CN101978142A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气净化装置。在内燃机中，在NOX吸留催化剂(15)上游的内燃机排气通路内配置有捕获废气中所含的SOX的SOX捕集催化剂(13)。在应当从NOX吸留催化剂(15)中放出NOX时，在用于产生的内燃机输出的向燃烧室(2)内的燃料喷射结束后、且能够燃烧的期间，向燃烧室(2)内喷射辅助燃料，此时如下所示地喷射辅助燃料，即，使燃烧室(2)内的燃烧气体的空燃比(A/F)不达到最小容许空燃比(M)以下，在该最小容许空燃比(M)下，由SOX捕集催化剂(13)捕获的SOX不会被放出。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。
背景技术
在内燃机排气通路内配置有如下的NOX吸留催化剂的内燃机已为公众所知，即，在流入的废气的空燃比为稀时，吸留废气中所含的NOX，当流入的废气的空燃比达到理论空燃比或为浓时，则放出所吸留的NOX。该内燃机中，在基于稀空燃比进行燃烧时产生的NOX被NOX吸留。另一方面，当NOX吸留催化剂的NOX吸留能力接近饱和时，废气的空燃比暂时地变为浓，由此NOX被从NOX吸留催化剂中放出而被还原。
但是，在燃料内含有硫，所以在废气中含有SOX。该SOX与NOX一起被吸留在NOX吸留催化剂中。然而如果只是使废气的空燃比为浓，该SOX不会从NOX吸留催化剂中放出，所以吸留在NOX吸留催化剂中的SOX的量逐渐增大。其结果是，能够吸留的NOX量逐渐减少。
所以，为了阻止SOX被带入NOX吸留催化剂，在NOX吸留催化剂上游的内燃机排气通路内配置有SOX捕集催化剂的内燃机已为公众所知(参照专利文献1)。该内燃机中，废气中所含的SOX被SOX捕集催化剂捕获，由此阻止SOX流入NOX吸留催化剂。其结果是，可以阻止NOX的吸留能力因SOX的吸留而降低。
但是，对于该SOX捕集催化剂，在SOX捕集催化剂的温度上升时，如果使流入SOX捕集催化剂的废气的空燃比为浓，则从SOX捕集催化剂中放出SOX。另外，对于该SOX捕集催化剂，在SOX捕集催化剂的表面附近被捕获的SOX的浓度变高的情况下，即使在SOX捕集催化剂的温度不高时，如果使流入SOX捕集催化剂的废气的空燃比为浓，也从SOX捕集催化剂中放出SOX。
所以，在上述的内燃机中，为了不会从SOX捕集催化剂中放出SOX，将流入SOX捕集催化剂的废气一直维持为稀，在应当从NOX吸留催化剂中放出NOX时，从配置于SOX捕集催化剂的下游且NOX吸留催化剂的上游的燃料供给阀供给燃料，使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比为浓。
专利文献1日本特开2005-133610号公报
发明内容
但是，从NOX吸留催化剂中放出的NOX利用废气中所含的HC、CO之类的还原成分被还原。该情况下，CO即使在NOX吸留催化剂的温度低时，对于NOX也具有强还原力，而HC在NOX吸留催化剂的温度不高到一定程度时，则不会对NOX发挥强还原力。另一方面，如上所述，在应当从NOX吸留催化剂中放出NOX时，从配置于NOX吸留催化剂上游的燃料供给阀供给燃料的情况下，废气中所含的还原成分的大部分变为HC。所以，在该情况下，NOX吸留催化剂的温度不高到一定程度以上，从NOX吸留催化剂中放出的NOX不会被充分地还原，因而当NOX吸留催化剂的温度不高到一定程度以上时，就无法获得高NOX净化率。
另一方面，作为为了从NOX吸留催化剂中放出NOX而使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比为浓的方法，有如下的方法，即，在用于产生内燃机输出的向燃烧室内的燃料喷射结束后、且能够燃烧的期间，向燃烧室内喷射辅助燃料。该方法中，通过使燃烧室内的燃烧气体的空燃比为浓，从而使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比为浓。该情况下，由于辅助燃料在氧较少的状态下被燃烧，因此大量地生成还原力强的CO。其结果是，即使NOX吸留催化剂的温度低，也可以将从NOX吸留催化剂中放出的NOX良好地还原，由此，即使NOX吸留催化剂的温度低，也可以获得高NOX净化率。
当像这样通过向燃烧室内喷射辅助燃料而使燃烧室内的燃烧气体的空燃比为浓时，流入SOX捕集催化剂的废气的空燃比变为浓。然而判明，在像这样通过使燃烧气体的空燃比为浓而使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比为浓的情况下，即使使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比为浓，也存在不会从SOX捕集催化剂中放出SOX的宽广区域。
本发明的目的在于，提供一种内燃机的排气净化作用，其基于判明了的SOX放出区域，在不导致SOX从SOX捕集催化剂中放出的情况下使燃烧气体的空燃比降低。
根据本发明，提供一种内燃机的排气净化装置，所述内燃机在内燃机排气通路内配置有捕获废气中所含的SOX的SOX捕集催化剂，在SOX捕集催化剂下游的排气通路内配置有排气净化催化剂，在所述内燃机中具备辅助燃料喷射机构，在用于产生内燃机输出的向燃烧室内的燃料喷射结束后、且能够燃烧的期间，该机构向燃烧室内喷射辅助燃料，在该排气净化装置中，预先求出在喷射该辅助燃料时降低的燃烧室内的燃烧气体的空燃比中的最小容许空燃比，在该最小容许空燃比的条件下，由该SOX捕集催化剂捕获的SOX不会被放出，即使喷射为了进行排气净化催化剂的净化处理所必需的量的该辅助燃料，该燃烧气体的空燃比也不降低到该最小容许空燃比时，喷射该必需的量的该辅助燃料，如果喷射为了进行排气净化催化剂的净化处理所必需的量的该辅助燃料，该燃烧气体的空燃比就降低到该最小容许空燃比以下时，使该辅助燃料的喷射量与该必需的量相比减少，从而使该燃烧气体的空燃比不降低到该最小容许空燃比以下。
本发明的效果是能够阻止SOX从SOX捕集催化剂中放出。
附图说明
图1是压燃式内燃机的整体图。
图2是NOX吸留催化剂的催化剂载体的表面部分的剖面图。
图3是SOX捕集催化剂的催化剂载体的表面部分的剖面图。
图4A、4B、4C是用于说明辅助燃料的喷射期间的图。
图5A、5B是用于说明燃烧气体的最小极限空燃比的图。
图6是用于说明燃烧气体的最小极限空燃比及最小容许空燃比的图。
图7是表示辅助燃料A及来自燃料供给阀的供给燃料D等的图。
图8A、8B是用于说明燃烧气体的最小极限空燃比及最小容许空燃比的图。
图9A、9B、9C是用于说明燃烧气体的最小容许空燃比的图。
图10是用于进行排气净化处理的流程图。
图11是表示吸留NOX量NOXA的映射的图。
具体实施方式
图1中表示出压燃式内燃机的整体图。
参照图1，1表示内燃机主体，2表示各气缸的燃烧室，3表示用于向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气歧管，5表示排气歧管。进气歧管4经由进气导管6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连结，压缩机7a的入口经由用于检测吸入空气量的空气流量计8与空气净化器9连结。在进气导管6内配置有由步进电机驱动的节流阀10，此外在进气导管6周围配置有用于冷却进气导管6内流动的吸入空气的冷却装置11。图1所示的实施例中，内燃机冷却水被引入冷却装置11内，利用内燃机冷却水将吸入空气冷却。
另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口连结，排气涡轮7b的出口经由排出管12与SOX捕集催化剂13的入口连结。另外，SOX捕集催化剂13的出口经由排气管14与排气净化催化剂15连结。图1所示的实施例中，该排气净化催化剂15包含NOX吸留催化剂。如图1所示，在SOX捕集催化剂13的下游、且NOX吸留催化剂15上游的排气管14内，配置有燃料供给阀16。而且，作为该排气净化催化剂15，例如也可以使用担载有NOX吸留催化剂的颗粒过滤器。
排气歧管5与进气歧管4通过废气再循环(以下称作EGR)通路17相互连结，在EGR通路17内配置有电子控制式EGR控制阀18。另外，在EGR通路17周围配置有用于冷却EGR通路17内流动的EGR气体的冷却装置19。图1所示的实施例中，内燃机冷却水被引入冷却装置19内，利用内燃机冷却水将EGR气体冷却。另一方面，各燃料喷射阀3经由燃料供给管20与共轨21连结。从电子控制式的喷出量可变的燃料泵22向该共轨21内供给燃料，向共轨22内供给的燃料经由各燃料供给管20向燃料喷射阀3供给。
电子控制组件30由数字计算机构成，具备：利用双向性总线31相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机读写存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35及输出端口36。在SOX捕集催化剂13安装有用于检测SOX捕集催化剂13的温度的温度传感器23，该温度传感器23及空气流量计8的输出信号经由对应的AD转换器37向输入端口35输入。另外，在加速踏板40处连接有产生与加速踏板40的踩下量L成比例的输出电压的负载传感器41，负载传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37向输入端口35输入。此外在输入端口35处还连接有在曲轴每旋转例如15°时产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。另一方面，输出端口36经由对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节流阀10驱动用步进电机、燃料供给阀16、EGR控制阀18及燃料泵22连接。
首先，先对图1所示的NOX吸留催化剂15进行说明，在该NOX吸留催化剂15的基体上担载有例如包含氧化铝的催化剂载体，图2图解性地表示出该催化剂载体45的表面部分的剖面。如图2所示，在催化剂载体45的表面上分散地担载有贵金属催化剂46，此外在催化剂载体45的表面上还形成有NOX吸收剂47的层。
在采用本发明的实施例中，作为贵金属催化剂46使用铂Pt，作为构成NOX吸收剂47的成分，例如使用选自钾K、钠Na、铯Cs之类的碱金属、钡Ba、钙Ca之类的碱土类、镧La、钇Y之类的稀土类中的至少一种。
如果将向内燃机进气通路、燃烧室2及NOX吸留催化剂15上游的排气通路内供给的空气及燃料(烃)的比称作废气的空燃比，则NOX吸收剂47进行如下的NOX的吸收放出作用，即，在废气的空燃比为稀时吸收NOX，当废气中的氧浓度降低时，将所吸收的NOX放出。
即，以作为构成NOX吸收剂47的成分使用钡Ba的情况为例进行说明，则在废气的空燃比为稀时、即在废气中的氧浓度高时，废气中所含的NO如图2所示在铂Pt46上被氧化而变为NO2，然后被吸收到NOX吸收剂47内，与碳酸钡BaCO3结合，并且以硝酸根离子NO3 -的形式向NOX吸收剂47内扩散。像这样NOX被吸收到NOX吸收剂47内。只要废气中的氧浓度高，就在铂Pt46的表面生成NO2，只要NOX吸收剂47的NOX吸收能力没有饱和，NO2就被吸收到NOX吸收剂47内而生成硝酸根离子NO3 -。
与此相对，如果使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为浓或为理论空燃比，则由于废气中的氧浓度降低，因此反应向反方向(NO3 -→NO2)进行，NOX吸收剂47内的硝酸根离子NO3 -以NO2的形式从NOX吸收剂47中放出。然后所放出的NOX由废气中所含的未燃HC、CO还原。
像这样在废气的空燃比为稀时、即在基于稀空燃比进行燃烧时，废气中的NOX被吸收到NOX吸收剂47内。但是，如果继续进行基于稀空燃比的燃烧，则在此期间NOX吸收剂47的NOX吸收能力饱和，从而无法利用NOX吸收剂47来吸收NOX。所以，在采用本发明的实施例中，在NOX吸收剂47的吸收能力饱和之前使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比暂时为浓，由此使NOX从NOX吸收剂47中放出。
但是，在废气中含有SOX、即SO2，当该SO2流入NOX吸留催化剂15时，该SO2在铂Pt46中被氧化而变为SO3。然后该SO3被吸收到NOX吸收剂47内，与碳酸钡BaCO3结合，并且以硫酸根离子SO4 2-的形式向NOX吸收剂47内扩散，生成稳定的硫酸盐BaSO4。但是，由于NOX吸收剂47具有强碱性，因此该硫酸盐BaSO4稳定而难以分解，只是使废气的空燃比单纯地为浓，则硫酸盐BaSO4不被分解而原样残留。所以，在NOX吸收剂47内，随着时间的推移，硫酸盐BaSO4逐渐增多，这样，随着时间的推移，NOX吸收剂47能够吸收的NOX量降低。
但是，如果在该情况下，在使NOX吸留催化剂15的温度上升到600℃以上的SOX放出温度的状态下，使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为浓，则从NOX吸收剂47中放出SOX。但是，该情况下，只会从NOX吸收剂47中一点点地放出SOX。所以，要从NOX吸收剂47中放出全部的吸收SOX，必须长时间地使空燃比为浓，这样就有需要大量的燃料或还原剂的问题。另外，从NOX吸收剂47中放出的SOX向大气中排出，该情况也不是理想的。
所以，本发明中，在NOX吸留催化剂15的上游配置SOX捕集催化剂13，利用该SOX捕集催化剂13将废气中所含的SOX捕获，由此使SOX不流入NOX吸留催化剂15。下面，对SOX捕集催化剂13进行说明。
该SOX捕集催化剂13例如由蜂窝结构的整体催化剂构成，在SOX捕集催化剂13的轴线方向具有笔直延伸的多个废气流通孔。在像这样将SOX捕集催化剂13以蜂窝结构的整体催化剂形成的情况下，在各废气流通孔的内周壁面上担载有例如包含氧化铝的催化剂载体，图3图解性地表示出该催化剂载体50的表面部分的剖面。如图3所示，在催化剂载体50的表面上形成有涂覆层51，在该涂覆层51的表面上分散地担载有金属催化剂或贵金属催化剂52。
图3所示的实施例中，作为催化剂52使用铂之类的贵金属催化剂，作为构成涂覆层51的成分，例如使用选自钾K、钠Na、铯Cs之类的碱金属、钡Ba、钙Ca之类的碱土类、镧La、钇Y之类的稀土类中的至少一种。即，SOX捕集催化剂13的涂覆层51呈现出强碱性。
废气中所含的SOX也就是SO2如图3所示在铂Pt52中被氧化，然后在涂覆层51内被捕获。即，SO2以硫酸根离子SO4 2-的形式向涂覆层51内扩散，形成硫酸盐。而且，如上所述，涂覆层51呈现出强碱性，所以如图3所示，废气中所含的SO2的一部分直接在涂覆层51内被捕获。
图3中，涂覆层51内的浓淡表示所捕获的SOX的浓度。由图3可知，涂覆层51内的SOX浓度在涂覆层51的表面附近最高，随着深入内部而逐渐降低。当涂覆层51的表面附近的SOX浓度变高时，则涂覆层51的表面的碱性变弱，SOX的捕获能力减弱。在此种状态时，如果在废气的空燃比为稀的基础上使SOX捕集催化剂13的温度上升，则SOX捕集率恢复。
即，当在废气的空燃比为稀的基础上使SOX捕集催化剂13的温度上升时，则集中地存在于涂覆层51内的表面附近的SOX按照涂覆层51内的SOX浓度变得均匀的方式向涂覆层51的内部扩散。即，在涂覆层51内生成的硝酸盐从集中于涂覆层51的表面附近的不稳定状态变化为在整个涂覆层51内都均匀地分散的稳定状态。当存在于涂覆层51内的表面附近的SOX向涂覆层51的内部扩散时，涂覆层51的表面附近的SOX浓度降低，这样SOX捕集催化剂13的SOX捕集率恢复。
下面，在参照图4A、4B、4C的同时，对在从NOX吸留催化剂15中放出NOX时所喷射的辅助燃料的喷射期间与NOX净化率的关系进行说明。图4A表示从燃料喷射阀3向燃烧室2内的燃料喷射期间，图4A所示的例子中，为了产生内燃机输出而在压缩上止点TDC前进行多次引燃喷射P1、P2，在压缩上止点TDC附近进行主喷射M。
另一方面，本发明中，如图4A中以A所示那样，在用于产生内燃机输出的向燃烧室2内的燃料喷射P1、P2、M结束后、且能够燃烧的期间，向燃烧室2内喷射辅助燃料。由图4A可知，该辅助燃料A的喷射期间被设定为压缩上止点TDC后90度的范围内的、对内燃机输出的产生基本上不起作用的期间。
另一方面，图4B表示出NOX吸留催化剂15的温度TN与NOX净化率的关系，图4C表示出流入低温时的NOX吸留催化剂15的废气中的NOX浓度Qin与从NOX吸留催化剂15中流出的废气中的NOX浓度QoutA、QoutB。图4B中的A、图4C中的QoutA表示在图4A中以A表示的期间喷射辅助燃料的情况，图4B中的B、图4C中的QoutB表示在图4A中以B表示的期间、即在膨胀冲程的后半段或排气冲程中喷射辅助燃料的情况。
在图4A中，当进行主喷射M时，燃烧室2内的大部分的氧被消耗。所以当喷射辅助燃料A时，该辅助燃料A就在氧不充分的状态下燃烧，这样就会产生大量的CO。该CO对从NOX吸留催化剂15中放出的NOX的还原力强，所以NOX刚一放出，就立即被CO还原，因而从NOX吸留催化剂15接连不断地放出NOX。其结果是，如图4C所示，低温时的NOX浓度QoutA降低，这样就如图4B中A所示那样，即使在低温时，也可以获得高NOX净化率。
另一方面，当在图4A中以B表示的期间喷射辅助燃料时，该辅助燃料B被分解为小的分子，基本上不燃烧。所以，此时小分子量的HC增多，而CO不怎么增多。该情况下，HC与CO相比还原力弱，因而在该情况下如图4C所示，低温时的NOX浓度QoutB变高，因此如图4B中以B所示那样，低温时的NOX净化率降低。
与像这样在图4A中以B表示的期间喷射辅助燃料的情况相比，在以A表示的期间喷射的情况下，低温时的NOX净化率提高。所以，本发明中，如图4A中以A所示那样，在为了产生内燃机输出而向燃烧室2内的燃料喷射结束后、且能够燃烧的期间，向燃烧室2内喷射辅助燃料。
当喷射辅助燃料A时，燃烧室2的燃烧气体的空燃比A/F降低，此时如果空燃比A/F降低到一定限度，则从SOX捕集催化剂13中放出SOX。图5A、图5B中实线A表示在喷射了辅助燃料A时不会从SOX捕集催化剂13中放出SOX的最小极限空燃比，如果在喷射了辅助燃料A时燃烧气体的空燃比达到该最小极限空燃比A以下，则从SOX捕集催化剂13中放出SOX。
应说明的是，图5A、5B中，横轴TS表示SOX捕集催化剂13的温度。另外，图5A表示由SOX捕集催化剂13捕获的SOX捕获量处于基本上饱和状态的情况，图5B表示由SOX捕集催化剂13捕获的SOX捕获量少的情况。
另一方面，图5A、5B中，虚线B表示在图4A中以B表示的期间喷射了辅助燃料时的最小极限空燃比，点划线C表示在SOX捕集催化剂13上游的排气通路内喷射了燃料时的最小极限空燃比。在虚线B、点划线C表示的情况下，废气中含有比较大的HC分子，当该比较大的HC分子附着于SOX捕集催化剂13的表面时，局部地变为极浓，因此从SOX捕集催化剂13中放出SOX。即，由图5A、5B可知，在虚线B、点划线C表示的情况下，与实线A表示的情况相比，即使是相当的稀，也从SOX捕集催化剂13中放出SOX。
像这样如果在图4A中以A表示的期间喷射辅助燃料，则如图5A、5B所示，最小极限空燃比降低，在图5A所示的情况下，在SOX捕集催化剂13的温度TS比较低时，在图5B所示的情况下，在SOX捕集催化剂13的很宽的温度范围，均可以在不从SOX捕集催化剂13中放出SOX的情况下使燃烧气体的空燃比A/F为浓。其结果是，即使在低温时，也可以获得良好的NOX净化率。
如前所述，图5A中实线A表示在SOX捕集催化剂13中的SOX捕获量基本上处于饱和状态时的最小极限空燃比，该最小极限空燃比A也表示于图6中。在将燃烧气体的空燃比A/F降低到预先确定的浓空燃比时，燃烧气体的空燃比A/F如果没有达到图6所示的最小极限空燃比A以下，则无论在SOX捕集催化剂13中的SOX捕获量的大小如何，都不从SOX捕集催化剂13中放出SOX。所以，本发明中，预先确定出以该最小极限空燃比A作为上限、或者以比该最小极限空燃比A略高的空燃比作为上限的最小容许空燃比，从而使燃烧气体的空燃比A/F不降低到该最小容许空燃比以下。
该最小容许空燃比的一例在图6中以虚线M表示。图6所示的例子中，禁止燃烧气体的空燃比A/F达到图6中以阴影表示的最小容许空燃比M以下。具体来说，图6所示的例子中，在SOX捕集催化剂13的温度TS为350℃以上时，使燃烧气体的空燃比A/F不达到15.5以下。
由图6可知，在SOX捕集催化剂13的温度TS为350℃以下时，如箭头X1所示，即使使燃烧气体的空燃比A/F为浓，也不从SOX捕集催化剂13中放出SOX。所以此时通过如图7A所示喷射辅助燃料A，从而使燃烧气体的空燃比A/F为浓。与此相对，在SOX捕集催化剂13的温度TS为350℃以上时，如箭头X2所示，使燃烧气体的空燃比A/F不降低到最小容许空燃比M以下。此时如图7B所示，从燃料喷射阀16喷射对于使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为浓的辅助燃料A而言不足的部分的燃料D。
即，本发明中如下控制，如图6的箭头X1及图7A中所示，即使喷射为了从NOX吸留催化剂15中放出NOX而使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为浓所必需的量的辅助燃料A，燃料气体的空燃比A/F也不降低到最小容许空燃比M时，喷射该必需的量的辅助燃料A而使燃烧气体的空燃比A/F为浓，如图6的箭头X2及图7B所示，如果喷射为了从NOX吸留催化剂15中放出NOX而使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为浓所必需的量的辅助燃料，燃烧气体的空燃比A/F就降低到最小容许空燃比M以下时，使辅助燃料A的喷射量与上述必需的量相比减少，从而使燃烧气体的空燃比A/F不降低到最小容许空燃比M以下。
此外，本发明中在像这样使辅助燃料A的喷射量与必需的量相比减少了时，从燃料供给阀16喷射减少部分的燃料。
而且，喷射辅助燃料A时排气温度上升。所以例如在为了使排气净化催化剂15升温而喷射辅助燃料A的情况下，也可以应用本发明。
所以，如果将此种情况也包含在内，则在本发明中以如下方式进行控制：预先求出在喷射辅助燃料A时降低的燃烧室2内的燃烧气体的空燃比中的最小容许空燃比M，在该最小容许空燃比M的条件下，由SOX捕集催化剂13捕获的SOX不会被放出，即使喷射为了进行排气净化催化剂15的净化处理所必需的量的辅助燃料，燃烧气体的空燃比A/F也不降低到最小容许空燃比M时，喷射该必需的量的辅助燃料A，如果喷射为了进行排气净化催化剂15的净化处理所必需的量的辅助燃料，燃烧气体的空燃比A/F就降低到最小容许空燃比M以下时，使辅助燃料的喷射量与上述必需的量相比减少，从而使燃烧气体的空燃比A/F不降低到最小容许空燃比M以下。
而且，在像这样使辅助燃料的喷射量与必需的量相比减少了时，将减少部分的燃料向SOX捕集催化剂13与排气净化催化剂15之间的排气通路内供给。
图8A、8B表示出使最小极限空燃比A的上限为最小容许空燃比M的情况。而且，图8A表示出由SOX捕集催化剂13捕获的SOX捕获量少的情况，图8B表示出由SOX捕集催化剂13捕获的SOX捕获量处于基本上饱和状态的情况。
由图8A、8B可知，最小容许空燃比M成为SOX捕集催化剂13的SOX捕获量及SOX捕集催化剂13的温度TS的函数，随着SOX捕集催化剂13的SOX捕获量增大，该最小容许空燃比M从浓空燃比增大到稀空燃比。另外，随着SOX捕集催化剂13的SOX捕获量增大，最小容许空燃比M偏向低温侧。
图8A、8B所示的实施例中，在SOX捕集催化剂13的SOX捕获量少的情况下，如图8A中箭头X所示，在应当从NOX吸留催化剂15中放出NOX时，一直使燃烧气体的空燃比A/F为浓。另外，如果SOX捕集催化剂13的SOX捕获量变多，则在如图8B中箭头X1所示SOX捕集催化剂13的温度TS低时，在应当从NOX吸留催化剂15中放出NOX时，使燃烧气体的空燃比A/F为浓，在如图8B中箭头X2所示SOX捕集催化剂13的温度TS高时，使燃烧气体的空燃比A/F降低到最小容许空燃比M。在像这样将燃烧气体的空燃比A/F的降低以最小容许空燃比M进行限制时，从燃料供给阀16供给使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为浓所必需的燃料。
SOX捕集催化剂13的SOX捕获量随着时间的推移而增大。所以，由图8A、8B可知，本发明中，在应当从NOX吸留催化剂15中放出NOX时，最初无论SOX捕集催化剂13的温度TS如何，都使燃烧气体的空燃比A/F为浓，而当时间推移时，则仅在SOX捕集催化剂13的一部分的温度区域中使燃烧气体的空燃比A/F为浓。
图8A、8B所示的实施例中，如前所述，当SOX捕集催化剂13的SOX捕获量变多时，则如图8B中箭头X2所示，在SOX捕集催化剂13的温度TS高时，使燃烧气体的空燃比A/F降低到最小容许空燃比M。即，如果喷射使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为浓所必需的量的辅助燃料，燃烧气体的空燃比A/F就降低到最小容许空燃比M以下时，使辅助燃料A的喷射量减小直至燃烧气体的空燃比A/F达到最小容许空燃比M。
如前所述，一旦废气中的氧浓度降低由NOX吸留催化剂15吸留的NOX就被放出。即，为从NOX吸留催化剂15中良好地放出NOX，需要将废气中所含的全部氧利用所供给的燃料消耗掉。该情况下，由于在使燃料燃烧的情况下最能消耗废气中所含的全部氧，因此在从NOX吸留催化剂15中放出NOX时，优选尽可能地利用燃料的燃烧来消耗废气中所含的氧。所以，该实施例中，如图8的箭头X2所示，利用辅助燃料的燃烧尽可能地减少燃烧气体的空燃比A/F，即，减少到最小容许空燃比M。
图9A表示利用实验求出的、最小容许空燃比M相对于由SOX捕集催化剂13捕获的SOX的代表性的SOX捕获量S1～S5(S1＜S2＜S3＜S4＜S5)的的变化，该最小容许空燃比M作为SOX捕集催化剂13的SOX捕获量S及SOX捕集催化剂13的温度TS的函数、以图9B所示的映射的形式预先存储于ROM32内。
这里如果对SOX捕获量S进行说明，则在燃料中以一定的比例含有硫，所以废气中所含的SOX量、也就是由SOX捕集催化剂13捕获的SOX量是与燃料喷射量成比例的。燃料喷射量是所需扭距及内燃机转速的函数，所以由SOX捕集催化剂13捕获的SOX量也是所需扭距及内燃机转速的函数。在采用本发明的实施例中，SOX捕集催化剂13中单位时间所捕获的SOX量SOXA作为所需扭距TQ及内燃机转速N的函数、以如图9C所示的映射的形式预先存储于ROM32内，通过将该SOX量SOXA累计而算出SOX捕获量S。
图10中表示出排气净化处理过程。该过程是利用每隔一定时间的插入执行的。
参照图10，首先在步骤60中算出NOX吸留催化剂15中单位时间所吸留的NOX量NOXA。该NOX量NOXA被作为所需扭距TQ及内燃机转速N的函数、以图11所示的映射的形式预先存储于ROM32内。然后在步骤61中将该NOXA与NOX吸留催化剂15中所吸留的NOX量∑NOX相加合。然后在步骤62中根据图9C所示的映射算出单位时间捕获的SOX量SOXA。然后在步骤63中将该SOXA与SOX捕集催化剂13中所捕获的SOX捕获量S相加合。
然后在步骤64中判别吸留NOX量∑NOX是否超过容许值MAX，在∑NOX＞MAX时前进到步骤65，进行将流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比暂时从稀切换为浓的浓处理。即，在步骤65中根据图9B所示的映射算出最小容许空燃比M，然后在步骤66中判别为了NOX放出而预先设定的目标浓空燃比AFR是否大于最小容许空燃比M。
在目标浓空燃比AFR大于最小容许空燃比M时，即，即使使燃烧气体的空燃比A/F为目标浓空燃比AFR也不会从SOX捕集催化剂13中放出SOX时，前进到步骤67，算出使燃烧气体的空燃比A/F为目标浓空燃比AFR所必需的辅助燃料A的量。然后在步骤68中进行从燃料喷射阀3喷射辅助燃料A的处理。然后在步骤73中将∑NOX清零。
与此相对，在步骤66中判断目标浓空燃比AFR小于最小容许空燃比M时，即如果使燃烧气体的空燃比A/F为目标浓空燃比则AFR就从SOX捕集催化剂13中放出SOX时，前进到步骤69，算出使燃烧气体的空燃比A/F为最小容许空燃比M所必需的辅助燃料A的量。然后在步骤70中进行从燃料喷射阀3喷射辅助燃料A的处理。
然后在步骤71中，算出使流入NOX吸留催化剂15的废气的空燃比为目标浓空燃比AFR所必需的来自燃料供给阀16的燃料B的供给量。然后在步骤72中，进行从燃料供给阀16供给燃料B的处理。然后前进到步骤73。
符号说明
4...进气歧管
5...排气歧管
7...排气涡轮增压器
13...SOX捕集催化剂
15...排气净化催化剂
16...燃料供给阀

Claims (9)

1.一种内燃机的排气净化装置，所述内燃机在内燃机排气通路内配置有捕获废气中所含的SOX的SOX捕集催化剂，在SOX捕集催化剂下游的排气通路内配置有排气净化催化剂，在所述内燃机中具备辅助燃料喷射机构，在用于产生内燃机输出的向燃烧室内的燃料喷射结束后、且能够燃烧的期间，该机构向燃烧室内喷射辅助燃料，
在该排气净化装置中，预先求出在喷射该辅助燃料时降低的燃烧室内的燃烧气体的空燃比中的最小容许空燃比，在该最小容许空燃比的条件下，由该SOX捕集催化剂捕获的SOX不会被放出，
即使喷射为了进行排气净化催化剂的净化处理所必需的量的该辅助燃料，该燃烧气体的空燃比也不降低到该最小容许空燃比时，喷射该必需的量的该辅助燃料，
如果喷射为了进行排气净化催化剂的净化处理所必需的量的该辅助燃料，该燃烧气体的空燃比就降低到该最小容许空燃比以下时，使该辅助燃料的喷射量与该必需的量相比减少，从而使该燃烧气体的空燃比不降低到该最小容许空燃比以下。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述辅助燃料的喷射期间是压缩上止点后90度的范围内的、对内燃机输出的产生基本上不起作用的期间。
3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，在使该辅助燃料的喷射量与所述必需的量相比减少了时，将减少部分的燃料向SOX捕集催化剂与排气净化催化剂间的排气通路内供给。
4.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述SOX捕集催化剂具有如下的性质，即，在流入SOX捕集催化剂的废气的空燃比为稀时捕获废气中所含的SOX，如果在废气的空燃比为稀的基础上SOX捕集催化剂的温度上升，则所捕获的SOX逐渐地向NOX捕集催化剂的内部扩散。
5.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述最小容许空燃比被作为SOX捕集催化剂的SOX捕获量及SOX捕集催化剂的温度的函数预先存储。
6.根据权利要求5所述的内燃机的排气净化装置，其中，随着SOX捕集催化剂的SOX捕获量增大，所述最小容许空燃比从浓空燃比增大为稀空燃比。
7.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
所述排气净化催化剂包含NOX吸留催化剂，该NOX吸留催化剂在流入的废气的空燃比为稀时，吸留废气中所含的NOX，如果流入的废气的空燃比变为理论空燃比或浓，则将所吸留的NOX放出，
即使喷射为了从NOX吸留催化剂中放出NOX而使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比为浓所必需的量的所述辅助燃料，所述燃烧气体的空燃比也不降低到所述最小容许空燃比时，喷射该必需的量的该辅助燃料，使该燃烧气体的空燃比为浓，
如果喷射为了从NOX吸留催化剂中放出NOX而使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比为浓所必需的量的该辅助燃料，该燃烧气体的空燃比就降低到该最小容许空燃比以下时，使该辅助燃料的喷射量与该必需的量相比减少，从而使该燃烧气体的空燃比不降低到该最小容许空燃比以下。
8.根据权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其中，在所述SOX捕集催化剂与所述NOX吸留催化剂间的内燃机排气通路内配置燃料供给阀，当使所述辅助燃料的喷射量与所述必需的量相比减少了时，从该燃料供给阀供给减少部分的燃料。
9.根据权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其中，如果喷射所述必需的量的辅助燃料则所述燃烧气体的空燃比就降低到所述最小容许空燃比以下时，使该辅助燃料的喷射量减少直至该燃烧气体的空燃比达到该最小容许空燃比。
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