CN101360893B

CN101360893B - 压燃式内燃机的排气净化装置

Info

Publication number: CN101360893B
Application number: CN2007800015077A
Authority: CN
Inventors: 吉田耕平; 林孝太郎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: CN101360893A; US8033100B2; JP4404061B2; EP1998016A1; EP1998016B1; US20090249767A1; EP1998016A4; JP2007255320A; WO2007111372A1; DE602007004834D1

Abstract

一种内燃机，其中能够捕集包含在排气中的SO_X的SO_X捕集催化剂(11)被布置在NO_X存储催化剂(12)的上游的发动机排气通道中。当流入SO_X捕集催化剂(11)的排气的空燃比由稀变浓以使NO_X存储催化剂(12)释放NO_X时，如果SO_X捕集催化剂(11)的温度是SO_X释放下限温度或更高，则禁止使流入SO_X捕集催化剂(11)的排气的空燃比变浓以使NO_X存储催化剂(12)释放NO_X的浓化处理。

Description

压燃式内燃机的排气净化装置

技术领域

本发明涉及压燃式内燃机的排气净化装置。

背景技术

现有技术已知一种在发动机排气通道中布置NO_X存储催化剂的内燃机，所述NO_X存储催化剂在流入的排气的空燃比稀时存储包含在排气中的NO_X，并在流入的排气的空燃比变为理论空燃比或浓时释放被存储的NO_X。在这种内燃机中，在稀空燃比条件下燃烧燃料时产生的NO_X被存储在所述NO_X存储催化剂中。另一方面，如果所述NO_X存储催化剂的NO_X存储能力接近饱和，则所述排气的空燃比暂时变浓，从而NO_X从所述NO_X存储催化剂中释放出来并且被还原。

然而，燃料和润滑油包含硫，因此排气中包含SO_X。该SO_X连同NO_X一起存储在所述NO_X存储催化剂中。然而，仅仅通过使所述排气的空燃比变浓，不会使所述SO_X从所述NO_X存储催化剂中释放出来，因此存储在所述NO_X催化剂中的SO_X的量逐渐增加。结果，能被存储的NO_X的量最终逐渐减少。

因此，为了防止将SO_X传送到所述NO_X存储催化剂，已知一种在NO_X存储催化剂上游的发动机排气通道中设置SO_X捕集剂的内燃机(见公开号为2004-92524A的日本专利)。在这种内燃机中，包含在排气中的SO_X被所述SO_X捕集剂捕集，因此抑制了进入所述NO_X存储催化剂的SO_X流量。结果，可以防止所述NO_X存储能力由于存储SO_X而下降。

然而，在这种内燃机中，在所述SO_X捕集剂的SO_X捕集能力变得饱和之前，将SO_X从所述SO_X捕集剂中释放出来。在这种情况下，为了确保将SO_X很好地从所述SO_X捕集剂中释放出来，有必要在所述SO_X 捕集剂的温度是SO_X释放温度时使所述排气的空燃比变浓。因此，在这种内燃机中，为了确保将SO_X从所述SO_X捕集剂中释放出来，当所述SO_X捕集剂的温度是SO_X释放温度时使所述排气的空燃比变浓。

此外，这种内燃机设置有绕过所述NO_X存储催化剂的旁路排气通道，以防止从所述SO_X捕集剂释放出来的SO_X流入所述NO_X存储催化剂中。当SO_X捕集剂已经释放SO_X时，从所述SO_X捕集剂流出的排气被引入所述旁路排气通道中。

另一方面，在这种内燃机中，当所述SO_X捕集剂的SO_X捕集量变为固定量或更多时，当所述排气的空燃比变浓以将NO_X从所述NO_X存储催化剂释放时，即使使得所述SO_X捕集剂的温度为所述SO_X释放温度或更低，SO_X也被从所述SO_X捕集剂中释放出来，因此所述SO_X最终被存储在所述NO_X存储催化剂中。因此，在这种内燃机中，当所述SO_X捕集剂的SO_X捕集量变为固定量或更多时，禁止所述排气的空燃比变浓。

然而，在这种情况下，如果在使得排气的空燃比变浓以从所述NO_X 存储催化剂中释放NO_X时使用不释放SO_X的SO_X捕集剂，则SO_X不再会被存储在所述NO_X存储催化剂中。此外，在所述NO_X存储催化剂应当释放NO_X的任何时候，能够使所述排气的空燃比变浓。然而，只要像这种内燃机的所述SO_X捕集剂具有释放SO_X的功能，则很难在所述排气的空燃比变浓时防止SO_X被释放。

与此相反，如果SO_X捕集催化剂不具有释放SO_X的功能而仅仅具有存储SO_X的功能，则即使使得所述排气的空燃比变浓以使所述NO_X存储催化剂释放NO_X，通常也不会从SO_X捕集催化剂中释放出SO_X，因此SO_X不再被存储在所述NO_X存储催化剂中。然而，问题产生了，就是即使当利用这样的SO_X捕集催化剂时，如果所述SO_X捕集催化剂的温度变为所述SO_X释放下限温度或更高，则在所述排气的空燃比变浓以从所述NO_X存储催化剂释放NO_X时，SO_X将从所述SO_X捕集催化剂中释放出来。

发明内容

本发明提供一种压燃式内燃机的排气净化装置，其能够使NO_X存储催化剂释放NO_X而不使SO_X捕集催化剂释放SO_X。

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

附图说明

图1为压燃式内燃机的总观图，图2为压燃式内燃机的另一个实施例的总观图，图3为显示颗粒过滤器的构造的视图，图4为NO_X存储催化剂的催化剂载体表面部分的截面图，图5为SO_X捕集催化剂的催化剂载体表面部分的截面图，图6为显示SO_X捕集率的视图，图7为用于说明升温控制的视图，图8为显示NO_X净化率和SO_X释放量之间关系等的视图，图9为显示SO_X释放下限温度Tr的视图，图10为显示被存储的SO_X量∑SOX和用于升温控制的被存储的SO_X量SO(n)之间的关系等的视图，图11为显示被存储的SO_X量∑SOX的变化等的时间图，图12为用于执行SO_X稳定化处理的第一实施例的流程图，图13为用于执行所述SO_X稳定化处理的第二实施例的流程图，图14为显示所述SO_X稳定化处理的时间图，图15为显示颗粒过滤器的升温控制的时间图，图16为显示被存储的NO_X量NOXA的设定表(map)的视图，图17为显示所述SO_X量∑SOX和SO_X释放下限温度Tr之间的关系的视图，图18为用于计算SO_X释放下限温度Tr的流程图，以及图19为用于执行关于所述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表示用于将燃料喷射入各个燃烧室2内的电子控制式燃料喷射器，4表示进气歧管，及5表示排气歧管。进气歧管4通过进气管6连接到废气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，而压缩机7a的入口连接到空气滤清器8。在进气管6内布置有由步进电动机驱动的节流阀9。此外，在进气管6周围布置有用于冷却在进气管6中流动的进气的冷却装置10。在图1所示的实施例中，发动机冷却水被引入到冷却装置10中，在其中所述发动机冷却水被用于冷却所述进气。

另一方面，排气歧管5连接到废气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口，而排气涡轮7b的出口连接到SO_X捕集催化剂11的入口。此外，SO_X捕集催化剂11的出口通过排气管13连接到NO_X存储催化剂12。如图1所示，在排气歧管5的诸如1号气缸的歧管5a内设置有诸如还原剂供给阀14来供给由碳氢化合物组成的还原剂。

排气歧管5和进气歧管4通过废气再循环(下文称作“EGR”)通道15彼此连接。在EGR通道15内布置有电子控制式EGR控制阀16。此外，在EGR通道15周围布置有用于冷却流过EGR通道15内部的EGR气体的冷却装置17。在图1所示的实施例中，发动机冷却水被引入到冷却装置17中，在其中所述发动机冷却水被用于冷却所述EGR气体。另一方面，燃料喷射器3通过燃料供给管18连接到共轨19。所述共轨19被供应有来自电子控制式可变排放燃料泵20的燃料。被供应到共轨19内的燃料通过燃料供给管18被供应到燃料喷射器3。

电子控制模块30由数字计算机构成，并且设置有通过双向总线31互相连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35和输出端口36。SO_X捕集催化剂11具有温度传感器21，该温度传感器21检测连接到其上的SO_X捕集催化剂11的温度。NO_X存储催化剂12具有温度传感器22，该温度传感器22用于检测连接到其上的NO_X存储催化剂12的温度。这些温度传感器21和22的输出信号通过相应的AD转换器37输入到输入端口35。此外，NO_X存储催化剂12具有压差传感器23，该压差传感器23检测连接到其上的NO_X存储催化剂12之前和之后的压差。压差传感器23的输出信号通过相应的AD转换器37输入到输入端口35。

加速踏板40具有连接到其上的负荷传感器41，其产生和加速踏板40的下压量L成比例的输出电压。负荷传感器41的输出电压通过相应的AD转换器37输入到输入端口35。此外，输入端口35具有连接到其上的曲轴转角传感器42，每当曲轴旋转诸如15°时所述曲轴转角传感器42产生输出脉冲。另一方面，输出端口36通过相应的驱动电路38连接到燃料喷射器3、由步进电动机驱动的节流阀9、还原剂供给阀14、EGR控制阀16和燃料泵20。

图2显示了压燃式内燃机的另一个实施例。在这个实施例中，在排气管13中布置有SO_X传感器24，其用于检测从SO_X捕集催化剂11流出的排气中的SO_X浓度。

首先，说明图1和图2所示的NO_X存储催化剂12，NO_X存储催化剂12被携带在三维网状结构整体式载体上或丸状载体上，或是被携带在形成蜂窝状结构的颗粒过滤器上。这样，NO_X存储催化剂12能被携带在各种载体上，但是下面将说明在颗粒过滤器上携带NO_X存储催化剂12的情况。

图3(A)和3(B)显示了携带NO_X存储催化剂12的颗粒过滤器12a的构造。应注意图3(A)显示了颗粒过滤器12a的正视图，而图3(B)显示了颗粒过滤器12a的侧面截面图。如图3(A)和3(B)所示，颗粒过滤器12a形成蜂窝状结构，并设置有多个彼此平行延伸的排气流通道60、61。这些排气流通道由下游端被塞子62封闭的排气流入通道60和上游端被塞子63封闭的排气流出通道61构成。应注意图 3(A)中的阴影部分表示塞子63。因此，排气流入通道60和排气流出通道61经由薄的分隔壁64交替排列。换句话说，排气流入通道60和排气流出通道61这样排列以便每个排气流入通道60被四个排气流出通道61环绕，而每个排气流出通道61被四个排气流入通道60环绕。

例如，颗粒过滤器12a由诸如堇青石的多孔材料形成。因此，如图3(B)中箭头所示，流入到排气流入通道60中的排气流过所述环绕的分隔壁64并流出进入邻近的排气流出通道61。

当以这种方式在颗粒过滤器12a上携带NO_X存储催化剂12时，排气流入通道60和排气流出通道61的周边壁，即分隔壁64的两个侧表面和分隔壁64中细孔的内壁携带有诸如由氧化铝构成的催化剂载体。图4示意性地显示了该催化剂载体45的表面部分的截面。如图4所示，在催化剂载体45的表面上携带有扩散在其中的贵金属催化剂46。此外，在催化剂载体45的表面上形成有一层NO_X吸收剂47。

在依照本发明的实施例中，利用铂Pt作为贵金属催化剂46。例如，利用诸如选自钾K、钠Na、铯Cs或其它的这种碱金属、钡Ba、钙Ca或其它的这种碱土金属，以及镧La、钇Y或其它的这种稀土金属中的至少一种成分作为形成NO_X吸收剂47的成分。

如果供应到NO_X存储催化剂12上游的发动机进气通道、燃烧室2和排气通道内的空气和燃料(碳氢化合物)的比例被称作“排气的空燃比”，则执行NO_X吸收和释放作用，从而当所述排气的空燃比稀时NO_X 吸收剂47吸收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NO_X吸收剂47的成分的情况作为例子，当所述排气的空燃比稀时，即当所述排气中的氧气浓度高时，如图4所示，所述排气中包含的NO在铂Pt 46上被氧化并且成为NO₂，接着所述NO₂被吸收到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 ^-的形式扩散在NO_X吸收剂47内。这样，所述NO_X被吸收在NO_X吸收剂47中。只要所述排气中的氧气浓度高，就会在铂Pt 46表面上产生NO₂。只要NO_X吸收剂47的NO_X 吸收能力不饱和，NO₂就被吸收在NO_X吸收剂47中并产生硝酸离子NO₃ ^-。

与此相反，如果使还原剂供给阀14供应还原剂使排气的空燃比变浓或达到理论空燃比，则排气中的氧气浓度下降，所以发生相反方向的反应(NO₃ ^-→NO₂)，并且因此NO_X吸收剂47中的硝酸离子NO₃ ^-以NO₂的形式从NO_X吸收剂47中释放出来。然后，被释放的NO_X由包含在排气中的未燃烧的HC和CO还原。

这样，当所述排气的空燃比稀时，即在稀空燃比的条件下执行燃烧时，所述排气中的NO_X被吸收到NO_X吸收剂47中。然而，当在稀空燃比的条件下继续燃烧时，在此过程中，NO_X吸收剂47的NO_X吸收能力最终变得饱和，因此NO_X吸收剂47最终不能再吸收NO_X。因此，在依照本发明的实施例中，在NO_X吸收剂47的吸收能力变得饱和之前，从还原剂供给阀14供应还原剂以暂时使得所述排气的空燃比变浓，从而使得NO_X从NO_X吸收剂47中释放出来。

然而，排气中包含SO_X，即SO₂。当该SO₂流入NO_X存储催化剂12中时，所述SO₂会在铂Pt 46处被氧化并成为SO₃。接着，该SO₃ 被吸收到NO_X吸收剂47中，所述SO₃与氧化钡BaO结合并且以硫酸离子SO₄ ^2-的形式扩散在NO_X吸收剂47中以产生硫酸盐BaSO₄。如果所述硫酸盐BaSO₄增加，则NO_X吸收量减少，因此NO_X吸收剂47能吸收的NO_X量随时间流逝而减少。

因此，在本发明中，SO_X捕集催化剂11设置在NO_X存储催化剂12的上游。所述SO_X捕集催化剂11用于捕集包含在排气中的SO_X，由此防止SO_X流入NO_X存储催化剂12中。接下来，将说明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构成，并且具有大量在SO_X捕集催化剂11轴向上直线延伸的排气流动孔。当这样形成由蜂窝状结构整体式催化剂构成的SO_X捕集催化剂11时，所述排气流动孔的内周壁携带有诸如由氧化铝组成的催化剂载体。图5示意性地显示了催化剂载体50的表面部分的截面。如图5所示，在催化剂载体50表面上形成有涂层51。在涂层51的表面上携带有扩散在其中的贵金属催化剂52。

在依照本发明的实施例中，利用铂Pt作为贵金属催化剂52。利用诸如选自钾K、钠Na、铯Cs或其它的这种碱金属、钡Ba、钙Ca或其它的这种碱土金属以及镧La、钇Y或其它的这种稀土金属中的至少一种成分作为形成涂层51的成分。就是说，SO_X捕集催化剂11的涂层51显示出强碱性。

现在，如图5所示，排气中包含的SO_X，即SO₂，在铂Pt 52处被氧化，然后被捕集在涂层51中。即，SO₂以硫酸离子SO₄ ^2-的形式扩散在所述涂层中并形成硫酸盐。应当注意，正如上面说明的，涂层51显示出强碱性。因此，如图5所示，包含在排气中的部分SO₂直接被捕集在涂层51中。

在图5中，涂层51中的浓度表示被捕集的SO_X的浓度。正如将从图5中理解的，涂层51中的SO_X浓度在涂层51表面附近最高，并在进一步向内而逐渐下降。如果涂层51的表面附近的SO_X浓度变得更高，则涂层51表面的碱性变得更弱且SO_X捕集能力减弱。这里，如果将被SO_X捕集催化剂11捕集的SO_X和排气中包含的SO_X的比率称作SO_X 捕集率，如果涂层51的表面的碱性减弱，则SO_X捕集率会随此下降。

图6显示了SO_X捕集率随时间的变化。如图6所示，首先SO_X捕集率接近100％，但随着时间流逝，SO_X捕集率迅速下降。因此，在本发明中，如图7所示，当所述SO_X捕集率降到预定比率之下时，在排气的稀空燃比的条件下执行升温控制来升高SO_X捕集催化剂11的温度，从而恢复所述SO_X捕集率。

就是说，如果在排气的稀空燃比的条件下升高SO_X捕集催化剂11的温度，则集中存在于涂层51表面附近的SO_X扩散到涂层51的内部，以使涂层51内的SO_X浓度变得均匀。就是说，形成于涂层51内的硝酸盐从其集中在涂层51表面附近的不稳定状态变为其均匀扩散遍及整个涂层51的稳定状态。如果涂层51表面附近存在的SO_X朝涂层51内部扩散，则涂层51表面附近的SO_X浓度降低，因此当SO_X捕集催化剂11的升温控制结束时，如图7所示，所述SO_X捕集率被恢复。

当执行SO_X捕集催化剂11的升温控制时，如果使得SO_X捕集催化剂11的温度为大约450℃，则能够使得涂层51表面附近的SO_X在涂层 51内扩散。如果将SO_X捕集催化剂11的温度升高至600℃左右，则能够使得涂层51内的SO_X浓度相当地均匀。因此，在SO_X捕集催化剂11的升温控制时，优选为在排气的稀空燃比条件下将SO_X捕集催化剂11的温度升高至600℃左右。

现在，如上面说明的，在依照本发明的实施例中，在NO_X吸收剂47的吸收能力变得饱和之前，使得还原剂供给阀14供应还原剂以暂时使得排气的空燃比变浓，从而使得NO_X吸收剂47释放NO_X。因此，这时，流入SO_X捕集催化剂11的排气的空燃比暂时变浓。然而，这时，如果SO_X捕集催化剂11释放SO_X，则所述SO_X被吸收在NO_X存储催化剂12中。因此，在本发明中，形成SO_X捕集催化剂11，从而这时SO_X捕集催化剂11不释放SO_X。

就是说，如果使得SO_X捕集催化剂11的碱性更强，则被捕集的NO_X变得更难以释放。因此，为了防止SO_X被释放，优选为使得SO_X 捕集催化剂11的碱性更强。此外，SO_X释放现象是被氧化和被吸收的SO_X的还原和释放现象，因此，为了防止所述SO_X被释放，必须防止所述SO_X被还原。在这种情况下，通过由还原剂供给阀14供应的还原剂，即HC，执行SO_X还原反应，所以为了防止所述SO_X被释放，不得不减弱所述NO_X被HC还原的作用，即HC被NO_X氧化的作用。

应当注意，所述SO_X捕集作用由涂层51执行，因此为了防止SO_X 被释放，不得不使涂层51的碱性更强。此外，所述SO_X还原作用由贵金属催化剂46执行，因此为了防止SO_X被释放，不得不减弱贵金属催化剂46的SO_X还原作用，即HC氧化作用。在这种情况下，如果使得涂层51的碱性更强，则HC被贵金属催化剂46氧化的作用，即酸性被减弱。

因此，在本发明中，涂层51的碱性，即SO_X捕集催化剂11的碱性被加强且其酸性被减弱以便不释放SO_X。在这种情况下，很难定量地表达将SO_X捕集催化剂11的碱性增强到什么程度和将酸性减弱到什么程度，但是有可能通过利用与NO_X存储催化剂12相比的NO_X净化率或HC氧化率来表达将所述碱性增强到什么程度和将所述酸性减弱到什么程度。接下来将参考图8来说明。

图8(A)显示了用于本发明的SO_X捕集催化剂11和NO_X存储催化剂12的NO_X净化率和SO_X释放率之间的关系，而图8(B)显示了用于本发明的SO_X捕集催化剂11和NO_X存储催化剂12的HC氧化率和SO_X释放率之间的关系。应注意图8(A)和8(B)中所示的关系是当SO_X捕集催化剂11的温度处于正常操作时的温度范围内，即约150℃至约400℃之间时的关系。NO_X存储催化剂12将通过重复NO_X 的存储和释放来净化NO_X作为目标，因此如图8(A)和图8(B)所示，NO_X净化率和HC氧化率自然很高。

然而，如图8(A)和8(B)所示，使得NO_X存储催化剂12释放相当大数量的SO_X。当然，SO_X释放作用是当排气的空燃比变浓时执行的一种作用。相对于此，在本发明中，与NO_X存储催化剂12相比，增强SO_X捕集催化剂11的碱性且减弱其酸性，直到当所述SO_X捕集催化剂的温度处于正常操作时的温度范围内，即约150℃至约400℃时所述SO_X释放量变为0。如果这样与NO_X存储催化剂12相比增强SO_X 捕集催化剂11的碱性且减弱其酸性，则SO_X捕集催化剂11将吸收 NO_X，但是不能再释放几乎任何的被吸收的NO_X，所以如图8(A)所示，SO_X捕集催化剂11的NO_X净化率变得相当低。

在这种情况下，当所述SO_X捕集催化剂的温度处于正常操作时的温度范围，即约150℃至约400℃内时，如果使得SO_X捕集催化剂11的碱性更强而其酸性更弱直到SO_X释放率变为0，则当利用SO_X捕集催化剂11时的NO_X净化率变为当利用NO_X存储催化剂12时的NO_X 净化率的约10％或更低。因此，可以认为，与NO_X存储催化剂12相比，增强SO_X捕集催化剂11的碱性且减弱其酸性到一程度：当SO_X 捕集催化剂11的温度是在正常操作时的温度范围内，即大约150℃至约400℃内时，SO_X捕集催化剂11的NO_X净化率变为所述NO_X存储催化剂12的NO_X净化率的大约10％或更低。

另一方面，如将从图8(B)中理解的，当所述SO_X捕集催化剂的温度在正常操作时的温度范围，即约150℃至约400℃内时，如果使得SO_X捕集催化剂11的碱性更强而使其酸性更弱直到SO_X释放率变为0，则当利用SO_X捕集催化剂11时的HC氧化率变为正常时间时利用NO_X 存储催化剂12时的HC氧化率的大约10％或更低。因此，可以认为，与NO_X存储催化剂12相比，增强SO_X捕集催化剂11的碱性且减弱其酸性到一定程度，从而当SO_X捕集催化剂的温度变为正常操作时的温度范围，即大约150℃至约400℃时，SO_X捕集催化剂11的HC氧化率变为NO_X存储催化剂12的HC氧化率的大约10％或更低。

应当注意所述贵金属催化剂的量越少，则HC的氧化作用越弱，所以在依照本发明的实施例中，SO_X捕集催化剂11上携带的贵金属催化剂52的量小于NO_X存储催化剂12上携带的贵金属催化剂46的量。

此时，即使这样增强SO_X捕集催化剂11的碱性以便NO_X净化率变为NO_X存储催化剂12的NO_X净化率的大约10％或更少，如果SO_X捕集催化剂11的温度变为高温，则当排气的空燃比变浓以使得NO_X存储催化剂12释放NO_X时，从SO_X捕集催化剂11中释放出SO_X。图9显示了当排气的空燃比变浓以使得NO_X存储催化剂12释放NO_X时，SO_X捕集催化剂11以这种方式释放SO_X的SO_X释放温度的下限温度Tr。

如图9所示，所述SO_X释放下限温度Tr是存储在SO_X捕集催化剂11中的SO_X量的函数，并且SO_X存储量越大则SO_X释放下限温度Tr变得越低。更具体地说，当所述SO_X存储量为固定量S₀或更少时，SO_X释放下限温度Tr为大约500℃的固定温度。当所述SO_X存储量为固定量S₀或更多时，所述SO_X存储量越大则SO_X释放下限温度Tr变得越低。

当SO_X捕集催化剂11的温度高于SO_X释放下限温度Tr时，如果排气的空燃比变浓以使NO_X存储催化剂12释放NO_X，则SO_X捕集催化剂11释放SO_X。因此，在本发明中，当流入SO_X捕集催化剂11的排气的空燃比从稀变浓以使NO_X存储催化剂12释放NO_X时，如果SO_X捕集催化剂11的温度高于SO_X释放下限温度Tr，则禁止将流入SO_X捕集催化剂11的排气的空燃比变浓以使NO_X存储催化剂12释放NO_X的浓化处理。

此时，正如上面说明的，在依照本发明的实施例中，当所述SO_X捕集率下降到预定比率之下时，在排气稀空燃比的条件下执行用于升高SO_X捕集催化剂11的温度的升温控制，从而恢复所述SO_X捕集率。在这种情况下，在依照本发明的实施例中，使还原剂供给阀14供应还原剂，且该还原剂的氧化反应被用于升高SO_X捕集催化剂11的温度。

应当注意的是，在本发明中基本上认为从购买汽车直到其废弃，SO_X捕集催化剂11将照原样使用而不用更换。特别是近些年来，燃料中的含硫量已经减少了。因此，如果将SO_X捕集催化剂11的体积增大到一定程度，则能够不更换地使用SO_X捕集催化剂11直到废弃。例如，如果车辆的持久行驶距离是500,000km，则使得SO_X捕集催化剂11的体积成为不用执行升温控制以高SO_X捕集率继续捕集SO_X直到行驶距离变为250,000km左右的体积。在这种情况下，当行驶距离变为250,000km左右时执行初始升温控制。

接下来，将参考图10至图12说明用于SO_X捕集催化剂11中SO_X 稳定化处理的第一个实施例。

在所述第一实施例中，估算被SO_X捕集催化剂11捕集的SO_X量。当被SO_X捕集催化剂11捕集的SO_X量超过预定量时，则判断出所述SO_X捕集率已经降到预定比率之下。这时，为了恢复所述SO_X捕集率，在排气的稀空燃比的条件下执行用于升高SO_X捕集催化剂11温度的升温控制。

就是说，燃料中包含一定百分比的硫。因此，包含在排气中的SO_X 量，即，由SO_X捕集催化剂11捕集到的SO_X量，与燃料喷射量成比例。所述燃料喷射量是所需扭矩和发动机转速的函数，因此在SO_X捕集催化剂11处捕集到的SO_X量也成为所需扭矩和发动机转速的函数。在依照本发明的实施例中，每单位时间在SO_X捕集催化剂11中捕集到的 SO_X量SOXA作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图10(A)所示的设定表的形式被预先存储在ROM 32中。

此外，润滑油包含一定百分比的硫。在燃烧室2中燃烧的润滑油的量，即，包含于排气中且被所述SO_X捕集催化剂捕集到的SO_X量，也成为所需扭矩和发动机转速的函数。在依照本发明的实施例中，包含于润滑油中且每单位时间被SO_X捕集催化剂11捕集的SO_X量SOXB作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图10(B)所示的设定表的形式被预先存储在ROM 32中。通过将SO_X量SOXA和SO_X量SOXB的和累加，计算被SO_X捕集催化剂11捕集的SO_X量∑SOX。

此外，在依照本发明的实施例中，如图10(C)所示，预先存储当应该升高SO_X捕集催化剂11的温度时SO_X量∑SOX和预定SO_X量SO(n)之间的关系。当SO_X量∑SOX超过预定量SO(n)(n＝1，2，3，...)时，执行SO_X捕集催化剂11的升温控制。应当注意，在图10(C)中，n表示升温处理操作的次数。正如从图10(C)中理解的，随着用于恢复SO_X捕集率的升温处理次数n的增大，预定量SO(n)增大。处理的次数n越大，则该预定量SO(n)的增大率就越减少。也就是说，SO(3)相对于SO(2)的增大率比SO(2)相对于SO(1)的增大率下降。

就是说，如图11中的时间图所示，SO_X捕集催化剂11捕集的SO_X 量∑SOX随着时间流逝继续增加直到容许值MAX。应当注意在图11中，当∑SOX＝MAX的时刻是行驶距离为大约500,000km的时刻。

另一方面，在图11中，SO_X浓度表示SO_X捕集催化剂11的表面附近的SO_X浓度。正如从图11中理解的，如果SO_X捕集催化剂11的表面附近的SO_X浓度超过容许值SOZ，则在排气的空燃比A/F稀的条件下执行用于升高SO_X捕集催化剂11的温度T的升温控制。如果执行所述升温控制，则SO_X捕集催化剂11表面附近的SO_X浓度下降，但每次执行所述升温控制，所述SO_X浓度的减少量变得更小，因此，每次执行所述升温控制，从执行升温控制到下一次执行升温控制的时间变得更短。

应当注意如图11所示，被捕集的SO_X量∑SOX达到SO(1)、SO(2)...意味着在SO_X捕集催化剂11的表面附近的SO_X浓度已经达到容许值SOZ。

图12显示了执行用于SO_X稳定化处理的第一个实施例的程序。

参考图12，首先，在步骤100中，从图10(A)和(B)读出每单位时间捕集到的SO_X量SOXA和SOXB。接下来在步骤101中，所述SOXA和SOXB的和被加到所述SO_X量∑SOX。接下来在步骤102中，判断SO_X量∑SOX是否达到图10(C)所示的预定量SO(n)(n＝1，2，3...)。当所述SO_X量∑SOX达到所述预定量SO(n)时，程序进入执行升温控制的步骤103。

图13和图14显示了SO_X稳定化处理的第二个实施例。在这个实施例中，如图2所示，在SO_X捕集催化剂11的下游布置有SO_X传感器24。该SO_X传感器24检测从SO_X捕集催化剂11流出的排气中的SO_X 浓度。就是说，在第二实施例中，如图14所示，当由SO_X传感器24检测到的排气中的SO_X浓度超过预定浓度SOY时，则判断出所述SO_X 捕集率已经降到预定比率之下。这时，为了恢复所述SO_X捕集率，在排气的空燃比A/F稀的条件下，执行用于升高SO_X捕集催化剂11的温度T的升温控制。

图13显示了用于执行第二实施例的程序。

参考图13，首先，在步骤110中，读出SO_X传感器24的诸如电源电压V的输出信号。然后，在步骤111中，判断SO_X传感器24的电源电压V是否超过设定值VX，即，排气中的SO_X浓度是否超过预定浓度SOY。当V＞VX时，即当排气中的SO_X浓度超过预定浓度SOY时，程序进入到执行升温控制的步骤112。

接下来，将参考图15和图16说明对NO_X存储催化剂12的处理。

在依照本发明的实施例中，每单位时间存储在NO_X存储催化剂12中的NO_X量NOXA作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图16所示的设定表方式被预先存储在ROM 32中。通过累加所述NO_X量NOXA，计算存储在NO_X存储催化剂12中的NO_X量∑NOX。在依照本发明的实施例中，如图15所示，当该NO_X量∑NOX达到容许值NX时，如果SO_X捕集催化剂11的温度是SO_X释放下限温度Tr或更低，则流入到NO_X存储催化剂12中的排气的空燃比A/F会暂时变浓，从而NO_X存储催化剂12释放NO_X。

另一方面，包含在排气中的粒状物质被捕集到携带NO_X存储催化剂12的颗粒过滤器12a上并接连被氧化。然而，如果沉积的粒状物质的量变得大于被氧化的粒状物质的量，则所述粒状物质逐渐沉积在颗粒过滤器12a上。在这种情况下，如果粒状物质的沉积量增加，则最终引起发动机输出的下降。因此，当所述粒状物质的沉积量增加时，必须去除所述沉积的粒状物质。在这种情况下，如果在空气过量的情况下将颗粒过滤器12a的温度上升至约600℃，则所述沉积的粒状物质被氧化且被去除。

因此，在依照本发明的实施例中，当沉积在颗粒过滤器12a上的粒状物质的量超过容许量时，在排气的稀空燃比的条件下升高颗粒过滤器12a的温度，从而通过氧化去除沉积的粒状物质。特别地，在依照本发明的实施例中，当由压差传感器23检测到的颗粒过滤器12a之前和之后的压差ΔP超过如图15所示的容许值PX时，判定沉积的粒状物质的量超过所述容许量。这时，执行升温控制，以升高颗粒过滤器12a的温度T，同时保持流入到颗粒过滤器12a中的排气的稀空燃比。应当注意，如果颗粒过滤器12a的温度T变得更高时，被捕集的NO_X 量∑NOX由于NO_X存储催化剂12释放NO_X而减少。

接下来，参考图17，说明在执行图10至图12所示的SO_X稳定化处理的情况下SO_X释放下限温度Tr的变化。应当注意，图17再次显示了和图11中相同的SO_X量∑SOX的变化和SO_X浓度的变化。在图17所示的示例中，当SO_X浓度是固定浓度SOR或更低时，使得SO_X 释放下限温度Tr为大约500℃的固定值，而当所述SO_X浓度是固定浓度SOR或更高时，SO_X释放下限温度Tr随SO_X浓度变得更高而变得更低。应当注意，图17中所示的SO_X量∑SOX和SO_X释放下限温度Tr之间的关系被预先存储在ROM 32中。

图18显示了图17中所示的SO_X释放下限温度Tr的计算程序。

参考图18，首先，在步骤120中，从图10(A)和(B)读出每单位时间捕集到的SO_X量SOXA和SOXB。接下来在步骤121中，SOXA 和SOXB的和被加到SO_X量∑SOX。接下来在步骤122中，计算对应于SO_X量∑SOX的SO_X释放下限温度Tr。

图19显示了用于NO_X存储催化剂12的处理程序。

参考图19，首先，在步骤130，从图16所示的设定表计算每单位时间存储的NO_X量NOXA。接下来在步骤131中，将NOXA增加到存储在NO_X存储催化剂12中的NO_X量∑NOX。然后，在步骤132中，判断存储的NO_X量∑NOX是否已经超过容许值NX。当∑NOX＞NX时，所述程序进入到步骤133，判断被温度传感器21检测到的SO_X捕集催化剂11的温度Ts是否高于SO_X释放下限温度Tr。

当在步骤133中判断出Ts≤Tr时，所述程序进入到步骤134，执行浓化处理以通过从还原剂供给阀14供应的还原剂暂时将流入NO_X存储催化剂12的排气的空燃比从稀变浓，并将∑NOX清零。与此相反，当在步骤133中判断出Ts＞Tr时，不执行所述浓化处理并且所述程序跳至步骤135。就是说，这时，禁止使得排气的空燃比浓以使NO_X存储催化剂12释放NO_X的处理。

在步骤135中，压差传感器23检测颗粒过滤器12a之前和之后的压差ΔP。接下来，在步骤136中，判断压差ΔP是否超过容许值PX。当ΔP＞PX时，所述程序进入到执行颗粒过滤器12a的升温控制的步骤137。通过保持流入到颗粒过滤器12a中的排气的空燃比稀并从还原剂供给阀14供应还原剂来执行所述升温控制。

Claims

1.一种压燃式内燃机的排气净化装置，在发动机排气通道中布置有能够捕集包含在排气中的SO_X的SO_X捕集催化剂，并且在所述SO_X捕集催化剂的下游的排气通道中布置有NO_X存储催化剂，所述NO_X存储催化剂在流入的排气的空燃比稀时存储包含在所述排气中的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被存储的NO_X，其中当流入所述SO_X捕集催化剂的所述排气的所述空燃比从稀变浓以使所述NO_X存储催化剂释放NO_X时，如果所述SO_X捕集催化剂的温度高于用于释放SO_X的SO_X释放下限温度，则禁止使流入所述SO_X捕集催化剂的所述排气的所述空燃比变浓以使所述NO_X存储催化剂释放NO_X的浓化处理。

2.如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X释放下限温度是存储在所述SO_X捕集催化剂中的SO_X存储量的函数。

3.如权利要求2所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中存储在所述SO_X捕集催化剂中的所述SO_X存储量越高，则所述SO_X释放下限温度变得越低。

4.如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X捕集催化剂的涂层表面附近的SO_X浓度越高，则所述SO_X释放下限温度变得越低。

5.如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中，与所述NO_X存储催化剂相比，所述SO_X捕集催化剂的碱性被增强且酸性被减弱到一程度：当所述SO_X捕集催化剂的温度为150℃至400℃时，所述SO_X捕集催化剂的NO_X净化率变为所述NO_X存储催化剂的NO_X净化率的大约10％或更低。

6.如权利要求5所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中，与所述NO_X存储催化剂相比，所述SO_X捕集催化剂的碱性被增强且酸性被减弱到一程度：当所述SO_X捕集催化剂的温度为150℃至400℃时，HC氧化率也变为所述NO_X存储催化剂的所述HC氧化率的大约10％或更低。

7.如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X捕集催化剂包括形成于催化剂载体上的涂层和所述涂层上携带的贵金属催化剂，所述涂层包含扩散到其中的碱金属、碱土或稀土金属，而且所述NO_X存储催化剂在催化剂载体上携带有选自碱金属、碱土或稀土金属的NO_X吸收剂和贵金属催化剂。

8.如权利要求7所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中在所述SO_X捕集催化剂上携带的所述贵金属催化剂的量小于在所述NO_X存储催化剂上携带的所述贵金属催化剂的量。

9.如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中在所述SO_X捕集催化剂的上游的所述排气通道中布置有还原剂供给装置，当NO_X存储催化剂应当释放NO_X时，所述还原剂供给装置在所述排气通道中供应还原剂，以使得流入所述NO_X存储催化剂的所述排气的所述空燃比暂时变浓。

10.如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述SO_X捕集催化剂具有当在流入所述SO_X捕集催化剂的所述排气的稀空燃比的条件下所述SO_X捕集催化剂的温度上升时使得被捕集的SO_X在所述NO_X捕集催化剂中逐渐扩散的特性，所述装置设置有用于估算表示由所述SO_X捕集催化剂捕集的所述SO_X和包含在所述排气中的所述SO_X的比例的SO_X捕集率的估算器件，并且，当所述SO_X捕集率下降至预定比率之下时，在所述排气的稀空燃比的条件下，所述SO_X捕集催化剂的温度升高，从而恢复所述SO_X捕集率。

11.如权利要求10所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中由所述SO_X捕集催化剂捕集的SO_X量被估算，当由所述SO_X捕集催化剂捕集的所述SO_X量超过预定量时，判断出所述SO_X捕集率已经降至预定比率之下，并且这时，通过在所述排气的稀空燃比条件下升高所述SO_X捕集催化剂的温度来恢复所述SO_X捕集率。

12.如权利要求11所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中随着用于恢复所述SO_X捕集率的处理的次数增加，所述预定量被增加，且所述处理的次数越多，此预定量的增大率下降。

13.如权利要求11所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中能够检测所述排气中的SO_X浓度的SO_X传感器布置在所述SO_X捕集催化剂下游的所述排气通道中，并且从所述SO_X传感器的输出信号来计算所述SO_X捕集率。

14.如权利要求10所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中当由所述SO_X传感器检测到的所述排气中的SO_X浓度超过预定浓度时，判断出所述SO_X捕集率已经降至预定比率之下，并且这时，为了恢复所述SO_X捕集率，在所述排气的稀空燃比条件下升高所述SO_X捕集催化剂的温度。

15.如权利要求1所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中所述NO_X存储催化剂被携带在颗粒过滤器上，以捕集和氧化包含在所述排气中的粒状物质。

16.如权利要求15所述的压燃式内燃机的排气净化装置，其中当沉积在所述颗粒过滤器上的粒状物质的量超过容许量时，在所述排气的稀空燃比条件下升高所述颗粒过滤器的温度，从而通过氧化去除所述沉积的粒状物质。