CN101356346B

CN101356346B - 内燃机的排气净化装置和排气净化方法

Info

Publication number: CN101356346B
Application number: CN2007800012929A
Authority: CN
Inventors: 吉田耕平; 林孝太郎; 广田信也; 浅沼孝充; 西冈宽真; 大月宽
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: BRPI0706058B8; KR20080037731A; US8104271B2; BRPI0706058B1; RU2381370C1; RU2008119129A; KR100950877B1; MY144697A; EP2039901B1; BRPI0706058A2; EP2039901A4; US20090255233A1; EP2039901A1; JP4613961B2; CN101356346A; JPWO2008004493A1; WO2008004493A1

Abstract

将碱金属和碱土金属两者中的至少一种携带扩散于其中的SO_X捕集催化剂(11)布置在内燃机的排气通道中。通过在发动机运行期间将所述SO_X捕集催化剂(11)的温度保持在所述碱金属和碱土金属两者中的至少一种的硝酸盐变为熔融状态的温度，在所述SO_X捕集催化剂(11)中的硝酸盐移动到所述SO_X捕集催化剂(11)表面上并在其上凝结的硝酸盐移动和凝结作用被促进了。由于这种硝酸盐移动和凝结作用，在恢复所述SO_X捕集率时除去了SO_X。

Description

内燃机的排气净化装置和排气净化方法

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置和排气净化方法。

背景技术

用于内燃机的燃料和润滑油包含硫，因此排气中包含SO_X。然而，所述SO_X的作用大大地减弱了布置在发动机排气通道内的所述排气净化催化剂或其它后处理装置的性能或耐久性，因此优选地除去所述排气中的所述SO_X。

因此，已知一种内燃机，其中具有能够捕集包含在排气中的SO_X的SO_X捕集催化剂的布置在发动机排气通道内(见公开号为2005-133610的日本专利(A))。所述SO_X捕集催化剂具有如下特性：当流入到SO_X捕集催化剂中的所述排气的空燃比稀时捕集包含在所述排气中的SO_X，当所述排气的空燃比稀且所述SO_X捕集催化剂的温度上升时，允许所述被捕集的SO_X在所述NO_X捕集催化剂里逐渐扩散，而结果使得所述SO_X捕集率被恢复。因此，这种内燃机设置有通过所述SO_X捕集催化剂来估算所述SO_X捕集率的估算器件。当所述SO_X捕集率降到预定捕集率之下时，所述SO_X捕集催化剂的温度在所述排气的稀空燃比下被升高从而恢复所述SO_X捕集率。

然而，发明者致力于反复对这种类型的SO_X捕集催化剂进行研究。结果，他们发现一种能够恢复所述SO_X捕集率的新方法并且认识到如果运用这种方法，则可能更好地恢复所述SO_X捕集率。

发明内容

本发明的目的是提供一种内燃机的排气净化装置和排气净化方法，设计所述内燃机运用这种新方法以很好地恢复所述SO_X捕集率。

依照本发明，提供了一种在发动机排气通道内部布置了能够捕集包含在排气中的SO_X的SO_X捕集催化剂的内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X捕集催化剂携带扩散到其中的碱金属和碱土金属两者中的至少一种，所述SO_X捕集催化剂的温度被保持在使所述碱金属和碱土金属两者中的至少一种的硝酸盐在发动机运转期间变为熔融状态的温度，由此促进了在所述SO_X捕集催化剂中的硝酸盐移动到所述SO_X捕集催化剂表面上并在其上凝结的硝酸盐移动和凝结作用，并且所述硝酸盐移动和凝结作用被用于恢复所述SO_X捕集率和除去所述SO_X。

此外，依照本发明，提供了一种通过布置在发动机排气通道中的SO_X捕集催化剂除去包含在排气中的SO_X的排气净化方法，所述方法包括携带扩散到所述SO_X捕集催化剂中的碱金属和碱土金属两者中的至少一种，将所述SO_X捕集催化剂的温度在发动机运转期间保持在使所述碱金属和碱土金属两者中的至少一种的硝酸盐变为熔融状态的温度，以促进在所述SO_X捕集催化剂中的硝酸盐移动到所述SO_X捕集催化剂表面上并在其上凝结的硝酸盐移动和凝结作用，以及利用所述硝酸盐移动和凝结作用来恢复SO_X捕集率和除去所述SO_X。

附图说明

图1为压燃式内燃机的总观图，图2为压燃式内燃机另一个实施例的总观图，图3为显示压燃式内燃机又另一个实施例的总观图，图4为显示颗粒过滤器的构造的视图，图5为NO_X存储催化剂的催化剂载体表面部分的横剖视图，图6为SO_X捕集催化剂的基料的表面部分的横剖视图，图7为显示SO_X捕集率的视图，图8为显示喷射定时的视图，图9为显示基准SO_X捕集率的视图，图10为显示SO_X捕集量SOXA和SOXB的设定表(map)的视图，图11为显示所述SO_X捕集率的减少量RS等的视图，图12为显示所述SO_X捕集率的增大量IS等的视图，图13为显示所述SO_X捕集量∑SOX1和为了升温控制所存储的SO_X量SO(n)之间关系等的视图，图14为显示SO_X捕集量∑SOX1等变化的时间图，图15为用于执行所述SO_X捕集能力的恢复处理的第一个实施例的流程图，图16为用于执行所述SO_X捕集能力的恢复处理的第一个实施例的流程图，图17为显示所述SO_X捕集能力的恢复处理的时间图，图18为显示所述SO_X捕集能力的恢复处理的时间图，图19为用于执行所述SO_X捕集能力的恢复处理的第二个实施例的流程图，图20为显示颗粒过滤器的升温控制的时间图，图21为显示SO_X释放控制的时间图，图22为显示所述被存储的NO_X量NOXA等的设定表的视图，以及图23为执行对所述NO_X存储催化剂的处理的流程图。

具体实施方式

图1显示了压燃式内燃机的总观图。

参考图1，1表示发动机机体，2表示各个气缸的燃烧室，3表示将燃料喷射入各个燃烧室2中的电子控制式燃料喷射器，4表示进气歧管，以及5表示排气歧管。所述进气歧管4通过进气管6被连接到废气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，而所述压缩机7a的入口被连接到空气滤清器8。在所述进气管6内布置了由步进电动机驱动的节流阀9。此外，在所述进气管6周围布置有用于冷却在所述进气管6内部流动的所述进气的冷却装置10。在图1所示实施例中，所述发动机冷却水被引入到所述冷却装置10中，在其中所述冷却水被用于冷却所述进气。另一方面，所述排气歧管5被连接到所述废气涡轮增压器7的废气涡轮7b的入口上，而所述废气涡轮7b的出口被连接到所述SO_X捕集催化剂11的入口上。此外，所述SO_X捕集催化剂11的出口通过排气管13连接到颗粒过滤器12上。所述排气管13具有连接其上的碳氢化合物供给阀14，所述碳氢化合物供给阀14用于在流过所述排气管13内部的所述排气中供给例如燃料的例如碳氢化合物。

所述排气歧管5和所述进气歧管4通过废气再循环(以下称作“EGR”)通道15互相连接。在所述EGR通道15内布置有电子控制式EGR控制阀16。此外，在所述EGR通道15周围布置有用于冷却流过所述EGR通道15内部的所述EGR气体的冷却装置17。在图1所示实施例中，所述发动机冷却水在所述冷却装置17内部被引导，在其中所述发动机冷却水被用于冷却所述EGR气体。另一方面，各个燃料喷射器3通过燃料供给管18连接到共轨19。在所述共轨19内部供应有来自电子控制式可变排放燃料泵20的燃料。供给到所述共轨19内部的燃料通过所述燃料供给管18被供应到所述燃料喷射器3。

电子控制模块30由数字计算机组成，所述数字计算机设置有通过双向总线31互相连接的诸如ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35和输出端口36的部件。所述SO_X捕集催化剂11具有连接到其上的温度传感器21以便检测所述SO_X捕集催化剂11的温度，而所述颗粒过滤器12具有连接到其上的温度传感器22以便检测所述颗粒过滤器12的温度。所述温度传感器21和22的输出信号通过相应的AD变换器37输入到所述输入端口35。此外，所述颗粒过滤器12具有连接到其上的用来检测所述颗粒过滤器12前后压差的压差传感器23。所述压差传感器23的输出信号通过相应的AD变换器37输入到所述输入端口35。

加速踏板40被连接到产生与所述加速踏板40的下压量L成比例的输出电压的负荷传感器41上。所述负荷传感器41的所述输出电压通过相应的AD变换器37输入到所述输入端口35。此外，所述输入端口35具有连接其上的曲轴转角传感器42，每当曲轴旋转诸如15°时所述曲轴转角传感器42产生输出脉冲。另一方面，所述输出端口36具有通过相应的驱动电路38连接其上的所述燃料喷射器3、由步进电动机驱动的节流阀9、碳氢化合物供给阀14、EGR控制阀16和燃料泵20。

图2显示了压燃式内燃机的另一个实施例。在这个实施例中，所述碳氢化合物供给阀14设置在诸如所述排气歧管5的1号气缸的歧管5a内部。

图3显示了压燃式内燃机的又另一个实施例。在这个实施例中，所述排气管13具有布置在其中的SO_X传感器24以便检测从所述SO_X捕集催化剂11流出的所述排气中的SO_X浓度。

接下来，将参考图4(A)和4(B)说明所述颗粒过滤器12的构造。图4(A)显示了所述颗粒过滤器12的正视图，而图4(B)显示了所述颗粒过滤器12的侧面横剖视图。如图4(A)和4(B)所示，所述颗粒过滤器12形成了蜂窝状结构并设置有多个彼此平行延伸的排气流通道60、61。所述排气流通道由下游端被塞子62封闭的排气流入通道60和上游端被塞子63封闭的排气流出通道61组成。应当注意图4(A)中的阴影部分表示所述塞子63。因此，所述排气流入通道60和排气流出通道61经由薄的隔壁64交替地排列。换句话说，所述排气流入通道60和排气流出通道61如此排列使得每个排气流入通道60被四个排气流出通道61环绕且每个排气流出通道61被四个排气流入通道60环绕。

所述颗粒过滤器12例如由诸如堇青石的多孔材料构成。因此，如图4(B)中箭头所示，流入到所述排气流入通道60中的所述排气流过所述环绕的隔壁64并流出然后进入邻接的排气流出通道61。这时，所述包含在排气中的颗粒被捕集到所述隔壁64上。所述被捕集的颗粒部分通过在所述隔壁64上的氧化而燃烧，而所述残余颗粒沉积在所述隔壁64上。

有时通过升高所述颗粒过滤器12的温度烧掉沉积在所述隔壁64上的所述颗粒，由此使所述颗粒过滤器12再生。在依照本发明的一个实施例中，所述颗粒过滤器12上携带有促氧化催化剂使得在所述颗粒过滤器12再生时易于烧掉沉积的颗粒。

此外，在依照本发明地另一个实施例中，所述颗粒过滤器12携带有NO_X存储催化剂使得能处理流入到所述颗粒过滤器12中的所述排气中包含的NO_X。接下来，将说明在所述颗粒过滤器12上携带有所述NO_X存储催化剂的情况。

当在所述颗粒过滤器12上携带有NO_X存储催化剂时，所述排气流入通道60和排气流出通道61的周边壁，更确切的说，所述隔壁64的两个侧表面和所述隔壁64内细孔的内壁携带有诸如由氧化铝组成的催化剂载体。图5示意性地显示了所述催化剂载体45的表面部分的横剖面。如图5所示，在所述催化剂载体45的表面上，携带有扩散到其中的贵重金属催化剂46。此外，在所述催化剂载体45的所述表面上形成了一层NO_X吸收剂47。在如图5所示例子中，所述NO_X存储催化剂由所述催化剂载体45、贵重金属催化剂46和NO_X吸收剂47构成。

此外，在图5所示例子中，利用铂Pt作为所述贵重金属催化剂46。利用诸如选自钾K、钠Na、铯Cs或其它的这种碱金属、钡Ba、钙Ca或其它的这种碱土金属、以及镧La、钇Y或其它的这种稀土类金属中的至少一种成分作为形成所述NO_X吸收剂47的成分。

如果供给到所述颗粒过滤器12上游的发动机进气通道、燃烧室2和排气通道内部的空气和燃料(碳氢化合物)的比例被称作“排气的空燃比”，则在“NO_X吸收/释放作用”中，所述NO_X吸收剂47在所述排气的空燃比稀时吸收所述NO_X并且在所述排气中的氧气浓度降低时释放所述被吸收的NO_X。

就是说，将说明利用钡Ba作为形成所述NO_X吸收剂47的成分的情况作为例子，当所述排气的所述空燃比稀时，即当所述排气中的氧气浓度高时，如图5所示，所述包含在排气中的NO在所述铂Pt46上被氧化并且成为NO₂，接着所述NO₂被吸收在所述NO_X吸收剂47中，并且在与氧化钡BaO结合时，所述NO₂以硝酸离子NO₃ ^-的形式在所述NO_X吸收剂47中扩散。这样，所述NO_X在所述NO_X吸收剂47内被吸收。只要所述排气中的所述氧气浓度高，则就在所述铂Pt 46表面上产生NO₂。只要所述NO_X吸收剂47的NO_X吸收能力不饱和，则所述NO₂就在所述NO_X吸收剂47中被吸收并产生硝酸离子NO₃ ^-。

与此相反，如果从所述碳氢化合物供给阀14供应碳氢化合物使得所述排气的所述空燃比变浓或者达到理论空燃比，那么所述排气中的所述氧气浓度下降，由此发生相反方向的反应(NO₃ ^-→NO₂)，因此在所述NO_X吸收剂47中的所述硝酸离子NO₃ ^-以NO₂的形式从所述NO_X吸收剂47中释放出来。然后，所述被释放的NO_X由包含在所述排气中的未燃烧的HC和CO还原。

这样，当所述排气的空燃比稀时，即在稀空燃比的条件下执行燃烧时，所述排气中的所述NO_X被吸收到所述NO_X吸收剂47中。然而，当燃烧在稀空燃比的条件下继续时，所述NO_X吸收剂47的NO_X吸收能力最终变为饱和，因此所述NO_X吸收剂47最终不能够再吸收所述NO_X。因此，在依照本发明的所述实施例中，在所述NO_X吸收剂47的所述吸收能力变得饱和前，从所述碳氢化合物供给阀14供给碳氢化合物以暂时使得所述排气的所述空燃比变浓，从而使得所述NO_X从所述NO_X吸收剂47中释放出来。

然而，排气中包含SO_X，即SO₂。如果该SO₂流入到所述NO_X存储催化剂中，则这些SO₂会在所述铂Pt 46被氧化并成为SO₃。然后，该SO₃被吸收到所述NO_X吸收剂47中，并且当所述SO₃与所述氧化钡BaO结合时，所述SO₃以硫酸离子SO₄ ^2-的形式在所述NO_X吸收剂47中扩散，以产生稳定的硫酸盐BaSO₄。然而，所述NO_X吸收剂47具有很强的碱性，因此所述硫酸盐BaSO₄稳定且难以分解。通过仅仅使得所述排气的所述空燃比变浓，所述硫酸盐BaSO₄不会被分解且保持原来的状态。因此，随着时间流逝，所述NO_X吸收剂47中的所述硫酸盐BaSO₄增加。因此，随着时间流逝，能够由所述NO_X吸收剂47吸收的所述NO_X量减少。就是说，所述NO_X存储催化剂遭受了硫中毒。

然而，在这种情况下，如果在将所述颗粒过滤器12的温度即所述NO_X存储催化剂的温度升高到600℃或更高的SO_X释放温度的情况下，使得流入到所述颗粒过滤器12中的所述排气的所述空燃比变浓，则所述NO_X吸收剂47能够释放所述SO_X。然而，在这种情况下，所述NO_X吸收剂47每次只释放一点SO_X。因此，为了使得所述NO_X吸收剂47释放所有被吸收的SO_X，必须长时间的保持所述浓空燃比，因此就有了大量的碳氢化合物变得必不可少的问题。此外，从所述NO_X吸收剂47释放出来的所述SO_X被排放到大气中。这也不是更可取的。

因此，在本发明中，SO_X捕集催化剂11被布置在带有所述NO_X存储催化剂的所述颗粒过滤器的上游。这种SO_X捕集催化剂11被用于捕集包含在所述排气中的所述SO_X，从而防止SO_X被送入所述NO_X存储催化剂中。即通过将所述SO_X捕集催化剂11布置在所述颗粒过滤器12的上游，防止所述NO_X存储催化剂硫中毒。

此外，甚至在上述实施例中也会出现所述硫中毒，在所述实施例中促氧化催化剂被携带在颗粒过滤器12上使得所述沉积的颗粒能容易地被烧掉。就是说，同样在这种情况下，如果SO_X流入到所述颗粒过滤器12中，则所述促氧化催化剂遭受硫中毒，结果不再能够容易地烧掉所述沉积的颗粒。因此，同样在这个实施例中，通过将SO_X捕集催化剂11布置在所述颗粒过滤器12的上游，则防止所述促氧化催化剂遭受硫中毒是可能的。

另外，已经知道会导致硫中毒的选择还原催化剂、HC吸收剂和各种其它的后处理装置。同样的对于这些后处理装置，通过将所述SO_X捕集催化剂11布置在所述后处理装置的上游，则防止所述后处理装置遭受硫中毒是可能的。

接下来，将说明所述SO_X捕集催化剂11。所述SO_X捕集催化剂11由诸如蜂窝状结构的整体催化剂组成并且具有大量在所述SO_X捕集催化剂11的轴向上直线延伸的排气循环孔。当这样由蜂窝状结构的整体催化剂构成所述SO_X捕集催化剂11时，所述排气循环孔的内圆周壁，即所述基料由包含颗粒催化剂载体的集合体的涂层形成，所述颗粒催化剂载体由诸如氧化铝组成。图6(A)示意性地显示了形成于所述基料50表面上的所述涂层51的横剖面。如图6(A)所示，所述涂层51携带有扩撒到其表面上的所述贵重金属催化剂52。

在依照本发明的所述实施例中，利用铂作为所述贵重金属催化剂52。在所述涂层51内，所述催化剂载体上携带的所述催化剂如黑点所示均匀分布。在本发明中，均匀分布在所述涂层51内的所述催化剂由碱金属和碱土金属两者中的至少一种组成。在依照本发明的所述实施例中，在尤其选自所述碱金属中的锂Li、钠Na和钾K以及尤其选自所述碱土金属中的钙Ca和镁Mg中的至少一种元素被利用。

接下来，将说明由发明者通过研究阐明的所述SO_X的捕集催化剂11中的SO_X捕集机理。下面要注意的是，将以利用所述碱金属钾K的情况作为例子说明所述SO_X的捕集机理，但所述捕集机理与利用其它的碱金属和碱土金属的情况类似。

图6(A)显示了是新产品时的所述SO_X捕集催化剂11。这时，钾K均匀扩散到所述涂层51中。此外，这时，所述涂层51内的所述钾K与大气中的CO₂结合并表现为碳酸盐K₂CO₃的形式。当所述发动机运转时，大量包含在所述排气中的NO遇到所述铂Pt52被氧化，然后被带入显碱性的所述涂层51内并以硝酸离子NO₃ ^-的形式扩散到所述涂层51内。所述硝酸离子NO₃ ^-的酸性比碳酸离子CO₃ ^-的酸性强，因此与所述钾K结合的所述碳酸离子CO₃ ^-被硝酸离子NO3^-置换，从而在所述涂层51内形成硝酸盐KNO₃。

另一方面，当所述发动机运转时，包含在所述排气中的所述SO_X，即所述SO₂在如图6(A)所示的所述铂Pt52上被氧化，然后以硫酸离子SO₄ ^2-的形式被带入到显碱性的所述涂层51中。然而，包含在所述排气中的所述SO_X的浓度大大低于所述NO_X的浓度。因此，大约在所述SO_X以硫酸离子SO₄ ^2-的形式被带入到所述涂层51中时，所述涂层51中大量的所述钾K变为硝酸盐KNO₃。因此，所述SO₂以硫酸离子SO₄ ^2-的形式被带入形成所述硝酸盐KNO₃的所述涂层51中。

在这种情况下，硫酸离子SO₄ ^2-具有比硝酸离子NO₃ ^-更强的酸性，因此这时，与所述钾K结合的所述硝酸离子NO₃ ^-被所述硫酸离子SO₄ ^2-置换，所以在所述涂层51的所述表面附近形成硫酸盐K₂SO₄。这样，SO_X被捕集到所述SO_X捕集催化剂11中。

如果在所述涂层51的所述表面附近形成的所述硫酸盐K₂SO₄增加，则能够在所述涂层51的所述表面附近吸收所述SO_X的所述硝酸盐KNO₃减少，结果所述SO_X的捕集能力被减弱。这时，如果捕集到所述SO_X捕集催化剂11中的所述SO_X占所述包含在排气中的所述SO_X的比例被称作所述SO_X捕集率，如果在所述涂层51的所述表面附近形成的所述硫酸盐K²SO₄增加，则所述SO_X捕集率会随此降低。因此，如图7(A)所示，所述SO_X捕集率TRAP随时间流逝逐渐降低。

在这些情形下，所述发明者从事于反复研究并因此发现，如果在发动机运转期间，将所述SO_X捕集催化剂11的温度保持在所述碱金属和碱土金属两者中的至少一种的诸如KNO₃的硝酸盐变为熔融状态的温度，则所述SO_X捕集催化剂11中的所述硝酸盐KNO₃在如图6(B)所示的短时间内移动到所述SO_X捕集催化剂11的所述表面，即所述涂层51的所述表面处并在其上凝结，由此所述SO_X捕集率被恢复。

就是说，如果SO_X以硫酸离子SO₄ ^2-的形式在所述涂层51的所述表面附近被吸收，那么在所述涂层51的所述表面附近的所述酸性会变得更强。因此，如果所述硝酸盐KNO₃保持在熔融状态，则所述硝酸盐KNO₃朝所述涂层51的表面移动并在其附近凝结。如果所述硝酸盐KNO₃以这种方式在所述涂层51的表面附近凝结，那么到达的SO_X立即以硫酸离子SO₄ ^2-的形式被吸收进去，然后将其以硫酸盐K₂SO₄的形式捕集到所述涂层51内。因此，如果将所述碱金属和碱土金属两者中的至少一种的所述硝酸盐保持在熔融状态，则所述SO_X捕集率会大体恢复到100％。

应当注意的是，即使在所述硝酸盐KNO₃不处于熔融状态时，也认为所述硝酸盐KNO₃略朝向所述涂层51的所述表面移动。因此，准确地说，在本发明中，在发动机运转期间，通过将所述SO_X捕集催化剂11的温度保持在所述硝酸盐KNO₃变为熔融状态的温度，所述SO_X捕集催化剂11中的所述硝酸盐KNO₃移动到所述涂层51的所述表面上并在其上凝结，即所述硝酸盐移动和凝结作用被促进。由于这种硝酸盐移动和凝结作用，所述SO_X捕集率被恢复。

这里，将在下面的表格中显示用于本发明的碱金属的典型的碳酸盐、硝酸盐和硫酸盐的熔点。

碳酸盐	熔点	硝酸盐	熔点	硫酸盐	熔点
碳酸盐	熔点	硝酸盐	熔点	硫酸盐	熔点	Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>	618℃	LiNO<sub>3</sub>	261℃	Li<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	860℃
Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>	851℃	N<sub>a</sub>NO<sub>3</sub>	308℃	Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	884℃	Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>	618℃	LiNO<sub>3</sub>	261℃	Li<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	860℃

碳酸盐	熔点	硝酸盐	熔点	硫酸盐	熔点
碳酸盐	熔点	硝酸盐	熔点	硫酸盐	熔点	K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>	891℃	KNO<sub>3</sub>	333℃	K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	1069℃

从上面的表格可以了解到，碱金属的硝酸盐的所述熔点在大约260℃和340℃之间或大大低于碳酸盐和硫酸盐的所述熔点。因此，在发动机运行期间，能够很容易地将所述SO_X捕集催化剂11的温度保持在所述硝酸盐变为熔融状态的温度。

另一方面，也能够利用钙Ca、镁Mg或其它碱土金属作为扩散到所述涂层51内的所述催化剂。就是说，所述排气包含湿气，所以碱土金属的硝酸盐变为氢氧化物。在碱土金属的所述氢氧化物中，存在具有100℃或更低温度的熔点的氢氧化物。例如，硝酸钙Ca(NO₃)₂的四水合物具有约43℃的熔点，而硝酸镁Mg(NO₃)₂的六水合物具有约95℃的熔点。

这样，在碱土金属的硝酸盐的氢氧化物中，存在具有低熔点的氢氧化物。因此，如果利用钙Ca或镁Mg作为扩散到所述涂层51中的所述催化剂，则即使是在100℃或更低的低温下，所述碱土金属的所述硝酸盐也会移动到所述涂层51的所述表面上并在其上凝结。因此，所述SO_X捕集率将在低温下被恢复。应当注意的是在本发明中，可以利用碱金属和碱土金属的混合物作为扩散到所述涂层51中的所述催化剂。

图7(B)显示了当利用钾K作为携带在所述SO_X捕集催化剂11上的所述催化剂时所述SO_X捕集率TRAP的变化。如上面的表格所示，硫酸钾KNO₃的所述熔点是333℃，因此如图7(B)所示，当所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC大于硫酸钾KNO₃的熔点时，所述硝酸盐移动和凝结作用被促进且所述SO_X捕集率TRAP被恢复。

应当注意的是，为了促进所述硝酸盐移动和凝结作用，所述涂层51有必要吸收SO_X。出于这个原因，有必要将SO₂氧化成SO₃。这种SO₂氧化反应直到所述SO_X捕集催化剂11的温度TC达到500℃都能很好地进行，但当温度TC大于500℃时逐渐变弱。因此，存在所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的SO_X捕集催化剂的温度范围。这个温度范围的下限温度是碱金属和碱土金属两者中的至少一种硝酸盐的熔点，而这个温度范围的上限温度可以被称为SO₂能在所述SO₂捕集催化剂11上被氧化的上限温度。

在图7(B)中，I表示所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC刚刚碰巧变为发动机运转期间所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的温度范围的情况。这时，所述NO_X捕集率被恢复。然而，如果所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC不在发动机运转期间所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的温度范围，则所述SO_X捕集率TRAP继续下降。

因此，在依照本发明的所述实施例中，如图7(B)中II所示，例如当所述SO_X捕集率TRAP在发动机运转期间下降1％时，执行所述SO_X捕集催化剂11的升温控制使得所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC保持在所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内。就是说，在依照本发明的所述实施例中，通过在发动机运转期间不时地将所述SO_X捕集催化剂11的所述温度保持所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内，可以不时地恢复所述SO_X捕集率TRAP。

因此，将参考图8说明升高所述SO_X捕集催化剂11的所述温度的方法。

升高所述SO_X捕集催化剂11的所述温度的一个有效方法是延迟所述燃料喷射正时直到压缩上止点或更晚的方法。更确切地说，通常地，主燃料Qm在如图8中(I)所示的压缩上止点附近被喷射。在这种情况下，如图8中(II)所示，如果所述主燃料Qm的所述喷射正时被延迟，后燃期会变得更长，因此所述排气温度会升高。如果所述排气温度升高，则所述SO_X捕集催化剂11的所述温度会随此升高。

此外，为了升高所述SO_X捕集催化剂11的所述温度，如图8中(III)所示，除了所述主燃料Qm之外，也可能在进气上止点附近喷射辅助燃料Qv。这样，如果额外地喷射辅助燃料Qv，则被燃烧的所述燃料恰恰增加所述辅助燃料Qv的量，所以所述排气温度升高而且因此所述SO_X捕集催化剂11的所述温度升高。

另一方面，如果以这种方式在进气上止点附近喷射辅助燃料Qv，则在压缩行程期间，压缩热量会导致从这种辅助燃料Qv中产生醛、酮、过氧化物、一氧化碳或其它中间产物。这些中间产物导致所述主燃料Qm的反应被加速。因此，在这种情况下，如图8中(III)所示，即使很大程度上延迟所述主燃料Qm的所述喷射正时，也可以获得良好的燃烧而不会失火。就是说，能以这种方式很大程度地延迟所述主燃料Qm的所述喷射正时，所以所述排气温度变得相当高，因此所述SO_X捕集催化剂11的所述温度会很快升高。

此外，为了升高所述SO_X捕集催化剂11的所述温度，如图8中(IV)所示，除了所述主燃料Qm外，在膨胀冲程或排气冲程期间喷射辅助燃料Qp是可能的。就是说，在这种情况下，大量所述辅助燃料Qp没有燃烧就以未燃的HC的形式被排入所述排气通道中。这些未燃的HC在所述SO_X捕集催化剂11上被多余的氧气氧化。由于这时的氧化反应的热量，所述SO_X捕集催化剂11的温度升高。

另一方面，在如图2所示的内燃机中，也能够使所述碳氢化合物供给阀14供应碳氢化合物并且利用所述碳氢化合物的氧化反应的热量来升高所述SO_X捕集催化剂11的温度。此外，也能够通过图8中(II)至(IV)中所示的模式中任何一种来控制所述喷射并从所述碳氢化合物供给阀14供应碳氢化合物。应当注意的是无论用哪种方法升高所述温度，流入到所述SO_X捕集催化剂11中的所述排气的空燃比保持稀薄而没有变浓。

接下来，将参考图9至图12来说明所述SO_X捕集率TRAP的估算方法。

图9显示了基准SO_X捕集率TRAP0。这个基准SO_X捕集率TRAP0表示当由于所述硝酸盐移动和凝结作用而使所述SO_X捕集率TRAP的恢复作用完成时成为基准的SO_X捕集率。当由所述SO_X捕集催化剂11捕集到的所述SO_X捕集量∑SOX1变为确定值或更小时，所述基准SO_X捕集率TRAP0保持在大约100％。更确切地说，当所述SO_X捕集量∑SOX1变为确定值或更小时，如果由于所述硝酸盐移动和凝结作用而使所述SO_X捕集率的恢复作用被完成，则所述SO_X捕集率TRAP被恢复至约100％。

然而，当所述SO_X捕集量∑SOX1变为确定值或更大时，即使由于所述硝酸盐移动和凝结作用而使所述SO_X捕集率的恢复作用被进行，则所述SO_X捕集率TRAP不再被恢复至100％。所述SO_X捕集量∑SOX1增加的越多，所述SO_X捕集率TRAP的恢复程度就下降的越多。因此，如图9所示，如果所述SO_X捕集量∑SOX1变为确定值或更大，则所述基准SO_X捕集率TRAP0很快下降。

图9中所示的所述SO_X捕集量∑SOX1就是从图10(A)和10(B)所示的设定表计算出来的。就是说，燃料中包含固定比例的硫。因此，包含在所述排气中的所述SO_X量，即由所述SO_X捕集催化剂11捕集到的所述SO_X量与所述燃料喷射量成比例。所述燃料喷射量是所需扭矩和发动机转速的函数，因此由所述SO_X捕集催化剂11捕集到的所述SO_X量也成为所述所需扭矩和发动机转速的函数。在依照本发明的所述实施例中，单位时间内捕集到所述SO_X捕集催化剂11中的所述SO_X量SOXA作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以如图10(A)所示的设定表的形式被预先存储在所述ROM32中。

此外，润滑油也包含固定比例的硫。在所述燃烧室2中燃烧的润滑油的量，即所述排气中包含的被捕集到的和在所述SO_X捕集催化剂11中被捕集到的所述SO_X量也成为所需扭矩和发动机转速的函数。在依照本发明的所述实施例中，包含在所述润滑油中的且单位时间内被捕集在所述SO_X捕集催化剂11中的所述SO_X量SOXB作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以如图10(B)所示的设定表的形式被预先存储在所述ROM32中。通过将所述SO_X捕集量SOXA和SO_X捕集量SOXB累加而得出和，计算被捕集在所述SO_X捕集催化剂11中的所述SO_X捕集量∑SOX1。

另一方面，图11(A)显示了每单位时间内变为所述基准的所述SO_X捕集率TRAP的减少量RS。所述减少量RS变得越大，所述SO_X捕集量∑SOX1增加的越多。另一方面，所述减少量RS变得越大，所述排气量，即所述进气量Ga增加的越多，并且所述减少量RS变得越小，所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC变得越高。这种关系即关于所述减少量RS的修正系数K在图11(B)中显示。应注意的是所述修正系数K以K₁、K₂、K₃…K_i的次序越来越小。

相对于此，图12(A)和(B)显示了当进行所述硝酸盐移动和凝结作用时每单位时间内所述SO_X捕集率TRAP的增大量IS和增大率KS。

参考图12(A)，TC₁表示所述SO_X捕集催化剂11上携带的所述碱金属和碱土金属两者中的至少一种的硝酸盐的所述熔点，TC₂表示所述SO₂能被很好氧化的上限温度，以及TC₃表示约600℃，即所述颗粒过滤器12的所述再生温度。所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC越高，所述熔融的硝酸盐的粘度越低，因此在TC₁和TC₂之间，所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC越高，所述SO_X捕集率TRAP的所述增大量IS越大。

另一方面，在TC₂和TC₃之间，所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC越高，所述SO_X的氧化反应越弱，因此所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC越高，所述SO_X捕集率TRAP的所述增大量IS下降的越多。在依照本发明的所述实施例中，当应该进行所述硝酸盐移动和凝结作用时，所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC被维持在所述熔点TC₁和所述颗粒过滤器12的所述再生温度TC₃之间。优选地，所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC保持在熔点TC₁和能够很好氧化所述SO₂的所述温度TC₂之间。

另一方面，当所述硝酸盐变为熔融状态时所消耗的时间越长，接近所述涂层51的所述表面的所述硝酸盐就越多，所以每单位时间内所述SO_X捕集率的所述增大量IS就越大。因此，如图12(B)所示，当所述硝酸盐变为所述熔融状态时的时间越长，所述SO_X捕集率的所述增大率KS越高。通过使这个增大率KS乘以所述增大量IS得出每单位时间内所述SO_X捕集率的最终增大量。

这样，通过使从图11(B)中计算所得的所述修正系数K与从图11(A)中计算所得的所述基准减少量RS相乘得出每单位时间内所述SO_X捕集率TRAP的减少量。此外，通过使从所述图12(B)计算所得的所述增大率KS与从所述图12(A)计算所得的所述增大量IS相乘得到每单位时间内由所述硝酸盐移动和凝结作用引起的所述SO_X捕集率TRAP的增大量。另一方面，从图9中得出所述基准SO_X捕集率TRAP0。因此，可以从所述基准SO_X捕集率TRAP0减去每单位时间内所述SO_X捕集率TRAP的所述减少量RS·K，并且可以将每单位时间内所述SO_X捕集率的所述增大量IS·KS增加到所述基准SO_X捕集率TRAP0上，以便得出所述SO_X捕集率TRAP。

在依照本发明的一个实施例中，判断这种被计算出的所述SO_X捕集率TRAP是否已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的预定SO_X捕集率。当判断出所述SO_X捕集率TRAP已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的预定SO_X捕集率时，所述SO_X捕集催化剂11的所述温度升高至所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的温度范围内并保持在这个温度范围内。

此外，参考图9并已经说明，当所述SO_X捕集量∑SOX1变为确定值或更小时，如果完成了由于所述硝酸盐移动和凝结作用引起的所述SO_X捕集率的所述恢复作用，则所述SO_X捕集率TRAP被恢复到大约100％。然而，如果所述SO_X捕集量∑SOX1变为确定值或更大，即使完成了由于所述硝酸盐移动和凝结作用引起的所述SO_X捕集率的恢复作用，所述SO_X捕集率TRAP也不会被恢复到100％，并且如图9所示，所述基准SO_X捕集率TRAP0快速下降。

就是说，如果所述SO_X捕集量∑SOX1变为确定值或更大时，在所述涂层51的所述表面附近的所述SO_X浓度变得更高，结果所述SO_X捕集率下降。然而，如果在所述排气的稀空燃比的条件下，使所述SO_X捕集催化剂11的浓度升高到大约600℃的SO_X扩散促进温度，则集中在所述涂层51的所述表面附近的所述SO_X将朝向所述涂层51的深度方向扩散，以使得在所述涂层51内的所述SO_X浓度变得均匀。如果存在于所述涂层51的所述表面附近的所述SO_X以这种方式朝向所述涂层51的深度方向扩散，则在所述涂层51的所述表面附近的所述SO_X浓度会下降，因此当完成所述SO_X捕集催化剂11的所述升温控制时，所述SO_X捕集率将被恢复到大约100％。

因此，在依照本发明的所述实施例中，当即使由于所述硝酸盐移动和凝结作用而执行所述SO_X捕集率的恢复作用，所述SO_X捕集率不再恢复到目标值时，为了恢复所述SO_X捕集率，在所述排气的稀空燃比的条件下，将所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述SO_X扩散促进温度。

这样应当注意，当升高所述SO_X捕集催化剂11的所述温度时，如果所述排气的所述空燃比变浓，有时SO_X将从所述SO_X捕集催化剂11中释放出来。因此，当升高所述SO_X捕集催化剂11的所述温度时，优选为不使得所述排气的所述空燃比变浓。此外，如果在所述涂层51的所述表面附近的所述SO_X浓度变得更高，即使不升高所述SO_X捕集催化剂11的所述温度，如果使得所述排气的所述空燃比变浓，则有时SO_X会从所述SO_X捕集催化剂11中释放出来。因此，在依照本发明的所述实施例中，当所述SO_X捕集催化剂11的所述温度为所述SO_X释放温度或更高时，流入到所述SO_X捕集催化剂11中的所述排气的空燃比不会变浓。

在本发明中，基本上考虑到按照现状能够从车辆购买到废弃不替换地使用所述SO_X捕集催化剂11。特别是近些年来，燃料中的硫含量被减少了，因此如果使得所述SO_X捕集催化剂11的体积大到特定的程度，直到废弃所述车辆为止不替换地使用所述SO_X捕集催化剂11是可能的。例如，如果假设车辆的耐用行进距离是500,000km，则使得所述SO_X捕集催化剂11的所述体积成为能够使SO_X不用为了所述涂层41内SO_X的扩散而进行升温控制以继续以高的SO_X捕集率被捕集直到约为250,000km的行进距离的体积。在这种情况下，直到大约250,000km的行进距离时才执行用于SO_X扩散的初始升温控制。

在依照本发明的所述实施例中，如图13所示，当为了使所述SO_X扩散而升高所述SO_X捕集催化剂11的温度时，所述SO_X捕集量∑SOX1和所述预定SO_X捕集量SO(n)之间的关系被预先存储。当所述SO_X捕集量∑SOX1大于所述预定SO(n)(n＝1，2，3，…)时，为了使得SO_X扩散而升高所述SO_X捕集催化剂11的温度。应当注意在图13中，n表示升温处理的次数。正如从图13中理解的，随着用于恢复所述SO_X捕集率的升温处理次数n的增大，所述预定量SO(n)增大。所述处理次数n越大，则这个预定量SO(n)的增大率减少的越多。也就是说，SO(3)相对于SO(2)的增大率比所述SO(2)相对于SO(1)的增大率减少的更多。

就是说，如图14的时间图所示，捕集到所述SO_X捕集催化剂11中的所述SO_X捕集量∑SOX1随着时间流逝继续增加直到容许值MAX。应当注意在图14中，当∑SOX1＝MAX的时刻是所述行进距离变为大约500,000km时的时刻。

另一方面，在图14中，所述SO_X浓度表示在所述SO_X捕集催化剂11的所述表面附近的所述SO_X浓度。正如从图14中理解的，如果在所述SO_X捕集催化剂11的所述表面附近的所述SO_X浓度超过所述容许值SOZ，则执行在所述排气的稀空燃比A/F的条件下使所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC升高到所述SO_X扩散促进温度的升温控制。当执行所述升温控制时，所述SO_X捕集催化剂11所述表面附近的所述SO_X浓度下降，但每当执行所述升温控制时，所述SO_X浓度的减少量变得更小，因此每当执行所述升温控制时，从执行一个升温控制到执行下一个升温控制的时间变得更短。

应当注意如图14所示，所述SO_X捕集量∑SOX1达到SO(1)、SO(2)…的事实意味着在所述SO_X捕集催化剂11的所述表面附近的所述SO_X浓度已经达到所述容许值SOZ。

图15和图16显示了执行用于恢复所述SO_X捕集能力的处理的第一个实施例的程序。通过每隔预定时间间隔停止来执行所述程序。

参考图15和图16，首先，在步骤100中，从图10(A)、(B)读出每单位时间内被捕集到的所述SO_X捕集量SOXA和SOMB。在下个步骤101，所述SOXA和SOXB的总和被增加到所述SO_X捕集量∑SOX1上。

在下个步骤102，判断用于SO_X扩散到所述涂层51内部的所述温度控制II是否在进行中。当所述温度控制II没有在进行中时，所述程序进入到判断所述SO_X捕集量∑SOX1是否达到如图13中所示的所述预定量SO(n)(n＝1，2，3…)的步骤103。当所述SO_X捕集量∑SOX1没有达到所述预定量SO(n)时，所述程序进入步骤104。

在步骤104中，从图9中所示关系计算所述基准SO_X捕集率TRAP0。在下一个步骤105中，从图11(A)计算每单位时间内所述SO_X捕集率TRAP的所述减少量RS，同时从图11(B)计算所述修正系数K。在下一个步骤106中，将所述SO_X捕集率的所述减少量RS和所述修正系数K的乘积RS·K增加到所述累积减少量ΔRS上。在下一个步骤107中，从所述基准SO_X捕集率TRAP0中减去所述累积减少量ΔRS以便计算所述SO_X捕集率TRAP。

在下一个步骤108中，判断所述SO_X捕集率TRAP是否已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的所述预定SO_X捕集率TRAP0·0.99。在第一个实施例中，使这个预定SO_X捕集率为所述基准SO_X捕集率TRAP0的99％。就是说，在步骤108中，判断所述SO_X捕集率TRAP是否已经从所述基准SO_X捕集率TRAP0下降了1％。当在步骤108中判断出TRAP≥TRAP0·0.99时，所述程序进入步骤110。与此相对，当被判断出TRAP＜TRAP0·0.99时，执行用于促进所述硝酸盐移动和凝结作用的所述升温控制I。然后，所述程序进入步骤110。

在步骤110中，判断所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC是否在促进所述硝酸盐移动和凝结作用的温度范围内。正如上面说明的，所述温度范围是TC₁＜TC＜TC₃，而且如在步骤110所描述的优选为TC₁＜TC＜TC₂。当所述SO_X捕集催化剂11的所述温度TC处于促进所述硝酸盐移动和凝结作用的温度范围内时，则所述程序进入步骤111。

在步骤111中，从图12(A)计算出每单位时间内所述SO_X捕集率TRAP的所述增大量IS，并且从图12(B)计算出所述SO_X捕集率TRAP的所述增大率KS。在下个步骤112中，从所述累积减少量ΔRS中减去所述SO_X捕集率的增大量IS和所述增大率KS的乘积IS·KS。在下个步骤113中，判断所述累积减少量ΔRS是否已经变为负数，即所述SO_X捕集率TRAP是否已经被恢复到所述基准SO_X捕集率TRAP0。当ΔRS＜0时，所述程序进入将ΔRS变为0的步骤114。在下个步骤115中，判断所述升温控制I是否在进行中。当所述升温控制I在进行中时，所述程序进入停止所述升温控制I的步骤116。

另一方面，当在步骤103中判断出所述SO_X捕集量∑SOX1已经达到所述预定量SO(n)时，所述程序进入执行用于SO_X扩散的升温控制II的步骤117。在执行所述升温控制II期间，所述程序从步骤102进入步骤117。在下个步骤118中，当判断出已经完成所述升温控制II时，所述程序进入使所述累积减少量ΔRS变为0且将所述基准SO_X捕集率TRAP0恢复到100％的步骤119。

图17至图19显示了用于所述SO_X捕集能力的恢复处理的第二个实施例。在这个实施例中，如图3所示，在所述SO_X捕集催化剂11的下游布置了SO_X传感器24。这个SO_X传感器24检测从所述SO_X捕集催化剂11流出的所述排气中的所述SO_X浓度。就是说，在所述第二实施例中，如图17所示，当由所述SO_X传感器24检测到的所述排气中的所述SO_X浓度超过用于硝酸盐移动和凝结作用的预定浓度SOY1时，则执行升温控制I使得所述SO_X捕集催化剂11的所述温度升高到促进所述硝酸盐移动和凝结作用的所述温度范围。

此外，在所述第二实施例中，如图18所示，当由所述SO_X传感器24检测到的所述排气中的所述SO_X浓度超过促进SO_X扩散的预定浓度SOY2时，为了恢复所述SO_X捕集率，在所述排气的稀空燃比的条件下，执行升温控制II以使得所述SO_X捕集催化剂11的所述温度升高到所述SO_X扩散促进温度。

图19显示了为执行所述第二实施例的所述SO_X捕集能力的恢复处理的程序。

参考图19，首先，在步骤200中，读出所述SO_X传感器24诸如输出电压V的输出信号。在下个步骤201中，判断用于使SO_X在所述涂层51中扩散的所述温度控制II是否在进行中。当所述温度控制II不在进行中时，所述程序进入判断所述SO_X传感器24的所述输出电压V是否已经超过设定值VX²，即所述排气中的所述SO_X浓度是否已经超过预定浓度SOY2的步骤203。当V≤VX₂时，即当所述排气中的所述SO_X浓度没有超过所述预定浓度SOY2时，所述程序进入步骤203。

在步骤203中，判断用于促进所述硝酸盐移动和凝结作用的所述升温控制I是否在进行中。当所述升温控制I不在进行中时，所述程序进入判断所述SO_X传感器24的所述输出电压V是否已经超过所述设定值VX₁，即所述排气中的所述SO_X浓度是否已经超过预定浓度SOY1的步骤204。当V＞VX₁(＜VX₂)时，即当所述排气中的所述SO_X浓度超过预定浓度SOY1(＜SOY2)时，所述程序进入执行所述升温控制I的步骤205。当所述升温控制I在进行中时，所述程序从步骤203进入步骤206。在步骤206中，判断所述SO_X传感器24的所述输出电压V是否已经下降到预定恢复目标值V₀以下，即所述SO_X捕集催化剂11的所述SO_X捕集率是否已经被恢复。当V≤V₀时，即当所述SO_X捕集率被恢复时，所述程序进入停止所述升温控制I的步骤209。

另一方面，当在步骤202判断出V＞VX²时，即所述排气中所述SO_X浓度超过预定浓度SOY2时，所述程序进人执行SO_X扩散的升温控制II的步骤208。当所述升温控制II在进行中时，所述程序从步骤201进入继续执行所述升温控制II的步骤208。

接下来，将参考图20至图23，说明对所述颗粒过滤器12上携带的所述NO_X存储催化剂的处理。

在依照本发明的所述实施例中，每单位时间内存储在所述NO_X存储催化剂中的所述NO_X量NOXA作为所述所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图22(A)所示的设定表的方式被预先存储在所述ROM32中。通过累加所述NO_X量NOXA，计算出存储在所述NO_X存储催化剂中的所述NO_X量∑NOX。在依照本发明的所述实施例中，如图20所示，每当这个NO_X量∑NOX达到所述容许值NX时，流入到所述颗粒过滤器12中的所述排气的所述空燃比A/F会暂时变浓，从而所述NO_X存储催化剂释放所述NO_X。

应当注意当使得流入到所述颗粒过滤器12中的所述排气的所述空燃比A/F变浓时，优选保持流入到所述SO_X捕集催化剂11中的所述排气的所述空燃比为稀。因此，在所述颗粒过滤器12携带NO_X存储催化剂的所述实施例中，如图1和图3所示，碳氢化合物供给阀14布置在所述SO_X捕集催化剂11和颗粒过滤器12之间的所述排气通道中。当所述NO_X存储催化剂应当释放NO_X时，所述碳氢化合物供给阀14向所述排气通道供应碳氢化合物，以便使得供给到所述NO_X存储催化剂中的所述排气的所述空燃比暂时变浓。

另一方面，包含在所述排气中的所述颗粒，即颗粒物质被捕集到所述颗粒过滤器12上并接连被氧化。然而，如果被捕集的所述颗粒物质的量变得大于被氧化的所述颗粒物质的量，则所述颗粒物质逐渐沉积在所述颗粒过滤器12上。在这种情况下，如果所述颗粒物质的沉积量增加，则引起所述发动机输出中的下降。因此，当所述颗粒物质的沉积量增加时，必须除掉所述沉积的颗粒物质。在这种情况下，如果在空气过量的情况下使得所述颗粒过滤器12的温度上升至约600℃，则所述沉积的颗粒物质被氧化且被除掉。

因此，在依照本发明的所述实施例中，当沉积在所述颗粒过滤器12上的所述颗粒物质的量超过所述容许量时，所述颗粒过滤器12的所述温度被升高，从而在所述排气的稀空燃比的条件下通过氧化除掉所述沉积的颗粒物质。特别地讲，在依照本发明的所述实施例中，当由压差传感器23检测到的所述颗粒过滤器12前后的所述压差ΔP超过如图20所示的所述容许值PX时，判断出所述沉积的颗粒物质的量已经超过所述容许量。这时，执行升温控制，以在保持流入到所述颗粒过滤器12中的所述排气的所述空燃比稀时升高所述颗粒过滤器12的所述温度T。应当注意如果所述颗粒过滤器12的所述温度T变得更高时，所述被捕集的NO_X量∑NOX由于所述NO_X存储催化剂释放所述NO_X而减少。

即使当在所述颗粒过滤器12上携带促氧化催化剂或携带NO_X存储催化剂时，当再生所述颗粒过滤器12时，在保持所述排气的所述空燃比稀的状态下从如图1至图3所示的任何一个所述碳氢化合物供给阀14供应碳氢化合物或者通过图8中所示的(II)至(IV)的任何一种模式喷射所述燃料。当开始所述颗粒过滤器12的所述再生时，所述颗粒过滤器12的所述温度变为600℃或更高，但这时所述SO_X捕集催化剂11的所述温度被保持在略低于600℃的温度，即促进所述硝酸盐移动和凝结作用的所述温度范围。

另一方面，当所述SO_X捕集催化剂11的所述SO_X捕集率是100％时，根本没有SO_X被传入所述NO_X存储催化剂，因此在这种情况下，完全没有SO_X被存储在所述NO_X存储催化剂中的风险。相对于此，当所述SO_X捕集率不是100％时，即使所述SO_X捕集率接近100％，SO_X仍会被存储在所述NO_X存储催化剂中。然而，在这种情况下，每单位时间内被存储在所述NO_X存储催化剂中的所述SO_X量极小。这就是说，如果过去了很长时间，则大量SO_X被存储在所述NO_X存储催化剂中。如果大量的SO_X被存储，则不得不释放所述被存储的SO_X。

正如上面说明的，为了使得所述NO_X存储催化剂释放所述SO_X，有必要使得所述NO_X存储催化剂的所述温度升高至所述SO_X释放温度并使得供给到所述NO_X存储催化剂中的所述排气的所述空燃比变浓。因此，在依照本发明的所述实施例中，如图21所示，当存储在所述NO_X存储催化剂中的所述SO_X量∑SOX2达到所述容许值SX2时，将所述NO_X存储催化剂的所述温度TC升高至所述NO_X释放温度TX并且使得流入到所述NO_X存储催化剂中的所述排气的所述空燃比变浓。应当注意的是每单位时间内存储在所述NO_X存储催化剂中的所述SO_X量SOXZ作为所述所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以如图22(B)中所示的设定表的形式被预先存储在所述ROM32中。通过累加所述SO_X量SOXZ计算所述被存储的SO_X量∑SOX2。

当使得所述NO_X存储催化剂释放SO_X时，优选为不使流入到所述SO_X捕集催化剂11中的所述排气的所述空燃比变浓。因此，在依照本发明的所述实施例中，当所述NO_X存储催化剂应当释放SO_X时，首先，如图1和图3所示，在保持流入到所述SO_X捕集催化剂11中的所述排气的所述空燃比稀时，从所述SO_X捕集催化剂11下游的所述碳氢化合物供给阀14供应碳氢化合物，以便使得所述NO_X存储催化剂的所述温度TC升高至所述SO_X释放温度TX，然后在保持流入到所述SO_X捕集催化剂11中的所述排气的所述空燃比稀时，增加从所述碳氢化合物供给阀14供应的碳氢化合物的量，以便增加被供应的碳氢化合物的量并使得传入到所述NO_X存储催化剂的所述排气的所述空燃比变浓。在这种情况下应当注意的是，供入所述NO_X存储催化剂的所述排气的空燃比可以在浓和稀之间交替变换。

图23显示了所述NO_X存储催化剂的处理程序。

参考图23，首先，在步骤300中，从图22(A)所示的设定表计算出每单位时间内存储的所述NO_X量NOXA。在下个步骤301中，将所述NOXA增加到存储在所述NO_X存储催化剂中的所述NO_X量∑NOX上。在下个步骤302中，判断所述被存储的NO_X量∑NOX是否已经超过所述容许值NX。当∑NOX＞NX时，所述程序进入执行浓化处理的步骤303，以暂时将供入所述NO_X存储催化剂的所述排气的所述空燃比从稀变换为浓并将所述∑NOX清零。

在下个步骤304中，所述压差传感器23检测所述颗粒过滤器12前后的所述压差ΔP。在下个步骤305中，判断所述压差ΔP是否已经超过所述容许值PX。当ΔP＞PX时，所述程序进入执行所述颗粒过滤器12的所述升温控制的步骤306。通过在保持流入到所述颗粒过滤器12中的所述排气的所述空燃比稀时从所述碳氢化合物供给阀14供应碳氢化合物来执行所述升温控制。

在下个步骤307中，从图22(B)所示的设定表计算出每单位时间内被存储的所述SO_X量SOXZ。在下个步骤308中，将所述SOXZ增加到存储在所述NO_X存储催化剂中的所述SO_X量∑SOX2上。在下个步骤309中，判断所述被存储的SO_X量∑SOX2是否已经超过所述容许值SX2。当∑SOX2＞SX2时，所述程序进入执行升温控制的步骤310，以使得所述NO_X存储催化剂的所述温度TC升高至所述SO_X释放温度TX。在下个步骤111中，执行浓化处理以使传入所述NO_X存储催化剂的所述排气的空燃比变浓并将∑SOX2清零。

当所述颗粒过滤器12不携带NO_X存储催化剂而仅携带促氧化催化剂时，仅仅执行用于所述颗粒过滤器12再生的处理就足够了，因此在图23所示的程序中，仅仅执行步骤304至步骤306。在这种情况下，如图2所示，通过从布置在所述SO_X捕集催化剂11上游的所述碳氢化合物供给阀14供应碳氢化合物，能够执行所述颗粒过滤器12的所述升温作用。

Claims

1.一种在发动机排气通道中布置了能够捕集包含在排气中的SO_X的SO_X捕集催化剂的内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X捕集催化剂携带扩散到其中的碱金属和碱土金属两者中的至少一种，所述SO_X捕集催化剂的温度在发动机运转期间被保持在使碱金属和碱土金属两者中的所述至少一种的硝酸盐变为熔融状态的温度，由此促进了在所述SO_X捕集催化剂中的所述硝酸盐移动到所述SO_X捕集催化剂表面上并在其上凝结的硝酸盐移动和凝结作用，并且所述硝酸盐移动和凝结作用被用于恢复所述SO_X的捕集率和除去所述SO_X。

2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中存在有促进所述硝酸盐移动和凝结作用的所述SO_X捕集催化剂的温度范围，并且在发动机运转期间不时地将所述SO_X捕集催化剂的所述温度保持在所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内，以便不时地恢复所述SO_X捕集率。

3.如权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中所述温度范围的下限温度是所述碱金属和碱土金属两者中的所述至少一种的硝酸盐的熔点，并且所述温度范围的上限是SO_X能够在所述SO₂捕集催化剂上被氧化的上限温度。

4.如权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X捕集催化剂具有当流入到所述SO_X捕集催化剂中的所述排气的空燃比稀时捕集包含在排气中的SO_X，并且当在所述排气的稀空燃比的条件下使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至SO_X扩散促进温度时引起所述被捕集的SO_X在所述SO_X捕集催化剂内逐渐扩散的特性，并且其中当即使由于所述硝酸盐移动和凝结作用而执行所述SO_X捕集率的所述恢复作用，所述SO_X捕集率也不再被恢复至目标值时，为了恢复所述SO_X捕集率，在所述排气的稀空燃比的条件下，将所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述SO_X扩散促进温度。

5.如权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中设置了估算SO_X捕集率的估算器件，并且当所述估算的SO_X捕集率已经下降到用于促进SO_X扩散的预定SO_X捕集率时，在所述排气的稀空燃比的条件下，使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述SO_X扩散促进温度以恢复所述SO_X捕集率。

6.如权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中在所述SO_X捕集催化剂的下游的所述排气通道中布置了能够检测所述排气中的SO_X浓度的SO_X传感器，并且当由所述SO_X传感器检测到的所述排气中的所述SO_X浓度超过用于促进SO_X扩散的预定浓度时，在所述排气的稀空燃比的条件下，使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述SO_X扩散促进温度以恢复所述SO_X捕集率。

7.如权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中设置有判断所述SO_X捕集率是否已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的预定SO_X捕集率的判断器件，并且当判断出所述SO_X捕集率已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的所述预定SO_X捕集率时，将所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内并保持在所述温度范围内。

8.如权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其中设置有用于估算所述SO_X捕集率的估算器件，并且当所述被估算的SO_X捕集率已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的所述预定SO_X捕集率时，将所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内并保持在所述温度范围内。

9.如权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其中在所述SO_X捕集催化剂下游的所述排气通道中布置了能够检测所述排气中的所述SO_X浓度的SO_X传感器，并且当由所述SO_X传感器检测到的所述排气中的所述SO_X浓度超过用于所述硝酸盐移动和凝结作用的所述预定浓度时，将所述SO_X捕集催化剂的温度升高至所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内并保持在所述温度范围内。

10.如权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中在所述SO_X捕集催化剂的下游布置了颗粒过滤器，所述温度范围的下限温度是所述碱金属和碱土金属两者中的所述至少一种的硝酸盐的熔点，并且所述温度范围的上限温度是所述颗粒过滤器的再生温度。

11.如权利要求10所述的内燃机的排气净化装置，其中在所述颗粒过滤器再生时，将所述SO_X捕集催化剂的所述温度保持在所述温度范围内。

12.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中在所述SO_X捕集催化剂下游的所述排气通道中布置了当流入的排气的空燃比稀时存储包含在所述排气中的NO_X并在所述流入的排气的所述空燃比变为理论空燃比或浓时释放所述被存储的NO_X的NO_X存储催化剂，在所述SO_X捕集催化剂和所述NO_X存储催化剂之间的所述排气通道中布置了碳氢化合物供给装置，并且，当所述NO_X存储催化剂应当释放所述NO_X时，所述碳氢化合物供给装置在所述排气通道中供应碳氢化合物以使得流入到所述NO_X存储催化剂中的所述排气的所述空燃比暂时变浓。

13.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X捕集催化剂由形成于基料上的涂层和携带于所述涂层上的贵重金属催化剂组成，并且所述涂层包含扩散到其中的碱金属和碱土金属两者中的至少一种。

14.一种通过布置在发动机排气通道中的SO_X捕集催化剂除去包含在排气中的SO_X的排气净化方法，所述方法包括携带扩散到所述SO_X捕集催化剂中的碱金属和碱土金属两者中的至少一种，将所述SO_X捕集催化剂的温度在发动机运转期间保持在使所述碱金属和碱土金属两者中的至少一种的硝酸盐变为熔融状态的温度，以促进在所述SO_X捕集催化剂中的硝酸盐移动到所述SO_X捕集催化剂表面上并在其上凝结的硝酸盐移动和凝结作用，以及利用所述硝酸盐移动和凝结作用来恢复所述SO_X的捕集率并除去所述SO_X。

15.如权利要求14所述的排气净化方法，其中存在有所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述SO_X捕集催化剂的温度范围，并且在发动机运行期间将所述SO_X捕集催化剂的所述温度不时地保持在所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内以便不时地恢复所述SO_X捕集率。

16.如权利要求15所述的排气净化方法，其中所述温度范围的下限温度是所述碱金属和碱土金属两者中的所述至少一种的硝酸盐的熔点，并且所述温度范围的上限是SO_X能够在所述SO₂捕集催化剂上被氧化的上限温度。

17.如权利要求15所述的排气净化方法，其中所述SO_X捕集催化剂具有当流入到所述SO_X捕集催化剂中的所述排气的空燃比稀时捕集包含在排气中的SO_X，并且当在所述排气的稀空燃比的条件下使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至SO_X扩散促进温度时引起所述被捕集的SO_X在所述SO_X捕集催化剂内逐渐扩散的特性，并且其中当即使由于所述硝酸盐移动和凝结作用而执行所述SO_X捕集率的所述恢复作用，所述SO_X捕集率也不再被恢复至目标值时，为了恢复所述SO_X捕集率，在所述排气的稀空燃比的条件下，将所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述SO_X扩散促进温度。

18.如权利要求17所述的排气净化方法，其估算SO_X捕集率，并且当所述被估算的SO_X捕集率已经下降到用于促进SO_X扩散的预定SO_X捕集率时，在所述排气的稀空燃比的条件下，使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述SO_X扩散促进温度以恢复所述SO_X捕集率。

19.如权利要求17所述的排气净化方法，当由布置在所述SO_X捕集催化剂下游的所述排气通道中的SO_X传感器检测到的所述排气中的SO_X浓度超过促进SO_X扩散的预定浓度时，所述方法在所述排气的稀空燃比的条件下，使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述SO_X扩散促进温度以恢复所述SO_X捕集率。

20.如权利要求15所述的排气净化方法，其判断所述SO_X捕集率是否已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的预定SO_X捕集率，并且当判断出所述SO_X捕集率已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的所述预定SO_X捕集率时，使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内并将其保持在所述温度范围内。

21.如权利要求20所述的排气净化方法，其估算所述SO_X捕集率，并且当所述被估算的SO_X捕集率已经下降到用于所述硝酸盐移动和凝结作用的所述预定SO_X捕集率时，使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内并将其保持在所述温度范围内。

22.如权利要求20所述的排气净化方法，当由布置在所述SO_X捕集催化剂下游的所述排气通道中的SO_X传感器检测到的所述排气中的SO_X浓度超过用于所述硝酸盐移动和凝结作用的所述预定浓度时，所述方法使所述SO_X捕集催化剂的所述温度升高至所述硝酸盐移动和凝结作用被促进的所述温度范围内并将其保持在所述温度范围内。

23.如权利要求22所述的排气净化方法，其中所述温度范围的下限温度是所述碱金属和碱土金属两者中的所述至少一种的硝酸盐的熔点，并且所述温度范围的上限温度是布置在所述SO_X捕集催化剂的下游的所述颗粒过滤器的再生温度。

24.如权利要求23所述的排气净化方法，其中在所述颗粒过滤器再生时，将所述SO_X捕集催化剂的所述温度保持在所述温度范围内。