催化剂51所吸收的SOx，并将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态而将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，由此使废气流经副NOx催化剂61并不允许废气流经主NOx催化剂55。
在这种情况下，包含有从3-元催化剂51中释放出来的SOx的废气并不流经主NOx催化剂55，而是通过旁路通路59流到排气管58中，因此防止了主NOx催化剂55的SOx中毒。
在另一方面，包含有从3-元催化剂51中释放出来的SOx的废气流经副NOx催化剂61。除了低温启动以外，在加速运行、高速运行和高负荷运行时废气的温度足够高，同时废气流量较高。此外，组成副NOx催化剂61的吸留还原型NOx催化剂还处于相当高的温度(有时该温度高于SOx释放温度)。因此，在这种状态下，即使在废气中的SOx浓度较高，SOx并不容易被副NOx催化剂61吸收。因此，副NOx催化剂61受SOx中毒的可能性很小。此外，包含在废气中的有害气体成分比如HC、CO和NOx都通过3-元催化剂51和副NOx催化剂61净化了。
这种基于3-元催化剂51的SOx吸收/释放操作对第一和第二排气开关阀63和65的控制称为正常排气开关控制。根据如附图10所示的正常排气开关控制程序执行正常排气开关控制。如附图10所示的正常排气开关控制程序事先存储在ECU30的ROM32中；它是一种每个预定的时间重复的程序。
(步骤301)
在正常排气开关控制程序中，在步骤301中ECU30首先确定发动机运行状态是否处于贫油/富油尖峰控制执行范围。
(步骤302)当在步骤301中确定为肯定的，ECU30将过程进行到步骤302中，在步骤302中，它控制第一致动器62以将第一排气开关阀63保持在完全打开的状态并控制第二致动器64以将第二排气开关阀65保持在完全关闭的状态，由此使废气流经主NOx催化剂55而没有废气流经副NOx催化剂61。
(步骤303)当在步骤301中确定为否定，ECU将过程进行到步骤303，在步骤303中，它控制第一致动器62以将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态并控制第二致动器64以将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，由此使废气流经副NOx催化剂61而没有废气流经主NOx催化剂55。
在另一方面，根据上文所描述的正常排气开关控制程序基本打开和关闭第一和第二排气开关阀63和65，并仅在下述情况中根据不同于正常排气开关控制程序的控制程序控制它们(1)在发动机启动时；以及(2)在废气温度较高时。在下文中分别描述这两种情况。
(1)当发动机启动时当内燃机1在较低的温度下启动时，为了较早地激活3-元催化剂51，ECU30执行如下的3-元催化剂51温度上升控制。即，除了为获得发动机输出的燃料喷射(主喷射)以外，ECU30在膨胀冲程中执行二次喷射的膨胀冲程副喷射。此外，将第一和第二排气开关阀63和65实质放在完全关闭状态以对排气流量进行节流。在该过程中，在贫油空气-燃料比控制下执行主喷射。
在这种情况下，由于在贫油空气-燃料比控制下执行主喷射，在废气中的氧气变得过量。此外，第一和第二排气开关阀63和65都实质处于完全关闭的状态以对废气流量进行节流，由此反压增加，废气温度上升。在这种状态下如果实施膨胀冲程副喷射，副喷射燃料将容易燃烧。结果，废气温度迅速上升，它在可能较短的时间内上升到3-元催化剂51的温度，使它能够较早地激活3-元催化剂51。
在激活3-元催化剂51之后，ECU30停止执行3-元催化剂51的温度上升控制。此外，ECU30启动执行上文所述的正常排气开关控制，并启动执行正常空气-燃料比控制。
(2)在废气温度较高时当废气温度较高并且废气流量与在机车速度较高并发动机负荷较高的情况的废气流量一样高时，可以预计的是主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的温度将变得不必要地高。
在此，在吸留还原型NOx催化剂的底面温度或环境温度在预定的催化剂净化风范围(例如250至500℃)时激活组成主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的吸留还原型NOx催化剂，使它能够有效地净化在废气中的NOx。因此，如上所述在废气的热量增加时，认为主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的温度变得高于催化剂净化风的温度。
在这种情况下，当内燃机1的运行状态处于贫油/富油尖峰控制执行范围内时，假设在废气中的NOx没有被主NOx催化剂55和副NOx催化剂61充分地净化，造成废气排放净化质量下降。
考虑这一点，当流进主NOx催化剂55中废气的温度高于内燃机1处于在贫油空气-燃料比下运行时的预设上限值(例如，催化剂净化风的上限值)时，ECU30执行如下文所描述的NOx催化剂温度上升抑制控制。这就是说，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以完全打开第一和第二排气开关阀63和65，使废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两者。
在这种情况下，与使来自从内燃机1的废气仅流到主NOx催化剂55中的情况相比，流经主NOx催化剂55的废气量降低了一半，因此主NOx催化剂55从废气中接收的热量也降低一半，主NOx催化剂55的催化剂温度保持在催化剂净化风内。类似地，流经副NOx催化剂61的废气量与流经主NOx催化剂55的废气量基本相同，因此副NOx催化剂61的温度并不过分地升高而是保持在催化剂净化风内。
因此，在上文所述的NOx催化剂温度上升抑制控制中，通过主和副NOx催化剂55和61净化废气，因此与使所有的废气量流经主NOx催化剂55的情况相比NOx净化比率实质地提高。
此外，当来自内燃机1的废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61时，废气的空间速率随着流经NOx催化剂55和61的废气量的减少而降低，因此主和副NOx催化剂的NOx净化率进一步提高。
关于确定NOx催化剂温度上升抑制控制的执行条件，不是在废气温度的基础上执行它，而可以是提供温度传感器以检测主NOx催化剂55的催化剂温度，在这种温度传感器的检测值的基础上进行确定。此外，由于可以从内燃机1的运行状态中估计废气温度，因此可以根据内燃机1是否处于预定的运行状态来进行确定。在第三实施例中，预定的运行状态的实例包括贫油高速运行范围和贫油高负荷运行范围。
3-元催化剂温度上升控制和NOx催化剂温度上升抑制控制都可以通过ECU30执行催化剂温度控制程序来实现，如附图11所示。如附图11所示的催化剂温度控制程序事先存储在ECU30的ROM32中，并且是一种每隔预定的时间重复执行的程序。
(步骤401)在催化剂温度控制程序中，在步骤401中ECU30首先确定内燃机1是否处于启动状态。确定内燃机1的启动状态的方法的实例包括确定启动开关是否是ON的方法、确定发动机PRM是否不高于预定的速度的方法等。
(步骤402)当在步骤401中确定为肯定时，ECU30将过程进行到步骤402中，在步骤402中它执行3-元催化剂温度上升处理以实现较早地激活3-元催化剂51。这就是说，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以使第一和第二排气开关阀63和65都完全地关闭，执行主喷射的贫油空气-燃料比控制，并进一步执行膨胀冲程二次喷射。
(步骤403)在步骤403中，ECU30确定3-元催化剂51是否已经激活。例如可以按照如下的方式确定3-元催化剂51的激活。当如温度传感器66所检测的在3-元催化剂51的下游侧上的废气温度已经到达预定的温度时，催化剂已经激活了。当还没有达到预定的温度时，可以确定催化剂还没有被激活。
还可以提供催化剂温度传感器以直接地检测3-元催化剂51的催化剂温度，根据催化剂温度传感器所检测的催化剂温度是否已经达到激活温度进行确定。
当在步骤403中确定为否定，ECU30将过程返回到步骤402，在步骤402中继续执行3-元催化剂温度上升处理。在另一方面，当在步骤403中确定为肯定，ECU30将过程进行到步骤404中。
(步骤404)在步骤404中，ECU30完成向催化剂温度上升处理的执行。在步骤404的处理执行之后，ECU30临时地终止这个程序的执行。
(步骤405)在另一方面，当在步骤401中确定为否定时，ECU将过程进行到步骤405，在步骤405中，它确定是否执行贫油/富油尖峰空气-燃料比控制。
(步骤406)当在步骤405中确定为肯定时，ECU将过程进行到步骤406中，在步骤406中，确定温度传感器66的输出信号值(废气温度)是否高于预设上限值。
(步骤407)当在步骤406中确定为肯定时，ECU将过程进行到步骤407中，在步骤407中，执行NOx催化剂温度上升抑制处理。即，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以将第一和第二排气开关阀63和65保持在完全打开的状态，并使废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61，通过主和副NOx催化剂55和61净化废气。在完成步骤407的处理执行之后，ECU30临时地终止该程序的执行。
当在步骤405中确定为否定时，ECU将过程进行到步骤408中。
(步骤408)在步骤408中，ECU30根据上文所描述的正常排气开关控制程序控制第一和第二排气开关阀63和65。在执行完步骤408的处理之后，ECU30临时地终止该程序的执行。
在上文所描述的第三实施例中，在发动机运行状态处于贫油/富油尖峰控制执行范围中以及第二排气开关阀65完全关闭以使废气流经主NOx催化剂55时，如果一些废气从第二排气开关阀65泄漏到旁通管60中，则通过副NOx催化剂61净化该泄漏的废气，因此不会造成废气排放净化质量下降，由此改善了废气净化的可靠性。
此外，在第三实施例中，由于内燃机1在较低的温度下启动当催化剂51还没有被激活时，通过3-元催化剂温度上升控制可以快速地升高废气温度，由此可以较早地使3-元催化剂51的温度上升到激活温度范围。
此外，在第三实施例中，当流进主NOx催化剂55的废气的温度变得高于预设上限值时，通过执行NOx催化剂温度上升抑制控制将流经主NOx催化剂55的废气量降低一半，由此将主NOx催化剂55从废气中接收的热量降低一半，并抑制主NOx催化剂55的过分的温度上升，可以将主NOx催化剂55的温度保持在催化剂净化风内。
在这个过程中，流经副NOx催化剂61的废气量与流经主NOx催化剂55的废气量基本相同，因此抑制了在副NOx催化剂61中的过分的温度上升，使其能够将副NOx催化剂61的温度保持在催化剂净化风范围内。
结果，通过在催化剂净化风内的主和副NOx催化剂55和61净化该废气，与使所有的废气量流经主NOx催化剂55的情况相比，它能够实质提高NOx净化比率。
此外，通过使废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61，可以降低在每种NOx催化剂中的废气的空间速率，这就能够进一步提高每种NOx催化剂的NOx净化比率。
接着，描述本发明的内燃机的排气净化装置的第四实施例。在此描述与第三实施例不同的结构，省去对与第三实施例类似的结构的详细描述。
第四实施例与上述第三实施例的区别在于，在第四实施例中，除了参考第三实施例所描述的3-元催化剂温度上升控制和NOx催化剂温度上升抑制控制外，还执行对主NOx催化剂55的温度上升控制。
在此，当发动机运行状态处于在启动之后的预热运行范围使，内燃机1以理想配比空气-燃料比运行以稳定内燃机1的燃烧状态，第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态以防止从3-元催化剂51中释放出的SOx流进主NOx催化剂55中，将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态。
在这种情况下，从内燃机1中排放的废气流经副NOx催化剂61，随着内燃机1的预热实现激活副NOx催化剂61。
在内燃机1的预热和副NOx催化剂61的激活完成时，内燃机1的运行状态从理想配比运行切换到贫油/富油尖峰控制运行，而第一排气开关阀63从完全关闭状态切换到完全打开的状态，第二排气开关阀65从完全打开状态切换到完全关闭状态，因此从内燃机1中排放的废气流经主NOx催化剂61。
在这种过程中，在发动机启动后的第一时间内废气流经主NOx催化剂61，因此可以认为主NOx催化剂61的温度还没有上升到催化剂净化风范围。
在这种情况下，当贫油空气-燃料比的废气从内燃机1中排放出时，通过3-元催化剂51能够在一定程度上净化在废气中的HC和CO。然而，在废气中的NOx并不能被3-元催化剂51充分地净化，以及在主NOx催化剂61中并不能实施充分地净化。
考虑到这一点，在第四实施例中，在内燃机1的预热和副NOx催化剂61的激活完成之后，内燃机1的预热运行范围延伸到在其中降低了内燃机1的NOx废气量的运行状态，可取的是延伸到在其中NOx废气量降低到零的运行状态。
这就是说，在第四实施例中，在内燃机1的预热和副NOx催化剂61的激活完成之后，内燃机1的理想配比空气-燃料比运行、第一排气开关阀63的完全关闭状态和第二排气开关阀65的完全打开状态都一直继续，直到运行状态达到内燃机1的NOx废气量降低的状态。
当内燃机1的预热和NOx催化剂61的激活已经完成并且内燃机1已经达到NOx废气量降低的状态时，将内燃机1的运行状态从理想配比运行切换到贫油/富油尖峰运行，并且将第一排气开关阀63从完全关闭状态切换到完全打开状态，而将第二排气开关阀65从完全关闭状态到完全关闭状态。
例如机车处于在减速运行时、在禁止执行燃料喷射控制时以及在禁止执行火花控制时，发动机处于NOx废气量降低的运行状态。在第四实施例中，描述机车以减速运行的情况作为实例。
当机车处于减速运行状态时，内燃机1的燃料喷射量减少，或停止执行燃料喷射(停止供应燃料)，因此所产生的NOx量很小。此外，即使在内燃机1没有进行燃烧时，在机车处于减速运行时从内燃机1中排放的废气接收在内燃机1中的热量(例如，来自进气口、燃烧室3和出气口的壁面)以使气体的温度在一定程度上增加。
因此，当如上文所描述的废气流经主NOx催化剂55时，即使主NOx催化剂55还没有激活也不会实质降低排放质量的降低。此外，主NOx催化剂55接收来自废气的热量以使温度上升。这就是说，在上文所描述的主NOx催化剂温度上升控制过程中，可以激活主NOx催化剂55而同时限制废气排放的质量的降低。
确定内燃机1的预热完成的方法实例包括确定冷却发动机的冷却水的温度是否高于预定的温度的方法。确定副NOx催化剂61的激活完成的方法的实例包括如下的方法从内燃机1自发动机启动后的运行历史(运行时间、燃料量的积分值、进气量的积分值等)中取得温度的方法以及提供温度传感器以直接检测副NOx催化剂61的催化剂底面温度并确定温度传感器的检测值是否处于催化剂净化风的范围内的方法。
在下文中，参考附图12描述第四实施例的主NOx催化剂温度上升控制。附图12的流程图所示为主NOx催化剂温度上升控制程序。这个主NOx催化剂温度上升控制程序事先存储在ECU30的ROM32中；它是一种应用内燃机1的启动完成作为触发器并由CPU34所执行的程序。
(步骤501)在主NOx催化剂温度上升控制程序中，在步骤501中ECU30首先确定内燃机1的启动是否已经完成。
当在步骤501中确定为否定时，ECU30将再次执行步骤501的过程。在另一方面，当在步骤501中确定的肯定，ECU30将过程进行到步骤501中。
(步骤501)在步骤501中，ECU30使内燃机1预热。更具体地说，ECU30以理想配比空气-燃料比运行内燃机1并控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63保持在完全关闭状态，而将第二排气开关阀65保持在完全打开状态。
在这种情况下，从内燃机1中排放出理想配比空气-燃料比的废气，包含在废气中的有害气体成分比如HC、CO和NOx都通过在发动机启动时由3-元催化剂温度上升控制所激活的3-元催化剂51净化。其有害气体成分由3-元催化剂51净化的废气流经在旁路通路59中的副NOx催化剂61以导向到排气管58中。在这个过程中，副NOx催化剂61还没有激活。然而，如上文所述，在废气中的有害气体成分已经被3-元催化剂51净化，因此废气排放质量没有降低。此外，副NOx催化剂61从废气中接收热量以使温度升高。
(步骤503)在步骤503中，ECU30通过应用发动机冷却水的温度、发动机自开始以来的运行历史等作为参数确定内燃机1的预热过程(和副NOx催化剂61的激活)是否已经完成。
当在步骤503中确定结果为否定时，ECU30将该过程返回到步骤502中，在步骤502中，继续执行预热过程。在另一方面，当在步骤503中的确定结果为肯定时，ECU将该过程进行到步骤504。
(步骤504)在步骤504中，ECU30确定机车是否以减速运行。确定机车减速运行的方法的实例包括如下的方法在未示出的加速度器的运行量为“零”而机车速度高于预定的速度时机车以减速运行。
当在步骤504中确定结果为否定时，ECU30将该过程返回到步骤502中，在步骤502中，继续执行预热过程。在另一方面，当在步骤503中的确定结果为肯定时，ECU将该过程进行到步骤505。
(步骤505)在步骤505中，ECU30终止执行预热处理。更具体地说，ECU30将内燃机1的运行状态从理想配比运行切换到贫油/富油尖峰运行，并控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63从完全关闭状态切换到完全打开状态，和将第二排气开关阀65从完全打开状态切换到完全关闭状态。
在这个过程中，从内燃机1中排放的废气借助于主NOx催化剂55流出到排气管58中。然而，在减速运行的过程中包含在从内燃机1中排放的废气中的NOx量很小，因此即使主NOx催化剂55还没有激活，仍然不会使废气排放快速地降低。
此外，即使在内燃机1中没有燃烧时，在机车的减速运行的过程中从内燃机1中排放的废气内燃机1的内部接收热量，因此当这种废气经过主NOx催化剂55时，主NOx催化剂从废气接收热量以使温度上升。
因此，在第四实施例的排气净化装置中，除了具有第三实施例的效果以外，有利的是它还能够在限制废气排放质量降低的同时激活主NOx催化剂55。
接着，描述本发明的内燃机的排气净化装置的第五实施例。在此描述不同于第三实施例的结构，而省去相同的结构。
第五实施例与第三实施例不同之处在于，在第五实施例中除了执行3-催化剂温度上升控制和NOx催化剂温度上升抑制控制以外，还对主NOx催化剂55和副NOx催化剂61执行SOx中毒再生控制。
在此，在上文所描述的第三实施例中，控制内燃机1以强制地将由3-元催化剂51所吸收的SOx释放，因此，取决于发动机的运行状态，3-元催化剂51的SOx吸收能力达到饱和，而在废气中的SOx进入主NOx催化剂55而不会被3-元催化剂51所除去，结果使主NOx催化剂55受到SOx中毒。
此外，当内燃机1处于理想配比运行状态或富油空气-燃料比运行状态使，释放已经由3-元催化剂51所吸收的SOx，将第一排气开关阀63保持在完全关闭状态，而将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，因此从3-元催化剂51中所释放的SOx随着废气流经副NOx催化剂61。在这个过程中如果副NOx催化剂61的温度并不足够高，则在废气中的SOx可以被副NOx催化剂61所吸收，造成副NOx催化剂61发生SOx中毒。
考虑到这一点，在第五实施例中，确定主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的SOx中毒程度，并在确定的结果的基础上，对主NOx催化剂55和副NOx催化剂61实施SOx中毒再生控制。
为消除SOx中毒，需要将主和副NOx催化剂55和61的温度升高到较高的温度范围(例如，500℃至700℃)，并使在主和副NOx催化剂55和61中的废气空气-燃料比成为理想配比或富油。因此，如果根据主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中每种催化剂的SOx中毒程度分别对它们执行SOx中毒再生控制，则SOx中毒再生控制的频率将会增加，造成燃料消耗量等增加。考虑到这一点，在第五实施例中，当主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中一种催化剂的SOx中毒程度超过预定的标准时，对主和副NOx催化剂55和61同时执行中毒再生控制。
在下文中，参考附图13的流程图描述第五实施例的SOx中毒再生控制。附图13的流程图示出了SOx中毒再生控制程序。这个中毒再生控制程序事先存储在ECU30的ROM32中，它是一种在每个预定的时间内由CPU34反复执行的程序。
(步骤601)在SOx中毒再生控制程序中，在步骤601中ECU30首先确定主NOx催化剂55的SOx中毒程度。确定主NOx催化剂55的SOx中毒程度的方法实例包括如下的方法在一种方法中使流进主NOx催化剂55的废气的空气-燃料比成为贫油然后切换到富油空气-燃料比；基于设置在主NOx催化剂55上的下游侧的氧气传感器(或空气-燃料比传感器)68的输出信号值从表示贫油空气-燃料比的值反转到表示富油空气-燃料比的值所需的时间(即所谓的富油反向时间)确定。
(步骤602)在步骤602中，ECU30确定在步骤601中所确定的主NOx催化剂55的SOx中毒程度是否高于预定的参考值。参考值是事先通过实验所得到的值，并存储在ECU30的ROM32等中。
当在步骤602中确定的否定时，ECU30确定无须对主NOx催化剂55执行SOx中毒再生控制，过程进行到步骤603中。
(步骤603)在步骤603中，ECU30执行对副NOx催化剂61的SOx中毒程度确定处理。确定副NOx催化剂61的SOx中毒程度确定方法的实例包括这样的一种方法从内燃机1的运行历史等参数中进行估计。
(步骤604)在步骤604中，ECU30确定在步骤603中所确定的副NOx催化剂61的SOx中毒程度是否超过预定的参考值。参考值是事先通过实验获得的值，并存储在ECU30的ROM32等中。
当在步骤604确定结果为否定时，ECU30确定不需要对副NOx催化剂61执行SOx中毒再生控制，并临时地终止程序的执行。
在另一方面，当在步骤602或步骤604中确定为否定时，ECU30将过程进行到步骤605中。
(步骤605)
在步骤605中，ECU30对主和副NOx催化剂55和61执行SOx中毒再生处理。更具体地说，它控制第一致动器62以将第一排气开关阀63保持在完全打开的状态，控制第二致动器64以将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，并执行NOx催化剂温度上升处理以将主和副NOx催化剂55和61的温度升高到预定的温度范围(500℃至700℃)。
NOx催化剂温度上升处理的方法实例包括如下的方法(1)以富油空气-燃料比运行内燃机1以使废气的空气-燃料比为富油，并将二次空气输送到在主和副NOx催化剂55和61的上游侧的废气通道中的废气部分中，由此将足够量的未燃烧的燃料成分和氧气输送到主和副NOx催化剂55和61。使未燃烧的燃料成分和氧气在主和副NOx催化剂55和61中反应(燃烧)，由此快速地升高了主和副NOx催化剂55和61的温度。(2)将内燃机1运行在理想配比或富油空气-燃料比并且通过专用的加热器对主和副NOx催化剂55和61进行加热。(3)使内燃机1的汽缸部分运行在富油空气-燃料比下，而内燃机的其它汽缸运行在贫油空气-燃料比下，由此包含有足够的未燃烧的燃料成分的废气和包含有足够量的氧气的废气的气体空气-燃料混合物输送到主和副NOx催化剂55和61；使包含在气体空气-燃料混合物中的未燃烧的成分和氧气在主和副NOx催化剂55和61中进行氧化，由此快速地升高了主和副NOx催化剂55和61的温度。
在第五实施例的这种硬件结构中，当采用上述方法(3)时，理想的是流进两种3-元催化剂51中的一种催化剂的废气的空气-燃料比为富油并且流进另一种3-元催化剂51中废气的空气-燃料比为贫油。
这是因为当来自在以贫油空气-燃料比运行的汽缸的废气和来自以富油空气-燃料比运行的汽缸的废气流进相同的3-元催化剂51时，在3-元催化剂51中的空气-燃料比基本变成理想配比以使在废气中的未燃烧的燃料成分和氧气在3-元催化剂51中氧化，由此使它们不可能在主和副NOx催化剂55和61中进行氧化。
当在执行如上文所述的SOx中毒再生处理时，来自内燃机1的废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61，流经主和副NOx催化剂55和61两者的废气的空间速度低于在废气仅流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中一种催化剂的情况下的空间速度，因此提高了SOx中毒再生效率，由此能够降低SOx中毒再生控制的执行时间。
结果，可以降低与SOx中毒再生控制相关的燃料消耗量，因此能够降低主和副NOx催化剂55和61暴露在高温中的时间。
(步骤606)在步骤606中，ECU30确定主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生是否已经完成，换句话说，确定是否已经消除了主和副NOx催化剂55和61的中毒。
确定SOx中毒再生完成的方法的实例包括如下的方法在一种方法中事先通过实验获得在主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒程度和SOx中毒再生所需的时间(SOx中毒再生时间)之间的关系，在SOx中毒再生控制的执行时间超过了SOx中毒再生时间时确定是否已经消除了主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒；以及在一种方法中将适合于输出与在废气中的SOx浓度相对应的电信号的SOx传感器设置在主NOx催化剂55的下游侧的排气管57中和在副NOx催化剂61的下游侧的旁路通路59中，并在SOx传感器的输出信号值变得小于预定值时确定是否已经消除了主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒。
当在步骤606中确定结果为否定时，ECU30将过程返回到步骤605中，继续执行SOx中毒再生处理。在另一方面，当在步骤606中确定结果为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤607中。
(步骤607)在步骤607中，ECU30终止执行SOx中毒再生处理，并将对内燃机1的控制和对第一和第二排气开关阀63和65的控制返回到正常状态。在执行步骤607的处理之后，ECU30临时地终止这个程序的执行。
在上文所描述的第五实施例中，当主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的SOx中毒程度超过预定的参考值时，同时对主和副NOx催化剂55和61执行SOx中毒再生，因此与分别再激活主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的情况相比可以降低执行SOx中毒再生控制的频率。
此外，在第五实施例中，为同时对主NOx催化剂55和副NOx催化剂61执行SOx中毒再生控制，使来自内燃机1的废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两者，因此，与使废气仅流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中一种催化剂的情况相比，降低了在主和副NOx催化剂55和61中的空间速度，由此提高了SOx的再生效率并且能够降低SOx中毒再生控制的执行时间。
因此，在第五实施例中，可以降低对主和副NOx催化剂55和61执行SOx中毒再生控制的频率，并还可以降低SOx中毒再生控制的执行时间，因此可以减少涉及SOx中毒再生控制的燃料消耗量和抑制主和副NOx催化剂55和61的热老化。
接着，描述本发明的内燃机的排气净化装置的第六实施例。在此描述与第五实施例不同的结构，省去对与第五实施例相同的结构的详细描述。
第六实施例与上述第五实施例的区别在于，在第五实施例中，同时启动和同时终止主NOx催化剂55的SOx的中毒再生控制和副NOx催化剂61的SOx的中毒再生控制，而在第六实施例中如在第五实施例中一样地同时启动主NOx催化剂55的SOx的中毒再生控制和副NOx催化剂61的SOx的中毒再生控制，但是在已经消除了主NOx催化剂55的SOx的中毒时终止主NOx催化剂55的SOx中毒再生控制，而在已经消除了副NOx催化剂61的SOx的中毒时终止副NOx催化剂61的SOx中毒再生控制。
这是因为可以预期的是在同时终止主NOx催化剂55的SOx的中毒再生控制和副NOx催化剂61的SOx的中毒再生控制，首先消除了SOx中毒的NOx催化剂暴露在较高的温度下直到消除了另一种NOx催化剂的SOx中毒，由此造成催化剂热老化。
此外，第六实施例与第五实施例不同之处还在于在第五实施例中一旦完成了主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生控制就返回到正常状态，而在第六实施例中，当主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生完成时在临时冷却主和副NOx催化剂55和61之后控制再返回到正常状态。
当消除了主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒时，主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒温度上升到很高的温度范围，因此在消除了SOx中毒之后控制立即返回到正常状态，并切断到主和副NOx催化剂55和61的废气流，将主和副NOx催化剂55和61保持在较高的温度中，由此使主NOx催化剂55和副NOx催化剂61热老化。
在下文中，参考附图14的流程图描述第六实施例的SOx中毒再生控制。附图14的流程图示出了SOx中毒再生控制程序。这个中毒再生控制程序事先存储在ECU30的ROM32中并且CPU34可在每个预定的时间上反复执行。
(步骤701)在SOx中毒再生控制程序中，在步骤701中ECU30首先对主NOx催化剂55执行SOx中毒程度确定处理。
(步骤702)在步骤702中，ECU30确定在步骤701中所确定的主NOx催化剂55的SOx的中毒程度是否超过预定的参考值。
当在步骤702中确定为否定时，ECU30确定不需要对主NOx催化剂55执行SOx中毒再生处理，过程进行到步骤703中。
(步骤703)在步骤703中，ECU30执行对副NOx催化剂61的SOx的中毒程度确定处理。
(步骤704)在步骤704中，ECU30确定在步骤703中所确定的副NOx催化剂61的SOx的中毒程度是否超过预定的参考值。
当在步骤704中确定为否定时，ECU30确定不需要对副NOx催化剂61执行SOx中毒再生处理，并临时终止执行该程序。
在另一方面，当在步骤702或步骤704中确定为肯定时，即确定需要对主NOx催化剂55或副NOx催化剂61执行SOx中毒再生处理时，ECU将该过程进行到步骤705。
(步骤705)在步骤705中，ECU30同时启动对主NOx催化剂55的SOx中毒再生处理的执行和对副NOx催化剂61的SOx中毒再生处理的执行。更具体地说，ECU30控制第一致动器62以将第一排气开关阀63保持在完全打开的状态，并控制第二致动器64以将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，并且进一步执行NOx催化剂温度上升处理以将主和副NOx催化剂55和61的温度升高到预定的温度范围(500℃至700℃)。
NOx催化剂温度上升处理的方法的实例包括如下的方法(1)使内燃机1运行在富油空气-燃料比以使废气的空气-燃料比成为富油，并将二次空气输送到在主和副NOx催化剂55和61的上游侧的废气通道中的废气部分中，由此将足够量的未燃烧的燃料成分和氧气输送到主和副NOx催化剂55和61。使未燃烧的燃料成分和氧气在主和副NOx催化剂55和61中反应(燃烧)，由此快速地升高了主和副NOx催化剂55和61的温度。(2)将内燃机1运行在理想配比或富油空气-燃料比并且通过专用的加热器对主和副NOx催化剂55和61进行加热。(3)使内燃机1的汽缸部分运行在富油空气-燃料比下，而内燃机的其它汽缸运行在贫油空气-燃料比下，由此包含有足够的未燃烧的燃料成分的废气和包含有足够量的氧气的废气的气体空气-燃料混合物输送到主和副NOx催化剂55和61；使包含在气体空气-燃料混合物中的未燃烧的成分和氧气在主和副NOx催化剂55和61中进行氧化，由此快速地升高了主和副NOx催化剂55和61的温度。
当执行上文所述的SOx中毒再生处理时，从内燃机1中排出的废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61这两种催化剂，与使废气仅流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中一种催化剂的情况相比，降低了在主和副NOx催化剂55和61中的空间速度。
结果，提高了主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生效率，并且能够降低与SOx中毒再生处理相关的燃料消耗量，以及降低了将主和副NOx催化剂55和61暴露在较高的温度中的持续时间。
(步骤706)在步骤606中，ECU30确定主NOx催化剂55的SOx中毒再生是否已经完成。确定主NOx催化剂55的SOx中毒再生完成的方法的实例包括如下的方法(1)在一种方法中事先通过实验获得在主NOx催化剂55的SOx中毒程度和SOx中毒再生所需的时间(主NOx催化剂55的SOx中毒再生时间)之间的关系，在SOx中毒再生控制的执行时间超过了主NOx催化剂的SOx中毒再生时间时确定是否已经消除了主NOx催化剂55的SOx中毒；以及(2)在一种方法中将适合于输出与在废气中的SOx浓度相对应的电信号的SOx传感器设置在主NOx催化剂55的下游侧的排气管57中，并在SOx传感器的输出信号值变得小于预定值时确定是否已经消除了主NOx催化剂55的SOx中毒。
(步骤707)当在步骤706中确定结果为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤707中，在步骤707中，确定副催化剂61的SOx中毒再生是否已经完成。
确定副NOx催化剂61的SOx中毒再生完成的方法的实例包括如下的方法(1)在一种方法中事先通过实验获得在副NOx催化剂61的SOx中毒程度和SOx中毒再生所需的时间(副NOx催化剂的SOx中毒再生时间)之间的关系，在SOx中毒再生控制的执行时间超过了副NOx催化剂的SOx中毒再生时间时确定是否已经消除了副NOx催化剂61的SOx中毒；以及(2)在一种方法中将适合于输出与在废气中的SOx浓度相对应的电信号的SOx传感器设置在副NOx催化剂61的下游侧的旁路通路59中，并在SOx传感器的输出信号值变得小于预定值时确定是否已经消除了副NOx催化剂61的SOx中毒。
(步骤708)当在步骤707中确定为否定时，即在主NOx催化剂55的SOx中毒再生已经完成而副NOx催化剂61的SOx中毒再生还没有完成时，ECU30将该过程进行到步骤708中，在步骤708中临时地终止对副NOx催化剂61的SOx中毒再生处理，并对主NOx催化剂55冷却预定的时间。
更具体地说，ECU30中断NOx催化剂温度上升处理的执行，并控制第二致动器64以仅改变都处于打开状态的第一和第二排气开关阀63和65中的第二排气开关阀65，将第二排气开关阀65从完全打开状态改变到完全关闭状态。
在这种情况下，从内燃机1中排放的废气流经主NOx催化剂55，而不流经副NOx催化剂61。当废气流经主NOx催化剂55时，废气带走主NOx催化剂55的热量，使主NOx催化剂55的温度降低。
在该过程中，可以在贫油空气-燃料比下运行内燃机1以降低废气的温度。然而，在执行SOx中毒再生处理紧接着之后，主NOx催化剂55的温度可能高于催化剂净化风。如果在这种状态下以贫油空气-燃料比运行内燃机1，则并不能通过主NOx催化剂55在废气中的NOx，造成废气排放质量下降。
考虑到这一点，在第六实施例中，当在执行SOx中毒再生处理之后冷却主NOx催化剂55时，内燃机1运行在理想配比空气-燃料比，冷却了主NOx催化剂55而同时抑制了废气排放质量的降低。
(步骤709)当ECU30执行上述的主NOx催化剂冷却处理预定的时间周期之后，过程进行到步骤709。在步骤709中，ECU30终止主NOx催化剂冷却处理，并恢复副NOx催化剂61的SOx中毒再生处理。
更具体地说，ECU30控制第一致动器62以将第一排气开关阀63从完全打开状态切换到完全关闭状态，并控制第二致动器64以将第二排气开关阀65从完全关闭状态切换到完全打开状态，此外恢复执行NOx催化剂温度上升处理以升高副NOx催化剂65的温度。
(步骤710)在步骤710中，ECU30确定副NOx催化剂61的SOx中毒再生是否已经完成。
当在步骤710中确定为否定时，ECU30将该过程返回到步骤709中以对副NOx催化剂61连续地执行SOx中毒再生处理。在另一方面，当在步骤710中确定为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤711。
(步骤711)在步骤711中，ECU30终止执行对副NOx催化剂61的SOx中毒再生处理，而对副NOx催化剂61冷却预定的时间。更具体地说，ECU30终止执行NOx催化剂温度上升处理，并将内燃机1的运行状态切换到理想配比运行状态而同时将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态，而将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态。
在这种情况下，从内燃机1中排放的废气流经副NOx催化剂61，而不流经主NOx催化剂55。当废气流经副NOx催化剂61时，废气带走副NOx催化剂61的热量，从而降低了副NOx催化剂61的温度。
(步骤712)当ECU30已经执行了上述的副NOx催化剂冷却处理预定的时间时，该过程进行到步骤712中。在步骤712中，ECU30将内燃机1的控制和主和副NOx催化剂55和61的控制返回到正常状态。在执行步骤712的处理之后，ECU30临时终止执行该程序。
另一方面，当在步骤707中确定为否定时，即当NOx催化剂和副NOx催化剂61的SOx中毒再生基本同时完成时，ECU30将该过程进行到步骤713。
(步骤713)在步骤713中，ECU30终止执行主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生处理，而冷却主NOx催化剂和副NOx催化剂预定的时间周期以同时冷却主和副NOx催化剂55和61。更具体地说，ECU30终止执行NOx催化剂温度上升处理，并将内燃机1的运行状态切换到理想配比运行而同时将第一排气开关阀63保持在完全打开状态，以及将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态。
在这种情况下，从内燃机1排放的废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61这两种催化剂。在废气流经主和副NOx催化剂55和61时，废气带走主和副NOx催化剂55和61的热量，从而降低了主和副NOx催化剂55和61的温度。
当ECU30执行冷却主NOx催化剂和副NOx催化剂预定的时间时，过程进行到步骤712，在步骤712中，内燃机1的控制和第一和第二排气开关阀63和65的控制返回到正常状态，而临时终止执行该程序。
(步骤714)接着当在步骤706中确定为否定时，ECU30将该过程进行到步骤714，在步骤714中，确定主NOx催化剂55的SOx中毒再生是否已经完成。
当在步骤714中确定为否定时，即当主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生都还没有完成时，ECU30将该过程返回到步骤705，继续进行主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生处理。另一方面，当在步骤714中确定为肯定时，即当主NOx催化剂55的SOx中毒再生还没有完成时，而副NOx催化剂61的SOx的中毒再生已经完成，ECU30将该过程进行到步骤715中。
(步骤715)在步骤715中，ECU30临时地中断对主NOx催化剂55的SOx中毒再生处理，并对副NOx催化剂61冷却预定的时间周期。更具体地说，ECU30中断NOx催化剂温度上升处理的执行，并控制第一致动器62以仅将都处于完全打开状态的第一和第二排气开关阀63和65中的第一排气开关阀63切换到完全关闭状态，并将内燃机1的运行状态切换到理想配比运行。
在这种情况下，从内燃机1中排放的废气流经副NOx催化剂61，而不流经主NOx催化剂55。当废气流经副NOx催化剂61时，废气带走副NOx催化剂61的热量，使副NOx催化剂61的温度降低。
(步骤716)当ECU30已经执行副NOx催化剂冷却处理预定的时间周期之后，过程进行到步骤716。在步骤716中，ECU30终止副NOx催化剂冷却处理，并恢复主NOx催化剂55的SOx中毒再生处理。更具体地说，ECU30控制第二致动器64以将第二排气开关阀65从完全打开状态切换到完全关闭状态，并控制第一致动器62以将第一排气开关阀63从完全关闭状态切换到完全打开状态，进一步重新启动执行NOx催化剂温度上升处理以升高主NOx催化剂55的温度。
(步骤717)在步骤717中，ECU30确定主NOx催化剂55的SOx中毒再生是否已经完成。
当在步骤717中确定为否定时，ECU30将该过程返回到步骤716中以对主NOx催化剂55连续地执行SOx中毒再生处理。在另一方面，当在步骤717中确定为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤718。
(步骤718)在步骤718中，ECU30终止执行对主NOx催化剂55的SOx中毒再生处理，而对主NOx催化剂55冷却预定的时间。更具体地说，ECU30终止执行NOx催化剂温度上升处理，并将内燃机1的运行状态切换到理想配比运行状态而同时将第一排气开关阀63保持在完全打开的状态，而将第二排气开关阀65保持在完全关闭的状态。
在这种情况下，从内燃机1中排放的废气流经主NOx催化剂55，而不流经副NOx催化剂61。当废气流经主NOx催化剂55时，废气带走主NOx催化剂55的热量，从而降低了主NOx催化剂的温度。
当ECU30已经对主NOx催化剂冷却处理预定的时间时，该程序进行到步骤712中。内燃机1的控制和主和副NOx催化剂55和61的控制都返回到正常状态。在执行步骤712的处理之后，临时地终止执行该程序。
在上文所描述的第六实施例中，当主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中至少一种催化剂的SOx中毒程度超过预定的参考值时，同时进行主NOx催化剂55的SOx中毒再生控制和副NOx催化剂61的SOx中毒再生控制，因此，与别进行主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中毒再生的情况相比，可以降低执行SOx中毒再生控制的频率。
此外，在第六实施例中，在主和副NOx催化剂55和61的SOx中毒再生控制中，使来自内燃机1的废气流经主和副NOx催化剂55和61两种催化剂，因此与使废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中一种催化剂的情况相比，降低了在NOx催化剂55和61中的废气的空间速度，因此提高了SOx再生效率，能够降低SOx中毒再生控制的执行时间。
此外，在第六实施例中，当消除了主NOx催化剂的SOx中毒时终止对主NOx催化剂55的SOx中毒再生控制，当消除了副NOx催化剂61的SOx中毒时终止对副NOx催化剂61的SOx中毒再生控制，因此不存在较早地消除了SOx中毒后的NOx催化剂不需要地暴露在较高的温度中的危险。
此外，在第六实施例中，当主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的SOx中毒再生完成时，冷却主NOx催化剂55和副NOx催化剂61，以使主NOx催化剂55和副NOx催化剂61都不留在较高的温度中，由此防止了主和副NOx催化剂55和61的热老化。
因此，在本第六实施例中，除了具有上文所描述的第五实施例的效果以外，有利的是它还能够防止由于SOx中毒再生控制引起的主和副NOx催化剂55和61的热老化。
接着，描述本发明的内燃机的排气净化装置的第七实施例。在此描述不同于第三实施例的结构，而省去与第三实施例中的结构相同的结构。
第七实施例与第三实施例不同之处在于，在第三实施例中在发动机运行在贫油/富油尖峰控制执行范围内时当主NOx催化剂55的温度变得高于预定的温度时，立即执行NOx催化剂温度上升抑制控制以防止在主NOx催化剂55中的温度过分地升高，而在本第七实施例中，在发动机运行在贫油/富油尖峰控制执行范围内时当主NOx催化剂55的温度变得高于预定的温度时，在执行了副NOx催化剂61的SOx中毒再生控制之后才执行NOx催化剂温度上升抑制控制。
在排气净化装置的正常控制中，当发动机运行状态处于理想配比控制执行范围或富油空气-燃料比控制执行范围时，3-元催化剂51的温度满足SOx释放条件，将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态，而第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，以防止从3-元催化剂51中释放出SOx流进到主NOx催化剂55中，而所有的废气量流经副NOx催化剂61，以使副NOx催化剂61比主NOx催化剂55更易受到SOx中毒，而当对受到了SOx中毒的副NOx催化剂61执行NOx催化剂温度上升抑制控制时，不能充分地净化包含在流经副NOx催化剂61的废气中的NOx，因此造成废气排放质量降低。
在下文中，参考附图15的流程图描述第七实施例的催化剂温度上升抑制控制。附图15的流程图所示为催化剂温度上升抑制控制程序。将这种NOx催化剂温度上升抑制控制程序事先存储在ECU30的ROM32中，在每个预定的时间内由CUP34重复执行。
(步骤801)在催化剂温度上升抑制控制程序中，在步骤801中ECU30首先确定内燃机1的运行状态是否处于贫油/富油尖峰控制执行范围。
(步骤802)当在步骤801中确定为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤802，在步骤802中确定温度传感器66的输出信号值(废气温度)是否高于预设上限值T1(例如主NOx催化剂55的催化剂净化风的上限值)。
(步骤803)当在步骤802中确定为肯定时，ECU30确定是否需要执行NOx催化剂温度上升抑制处理以防止在主NOx催化剂55中过分的温度升高，该程序进行到步骤803。在步骤803中，ECU30对副NOx催化剂61执行SOx中毒程度确定处理。对副NOx催化剂61执行SOx中毒程度确定的方法的实例包括从内燃机1的运行历史中进行估计的方法等。
(步骤804)在步骤804中，ECU确定副NOx催化剂61的SOx中毒程度是否小于预定的参考值。该参考值是事先通过实验获得的并存储在ROM32中。
(步骤805)当在步骤804中确定为否定时，ECU确定不需要对副NOx催化剂61执行SOx中毒再生，该过程进行到步骤805。在步骤805中，ECU30对主NOx催化剂55执行NOx催化剂温度上升抑制处理。
更具体地说，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以将第一和第二排气开关阀63和65保持在完全打开的状态，使废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61。
在这种情况下，来自内燃机1的废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61，流经主NOx催化剂55的废气量小于来自内燃机1的废气量仅流经主NOx催化剂55的情况下的废气量，因此主NOx催化剂55从废气中所接收的热量降低，主NOx催化剂55的温度没有过分地升高。
此外，由于来自内燃机1的废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两种催化剂，当流经主NOx催化剂55的废气量降低时，在主NOx催化剂55中的废气的空间速度降低，因此提高了主NOx催化剂55的NOx净化率。类似地，流经副NOx催化剂61的废气量小于来自内燃机1的废气量仅流经副NOx催化剂61的情况下的废气量，因此在副NOx催化剂61中的废气的空间速度也降低了，并且也提高了副NOx催化剂61的NOx净化率。
(步骤806)在步骤806中，ECU30确定温度传感器66的输出信号值(废气温度)是否已经低于预定的温度T2。预定的温度T2是一种比上限值T1更小但不小于主NOx催化剂55的催化剂净化风的下限值的值。
当在步骤806中确定为否定时，ECU30将该过程返回到步骤805中继续执行NOx催化剂温度上升抑制处理。在另一方面，当在步骤806中确定为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤807中。
(步骤807)在步骤354中，ECU30终止执行NOx催化剂温度上升抑制处理，将第一和第二排气开关阀63和65的控制返回到正常。当已经执行了步骤807的处理时，ECU30临时地终止该程序的执行。
在另一方面，当在步骤804中确定为否定时，ECU30确定在执行NOx催化剂温度上升抑制处理之前需要对副NOx催化剂61执行SOx中毒再生。
(步骤808)在步骤808中，ECU30对副NOx催化剂61执行SOx中毒再生处理。更具体地说，ECU30控制第一致动器62以将第一排气开关阀63放置在完全关闭的状态，控制第二致动器64以将第二排气开关阀65放置在完全打开的状态，并执行NOx催化剂温度上升处理以将副NOx催化剂61的温度升高到预定的温度范围(500℃至700℃)。
NOx催化剂温度上升处理的方法实例包括如下的方法(1)以富油空气-燃料比运行内燃机1以使废气的空气-燃料比为富油，并将二次空气输送到在主和副NOx催化剂55和61的上游侧的废气通道中的废气部分中，由此将足够量的未燃烧的燃料成分和氧气输送到主和副NOx催化剂55和61。使未燃烧的燃料成分和氧气在主和副NOx催化剂55和61中反应(燃烧)，由此快速地升高了主和副NOx催化剂55和61的温度。(2)将内燃机1运行在理想配比或富油空气-燃料比并且通过专用的加热器对主和副NOx催化剂55和61进行加热。(3)使内燃机1的汽缸部分运行在富油空气-燃料比下，而内燃机的其它汽缸运行在贫油空气-燃料比下，由此包含有足够的未燃烧的燃料成分的废气和包含有足够量的氧气的废气的气体空气-燃料混合物输送到主和副NOx催化剂55和61；使包含在气体空气-燃料混合物中的未燃烧的成分和氧气在主和副NOx催化剂55和61中进行氧化，由此升高了主和副NOx催化剂55和61的温度。
(步骤809)在步骤809中，ECU30确定副催化剂61的SOx中毒再生是否已经完成。确定副NOx催化剂61的SOx中毒再生完成的方法的实例包括如下的方法(1)在一种方法中事先通过实验获得在副NOx催化剂61的SOx中毒程度和SOx中毒再生所需的时间(副NOx催化剂的SOx中毒再生时间)之间的关系，在SOx中毒再生控制的执行时间超过了副NOx催化剂的SOx中毒再生时间时确定是否已经消除了副NOx催化剂61的SOx中毒；以及(2)在一种方法中将适合于输出与在废气中的SOx浓度相对应的电信号的SOx传感器设置在副NOx催化剂61的下游侧的旁路通路59中，并在SOx传感器的输出信号值变得小于预定值时确定是否已经消除了副NOx催化剂61的SOx中毒。
当在步骤809中确定为否定时，ECU30将该过程返回到步骤808，在步骤808中，继续进行副NOx催化剂61的SOx中毒再生处理。另一方面，当在步骤809中确定的肯定时，ECU30连续地执行步骤805、步骤806和步骤807的处理以防止主NOx催化剂55的温度的过分上升。
在上文所描述的第七实施例中，除了上述第三实施例的效果以外，它还能够提高主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的NOx净化率而同时防止主NOx催化剂55的温度的过分升高。
接着描述本发明的内燃机的排气净化装置的第八实施例。在此描述与第三实施例不同的结构，省去对与第三实施例类似的结构的详细描述。
第八实施例与上述第三实施例的区别在于，在第三实施例中当在估计在贫油/富油尖峰控制中由主NOx催化剂55所吸收的NOx量时并没有考虑通过第二排气开关阀65泄漏到副NOx催化剂61的废气，而在本第八实施例中，在考虑泄漏到副NOx催化剂61中的废气的同时估计由主NOx催化剂55所吸收的NOx的量。
当不考虑泄漏到副NOx催化剂61中的废气而估计由主NOx催化剂55所吸收的NOx的量时，可以预计的是所估计的值大于NOx吸收量。如果在基于这种估计值的基础上执行贫油/富油尖峰控制，则尽管主NOx催化剂55的NOx吸收能力并还没有饱和仍然执行富油尖峰控制，因此不可能有效地利用主NOx催化剂55的NOx吸收能力，不需要地增加了富油尖峰控制的执行频率由此使燃料消耗量升高。
此外，第八实施例与第三实施例不同之处还在于，虽然在第三实施例中仅对主NOx催化剂55执行贫油/富油尖峰控制，但在第八实施例中对主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两者执行贫油/富油尖峰控制。
这是因为这样的事实当发动机运行状态处于贫油/富油尖峰控制执行范围时，部分废气通过第二排气开关阀65泄漏到副NOx催化剂61中，从而造成在废气中的NOx被副NOx催化剂61所吸收，因此需要释放并清除由副NOx催化剂61所吸收的NOx。
在下文中，特别描述在第八实施例中的贫油/富油尖峰控制。附图16的流程图所示为贫油/富油尖峰控制程序。贫油/富油尖峰控制程序事先存储在ECU30的ROM32中，并可以由CPU34以预定的时间反复地执行。
(步骤901)在贫油/富油尖峰控制程序中，在步骤901中ECU30首先访问先前设定在RAM33的预定区域中的第一NOx释放标志存储区，并确定所存储的是否是“1”。
当由主NOx催化剂55所吸收的NOx量高于由主NOx催化剂55所能吸收的NOx极限值时在第一NOx释放标志存储区中存储“1”，而当由主NOx催化剂55所吸收的NOx量低于该极限值时在第一NOx释放标志存储区中存储“0”。
(步骤902)当在步骤901中确定为肯定时，当确定在RAM33的第一NOx释放标志存储区中存储“0”时，ECU30进行到步骤902。在步骤902中，ECU30首先访问先前设定在RAM33的预定区域中的第二NOx释放标志存储区，并确定所存储的是否是“1”。
当由副NOx催化剂61所吸收的NOx量高于由副NOx催化剂61所能吸收的NOx极限值时在第二NOx释放标志存储区中存储“1”，而当由副NOx催化剂61所吸收的NOx量低于该极限值时在第二NOx释放标志存储区中存储“0”。
(步骤903)当在步骤902中确定为肯定时，即当确定在RAM33的第二NOx释放标志存储区中存储“0”时，ECU30将该过程进行到步骤903。在步骤903中，ECU30确定发动机运行状态是否处于贫油空气-燃料比执行范围。
(步骤904)当在步骤903中确定为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤904。在步骤904中，基于通过第二排气开关阀65所泄漏到副NOx催化剂61的废气量计算由副NOx催化剂61所吸收的所有的NOx量和由主NOx催化剂55所吸收的所有的NOx量。
更具体地说，应用发动机速度、燃料喷射量等作为参数，ECU30首先计算在固定周期过程中从内燃机1中排放出的NOx量(此后称为发动机排放NOx量)。计算发动机排放NOx量的方法的实例有应用发动机速度、进气量和燃料喷射量作为参数进行计算。还可以通过实验事先获得在发动机速度、进气量、燃料喷射量以及发动机排放NOx量之间的关系，并将该关系以图形的形式存储在ROM32中。
随后，ECU30计算在固定的时间周期内泄漏到副NOx催化剂61的NOx量(此后称为NOx泄漏量)。计算NOx泄漏量的方法的实例有应用废气流量和发动机废气量作为参数进行计算，因为NOx泄漏量根据废气流量(废气压力)和发动机废气NOx量进行变化。
还可以事先通过实验获得在废气流量、发动机废气NOx量以及NOx泄漏量之间的关系，并以图形的形式将该关系存储在ROM32中。此外，由于从表示发动机运行状态比如发动机速度和进气量的参数中估计废气流量和废气压力，上述的图形可以是表示在废气流量、发动机废气NOx量以及NOx泄漏量之间的关系的映射图。
ECU30通过上述的方法计算发动机废气NOx量和NOx泄漏量。ECU30将NOx泄漏量从发动机废气NOx量中减去，由此计算主NOx催化剂55的NOx吸收量。因此ECU30将所计算的NOx吸收量加入到第一吸收计数器C1的记数值中。
通过设定在RAM33的预定区域中的存储区或包含在CPU34中的寄存器等形成第一吸收计数器C1，并保存主NOx催化剂55所吸收的NOx量的积分值，换句话说，保存主NOx催化剂55所吸收的所有NOx量。
另一方面，ECU30将NOx泄漏量加入到第二吸收计数器C2的记数值中。通过设定在RAM33的预定区域中的存储区或包含在CPU34中的寄存器等形成第二吸收计数器C2，并保存副NOx催化剂61所吸收的NOx量的积分值，换句话说，保存副NOx催化剂61所吸收的所有NOx量。
(步骤905)ECU30读取在步骤904中更新的第一吸收计数器C1的记数值C1并将该记数值C1与主NOx催化剂55所能够吸收的NOx量的极限值C1MAX相比较。更具体地说，ECU30确定记数值C1是否小于极限值C1MAX。
(步骤906)当在步骤906中确定为肯定时，ECU30确定主NOx催化剂55的所有的NOx吸收量还没有达到极限值并不需要对主NOx催化剂55执行富油尖峰控制，将该过程进行到步骤906。在步骤906中，ECU30读取在步骤904中更新的第二吸收计数器C2的记数值C2，并将该记数值C1与副NOx催化剂61所能够吸收的NOx量的极限值C2MAX相比较。更具体地说，ECU30确定记数值C2是否小于极限值C2MAX。
当在步骤906中确定为肯定时，ECU30确定副NOx催化剂61的所有的NOx吸收量还没有达到极限值并不需要对副NOx催化剂61执行富油尖峰控制，临时地终止该程序的执行。
(步骤907)接着，在步骤903中确定为否定时，ECU30确定发动机运行状态没有处于贫油空气-燃料比控制执行范围，换句话说，发动机运行状态处于理想配比控制执行范围(或空气-燃料比控制执行范围)，并将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态，而将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，将该过程进行到步骤907中。在步骤907中，ECU30基于通过第一排气开关阀63泄漏到主NOx催化剂55的废气量计算从主NOx催化剂55中释放的所有的NOx量和从副NOx催化剂61中释放的所有的NOx量。
这就是说，当发动机运行状态处于理想配比控制执行范围(或富油空气-燃料比控制执行范围)时，将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态而将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，因此从内燃机1中排放的理想配比或富油空气-燃料比的废气流经副NOx催化剂61。然而，由于第一排气开关阀63的密封特性并不完美，少量的废气通过第一排气开关阀63泄漏到主NOx催化剂55中。
因此，认为当发动机运行状态处于理想配比控制或富油空气-燃料比控制执行范围时，大多数废气流经副NOx催化剂61，因此由副NOx催化剂61已经吸收的NOx被释放并还原，剩余少量的废气流经主NOx催化剂55，由主NOx催化剂55已经吸收的NOx被释放并还原。
因此，通过应用发动机速度、进气量等作为参数ECU30计算在固定的时间周期中从内燃机1中排放的未燃烧燃料成分的量(下文称为发动机废气燃料成分的量)。计算发动机废气燃料成分的量的方法实例有通过应用发动机速度、进气量以及燃料喷射量作为参数进行计算。还可以事先通过实验获得在发动机速度、进气量以及燃料喷射量之间的关系并以映射图的形式将该关系存储在ROM32中。
随后，ECU30计算在固定的时间周期中泄漏到主NOx催化剂55的未燃烧燃料成分的量，即在固定的周期中流经主NOx催化剂55的未燃烧燃料成分的量(下文称为主燃料成分量)。ECU30将主燃料成分量从发动机燃料成分量中减去由此计算流经副NOx催化剂61中的未燃烧燃料成分量(副燃料成分量)。
ECU30在主燃料成分量流经主NOx催化剂55时的释放和还原的NOx量(下文称为第一NOx释放量)和在副燃料成分量流经副NOx催化剂61时的释放和还原的NOx量(下文称为第二NOx释放量)。
ECU30将如上文所计算的第一NOx释放量加入到第一释放计数器CC1的记数值中并将第二NOx释放量加入到第二释放计数器CC2的记数值中。
通过设置在RAM33中的预定区域中的存储区或包含在CPU34中的寄存器等形成第一释放计数器CC1，并保留主NOx催化剂55中所释放和还原的NOx的量的积分值，换句话说，保留在主NOx催化剂55中的释放和还原的所有的NOx量。在另一方面，通过设置在RAM33中的预定区域中的存储区或包含在CPU34中的寄存器等形成第二释放计数器CC2，并保留副NOx催化剂61中所释放和还原的NOx的量的积分值，换句话说，保留在副NOx催化剂61中的释放和还原的所有的NOx量。
(步骤908)ECU30读取在步骤907中更新的第一释放计数器CC1的记数值CC1，并读取上文所描述的第一吸收计数器C1的记数值C1，并确定第一释放计数器CC1的记数值CC1小于上述的第一吸收计数器C1的记数值C1。
(步骤909)当在步骤908中确定为肯定时，ECU30进行到步骤909，并使第一吸收计数器C1的记数值C1复位到“0”。
(步骤910)当在步骤908中确定为否定时，ECU进行到步骤910，通过从第一吸收计数器C1的记数值C1中减去第一释放计数器CC1的记数值CC1获得值(C1-CC1)，并作为第一吸收计数器C1的新的记数值。
(步骤911)在执行步骤909或910的处理之后，ECU30进行到步骤911。在步骤911中，ECU30使第一释放计数器CC1的记数值CC1复位到“0”。
(步骤912)ECU30读取在步骤907中更新的第二释放计数器CC2的记数值CC2，并读取第二吸收计数器C2的记数值C2，并确定第二释放计数器CC2的记数值CC2是否高于第二吸收计数器C2的记数值C2。
(步骤913)当在步骤912中确定为肯定时，ECU30进行到步骤913，并使第二吸收计数器C2的记数值C2复位到“0”。
(步骤914)当在步骤912中确定为否定时，ECU30进行到步骤914，通过从第二吸收计数器C2的记数值C2中减去第二释放计数器CC2的记数值CC2获得值(C2-CC2)，并作为第二吸收计数器C2的新的记数值。
(步骤915)在执行步骤913或至914的处理之后，ECU30进行到步骤915。在步骤915中，ECU30使第二释放计数器CC2的记数值CC2复位到“0”。在执行步骤915的处理之后，ECU30临时地终止该程序的执行。
(步骤916)另一方面，当在步骤905中确定为肯定时，ECU进行到步骤916。在步骤916中，ECU30将第一NOx释放标志存储区的值从“0”改变到“1”。
(步骤917)当完成执行步骤916的处理之后，或当在步骤901中确定为否定时，ECU30进行到步骤917中。在步骤917中，ECU30对主NOx催化剂55执行富油尖峰控制。更具体地说，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63保持在完全打开的状态而第二排气开关阀65保持在完全关闭的状态，并将内燃机1的运行状态切换到富油空气-燃料比运行。
(步骤918)在步骤918中，ECU30基于从内燃机1中排放出的未燃烧的燃料成分量计算在主NOx催化剂55中释放和还原的NOx量，并基于所计算的NOx量更新第一释放计数器CC1的记数值CC1。
(步骤919)在步骤919中，ECU30读取在步骤918中所更新的第一释放计数器CC1的记数值CC1，并读取第一吸收计数器C1的记数值C1，确定第一释放计数器CC1的记数值CC1是否高于第一吸收计数器C1的记数值C1。
当在步骤919中确定为否定时，ECU30返回到步骤917中，继续对主NOx催化剂55进行富油尖峰控制。在另一方面，当在步骤919中确定为肯定时，ECU30进行到步骤920。
(步骤920)在步骤920中，ECU30终止对主NOx催化剂55的富油尖峰控制的执行。更具体地说，ECU30将第一排气开关阀63和第二排气开关阀65的控制和内燃机1的控制返回到正常。随后，ECU30将第一NOx释放标志存储区的值从“1”改变到“0”，并将第一吸收计数器C1和第一释放计数器CC1的记数值复位到“0”。在执行步骤920的处理之后，ECU30临时地终止执行该程序。
(步骤921)此外，当在步骤906中确定为否定时，ECU30进行到步骤921，并将第二NOx释放标志存储区的值从“0”改变到“1”。
(步骤922)当完成执行步骤921的处理之后，或当在步骤902中确定为肯定时，ECU30进行到步骤922中。在步骤922中，ECU30对副NOx催化剂61执行富油尖峰控制。更具体地说，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态而第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，并将内燃机1的运行状态切换到富油空气-燃料比运行。
(步骤923)在步骤923中，ECU30基于从内燃机1中排放出的未燃烧的燃料成分量更新第二释放计数器CC2的记数值CC2。
(步骤924)在步骤924中，ECU30读取在步骤923中所更新的第二释放计数器CC2的记数值CC2，并读取第二吸收计数器C2的记数值C2，确定第二释放计数器CC2的记数值CC2是否高于第二吸收计数器C2的记数值C2。
当在步骤924中确定为否定时，ECU30返回到步骤922中，继续对副NOx催化剂61进行富油尖峰控制。在另一方面，当在步骤924中确定为肯定时，ECU30将该过程进行到步骤925。
(步骤925)在步骤925中，ECU30终止对副NOx催化剂61的富油尖峰控制的执行。更具体地说，ECU30将第一排气开关阀63和第二排气开关阀65的控制和内燃机1的控制返回到正常。随后，ECU30将第二NOx释放标志存储区的值从“1”改变到“0”，并将第二吸收计数器C2和第二释放计数器CC2的记数值复位到“0”。在执行步骤925的处理之后，ECU30临时地终止执行该程序。
在上文所描述的第八实施例中，考虑从第一排气开关阀63和第二排气开关阀65中所泄漏的废气量估计主NOx催化剂55的NOx吸收量，因此可以精确地估计主NOx催化剂55的NOx吸收量，由此可以以较高的精度对主NOx催化剂55执行富油尖峰控制。
此外，在第八实施例中，考虑从第一排气开关阀63和第二排气开关阀65中所泄漏的废气量估计副NOx催化剂61的NOx吸收量，因此可以基于估计值对副NOx催化剂61执行富油尖峰控制，因此能够可靠地降低被副NOx催化剂61所无意地吸收的NOx，因此提高废气排放控制的质量。
在上文所描述的第八实施例中，考虑从第一排气开关阀63和第二排气开关阀65中所泄漏的废气量估计主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的NOx吸收量。然而，在某些情况下，存在第一排气开关阀63和第二排气开关阀65的响应延迟，即，在控制第一致动器62或第二致动器64以使第一排气开关阀63或第二排气开关阀65从完全打开状态到完全关闭状态(或从完全关闭状态到完全打开状态)的时间点到第一排气开关阀63或第二排气开关阀65实际进入完全关闭状态(或完全打开状态)的时间点需要一定的时间。在这种情况下，理想的是，考虑在第一排气开关阀63和第二排气开关阀65的响应延迟周期中流经主NOx催化剂55或副NOx催化剂61的废气量来估计NOx吸收量。
接着，描述本发明的内燃机的排气净化装置的第九实施例。在此描述不同于第八实施例的结构，而省去与第八实施例类似的结构的详细描述。
第九实施例与第八实施例不同之处在于，在第八实施例中彼此独立地执行对主NOx催化剂55的富油尖峰控制和对副NOx催化剂61的富油尖峰控制。相反，在第九实施例中，仅在执行NOx催化剂温度上升抑制控制时，换句话说，仅在通过应用主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两种催化剂实施废气净化时，彼此同步地执行对主NOx催化剂55的富油尖峰控制和对副NOx催化剂61的富油尖峰控制。
这是因为在执行NOx催化剂温度上升抑制控制时主NOx催化剂55的富油尖峰控制执行时间不同于副NOx催化剂61的富油尖峰控制的执行时间，可以预料的是富油尖峰控制的执行频率将增加，因此造成燃料消耗量增加。
然而，由于在启动执行NOx催化剂温度上升抑制控制时主NOx催化剂55的NOx吸收量不同于副NOx催化剂61的NOx吸收量，第九实施例采用这样的一种设置在执行NOx催化剂温度上升抑制控制直接之前，临时地释放和还原主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的所吸收的所有的NOx。
此外，当主NOx催化剂55所能够吸收的NOx量的极限值(下文称为第一NOx吸收极限值)不同于副NOx催化剂61所能够吸收的NOx量的极限值(下文称为第二NOx吸收极限值)时，即使在执行NOx催化剂温度上升抑制控制之前立即释放并还原由主NOx催化剂55和副NOx催化剂61所吸收的所有的NOx，主NOx催化剂55的NOx吸收能力达到饱和的时刻是不同于副NOx催化剂61的NOx吸收能力达到饱和的时刻，使其富油尖峰控制的执行时间不可能同步。因此，在第九实施例中，通过应用在主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中的NOx吸收能力较小的一种催化剂作为参考执行富油尖峰控制。
在下文所描述的实施例中，当主NOx催化剂55的NOx吸收能力高于副NOx催化剂61的NOx吸收能力时，即当第一吸收极限值NOx高于第二吸收极限值NOx时，实施贫油/富油尖峰控制。
在第九实施例中，当实施贫油/富油尖峰控制时，ECU30根据在附图17中所示的贫油/富油尖峰控制程序执行贫油/富油尖峰控制。在附图17中所示的贫油/富油尖峰控制程序事先存储在ECU30的ROM32中，它是CPU34在每预定的时间内反复执行的一种程序。
(步骤1001)在贫油/富油尖峰控制程序中，ECU30在步骤1001中首先确定废气是否处于这样的状态中在其中使废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两者，换句话说，发动机的运行状态是否处于贫油/富油尖峰控制执行范围且废气的温度高于预定的温度。
(步骤1019)当在步骤1001中确定为否定时，即当废气不处于流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两种催化剂的状态时，ECU30进行到步骤1019，在步骤1019中，执行正常的贫油/富油尖峰控制。在此，正常的贫油/富油尖峰控制与参考第八实施例所描述的贫油/富油尖峰控制相同。
(步骤1002)当在步骤1001中确定为肯定时，即，当废气处于使废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂55两种催化剂的状态中，ECU30进行到步骤1002，在步骤1002中，确定第一吸收计数器C1的记数值C1是否大于“0”，即主NOx催化剂55是否已经吸收了NOx。
(步骤1003)当在步骤1002中确定为否定时，ECU30将过程进行到步骤1003，执行富油尖峰控制以释放和还原所有的主NOx催化剂55所吸收的NOx。更具体地说，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63保持在完全打开的状态并将第二排气开关阀65保持在完全关闭的状态，并将发动机运行状态切换到富油空气-燃料比运行。
(步骤1004)在步骤1004中，ECU30基于从内燃机1中排放出的未燃烧的燃料成分的量计算在主NOx催化剂55中释放和还原的NOx量，并基于所计算的NOx量更新第一释放计数器CC1的记数值CC1。
(步骤1005)在步骤1005中，ECU30读取在步骤1004中所更新的第一释放计数器CC1的记数值CC1，并读取第一吸收计数器C1的记数值C1，确定第一释放计数器CC1的记数值CC1是否高于第一吸收计数器C1的记数值C1。
当在步骤1005中确定为否定时，ECU30返回到步骤1003中，继续对主NOx催化剂55进行富油尖峰控制。在另一方面，当在步骤1003中确定为肯定时，ECU30进行到步骤1006。
(步骤1006)在步骤1006中，确定第一吸收计数器C2的记数值C2是否大于“0”，即副NOx催化剂61是否已经吸收了NOx。
(步骤1007)当在步骤1002中确定为肯定时，ECU30将过程进行到步骤1007，执行富油尖峰控制以释放和还原所有的副NOx催化剂61所吸收的NOx。更具体地说，ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63保持在完全关闭的状态并将第二排气开关阀65保持在完全打开的状态，并将发动机运行状态切换到富油空气-燃料比运行。
(步骤1008)在步骤1008中，ECU30基于从内燃机1中排放出的未燃烧的燃料成分的量计算在副NOx催化剂61中释放和还原的NOx量，并基于所计算的NOx量更新第二释放计数器CC2的记数值CC2。
(步骤1009)在步骤1009中，ECU30读取在步骤1008中所更新的第二释放计数器CC2的记数值CC2，并读取第二吸收计数器C2的记数值C2，确定第二释放计数器CC2的记数值CC2是否高于第二吸收计数器C2的记数值C2。
当在步骤1009中确定为否定时，ECU30返回到步骤1007中，继续对副NOx催化剂61进行富油尖峰控制。在另一方面，当在步骤1009中确定为肯定时，ECU30进行到步骤1010。
(步骤1010)ECU30控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63和第二排气开关阀65都保持在完全打开的状态，并将发动机运行状态切换到贫油空气-燃料比运行。
(步骤1011)在步骤在步骤1011中，ECU30访问先前设定在RAM33的预定区域中的第三NOx释放标志存储区，并确定所存储的是否是“1”。
当由主NOx催化剂55和副NOx催化剂61所吸收的NOx量高于第二吸收极限值NOx的两倍(当第一吸收极限值NOx＜第二吸收极限值NOx时为第一吸收极限值NOx的两倍)时在第三NOx释放标志存储区中存储“1”，而当由主NOx催化剂55和副NOx催化剂61所吸收的NOx量小于第二吸收极限值NOx的两倍时在第三NOx释放标志存储区中存储“0”。
(步骤1012)
当在步骤1012中确定为肯定时，当确定在RAM33的第三NOx释放标志存储区中存储“0”时，ECU30进行到步骤1012。在步骤1012中，通过应用发动机速度、燃料喷射量等作为参数计算发动机废气NOx量并将发动机废气NOx量加入到第三吸收计数器C3的记数值C3中。
通过设定在RAM33的预定区域中的存储区或包含在CPU34中的寄存器等形成第三吸收计数器C3，并保存主NOx催化剂55和副NOx催化剂61所吸收的NOx量的积分值，换句话说，保存主NOx催化剂55和副NOx催化剂61所吸收的所有NOx量。
(步骤1013)ECU30读取在步骤1013中更新的第三吸收计数器C3的记数值C3，并将该记数值C3与第二吸收极限值NOxC3MAX相比较。更具体地说，ECU30确定记数值C3是否高于极限值C3MAX。
当在步骤1013中确定为否定时，ECU30返回到步骤1012。在另一方面，当在步骤1013中确定为肯定时，ECU30进行到步骤1014。
(步骤1014)在步骤1014中，ECU30将第三NOx释放标志存储区的值从“0”改变到“1”。
在此，当在步骤1011中确定为肯定时，或当ECU30已经完成了步骤1014的处理执行时，ECU30进行到步骤1015。
(步骤1015)在步骤1015中，ECU30将发动机运行状态从贫油空气-燃料比运行切换到富油空气-燃料比运行，由此使空气-燃料比废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61，由此释放并还原主NOx催化剂55和副NOx催化剂61所吸收的NOx。
(步骤1016)在步骤1016中，ECU30基于从内燃机1中排放出的未燃烧的燃料成分量计算在主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中释放和还原的NOx量，并基于所计算的NOx量更新第三释放计数器CC3的记数值CC3。
通过设置在RAM33中的预定区域中的存储区或包含在CPU34中的寄存器等形成第三释放计数器CC3，并保留主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中所释放和还原的NOx的量的积分值，换句话说，保留在主NOx催化剂55和副NOx催化剂61中的释放和还原的所有的NOx量。
(步骤1017)在步骤1017中，ECU30读取在步骤1016中更新的第三释放计数器CC3的记数值CC3，和第三吸收计数器C3的记数值C3，并确定第三释放计数器CC3的记数值CC3高于的第三吸收计数器C3的记数值C3，即，由主NOx催化剂55和副NOx催化剂61所吸收的所有的NOx是否已经都释放或清除。
当在步骤1017中确定为否定时，ECU返回到步骤1015，继续对主NOx催化剂55和副NOx催化剂61进行富油尖峰控制。在另一方面，当在步骤1017中确定为肯定时，ECU30进行到步骤1018。
(步骤1018)在步骤1018中，ECU30终止对主NOx催化剂55和副NOx催化剂61的富油尖峰控制的执行。更具体地说，ECU30将发动机运行状态从富油空气-燃料比运行切换到贫油空气-燃料比运行。此外，ECU30将第三NOx释放标志存储区的值从“1”改变到“0”，并将第三吸收计数器C3的记数值C3和第三释放计数器CC3的记数值CC3复位到“0”。在执行步骤1018的处理之后，ECU30临时地终止执行该程序。
在上文所描述的第九实施例中，当废气流经主NOx催化剂55和副NOx催化剂61两种催化剂时，可以与对副NOx催化剂61执行富油尖峰控制同步地执行对主NOx催化剂55的富油尖峰控制，因此减少了执行富油尖峰控制的执行频率，结果能够减少与富油尖峰控制相关的燃料消耗量。
接着，描述本发明的内燃机的排气净化装置的第九实施例。在此描述不同于第四实施例的结构，而省去与第四实施例类似的结构的描述。
第十实施例与第四实施例不同之处在于，在第四实施例的主NOx催化剂温度上升控制中在完成了内燃机1的预热之后激活主NOx催化剂55，而在第十实施例中，当内燃机1处于预热时激活主NOx催化剂55。
在第四实施例中，一直进行发动机预热控制(即内燃机的理想配比运行)，直到从内燃机1中排放的NOx量变得小于在内燃机的预热完成之后的预定量，以便当从内燃机1的预热完成的时间点到从内燃机1中排放的NOx量变得小于预定量的时间点之间的时间相当长时，可以预计的是增加了燃料消耗量。
考虑到这一点，在第十实施例中，这样控制第一排气开关阀63和第二排气开关阀65的打开和关闭，以使在内燃机1的预热运行中，在废气的空气-燃料比处于理想配比的同时，所有的废气量流经副NOx催化剂61，而在在废气中的NOx量小于预定的量时，所有的废气量流经主NOx催化剂55，由此内燃机1的预热和主NOx催化剂55的激活同时进行。
在废气中的NOx量小于预定量的实例有如下的情况在机车以减速运行时、在禁止执行燃料喷射控制时以及在禁止执行火花塞控制时的情况。参考机车以减速的情况描述第十实施例。
在下文中，参考附图18的流程图描述主NOx催化剂温度上升控制。附图18的流程图所示为主NOx催化剂温度上升控制程序。这个主NOx催化剂温度上升控制程序事先存储在ECU30的ROM32中，它是一种应用内燃机1的启动完成由CPU34执行的程序。
(步骤1101)在主NOx催化剂温度上升控制程序中，在步骤1101中ECU30首先确定内燃机1是否已经完成了启动。
当在步骤1101中确定为否定时，ECU30再次执行步骤1101的处理。在另一方面，当在步骤1101中确定为肯定时，ECU30进行到步骤1102。
(步骤1102)在步骤1102中，ECU30执行发动机的预热处理。更具体地说，ECU30以理想配比空气-燃料比运行内燃机1并控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63保持在完全关闭状态和将第二排气开关阀65保持在完全打开状态。
在这种情况下，理想配比空气-燃料比的废气从内燃机1中排放出来，包含在废气中的有害气体分量比如HC、CO和NOx都通过由在发动机启动时3-元催化剂温度上升控制所激活的3-元催化剂51净化。通过3-元催化剂51已经净化了有害气体成分的废气通过在旁路通路59中的副NOx催化剂61导向到排气管58中。在该过程中，副NOx催化剂61还没有激活。然而，如上文所述3-元催化剂51已经净化了在废气中的有害气体成分，因此废气排放质量不会降低。此外，副NOx催化剂61从废气中接收热量而温度升高。
(步骤1103)在步骤1103中，ECU30确定机车是否以减速运行。确定机车减速运行的方法的实例如下在加速度器(未示)的运行量为“零”而机车速度高于预定的速度时确定机车处于减速运行的状态。
(步骤1104)当在步骤1103中确定为肯定时，ECU30确定在废气中的NOx量小于预定的量，对主NOx催化剂55执行温度上升处理。更具体地说，ECU30控制第一致动器62以将第一排气开关阀63从完全关闭的状态切换到完全打开的状态，并控制第二致动器64将第二排气开关阀65从完全打开的状态切换到完全关闭状态，使所有的废气量流经主NOx催化剂55。
在该过程中，从内燃机1中排放的废气通过主NOx催化剂55流经排气管58。然而，由于在减速运行过程中包含在从内燃机1中排放的废气中的NOx量很小，因此在主NOx催化剂55还没有激活时废气排放质量不会快速地降低。
此外，即使在内燃机1中没有进行燃烧时，在机车以减速运行时从内燃机1中排放的废气从发动机的内部接收热量，因此当这种废气流经主NOx催化剂55时，主NOx催化剂55从废气中接收热量，其温度升高。
在执行如上文所描述的步骤1104的处理之后，ECU30返回到步骤1103中，在步骤1103中，确定机车的减速运行状态是否继续。当在步骤1103中确定为肯定时，即当确定机车的减速运行状态继续时，ECU30进行到步骤1104，对主NOx催化剂55继续进行温度上升处理。另一方面，当在步骤1103中确定为否定时，即当完成了机车的减速运行状态时，ECU30进行到步骤1105。
(步骤1105)在步骤1105中，ECU30确定内燃机1的预热是否已经完成。确定内燃机1的预热完成的方法实例包括如下的方法在一种方法中当发动机的冷却水的温度高于预定的温度时确定内燃机1的预热是否已经完成，在另一种方法中应用自内燃机1的启动开始的运行历史等作为参数确定内燃机1的预热(以及副NOx催化剂61的激活)是否已经完成。
当在步骤1105中确定为否定时，ECU30将该过程进行到步骤1102，继续执行发动机的预热处理。在另一方面，当在步骤1105中确定为肯定时，ECU30进行到步骤1106。
(步骤1106)在步骤1106中，ECU30终止执行发动机的预热处理。更具体地说，ECU30将内燃机1的运行状态从理想配比运行切换到贫油/富油尖峰运行，并控制第一致动器62和第二致动器64以将第一排气开关阀63从完全关闭状态切换到完全打开的状态和将第二排气开关阀65从完全打开的状态切换到完全关闭状态。在执行步骤1106的处理之后，ECU30终止该程序的执行。
如上文所述，在第十实施例的内燃机的排气净化装置，在内燃机1的预热运行的过程中可以升高主NOx催化剂55的温度而不会降低废气排放质量，因此能够激活NOx催化剂55而将发动机预热的执行范围限制在最小。
当使在机车减速运行时所有的废气量流经主NOx催化剂55时，还可以增加节流阀15的打开程度，由此增加从废气中输送到主NOx催化剂55的热量。作为一种变型，还可以从燃料喷射阀11中二次喷射燃料以在3-元催化剂51中燃烧燃料，由此升高废气的温度，从而增加从废气中输送到主NOx催化剂55的热量。
在第三实施例到第十实施例中，描述了本发明的内燃机的排气净化装置，在这些实施例中副NOx催化剂61设置在绕过主NOx催化剂55的旁路通路59，即主NOx催化剂55和副NOx催化剂61都并行设置。如附图19所示还可以在排气管70中串联设置主NOx催化剂55和副NOx催化剂61，以使主NOx催化剂55位于副NOx催化剂61的上游，其中提供与在主NOx催化剂55的上游侧上的废气通道70连通的旁路通路71，该废气通道70设置在副NOx催化剂61的上游侧和主NOx催化剂55的下游侧，排气开关阀72设置在旁路通路71和主NOx催化剂55之间的分支部分中并适合于在旁路通路71和主NOx催化剂55之间切换废气流。
此外，虽然在上文所述的第一到第十实施例用于汽油机，但是本发明还适合应用在柴油机中。在柴油机的情况下，以远高于理想配比空气-燃料比的空气-燃料比实施在燃烧室中的燃烧，因此在正常的发动机运行状态中，流进SOx吸收材料17和主NOx催化剂20中的废气都很贫油，同时实施SOx和NOx的吸收，释放很少或不释放SOx和NOx。
此外，如上文所述，在汽油机的情况下，通过使输送到燃烧室3中的空气-燃料混合物的空气-燃料比为理想配比或富油，可以使流进SOx吸收材料17和主NOx催化剂20中的废气的空气-燃料比处于理想配比或富油，从而释放由SOx吸收材料17和主NOx催化剂20所吸收的SOx和NOx。在柴油机的情况下，使输送到内燃机的空气-燃料混合物的空气-燃料比成为理想配比或富油，从而导致了在燃烧时产生黑烟，因此这种方法并不适合。
因此，当将本发明应用到柴油机时，为使流进的废气的空气-燃料比成为理想配比或富油，需要给远离燃料燃烧的废气中输送还原剂(例如作为燃料的柴油)以获得发动机输出。通过在进气冲程、膨胀冲程或排气冲程的过程中给汽缸中二次喷射燃料或通过给在SOx吸收材料17的上游侧的废气通道中输送还原剂实现给废气中输送还原剂。
如果柴油机具有废气循环装置(所谓的EGR装置)，则可以通过将大量的废气循环气引入到燃烧室中使废气的空气-燃料比成为理想配比或富油。
权利要求
1.一种内燃机排气净化装置，包括能够以过量氧气燃烧空气-燃料混合物的贫油燃烧型内燃机；NOx吸收材料，该NOx吸收材料设置在内燃机的排气通道中，并且当流经的废气的空气-燃料比处于贫油时适合于吸收废气中的氮的氧化物，而当流经的废气的氧气浓度较低时适合于释放它已经吸收的氮的氧化物；旁路通路，该旁路通路从在NOx吸收材料的上游侧的排气通道部分分支并适合于使废气绕过NOx吸收材料；废气流开关装置，该废气流开关阀有选择性地在NOx吸收材料和旁路通路之间切换废气流；SOx吸收材料，该SOx吸收材料设置在废气流开关装置的上游侧的废气通道部分中，并在流进的废气的空气-燃料比处于贫油时适合于吸收硫的氧化物，而在流进的废气的氧气浓度较低时能够释放它已经吸收的硫的氧化物；和NOx催化剂，该NOx催化剂设置在旁路通路中，并在流经的废气的空气-燃料比处于贫油时适合于净化氮的氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中设在旁路通路中的NOx催化剂是一种适合于在出现了碳氢化合物的情况下在过氧的气氛中还原或分解氮的氧化物的选择性的还原型NOx催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中在旁路通路中的NOx催化剂是一种吸留还原型NOx催化剂，当废气的空气-燃料比处于贫油时该吸留还原型NOx催化剂吸收在废气中的氮的氧化物，而当废气的氧气浓度较低并存在还原剂时该吸留还原型NOx催化剂释放它已经吸收的氮的氧化物以还原或分解它们。
4.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中当控制废气的空气-燃料比为贫油时废气流开关装置使所有的废气流经NOx吸收材料，而当控制废气的空气-燃料比为理想配比或富油时废气流开关装置使所有的废气流经旁路通路。
5.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中在旁路通路中的NOx催化剂具有3-元净化功能和在较低的温度下的HC吸收能力，以及其中在废气的温度低于预定的温度时废气流开关装置使所有的废气流经旁路通路，而在废气的温度高于预定的温度时使废气流经NOx吸收材料。
6.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中该内燃机是缸内喷射型内燃机，该内燃机具有用于直接将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，其中该SOx吸收材料具有3-元净化功能，以及在启动内燃机时控制废气流开关装置以对流经NOx吸收材料和NOx催化剂的废气流量进行节流，并且除了喷射燃烧燃料以外在每个汽缸的膨胀冲程的过程中控制燃料喷射阀进行二次燃料喷射。
7.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，进一步包括温度上升抑制装置，用于控制废气流开关装置使得在NOx吸收材料的温度高于在控制废气流开关装置使所有的废气流经NOx吸收材料时的预定温度时使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂。
8.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中在NOx吸收材料的温度变得高于在控制废气流开关装置使所有的废气流经NOx吸收材料时的预定温度时，在对NOx催化剂执行SOx中毒再生处理之后温度上升抑制装置控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂两种物质。
9.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中当内燃机进行预热运行时，控制废气流开关装置以使所有的废气流经NOx催化剂，而在内燃机预热运行完成之后切换该废气流开关装置以在从内燃机中排放的NOx量变得低于预定的量时使所有的废气流经NOx吸收材料。
10.根据权利要求9所述的一种内燃机的排气净化装置，其中在从内燃机中排放的NOx量变得低于预定的量时，其中安装有该内燃机的机车减速运行。
11.根据权利要求9所述的一种内燃机的排气净化装置，其中在从内燃机中排放的NOx量变得低于预定的量时，该内燃机的负荷小于预定值。
12.根据权利要求3所述的一种内燃机的排气净化装置，进一步包括SOx中毒再生装置，当检测到NOx吸收材料和NOx催化剂中至少一种物质受到SOx中毒时，控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂，并同时对NOx吸收材料和NOx催化剂执行SOx中毒再生处理。
13.根据权利要求12所述的一种内燃机的排气净化装置，进一步包括再生完成确定装置以确定NOx吸收材料和NOx催化剂中的SOx中毒再生完成，以及其中当通过再生完成确定装置确定对NOx吸收材料和NOx催化剂中一种物质的SOx中毒再生已经完成时，SOx中毒再生装置可以控制废气流开关装置以防止废气流到SOx中毒再生已经完成的物质中。
14.根据权利要求12所述的一种内燃机的排气净化装置，进一步包括再生完成确定装置以确定NOx吸收材料和NOx催化剂中的SOx中毒再生完成，其中当通过再生完成确定装置确定NOx吸收材料和NOx催化剂中的一种物质的SOx中毒再生已经完成时，SOx中毒再生装置中断SOx中毒再生处理并冷却已经完成SOx中毒再生处理的物质，以及其中在冷却SOx中毒再生已经完成的一种物质完成之后，仅对SOx中毒再生处理还没有完成的一种物质恢复SOx中毒再生处理。
15.根据权利要求3所述的一种内燃机的排气净化装置，进一步包括NOx吸收量检测装置以检测由NOx吸收材料所吸收的NOx量和由NOx催化剂所吸收的NOx量。
16.根据权利要求15所述的一种内燃机的排气净化装置，其中该NOx吸收量检测装置基于从废气流开关装置中泄漏出的废气量估计NOx吸收材料和NOx催化剂的NOx吸收量。
17.根据权利要求3所述的一种内燃机的排气净化装置，进一步包括NOx净化装置，当需要控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂两种物质时，该NOx净化装置控制废气流开关装置以在释放和净化通过NOx吸收材料和NOx催化剂所吸收的所有的NOx之后使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂两种物质。
18.根据权利要求17所述的一种内燃机的排气净化装置，其中当控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料和NOx催化剂两种物质时，应用NOx吸收材料和NOx催化剂中的NOx吸收能力较低的一种物质作为参考，该NOx净化装置同时释放和净化通过NOx吸收材料吸收的NOx和由NOx催化剂吸收的NOx。
19.根据权利要求1所述的一种内燃机的排气净化装置，其中在内燃机的预热运行过程中在控制废气的空气-燃料比为理想配比或富油时控制废气流开关装置以使废气流经NOx催化剂并防止废气流进NOx吸收材料，以及在内燃机的预热运行过程中在从内燃机中排放NOx的量小于预定量时控制废气流开关装置以使废气流经NOx吸收材料并防止废气流进NOx催化剂。
20.一种内燃机的排气净化装置，包括能够以过量氧气燃烧空气-燃料混合物的贫油燃烧型内燃机；NOx吸收材料，该NOx吸收材料设置在内燃机的排气通道中，在流进的废气的空气-燃料比为贫油时这种NOx吸收材料适合于吸收氮的氧化物，而在流进的废气的氧气浓度较低时这种NOx吸收材料释放它已经吸收的氮的氧化物；旁路通路，该旁路通路从在NOx吸收材料的上游侧的排气通道部分分支并允许废气绕过NOx吸收材料；废气流开关装置，该废气流开关阀有选择性地在NOx吸收材料和旁路通路之间切换废气流；SOx吸收材料，该SOx吸收材料设置在废气流开关装置的上游侧的排气通道部分中，并在流进的废气的空气-燃料比处于贫油时适合于吸收硫的氧化物，而在流进的废气的氧气浓度较低时适合于释放它已经吸收的硫的氧化物；和NOx催化剂，该NOx催化剂设置在旁路通路下游侧的排气通道中，并在废气的空气-燃料比处于贫油时适合于净化氮的氧化物。
全文摘要
本发明的目的是提高在排气净化装置中的废气排放净化的可靠性,该排气净化装置具有NOx催化剂和旁通NOx催化剂的旁路通路。本发明提供一种排气净化装置,该排气净化装置包括在内燃机的排气通道中设置的SOx吸收材料17、设置在SOx吸收材料的下游侧的排气通道中的主NOx催化剂20、与在SOx吸收材料17和主NOx催化剂20之间的位置的废气通道分支的旁通管26和设置在旁通管26的开始端并适合于在主NOx20和旁通管26之间切换废气的废气开关阀28,其中在旁通管26中提供副NOx催化剂24,以及其中当控制废气开关阀28以将废气导向到主NOx催化剂20并防止废气流经旁通管26时,从废气开关阀28泄漏到旁通管26中的任何废气都被副NOx催化剂24净化。
文档编号F01N13/02GK1334899SQ9981587
公开日2002年2月6日 申请日期1999年12月16日 优先权日1999年1月25日
发明者广田信也, 利冈俊祐, 田中俊明 申请人:丰田自动车株式会社