CN102859136B

CN102859136B - 内燃机的排气净化装置

Info

Publication number: CN102859136B
Application number: CN201080016916.6A
Authority: CN
Inventors: 美才治悠树; 吉田耕平; 井上三树男
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: EP2460987B1; KR101321294B1; EP2460987A4; CN102859136A; KR20110136811A; WO2011125198A1; US9032711B2; ES2590924T3; BRPI1014237A2; JP5196027B2; JPWO2011125198A1; US20130011302A1; BRPI1014237B1; EP2460987A1

Abstract

在内燃机中，在内燃机排气通路内配置有烃供给阀(15)和排气净化催化剂(13)。在排气净化催化剂(13)上担载有铂Pt(51)，并形成有碱性层(53)。使流入排气净化催化剂(13)的烃的浓度以预先规定的范围内的振幅和预先规定的范围内的周期振动，由此废气中包含的NO_X在排气净化催化剂(13)中被还原。此时，排气净化催化剂(13)的氧化能力越增大，则来自烃供给阀(15)的烃的喷射压力越增大。

Description

内燃机的排气净化装置

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置。

背景技术

已知有一种内燃机，在内燃机排气通路内，配置有当流入的废气的空燃比为稀空燃比时吸留废气中所含的NO_X而当流入的废气的空燃比变成浓空燃比时释放出所吸留的NO_X的NO_X吸留催化剂，并且在NO_X吸留催化剂上游的内燃机排气通路内配置有具有吸附功能的氧化催化剂，在要从NO_X中吸留催化剂释放出NO_X时向氧化催化剂上游的内燃机排气通路内供给烃来使流入NO_X吸留催化剂的废气的空燃比变成浓空燃比(例如参照专利文献1)。

在该内燃机中，要从NO_X吸留催化剂释放出NO_X时被供给的烃在氧化催化剂中成为气体状的烃，气体状的烃被送入NO_X吸留催化剂。其结果，从NO_X吸留催化剂释放出的NO_X被良好地还原。

专利文献1：日本专利第3969450号

但是存在若NO_X吸留催化剂处于高温时NO_X净化率就会下降的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种内燃机的排气净化装置，其即使在排气净化催化剂的温度成为高温时也能够得到较高的NO_X净化率。

根据本发明，提供了一种内燃机的排气净化装置，其中，在内燃机排气通路内配置有用于供给烃的烃供给阀，在烃供给阀下游的内燃机排气通路内配置有用于使废气中包含的NO_X和被重整了的烃发生反应的排气净化催化剂，在排气净化催化剂的废气流通表面上，担载有贵金属催化剂，并且在贵金属催化剂周围形成有碱性的废气流通表面部分，排气净化催化剂具有当以预先规定的供给周期来从烃供给阀喷射预先规定的量的烃时，对废气中包含的NO_X进行还原的性质，并且具有若使烃的供给周期长于预先规定的供给周期，则废气中包含的NO_X的吸留量增大的性质，在内燃机运转时以预先规定的供给周期从烃供给阀喷射预先规定的量的烃，此时与排气净化催化剂的氧化能力的增大对应地增大来自烃供给阀的烃的供给压。

即使排气净化催化剂的温度成为高温，也能够得到较高的NO_X净化率。

附图说明

图1是压缩点火式内燃机的整体图。

图2是对催化剂载体的表面部分进行图解表示的图。

图3是用于说明排气净化催化剂中的氧化反应的图。

图4是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的图。

图5是表示NO_X净化率的图。

图6A和6B是用于说明排气净化催化剂中的氧化还原反应的图。

图7A和7B是用于说明排气净化催化剂中的氧化还原反应的图。

图8是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的图。

图9是表示NO_X净化率的图。

图10是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的时间图。

图11是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的时间图。

图12是表示排气净化催化剂的氧化能力和要求最小空燃比X之间的关系的图。

图13是表示在同一NO_X净化率下得到的、废气中的氧浓度和烃浓度的振幅ΔH之间的关系的图。

图14是表示烃浓度的振幅ΔH和NO_X净化率之间的关系的图。

图15是表示烃浓度的振动周期ΔT和NO_X净化率之间的关系的图。

图16是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比等的变化的时间图。

图17是表示烃的喷射时间WT的映射的图。

图18A、18B是表示烃的喷射压力WP和喷射时间WT之间的关系的图。

图19A、19B是表示烃的喷雾的图。

图20是表示修正系数KP1、KT1的值和催化剂温度TC之间的关系的图。

图21是表示修正系数KP2、KT2的值和硫中毒量∑S之间的关系等的图。

图22是表示修正系数KP3、KT3的值和进气量GA之间的关系的图。

图23是表示修正系数KP4、KT4的值和喷射量W之间的关系的图。

图24是用于进行烃的供给控制的流程图。

具体实施方式

图1表示压缩点火式内燃机的整体图。

参照图1，1表示内燃机主体，2表示各汽缸的燃烧室，3表示用于分别向各燃烧室2内喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气岐管，5表示排气岐管。进气岐管4经由进气管道6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连结，压缩机7a的入口经由进气量检测器8与空气过滤器9连结。进气管道6内配置有被步进电动机驱动的节气门10，还在进气管道6周围配置有用于对在进气管道6内流动的进气进行冷却的冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置11内，进气被内燃机冷却水冷却。

另一方面，排气岐管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的出口经由排气管12与排气净化催化剂13的入口连结，排气净化催化剂13的出口与用于捕集废气中包含的微粒子的微粒过滤器14连结。在排气净化催化剂13上游的排气管12内配置有用于供给烃的烃供给阀15，该烃由被用作压缩点火式内燃机的燃料的轻油和其他燃料构成。烃贮留器16中贮留的烃被向该烃供给阀15供给，燃料贮藏罐17内的燃料、即烃经由供给泵18被供给至烃贮留器16。在烃贮留器16中，安装有用于检测烃贮留器16内的烃的压力、即来自烃供给阀15的烃的喷射压力的压力传感器19，根据压力传感器19的输出信号来控制供给泵18，以使得烃的喷射压力成为目标压。

在图1所示的实施例中，作为从烃供给阀15供给的烃，使用了轻油。另外，本发明也能够应用于在稀空燃比的基础上进行燃烧的火花点火式内燃机。在这种情况下，从烃供给阀15供给由被用作火花点火式内燃机的燃料的汽油和其他燃料构成的烃。

另一方面，排气岐管5和进气岐管4经由废气再循环(以下称为EGR)通路20而相互连结，在EGR通路20内配置有电子控制式EGR控制阀21。另外，在EGR通路20的周围配置有用于对在EGR通路20内流动的EGR气体进行冷却的冷却装置22。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置22内，EGR气体被内燃机冷却水冷却。另一方面，各燃料喷射阀3经由燃料供给管23与共轨24连结，该共轨24经由电子控制式的喷出量可变的燃料泵25与燃料贮藏罐17连结。燃料贮藏罐17内贮藏的燃料被燃料泵25供给至共轨24内，被供给至共轨24内的燃料经由各燃料供给管23被供给到燃料喷射阀3。

电子控制单元30由数字计算机构成，具备通过双方向性总线31而相互连接的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。在排气净化催化剂13的下游，安装有用于检测废气温度的温度传感器26，微粒过滤器14上安装有用于对微粒过滤器14的前后的差压进行检测的差压传感器27。这些温度传感器26、差压传感器27、压力传感器19和进气量检测器8的输出信号分别经由对应的AD变换器37输入到输入端口35。另外，加速器踏板40连接有产生与加速器踏板40的踏入量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变换器37被输入到输入端口35。并且输入端口35连接有曲轴转角传感器42，该曲轴转角传感器42每当曲轴旋转例如15°时就产生输出脉冲。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、节气门10的驱动用步进电动机、烃供给阀15、供给泵18、EGR控制阀21和燃料泵25连接。

图2对排气净化催化剂13的基体上所担载的催化剂载体的表面部分进行了图解表示。在该排气净化催化剂13中，如图2所示那样，在例如由氧化铝组成的催化剂载体50上担载有贵金属催化剂51、52，并且在该催化剂载体50上形成有碱性层53，该碱性层53至少包含一种从钾K、钠Na、铯Cs那样的碱金属、钡Ba、钙Ca那样的碱土类金属、镧系元素那样的稀土类以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir那样的能够向NO_X提供电子的金属中选择出的金属。由于废气沿着催化剂载体50上流动，所以可以说贵金属催化剂51、52被担载在排气净化催化剂13的废气流通表面上。另外，由于碱性层53的表面呈碱性，所以碱性层53的表面被称为碱性的废气流通表面部分54。

另一方面，在图2中贵金属催化剂51由铂Pt组成，贵金属催化剂52由铑Rh组成。即，催化剂载体50上所担载的贵金属催化剂51、52由铂Pt和铑Rh构成。另外，在排气净化催化剂13的催化剂载体50上，除了担载铂Pt和铑Rh之外还可以担载钯Pd，或者可以担载钯Pd来代替铑Rh。即，催化剂载体50上所担载的贵金属催化剂51、52由铑Rh以及钯Pd中的至少一方和铂Pt构成。

若从烃供给阀15向废气中喷射烃，则该烃在排气净化催化剂13中被重整。在本发明中，利用此时被重整的烃，在排气净化催化剂13中对NO_X进行净化。图3对此时在排气净化催化剂13中进行的重整作用进行了图解表示。如图3所示那样，从烃供给阀15喷射的烃HC由于催化剂51而成为碳数量较少的自由基状的烃HC。

图4表示了来自烃供给阀15的烃的供给时刻和向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比(A/F)in的变化。另外，由于该空燃比(A/F)in的变化依赖于流入排气净化催化剂13的废气中的烃的浓度变化，所以也可以说图4所示的空燃比(A/F)in的变化反映了烃的浓度变化。但是，由于烃浓度变高则空燃比(A/F)in变小，所以在图4中，空燃比(A/F)in越是在浓侧，则烃浓度越高。

图5针对排气净化催化剂13的各催化剂温度TC，表示了通过使流入排气净化催化剂13的烃的浓度周期性地变化，从而如图4所示那样使流入排气净化催化剂13的废气的空燃比(A/F)in发生了变化时的排气净化催化剂13的NO_X净化率。本发明者长期着重对NO_X净化进行了研究，在该研究过程中，判明了如下事实，即、若使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先规定的范围内的振幅和预先规定的范围内的周期振动，则如图5所示那样，在400℃以上的高温区域也会得到极高的NO_X净化率。

并且，判明了如下事实，即、此时包含氮和烃的大量的还原性中间体被持续保持或者吸附在碱性层53的表面上、即排气净化催化剂13的碱性废气流通表面部分54上，该还原性中间体在高NO_X净化率的获得方面起着核心作用。接着参照图6A和6B对上述情况进行说明。另外，这些图6A和6B对排气净化催化剂13的催化剂载体50的表面部分进行了图解表示，在这些图6A和6B中，表示了被推测为在流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先规定的范围内的振幅和预先规定的范围内的周期振动时发生的反应。

图6A表示了流入排气净化催化剂13的烃的浓度较低的时候，图6B表示了从烃供给阀15供给烃从而导致流入排气净化催化剂13的烃的浓度变高的时候。

根据图4可知，流入排气净化催化剂13的废气的空燃比除了短时间以外一直维持成稀空燃比，因此流入排气净化催化剂13的废气通常都处于氧过剩的状态。因此废气中包含的NO如图6A所示那样在铂51上被氧化成为NO₂，接着该NO₂被铂51提供了电子从而成为NO₂ ^-。因此在铂51上会生成大量的NO₂ ^-。该NO₂ ^-活性较强，将上述的该NO₂ ^-称为活性NO₂ ^*。

另一方面，若从烃供给阀15供给烃，则如图3所示那样，该烃在排气净化催化剂13内被重整，成为自由基。其结果，如图6B所示那样，活性NO₂ ^*周围的烃浓度变高。然而，在活性NO₂ ^*被生成后，若活性NO₂ ^*周围的氧浓度较高的状态持续了一定时间以上，则活性NO₂ ^*被氧化，并以硝酸离子NO₃ ^-的形式被吸收到碱性层53内。但是，若在该一定时间经过之前活性NO₂ ^*周围的烃浓度变高，则如图6B所示那样，活性NO₂ ^*在铂51上和自由基状的烃HC发生反应，由此生成还原性中间体。该还原性中间体被附着或吸附在碱性层53的表面上。

另外，一般认为此时最初被生成的还原性中间体是硝基化合物R-NO₂。若该硝基化合物R-NO₂被生成，则会成为腈化合物R-CN，但是由于该腈化合物R-CN只以该状态瞬间存在，所以立刻变成异腈酸酯化合物R-NCO。若该异腈酸酯化合物R-NCO水解，则会成为胺类化合物R-NH₂。但是在这种情况下，认为被水解的是异腈酸酯化合物R-NCO的一部分。因此，如图6B所示那样，认为在碱性层53的表面上被保持或吸附的还原性中间体的大部分是异腈酸酯化合物R-NCO以及胺类化合物R-NH₂。

另一方面，如图6B所示那样，若生成的还原性中间体的周围被烃HC包围，则还原性中间体被烃HC阻止，从而无法进一步发生反应。在这种情况下，流入排气净化催化剂13的烃的浓度下降，若由此氧浓度变高，则还原性中间体周围的烃被氧化。其结果，如图6A所示那样，还原性中间体和活性NO₂ ^*会发生反应。此时，活性NO₂ ^*与还原性中间体R-NCO、R-NH₂发生反应，变成N₂、CO₂、H₂O，由此NO_X被净化。

这样，在排气净化催化剂13中，通过使流入排气净化催化剂13的烃的浓度升高，来生成还原性中间体，通过使流入排气净化催化剂13的烃的浓度降低来使氧浓度升高，活性NO₂ ^*与还原性中间体发生反应，从而NO_X被净化。即，在利用排气净化催化剂13对NO_X进行净化时，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度周期性地变化。

当然，在这种情况下，为了生成还原性中间体，需要将烃的浓度升高到足够高的浓度，为了使生成的还原性中间体和活性NO₂ ^*发生反应，需要将烃的浓度降低到足够低的浓度。即，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先规定的范围内的振幅振动。另外，在这种情况下，必须预先在碱性层53上、即碱性废气流通表面部分24上保持足够量的还原性中间体R-NCO、R-NH₂，直到生成的还原性中间体与活性NO₂ ^*发生反应为止，为此设置碱性的废气流通表面部分24。

另一方面，若使烃的供给周期变长，则在烃被供给之后到下一次烃被供给的期间内，氧浓度变高的期间变长，因此活性NO₂ ^*不生成还原性中间体而是以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。为了避免这种情况的发生，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先规定的范围内的周期振动。

于是，在本发明的实施例中，为了使废气中包含的NO_X和被氧化的烃发生反应来生成包含氮和烃的还原性中间体R-NCO、R-NH₂，在排气净化催化剂13的废气流通表面上担载有贵金属催化剂51、52，为了使生成的还原性中间体R-NCO、R-NH₂保持在排气净化催化剂13内，在贵金属催化剂51、52周围形成有碱性的废气流通表面部分54，NO_X由于碱性的废气流通表面部分54上保持的还原性中间体R-NCO、R-NH₂的还原作用而被还原，烃浓度的振动周期被设为持续生成还原性中间体R-NCO、R-NH₂时所需要的振动周期。另外，在图4所示的例子中，喷射间隔被设为3秒。

若使烃浓度的振动周期、即烃HC的供给周期大于上述的预先规定的范围内的周期，则还原性中间体R-NCO、R-NH₂从碱性层53的表面上消失，此时在铂Pt53上生成的活性NO₂ ^*如图7A所示那样，以硝酸离子NO₃ ^-的形式向碱性层53内扩散，成为硝酸盐。即，此时，废气中的NO_X以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。

另一方面，图7B表示了如上述那样NO_X以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内时，流入排气净化催化剂13内的废气的空燃比成为理论空燃比或者浓空燃比的情况。在这种情况下，由于废气中的氧浓度下降，所以反应向反方向(NO₃ ^-→NO₂)进行，由此碱性层53内所吸收的硝酸盐依次成为硝酸离子NO₃ ^-，并如图7B所示那样，以NO₂的形式被从碱性层53释放出。接着，被释放出的NO₂被废气中包含的烃HC和CO还原。

图8表示了在碱性层53的NO_X吸收能力将要达到饱和之前，使流入排气净化催化剂13的废气的空燃比(A/F)in暂时处于浓空燃比的情况。另外，在图8所示的例子中，该浓空燃比控制的时间间隔为1分钟以上。在这种情况下，在废气的空燃比(A/F)in为稀空燃比时被吸收到碱性层53内的NO_X在废气的空燃比(A/F)in暂时成为浓空燃比时，被从碱性层53一次全部释放出并被还原。因此，在这种情况下，碱性层53发挥用于暂时吸收NO_X的吸收剂的作用。

另外，在有些情况下，此时碱性层53也暂时吸附NO_X，因此若使用吸留这样的用语作为包含吸收以及吸附双方的用语，则此时碱性层53发挥用于暂时吸留NO_X的NO_X吸留剂的作用。即，在这种情况下，若将被供给到内燃机进气通路、燃烧室2和排气净化催化剂13上游的排气通路内的空气和燃料(烃)的比称为废气的空燃比，则排气净化催化剂13作为NO_X吸留催化剂发挥作用，即、在废气的空燃比为稀空燃比时吸留NO_X，当废气中的氧浓度下降时释放出吸留的NO_X。

图9表示了使排气净化催化剂13如上述那样作为NO_X吸留催化剂发挥作用时的NO_X净化率。另外，图9的横轴表示排气净化催化剂13的催化剂温度TC。在将排气净化催化剂13作为NO_X吸留催化剂发挥作用的情况下，如图9所示那样，在催化剂温度TC为300℃到400℃时得到了非常高的NO_X净化率，而当催化剂温度TC成为了400℃以上的高温时，NO_X净化率下降。

如上述那样当催化剂温度TC成为了400℃以上时NO_X净化率下降，其原因在于若催化剂温度TC成为了400℃以上，则硝酸盐发生热分解从而以NO₂的形式被从排气净化催化剂13释放出。即，只要以硝酸盐的形式吸留了NO_X，则在催化剂温度TC较高时就难以得到较高的NO_X净化率。但是在图4到图6A、6B所示的新的NO_X净化方法中，根据图6A、6B可知，不会生成硝酸盐或者即使生成也是极其微量，由此如图5所示那样，即使在催化剂温度TC较高时，也会得到较高的NO_X净化率。

于是在本发明中，将用于供给烃的烃供给阀15配置在内燃机排气通路内，在烃供给阀15下游的内燃机排气通路内配置用于使废气中包含的NO_X和被重整的烃发生反应的排气净化催化剂13，在排气净化催化剂13的废气流通表面上担载贵金属催化剂51、52，并且在贵金属催化剂51、52周围形成碱性的废气流通表面部分54，排气净化催化剂13具有若从烃供给阀15以预先规定的供给周期来喷射预先规定的量的烃，则对废气中包含的NO_X进行还原的性质，并且具有若烃的供给周期大于该预先规定的供给周期，则废气中包含的NO_X的吸留量增大的性质，在内燃机运转时，以预先规定的供给周期来从烃供给阀15喷射预先规定的量的烃，由此在排气净化催化剂13中对废气中包含的NO_X进行还原。

即，图4到图6A、6B所示的NO_X净化方法可以说是新的NO_X净化方法，该方法在利用了担载有贵金属催化剂且形成有能够吸收NO_X的碱性层的排气净化催化剂的情况下，基本不生成硝酸盐而对NO_X进行净化。实际上，在利用了该新的NO_X净化方法的情况下，与将排气净化催化剂13作为NO_X吸留催化剂发挥作用的情况相比，从碱性层53检测出的硝酸盐极其微量。

接着，参照图10到图15，对图4到图6A、6B所示的新的NO_X净化方法进一步进行详细说明。

图10放大表示了图4所示的空燃比(A/F)in的变化。另外，如上述那样，向该排气净化催化剂13流入的废气的空燃比(A/F)in的变化同时表示流入排气净化催化剂13的烃的浓度变化。另外，在图10中，ΔH表示流入排气净化催化剂13的烃HC的浓度变化的振幅，ΔT表示流入排气净化催化剂13的烃浓度的振动周期。

并且，在图10中，(A/F)b代表表示用于产生内燃机输出的燃烧气体的空燃比的基础空燃比。换言之，该基础空燃比(A/F)b代表在停止供给烃时流入排气净化催化剂13的废气的空燃比。另一方面，在图10中，X表示生成的活性NO₂ ^*为了生成还原性中间体而被使用的空燃比(A/F)in的上限而非以硝酸盐的形式被吸留在碱性层53内的空燃比(A/F)in的上限，为了使活性NO₂ ^*和被重整的烃发生反应来生成还原性中间体，需要使空燃比(A/F)in低于该空燃比的上限X。

换言之，则图10的X表示使活性NO₂ ^*和被重整的烃发生反应来生成还原性中间体时所需要的烃的浓度的下限，为了生成还原性中间体，需要使烃的浓度高于该下限X。在这种情况下，还原性中间体是否被生成是由活性NO₂ ^*周围的氧浓度和烃浓度的比率、即空燃比(A/F)in来决定的，后面将生成还原性中间体时所需要的上述的空燃比的上限X称为要求最小空燃比。

在图10所示的例子中，要求最小空燃比X为浓空燃比，因此在这种情况下，为了生成还原性中间体，使空燃比(A/F)in在短时间内在要求最小空燃比X以下、即为浓空燃比。与此相对，在图11所示的例子中，要求最小空燃比X为稀空燃比。在这种情况下，通过将空燃比(A/F)in维持为稀空燃比，同时使空燃比(A/F)in周期性地下降，来生成还原性中间体。

在这种情况下，要求最小空燃比X为浓空燃比还是为稀空燃比是基于排气净化催化剂13的氧化能力而决定的。在这种情况下，对于排气净化催化剂13来说，例如，如果使贵金属51的担载量增大，则氧化能力变强，如果使酸性增强，则氧化能力变强。因此，排气净化催化剂13的氧化能力根据贵金属51的担载量或酸性的强弱的不同而发生变化。

在使用了氧化能力较强的排气净化催化剂13的情况下，如图11所示那样，若将空燃比(A/F)in维持为稀空燃比，同时使空燃比(A/F)in周期性地下降，则在空燃比(A/F)in下降时，烃被完全氧化，其结果，变得无法生成还原性中间体。与此相对，在使用了氧化能力较强的排气净化催化剂13的情况下，如图10所示那样，若使空燃比(A/F)in周期性地为浓空燃比，则在空燃比(A/F)in成为浓空燃比时，烃不是被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，由此还原性中间体被生成。因此，在使用了氧化能力较强的排气净化催化剂13的情况下，需要使要求最小空燃比X为浓空燃比。

另一方面，在使用了氧化能力较弱的排气净化催化剂13的情况下，如图11所示那样，若将空燃比(A/F)in维持成稀空燃比，同时使空燃比(A/F)in周期性地下降，则烃不会被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，由此还原性中间体被生成。与此相对，在使用了氧化能力较弱的排气净化催化剂13的情况下，如图10所示那样，若使空燃比(A/F)in周期性地为浓空燃比，则大量的烃不是被氧化而是单纯地被从排气净化催化剂13排出，由此被浪费地消耗掉的烃的量增大。因此，在使用了氧化能力较弱的排气净化催化剂13的情况下，需要使要求最小空燃比X为稀空燃比。

即，可知如图12所示那样，排气净化催化剂13的氧化能力越强，则越需要使要求最小空燃比X下降。如上述那样，要求最小空燃比X根据排气净化催化剂13的氧化能力的不同，或者为稀空燃比，或者为浓空燃比，下面以要求最小空燃比X为浓空燃比的情况为例，对流入排气净化催化剂13的烃的浓度变化的振幅和流入排气净化催化剂13的烃浓度的振动周期进行说明。

若基础空燃比(A/F)b变大、即烃被供给前的废气中的氧浓度变高，则为了使空燃比(A/F)in在要求最小空燃比X以下所需要的烃的供给量增大，相应地，对还原性中间体的生成没有起到作用的剩余的烃的量也增大。在这种情况下，为了对NO_X进行高效地净化，如上述那样，需要使该剩余的烃氧化，因此为了对NO_X进行高效地净化，剩余的烃的量越多，则越需要大量的氧。

在这种情况下，如果提高废气中的氧浓度，则能够增大氧的量。因此，为了对NO_X进行高效地净化，在烃被供给前的废气中的氧浓度较高时，需要提高烃供给后的废气中的氧浓度。即，烃被供给前的废气中的氧浓度越高，则烃浓度的振幅需要变得越大。

图13表示了相同的NO_X净化率被得到时的、烃被供给前的废气中的氧浓度和烃浓度的振幅ΔH之间的关系。根据图13可知，为了得到相同的NO_X净化率，烃被供给前的废气中的氧浓度越高，则烃浓度的振幅ΔH需要变得越大。即，为了得到相同的NO_X净化率，基础空燃比(A/F)b越高，则烃浓度的振幅ΔT需要变得越大。换句话说，为了对NO_X进行高效地净化，基础空燃比(A/F)b越低，则越能够使烃浓度的振幅ΔT减小。

在加速运转时，基础空燃比(A/F)b成为最低，如果此时烃浓度的振幅ΔH为200ppm左右，则能够对NO_X进行高效地净化。基础空燃比(A/F)b通常都大于加速运转时，因此如图14所示那样，如果烃浓度的振幅ΔH在200ppm以上，则能够得到良好的NO_X净化率。

另一方面，可知在基础空燃比(A/F)b最高时，如果烃浓度的振幅ΔH在10000ppm左右，则会得到良好的NO_X净化率。另外，若烃浓度的振幅ΔH超过了10000ppm，则存在空燃比(A/F)in成为浓空燃比的危险性，因此存在无法再进行图4到图6A、6B所示的新的NO_X净化方法的危险性。因此，在本发明中，烃浓度的振幅的预先规定的范围采用从200ppm至10000ppm。

另外，若烃浓度的振动周期ΔT变长，则在烃被供给之后到下一次烃被供给的期间，活性NO₂ ^*周围的氧浓度变高。在这种情况下，若烃浓度的振动周期ΔT大于5秒左右，则活性NO₂ ^*开始以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内，因此如图15所示那样，若烃浓度的振动周期ΔT大于5秒左右，则NO_X净化率下降。因此需要将烃浓度的振动周期ΔT设在5秒以下。

另一方面，若烃浓度的振动周期ΔT成为约0.3秒以下，则被供给的烃开始在排气净化催化剂13的废气流通表面上堆积，因此如图15所示那样，若烃浓度的振动周期ΔT成为约0.3秒以下，则NO_X净化率下降。于是，在本发明中，烃浓度的振动周期采用从0.3秒到5秒的期间。

在本发明中，控制成通过使来自烃供给阀15的烃的喷射量和喷射时间发生变化，从而使烃浓度的振幅ΔH和振动周期ΔT成为与内燃机的运转状态对应的最佳值，即、基于新的NO_X净化方法来进行高效的NO_X净化作用。在这种情况下，在本发明的实施例中，通过控制烃供给阀15的烃的喷射压力和喷射时间来控制烃的喷射量。

图16表示了某个具有代表性的内燃机运转状态下的、向排气净化催化剂13流入的烃的浓度变化、即向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比(A/F)in的变化和烃的喷射时间WT，能够确保基于新的NO_X净化方法的高效的NO_X净化作用的烃的喷射时间WT根据内燃机的运转状态而变化。在本发明的实施例中，在烃的喷射压力WP是基准喷射压力WPO时的烃的基准喷射时间WTO作为内燃机的要求转矩TQ以及内燃机转速N的函数，以如图17所示那样的映射形式被预先存储在ROM32内。

图18A和图18B表示了烃的喷射量相同时的喷射压力WP和喷射时间WT之间的关系。根据图18A和图18B可知，如果喷射压力WP变低，则喷射时间WT变长，如果喷射压力WP变高，则喷射时间WT变短。另一方面，图19A表示了如图18A所示那样在喷射压力WP较低时通过喷射一次而形成的烃的喷雾Fa，图19B表示了如图18B所示那样在喷射压力WP较高时通过喷射一次而形成的烃的喷雾Fb。另外，图19A和图19B表示了废气的流速相同的情况。根据图19A和19B可知，若喷射压力WP变高，则喷雾所占的容积变小，喷雾内的烃的浓度变高。

若在排气净化催化剂13的氧化能力较强时形成了如图19A所示那样的烃浓度较低的喷雾Fa，则烃被完全氧化，其结果，无法再生成还原性中间体。与此相对，若在排气净化催化剂13的氧化能力较强时形成了如图19B所示那样的烃浓度较高的喷雾Fb，则烃不是被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，由此还原性中间体被生成。因此，优选在排气净化催化剂13的氧化能力较强时形成烃浓度较高的喷雾Fb，即提高喷射压力WP。

另一方面，若在排气净化催化剂13的氧化能力较弱时形成了如图19A所示那样的烃浓度较低的喷雾Fa，则烃不是被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，由此还原性中间体被生成。与此相对，若在排气净化催化剂13的氧化能力较弱时形成了如图19B所示那样的烃浓度较高的喷雾Fb，则大量的烃不是被氧化而是被单纯地从排气净化催化剂13排出，由此被浪费地消耗掉的烃的量增大。因此，优选在排气净化催化剂13的氧化能力较弱时形成烃浓度较低的喷雾Fa，即、降低喷射压力WP。

于是，在本发明中，在新的NO_X净化方法被执行时，即、在内燃机运转时以预先规定的供给周期来从烃供给阀15喷射预先规定的量的烃时，对应于排气净化催化剂13的氧化能力的增大，将来自烃供给阀15的烃的喷射压力WP增大。

然而，在这种情况下，排气净化催化剂13的温度越高，则排气净化催化剂13的氧化能力越强。因此在本发明的实施例中，与排气净化催化剂13的温度的增大对应地增大烃的喷射压力。具体来讲，在本发明的实施例中，预先存储如图20所示那样的针对烃的基准喷射压力WPO的修正系数KP1和排气净化催化剂13的催化剂温度TC之间的关系、以及如图17所示的针对基准喷射时间WTO的修正系数KT1和排气净化催化剂13的催化剂温度TC之间的关系，利用根据这些关系求出的各修正系数KP1和KT1来分别计算出实际的喷射压力WP和实际的喷射时间WT。

即，在本发明的实施例中，根据图20可知，在催化剂温度TC低于预先规定的基准温度TC₀时，将实际的喷射压力WP设为基准喷射压力WPO并且将实际的喷射时间WT设为图17所示的基准喷射时间WTO，若催化剂温度TC超过了预先规定的基准温度TC₀，则使实际的喷射压力WP大于基准喷射压力WPO并且使实际的喷射时间WT短于基准喷射时间WTO。

另外，若排气净化催化剂13的硫中毒量增大，则排气净化催化剂13的氧化能力变强。即，废气中含有SO_X，若该SO_X流入排气净化催化剂13内，则在有些情况下会以硫酸盐的形式被吸留在碱性层53内。该SO_X的吸留作用最初在排气净化催化剂13的上游侧端部产生，因此随着时间的经过，在排气净化催化剂13的上游侧端部，被吸留在碱性层53内的硫酸盐的量逐渐增大。

若被吸留的硫酸盐的量增大，则碱性层53的碱性变弱，其结果，排气净化催化剂13的上游侧端部的贵金属51的氧化能力增大。为了如上述那样在排气净化催化剂13的上游侧端部的贵金属51的氧化能力增大时生成还原性中间体，优选形成如图19B所示那样的烃浓度较高的喷雾Fb，即、提高喷射压力WP。

因此，在本发明的实施例中，与排气净化催化剂13的上游侧端部的硫中毒量的增大对应地增大烃的喷射压力WP。具体来讲，在本发明的实施例中，预先存储如图21所示那样的针对烃的基准喷射压力WPO的修正系数KP2和排气净化催化剂13的硫中毒量∑S之间的关系、以及图17所示的针对基准喷射时间WTO的修正系数KT2和排气净化催化剂13的硫中毒量∑S之间的关系，利用根据这些关系求出的各修正系数KP2和KT2，来分别计算出实际的喷射压力WP和实际的喷射时间WT。

即，在该实施例中，根据图21可知，在硫中毒量∑S低于预先规定的基准中毒量S₀时，将实际的喷射压力WP设为基准喷射压力WPO并且将实际的喷射时间WT设为图17所示的基准喷射时间WTO，若硫中毒量∑S超过了预先规定的基准中毒量S₀，则使实际的喷射压力WP大于基准喷射压力WPO并且使实际的喷射时间WT短于基准喷射时间WTO。

另一方面，若废气的流速变快，即进气量增大，则烃的喷雾内的烃的浓度变得稀薄，此时为了高效地生成还原性中间体，优选使烃的喷雾内的烃的浓度变浓，即、提高喷射压力WP。因此，在本发明的实施例中，与进气量的增大对应地，即与流过内燃机排气通路内的废气的流速的增大对应地增大烃的喷射压力WP。

具体而言，在本发明的实施例中，预先存储如图22所示那样的针对烃的基准喷射压力WPO的修正系数KP3和进气量GA之间的关系、以及图17所示的针对基准喷射时间WTO的修正系数KT3和进气量GA之间的关系，利用根据这些关系求出的各修正系数KP3和KT3，来分别计算出实际的喷射压力WP和实际的喷射时间WT。

另外，图17所示的基准喷射时间WTO表示进气量GA是图22所示的基准进气量GA₀时的值，因此在进气量GA是基准进气量GA₀时，各修正系数KP3、KT3的值为1.0。另外，修正系数KP3的值随着进气量GA的增大而变大，与此相对，修正系数KT3的值随着进气量GA的增大而变小。

另外，例如在微粒过滤器14的再生时，需要使微粒过滤器14升温，此时来自烃供给阀15的烃的喷射量增大。但是，若这样在烃的喷射量增大时将烃的喷射压力WP维持在基准喷射压力WPO，则烃的喷雾内的烃浓度变得非常高。其结果，难以使被喷射的全部烃部分氧化，由此会发生一部分的烃从排气净化催化剂13漏过这样的情况。

于是，在本发明的实施例中，与来自烃供给阀15的烃的喷射量的增大对应地增大烃的喷射压力WP。具体来讲，在本发明的实施例中，预先存储如图23所示那样的针对烃的基准喷射压力WPO的修正系数KP4和烃的喷射量W之间的关系、和图17所示的针对基准喷射时间WTO的修正系数KT4和烃的喷射量W之间的关系。利用根据这些关系求出的各修正系数KP4和KT4，来分别计算出实际的喷射压力WP和实际的喷射时间WT。

即，在本发明的实施例中，根据图23可知，在喷射量W低于预先规定的基准喷射量W₀时，将实际的喷射压力WP设为基准喷射压力WPO并且将实际的喷射时间WT设为图17所示的基准喷射时间WTO，若喷射量W超过了预先规定的基准喷射量W₀，则使实际的喷射压力WP低于基准喷射压力WPO并且使实际的喷射时间WT长于基准喷射时间WTO。

图24表示烃的供给控制流程，该流程每隔一定时间就被插入执行。

参照图24，首先，在最初的步骤60中，根据图17所示的映射计算与内燃机的运转状态对应的基准喷射时间WTO。接着在步骤61中读入基准喷射压力WPO。接着在步骤62中，利用由温度传感器26检测出的排气净化催化剂13的催化剂温度TC，根据图20所示的关系计算修正系数KP1、KT1的值。接着在步骤63中，计算硫中毒量∑S。

即，若内燃机的运转状态稳定，则废气中包含的SO_X的量也相应地稳定，每单位时间从内燃机排出的SO_X量SOXA作为内燃机运转状态的函数而被预先存储在ROM32内。一般认为被排气净化催化剂13吸留的SO_X量与从内燃机排出的SO_X量SOXA成比例，因此在步骤63中，通过将SO_X量SOXA和比例常数C的乘积与∑S相加来计算硫中毒量∑S。在步骤64中，利用该计算出的硫中毒量∑S，并根据图21所示的关系来计算出修正系数KP2、KT2的值。

接着在步骤65中，利用由进气量检测器8检测出的吸入空气量GA并根据图22所示的关系来计算修正系数KP3、KT3的值。接着在步骤65中，基于喷射量W并根据图23所示的关系来计算修正系数KP4、KT4的值。接着在步骤67中，通过将基准喷射压力WPO与对应的全部修正系数KP1、KP2、KP3、KP4的值相乘来计算最终的喷射压力WP，将实际的喷射压力设为该最终的喷射压力WP。接着在步骤68中，通过将基准喷射时间WTO与对应的全部修正系数KT1、KT2、KT3、KT4的值相乘来计算最终的喷射时间WT，将实际的喷射时间设为该最终的喷射时间WT。

另外，作为其他的实施例，也可以在排气净化催化剂13上游的内燃机排气通路内配置用于使烃重整的氧化催化剂。

附图标记说明：

4...进气岐管；5...排气岐管；7...排气涡轮增压器；12...排气管；13...排气净化催化剂；14...微粒过滤器；15...烃供给阀。

Claims

1.一种内燃机的排气净化装置，

在内燃机排气通路内配置有用于供给烃的烃供给阀，在烃供给阀下游的内燃机排气通路内配置有用于使废气中包含的NO_x和被重整了的烃发生反应的排气净化催化剂，在该排气净化催化剂的废气流通表面上担载有贵金属催化剂，

上述内燃机的排气净化装置的特征在于，

在该贵金属催化剂周围形成有碱性的废气流通表面部分，该排气净化催化剂具有当从烃供给阀以预先规定的供给周期来喷射预先规定的量的烃时，对废气中包含的NO_x进行还原的性质，并且具有当使烃的供给周期长于该预先规定的供给周期时，废气中包含的NO_x的吸留量增大的性质，在内燃机运转时该排气净化装置以该预先规定的供给周期从烃供给阀喷射该预先规定的量的烃，此时与排气净化催化剂的氧化能力的增大对应地增大来自烃供给阀的烃的喷射压力。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

与排气净化催化剂的温度的增大对应地增大上述烃的喷射压力。

3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

与排气净化催化剂的上游侧端部的硫中毒量的增大对应地增大上述烃的喷射压力。

4.根据权利要求2或3所述的内燃机的排气净化装置，其中，

与在内燃机排气通路内流动的废气的流速的增大对应地增大上述烃的喷射压力。

5.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

与来自烃供给阀的烃的喷射量的增大对应地增大上述烃的喷射压力。

6.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

废气中包含的NO_x和被重整了的烃由于上述贵金属催化剂而发生反应，从而生成包含氮和烃的还原性中间体，并且所生成的还原性中间体被保持在上述碱性的废气流通表面部分上，NO_x由于被保持在该碱性的废气流通表面部分上的还原性中间体的还原作用而被还原，上述烃的预先规定的供给周期是持续生成还原性中间体所需要的供给周期。

7.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

上述贵金属催化剂由铑Rh以及钯Pd中的至少一方和铂Pt构成。

8.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

在上述排气净化催化剂的废气流通表面上，形成有包含能够向NO_x提供电子的金属的碱性层，该碱性层的表面形成上述碱性的废气流通表面部分。

9.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

在上述排气净化催化剂的废气流通表面上，形成有包含碱金属、碱土类金属、或者稀土类的碱性层，该碱性层的表面形成上述碱性的废气流通表面部分。