CN103080490A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机的排气净化装置，提供一种在具备NSR催化剂和SCR的内燃机中，能够在抑制油耗变差、排放变差的同时，使NSR催化剂从硫中毒有效地恢复的内燃机的排气净化装置。在能够进行稀燃运转的内燃机（10）的排气净化装置中，具备：配设在内燃机（10）的排气通路（16），并在其内部担载有贵金属的TWC（201）；配设在TWC（201）的排气下游侧，并在其内部担载有贵金属以及碱的NSR催化剂（202）；和配设在NSR催化剂（202）的下游侧的排气通路（16）的SCR（22）；NSR催化剂（202）被配设在其动作时的床温为500～750℃的区域。优选TWC（201）与NSR催化剂（202）以串联配置构成为一体化的串联排列构造的SC（20）。

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，尤其涉及具备NOx吸留还原催化剂与NOx选择还原催化剂的内燃机的排气净化装置。

背景技术

以往，例如公知有一种如日本特开2008－303759号公报所公开那样，在内燃机的排气通路中将三元催化剂、NOx吸留还原催化剂（以下称为“NSR催化剂”）、以及NOx选择还原催化剂（以下称为“SCR”）从上游侧开始以所述顺序配置的系统。在三元催化剂以及NSR催化剂中，通过在浓空燃比环境下氮与氢、以及/或者HC与NOx发生反应，来生成氨（NH₃）。SCR具有吸附氨（NH₃）的功能，将由三元催化剂以及NSR催化剂生成的NH₃吸留在其内部。被吸留的NH₃在对流入到该SCR的NOx选择性进行还原时使用。

专利文献1:日本特开2008－303759号公报

NSR催化剂被配置在作为适于NOx的吸留以及净化反应的温度环境，催化剂床温为350～450℃左右的区域。然而，由于该催化剂床温的温度区域对于废气中含有的硫成分的附着也是适合的温度条件，所以导致NSR催化剂在比较短的时间内因硫中毒而引起劣化。在NSR催化剂的硫中毒进展了的情况下，通过使该NSR催化剂的床温上升到700℃，并且置于浓空燃比环境，能够有效地使附着的硫成分脱离。然而，为了使NSR催化剂的床温上升到700℃，需要大量的热能。因此，如果在空燃比的浓空燃比控制中进行该升温，则存在油耗极度变差的问题。另外，作为其他方法，可以考虑另外设置排气热回收器等来使NSR催化剂的床温升温，但这样的方法存在系统复杂化、成本上升的问题。这样，希望构建一种在NSR催化剂的硫中毒进展了的情况下，不会导致油耗变差、系统复杂化便能够进行从硫中毒恢复的处理的系统。

发明内容

本发明为了解决上述那样的课题而提出，其目的在于，提供一种在具备NSR催化剂与SCR的内燃机中，能够在抑制油耗变差、排放变差的同时，使NSR催化剂从硫中毒有效恢复的内燃机的排气净化装置。

为了实现所述目的，第1发明涉及能够进行稀燃运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：

被配设在所述内燃机的排气通路，并在内部担载有贵金属的第1催化剂；

被配设在所述第1催化剂的排气下游侧，并在内部担载有贵金属以及碱的第2催化剂；和

被配设在所述第2催化剂的下游侧的排气通路的NOx选择还原催化剂；

所述第2催化剂被配设在所述排气通路中的规定的排气上游区域。

第2发明在第1发明的基础上提出，其特征在于，

所述第2催化剂被配设在其动作时的床温为500～750℃的区域。

第3发明在第1或者第2发明的基础上提出，其特征在于，

所述第1催化剂与所述第2催化剂是串联配置而一体化的串联排列构造。

第4发明在第1至第3中任意一个发明的基础上提出，其特征在于，具备：

对所述第2催化剂的硫中毒是否已进展进行判定的判定单元；和

在判定为所述硫中毒已进展的情况下，向所述第2催化剂内导入浓空燃比气体的浓空燃比气体导入单元。

第5发明在第4发明的基础上提出，其特征在于，

还具备NOx浓度取得单元，该NOx浓度取得单元取得所述NOx选择还原催化剂的下游侧的废气的NOx浓度，

在所述NOx浓度比规定浓度高的情况下，所述判定单元判定为所述第2催化剂的硫中毒已进展。

第6发明在第4或者第5发明的基础上提出，其特征在于，

在从所述浓空燃比气体导入单元上次的执行起的行驶距离比规定距离长的情况下，所述判定单元判定为所述第2催化剂的硫中毒已进展。

第7发明在第4至第6发明的基础上提出，其特征在于，

所述内燃机是具有多个气缸的内燃机，

所述浓空燃比气体导入单元包括空燃比控制单元，对于将所述多个气缸分成两组而得到的第1、第2气缸组，该空燃比控制单元将所述第1气缸组的排气空燃比控制为规定的浓空燃比，将所述第2气缸组的排气空燃比控制成规定的稀空燃比或者理论空燃比。

第8发明在第4至第7中任意一个发明的基础上提出，其特征在于，

所述浓空燃比气体导入单元对所述第2催化剂导入微浓空燃比的废气。

第9发明在第4至第8中任意一个发明的基础上提出，其特征在于，还具备：

判定是否是进行所述第1催化剂的异常诊断的时机的第2判定单元；和

在是进行所述第1催化剂的异常诊断的时机的情况下，以理论空燃比作为控制中心，执行将所述内燃机的空燃比交替地强制切换到浓空燃比侧与稀空燃比侧的主动空燃比控制，基于由此测定出的氧吸留容量，来执行该第1催化剂的异常诊断的异常诊断单元；

在判定为是进行所述第1催化剂的异常诊断的时机、且所述第2催化剂的硫中毒正在进展的情况下，所述浓空燃比气体导入单元使所述主动空燃比控制中的所述控制中心向浓空燃比方向转移规定量。

根据第1发明，第2催化剂被配设在规定的排气上游区域。由于这样的排气上游区域是催化剂床温因来自内燃机的导热以及来自高温废气的受热而成为高温的区域，所以硫成分难以附着于碱性物质。因此，根据本发明，能够有效地抑制第2催化剂的硫中毒在短时间内进展的情况。

根据第2发明，第2催化剂被配设在其动作时的床温为500～750℃的区域。在这样的动作温度区域中，硫成分难以附着于碱性物质。因此，根据本发明，能够有效地抑制第2催化剂的硫中毒在短时间内进展的情况。

根据第3发明，第1催化剂与第2催化剂构成为串联配置的具有一体的串联排列构造的催化剂。因此，根据本发明，能够通过部件个数的削减、构造的简化而起到成本削减的效果。

为了使硫成分从第2催化剂脱离，需要使催化剂床温升温到700℃左右，且将催化剂内部置于浓空燃比环境下。根据第4发明，在判定为第2催化剂的硫中毒已进展的情况下，对该第2催化剂导入浓空燃比气体。该浓空燃比气体成分有助于该第2催化剂内的升温以及浓空燃比环境的形成。因此，根据本发明，由于能够使第2催化剂容易地成为高温且置于浓空燃比环境下，所以能够使NSR催化剂从硫中毒容易地恢复。

根据第5发明，在NOx选择还原催化剂（SCR）的下游侧的废气的NOx浓度高于规定浓度的情况下，判定为第2催化剂的硫中毒已进展。在NOx漏向SCR的下游侧的情况下，可判断为在该SCR中NH₃不足、即第2催化剂的硫中毒进展，该第2催化剂中的NH₃的生成效率降低。因此，根据本发明，能够基于SCR的下游侧的NOx浓度，有效地判定第2催化剂的硫中毒的进展程度。

根据第6发明，在从上次硫中毒的再生处理的执行起的行驶距离比规定距离长的情况下，判定为第2催化剂的硫中毒已进展。第2催化剂的硫中毒随着持续行驶距离变长而缓缓进展。因此，根据本发明，能够基于该行驶距离来有效地判定第2催化剂的硫中毒的进展程度。

根据第7发明，通过将第1气缸组的排气空燃比控制成规定的浓空燃比，将第2气缸组的排气空燃比控制成规定的稀空燃比，能够将流入到第2催化剂的废气的排气空燃比有效地控制为浓空燃比。

根据第8发明，在判定为第2催化剂的硫中毒已进展的情况下，对该第2催化剂导入微浓空燃比气体。因此，根据本发明，能够在抑制排放、油耗变差的同时，使NSR催化剂从硫中毒容易地恢复。

根据第9发明，在判定为是进行使用了主动控制的第1催化剂的异常诊断的时机、且第2催化剂的硫中毒已进展的情况下，该主动控制中的空燃比的控制中心向浓空燃比侧转移。因此，根据本发明，能够在执行第1催化剂的异常诊断的过程中，执行第2催化剂的硫中毒恢复处理。

附图说明

图1是用于对本发明的实施方式1的构成进行说明的图。

图2是用于对TWC以及NSR催化剂的内部构造进行说明的图。

图3是在本发明的实施方式1中执行的程序的流程图。

图4是在本发明的实施方式2中执行的程序的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，对各图中共同的要素赋予相同的附图标记而省略重复的说明。另外，本发明并不受以下的实施方式限定。

实施方式1．

［实施方式1的构成］

图1是用于对本发明的实施方式1的构成进行说明的图。如图1所示，本实施方式的系统具备内燃机（发动机）10。内燃机10被构成为多气缸发动机（图中为4个气缸），对各气缸分别配置有用于向缸内喷射燃料的燃料喷射阀12。此外，在图1的系统中对串联4气缸发动机进行了说明，但也可以构成为V型的多气缸发动机。另外，在图1的系统中，作为燃料喷射阀12，采用将燃料直接向缸内喷射的直喷式燃料喷射阀，但也可以是向各气缸的端口喷射燃料的端口喷射式燃料喷射阀。

排气通路16经由排气岐管14与内燃机10的排气侧连通。排气通路16中配设有开始催化剂（以下称为“SC”）20。由于SC20的目的在于在内燃机10的冷启动时等使催化剂活性显现来尽快对废气进行净化，所以被配置在容易受到来自内燃机的导热以及来自废气的受热的影响的规定的排气上游区域。其中，SC20被配置在该排气上游区域，由此其动作时的床温升温至600～700℃。

本实施方式1的系统的SC20构成为在前段部具备三元催化剂（以下称为“TWC”）201、在后段部具备NSR催化剂（NOx吸留还原催化剂）202的串联排列构造的催化剂。内燃机10在空燃比为浓空燃比的情况下，容易排出HC以及CO。另外，在空燃比为稀空燃比的情况下，容易排出NOx。SC20中的TWC201在稀空燃比环境中吸附氧（O₂）并且对NOx进行还原（净化为N₂）。另一方面，在浓空燃比环境中释放氧并且对HC以及CO进行氧化（净化为H₂O、CO₂）。在浓空燃比环境下，还通过废气中所含的氮与氢反应，来生成氨（NH₃）。

SC20中的NSR催化剂202在稀空燃比环境下对废气中所含的NOx进行吸留。另外，NSR催化剂202在浓空燃比环境下将吸留的NOx释放出。在浓空燃比环境下释放出的NOx被HC、CO还原。此时，与SC201的情况同样，在NSR催化剂202中也生成NH₃。

其中，优选TWC201以及NSR催化剂202例如构成为双层涂覆催化剂。图2是用于对TWC201以及NSR催化剂202的内部构造进行说明的图。其中，该图中（A）详细表示了前段部中的TWC201的内部构造，（B）详细表示了后段部中的NSR催化剂202的内部构造。

如图2（A）所示，优选TWC201成为在形成于载体基材的表面的下催化剂层中担载Pt（或者Pd），在形成于该下催化剂层的表面的上催化剂层中担载Rh的构造。这样，由于通过将Rh与Pt分开担载，能够抑制Rh固溶于Pd，所以能够有效地抑制Pt的氧化活性降低以及Rh的还原活性降低。

另外，如图2（B）所示，优选NSR催化剂202成为在形成于载体基材的表面的下催化剂层中担载Ph，在形成于该下催化剂层的表面的上催化剂层中担载Pt（或者Pd）以及由碱构成的NOx吸留材料的构造。这样，由于通过将Pt担载在上催化剂层而使得废气与Pt的接触性良好，所以能够有效地提高NOx向NOx吸留材料的吸留效率。另外，由于通过将Rh担载在下催化剂层而使得在浓空燃比环境下由Rh生成的H₂从上催化剂层通过，所以能够有效地提高被吸留的NOx的还原净化性能。

如图1所示，在排气通路16中的SC20的下游侧配设有SCR（NOx选择还原催化剂）22。SCR22具有对TWC201以及NSR催化剂202在化学计量空燃比或者浓空燃比环境下生成的NH₃进行吸留，在稀空燃比环境下以NH₃作为还原剂对废气中的NOx选择性进行还原的功能。通过SCR22，能够有效地阻止漏到SC20的下游的NH₃以及NOx被释放到大气中的情况。

图1所示的系统在排气通路16中的SC20的上游侧具备空燃比（A/F）传感器24。A/F传感器24能够检测内燃机10的排气空燃比。另外，图1所示的系统在排气通路16中的SCR18的下游侧具备NOx传感器26。NOx传感器26对废气中的NOx以及NH₃进行反应，产生与它们的浓度对应的信号。因此，通过NOx传感器26，能够在浓空燃比环境下检测出SCR22的下游的NH₃浓度，而且，能够在稀空燃比环境下检测出SCR22的下游的NOx浓度。

本实施方式的系统如图1所示，具备ECU（Electronic Control Unit）30。ECU30的输出部与上述的燃料喷射阀12等各种致动器连接。除了上述的A/F传感器24以及NOx传感器26之外，ECU30的输入部还连接着用于检测内燃机10的运转条件或者运转状态的各种传感器等。ECU30能够基于被输入的各种信息来控制图1所示的系统的状态。

[实施方式1的动作]

（NSR催化剂202的NOx净化功能）

首先，对NSR催化剂202的NOx净化功能进行说明。ECU30通常使内燃机10以稀空燃比运转（稀空燃比运转）。在稀空燃比运转中，NOx等氧化剂与HC、CO等还原剂相比被大量排出。因此，即使想要利用TWC201对该废气进行净化，由于还原剂的不足也无法将全部的NOx净化。鉴于此，本实施方式1的系统在TWC201的下游侧具备NSR催化剂202。NSR催化剂202具有将NOx吸留为Ba（NO₃）₂等硝酸盐的功能。因此，根据本实施方式1的系统，即使在稀空燃比运转中，也能够有效地抑制该NOx被释放到大气中的情况。

不过，NSR催化剂202的NOx吸留性能随着吸留量增加而降低。因此，如果稀空燃比运转长时间持续，则未被吸留的NOx会漏向该催化剂下游。鉴于此，在本实施方式1的系统中，执行使被NSR催化剂202吸留的NOx定期脱离来加以处理的浓空燃比突发性变化控制。更具体而言，在NSR催化剂202的吸留性能降低的规定时机，内燃机10的排气空燃比被暂时控制成浓空燃比（例如，A/F＝12）。浓空燃比突发性变化执行中的废气含有大量HC、CO、H₂等还原剂。因此，如果这些还原剂导入到NSR催化剂202内，则被吸留为硝酸盐的NOx会被还原为NO而从碱脱离。脱离后的NOx在NSR催化剂202内的催化剂上被净化成N₂等并加以处理。这样，由于通过在稀空燃比运转中执行浓空燃比突发性变化，能够对被NSR催化剂202吸留的NOx进行脱离处理，所以可有效地恢复NOx吸留性能。

其中，一般为了活跃地进行NSR催化剂中的NOx吸留、净化反应，优选将其催化剂床温升温到350～450℃左右。但如上所述，本实施方式1的系统中，调整NSR催化剂202的位置，以使其床温升温到500～750℃。该理由将在后面说明。

（SCR22的NOx净化功能）

接下来，对SCR22的NOx净化功能进行说明。如上所述，通过浓空燃比突发性变化的执行，能够有效地恢复NSR催化剂202的NOx吸留性能。然而，如果执行浓空燃比突发性变化，则导致从该NSR催化剂202脱离了的NOx的一部分漏向下游。另外，如上所述，在执行浓空燃比突发性变化前也存在漏向NSR催化剂202的下游的NOx。如果这些漏过的NOx直接被释放到大气中，则会招致排放变差。

鉴于此，本实施方式1的系统具备用于对漏向NSR催化剂202的下游侧的NOx进行处理的SCR22。如上所述，SCR22将TWC201以及NSR催化剂202在浓空燃比环境下生成的NH₃吸留在其内部。因此，通过SCR22，能够利用NH₃将漏向NSR催化剂202的下游的NOx选择性还原来进行净化。由此，能够有效地阻止NOx被释放到大气中而导致排放变差的情况。

其中，根据本申请发明者的见解，通过将SCR22的床温设为470℃以下，优选设为200～350℃，能够活跃地进行该SCR22中的还原反应。因此，在本实施方式1的系统中，调整了SCR22的配置，以使其床温为200～350℃。由此，能够有效地抑制向SCR22的下游释放NOx的情况。

[本实施方式1的系统的特征]

接下来，对本实施方式1的系统的特征进行说明。如上所述，NSR催化剂在床温为350～450℃的温度环境下发挥高的NOx净化性能。因此，在以往的系统中按照使得NSR催化剂属于这样的温度区域的方式，来设定其配置。

然而，如果将NSR催化剂配置到350～450℃的温度区域，则导致对于硫成分的附着也成为适当的温度条件。因此，在这样的条件下，导致NSR催化剂的硫中毒在比较短的时间内进展，使得NOx净化性能以及NH₃生成性能显著降低。

为了使硫成分从硫中毒已进展的NSR催化剂中有效地脱离，需要满足以下所示的2个条件。

a）使NSR催化剂的床温升温到700℃左右

b）将NSR催化剂内置于浓空燃比环境

然而，为了使NSR催化剂的床温升温到700℃左右，需要大量的热能。因此，如果在空燃比的浓空燃比控制中进行该升温，则存在油耗极度变差的问题。另外，也可以考虑通过另外设置排气热回收器等来使NSR催化剂的床温升温，但该方法存在系统复杂化、成本上升的问题。这样，在NSR催化剂的硫脱离处理中存在各种课题。

鉴于此，本申请的发明人为了解决上述课题，考虑了本实施方式所示的系统。该系统如图1所示，具有在SC20的后段部具备NSR催化剂202的特征。即，在本实施方式的系统中，NSR催化剂202被配设在与以往的系统不同的温度区域（500～750℃）。由于在这样的温度区域中硫成分难以附着于NSR催化剂202，所以能够有效地抑制硫中毒在短时间进展的情况。因此，能够有效地减少NSR催化剂202的硫脱离处理的执行频度。

另外，在执行NSR催化剂202的硫脱离处理的情况下，由于催化剂床温已处于高的状态，所以通过置于浓空燃比环境能够容易地升温到脱离温度。因此，能够不会导致油耗变差、排放变差地使NSR催化剂202从硫中毒有效地恢复。

此外，若如上述的本实施方式1的系统那样，将NSR催化剂202配设在高温区域，则导致该NSR催化剂202的NOx净化效率降低。鉴于此，在本实施方式1的系统中，按照使得NSR催化剂202与净化NOx相比反而以生成NH₃作为主要目的，而NOx的净化在配设于其下游侧的SCR22中执行的方式，来调整这些催化剂的容量、特性等。由此，即使将NSR催化剂202配置到高温区域，也能够有效地抑制NOx排放变差。

NSR催化剂202中的硫中毒的进展程度例如可基于SCR22的下游的NOx浓度来判断。这是因为如果NSR催化剂202的硫中毒进展、NH₃生成量降低，则在SCR22中NH₃不足，结果SCR22中的NOx净化率降低。鉴于此，在本实施方式的系统中，当SCR22的下游的NOx浓度高于规定值（例如1.4ppm）时，判定为NSR催化剂202的硫中毒已进展，执行该NSR催化剂202的硫脱离处理。

在硫脱离处理中，如上所述，需要使NSR催化剂202的床温升温到700℃左右，且置于浓空燃比环境，但在本实施方式的系统中，被配设在NSR催化剂202的床温为700℃或接近于700℃的温度的区域。因此，通过利用空燃比控制将浓空燃比气体导入到NSR催化剂202，能够容易地满足上述2个条件。其中，由于此时若将空燃比控制成极端的浓空燃比，则会产生排放变差以及油耗变差的弊端，所以优选控制各气缸的空燃比，以使流入到NSR催化剂202的废气的空燃比成为微浓空燃比（例如，目标A/F＝14.3）。

作为空燃比控制的方法，可考虑各种方法，但从空燃比的控制性的观点出发，例如优选采用在稀燃运转中将规定气缸的空燃比控制成浓空燃比的方法。在该方法中，具体将内燃机10的多个气缸分成2个气缸组（例如由＃1以及＃3气缸构成的气缸组、和由＃2以及＃4气缸构成的气缸组），并将一方的气缸组的空燃比控制成稀空燃比，将另一方的气缸组的空燃比控制成浓空燃比。此时，按照使得配设于排气通路16的空燃比传感器24的输出成为表示微浓空燃比的输出的方式，将该传感器输出值反馈给各气缸的燃料喷射量。由此，由于能够对NSR催化剂202导入所希望的浓空燃比气体，所以可使硫成分有效地脱离。

［实施方式1中的具体处理］

接下来，参照图3对在本实施方式中执行的处理的具体内容进行说明。图3是ECU30执行NSR催化剂202的硫中毒恢复处理的程序的流程图。其中，图3的程序在内燃机10的稀燃运转中被反复执行。

在图3所示的程序中，首先判定NSR催化剂202的硫中毒是否正在进展（步骤100）。这里，具体判定NOx传感器26检测出的NOx传感器值是否为规定值（例如1.4ppm）以下。结果，在NOx传感器值≤规定值成立的情况下，判定为在NSR催化剂202中没有问题地生成了NH₃、即NSR催化剂202的硫中毒没有进展，本程序立即结束。

另一方面，当在上述步骤100中判定为NOx传感器值≤规定值不成立时，判定为NSR催化剂202中的NH₃生成量降低、即NSR催化剂202的硫中毒正在进展，转移到下一步骤，将排气空燃比控制成微浓空燃比（目标A/F＝14.3）（步骤102）。这里，具体通过将一方的气缸组（例如＃1以及＃3气缸）控制成浓空燃比，将另一方的气缸组（例如＃2以及＃4）控制成稀空燃比，来将流入到NSR催化剂202的排气的空燃比控制成微浓空燃比的目标A/F。

在图3所示的程序，接下来判定NSR催化剂202是否已从硫中毒恢复（步骤104）。这里，具体利用NOx传感器26来重新检测NOx传感器值。然后，判定检测出的NOx传感器值是否变为规定值（1.4ppm）以下。结果，在NOx传感器值≤规定值成立的情况下，判断为在NSR催化剂202中没有问题地生成了NH₃、即NSR催化剂202已从硫中毒恢复，本程序立即结束。另一方面，当在上述步骤104中判定为NOx传感器值≤规定值不成立时，判断为NSR催化剂202中的NH₃生成量没有增加、即NSR催化剂202未从硫中毒恢复，再次转移至上述步骤102，并移向下一步骤，再次执行将排气空燃比控制成微浓空燃比的处理。

如以上说明那样，根据本实施方式1的系统，由于将NSR催化剂202配设在规定的排气上游区域（500～750℃），所以能够有效地抑制NSR催化剂202的硫中毒在短时间进展的情况。另外，根据本实施方式1的系统的NSR催化剂202的配置，催化剂床温总是处于高温的状态。因此，在执行NSR催化剂202的硫脱离处理的情况下，由于能够容易地升温到硫脱离温度，所以可有效地避免油耗变差、系统复杂化。

在上述的实施方式1中，在配设于高温区域的SC20的后段部配置了NSR催化剂202，但NSR催化剂202的构成并不限定于此。即，只要是NSR催化剂202的床温能够升温到500～750℃的配置即可，也可以在SC20的下游侧独立地构成。

另外，在上述的实施方式1中，通过在NSR催化剂202的硫中毒恢复处理中，将一方的气缸组控制为浓空燃比、将另一方的气缸组控制为稀空燃比，由此将排气空燃比控制为微浓空燃比（目标A/F＝14.3），但也可以通过将全部气缸的排气空燃比一律控制成目标A/F，来实现微浓空燃比。

另外，在上述的实施方式1中，基于NOx传感器26的输出信号来检测NSR催化剂202的硫中毒状态，但硫中毒的检测方法并不限定于此。即，也可以在从上次硫中毒恢复处理起的行驶距离达到了规定距离（例如，3000km）的情况下判定硫中毒的进展，另外，也可以基于从上次硫中毒恢复处理起的时间、行驶距离、废气量、空燃比、以及床温等信息来推定NSR催化剂202的硫吸附量进行判断。

其中，在上述的实施方式1中，TWC201相当于上述第1发明中的“第1催化剂”，NSR催化剂202相当于上述第1发明中的“第2催化剂”，SCR22相当于上述第1发明中的“NOx选择还原催化剂”。

另外，在上述的实施方式1中，通过ECU30执行上述步骤100的处理实现了上述第4发明中的“判定单元”，通过ECU30执行上述步骤102的处理实现了上述第4发明中的“浓空燃比气体导入单元”。

另外，在上述的实施方式1中，NOx传感器26相当于上述第5发明中的“NOx浓度取得单元”。

实施方式2．

［实施方式2的特征］

接下来，参照图4对本发明的实施方式2进行说明。本实施方式2可以通过利用图1所示的系统，执行后述的图4所示的程序来实现。

如上所述，配置在SC20的前段部的TWC201具有在流入的废气的空燃比成为理论空燃比时，对HC、CO以及NOx这三种成分同时进行净化的三元催化剂的功能。作为催化剂成分，该TWC201含有Pt、Pd等贵金属（活性点）、和能够吸收释放出氧的氧吸留成分。在流入到该催化剂的废气的空燃比是比理论空燃比浓的空燃比的情况下，从上述氧吸留成分释放出氧，通过该被释放出的氧能够对HC以及CO等未燃成分进行氧化来净化。相反，在流入到该催化剂的废气的空燃比是比理论空燃比稀的空燃比的情况下，通过上述氧吸留成分吸收废气中的多余氧，能够对NOx进行还原净化。这样，通过氧吸留成分进行氧的吸收以及释放，即使流入到催化剂的废气的空燃比相对理论空燃比多少发生偏差，也能够良好地净化HC、CO以及NOx这三种成分。

三元催化剂因长时间使用其净化性能会不断劣化。公知催化剂的劣化程度与该催化剂能够吸留的最大氧量即氧吸留容量Cmax有关。即，氧吸留容量Cmax越降低，则能够判定为催化剂的劣化越进展。因此，通过测量催化剂的氧吸留容量Cmax，能够检测该催化剂的劣化。

在本实施方式的系统中，通过执行主动空燃比控制来测定SC20的氧吸留容量Cmax。主动空燃比控制是将内燃机10的空燃比隔着理论空燃比交替地强制切换为浓空燃比侧和稀空燃比侧的控制。其中，由于关于采用了主动空燃比控制的氧吸留容量Cmax的测定方法已经存在大量的公知文献，所以省略其详细说明。

在上述的主动空燃比控制的执行中，由于浓空燃比气体与稀空燃比气体交替地向SC20内流入，所以该SC20的床温上升。鉴于此，在本实施方式的系统中，在当判定为NSR催化剂202的硫中毒已进展时，是执行用于对氧吸留容量Cmax进行测定的主动空燃比控制的时机的情况下，利用该主动空燃比控制来进行NSR催化剂202的硫脱离处理。更具体而言，将主动空燃比控制中的空燃比的控制中心暂时从理论空燃比移向规定的微浓空燃比（例如，A/F＝14.3）。由此，由于能够容易地满足NSR催化剂202的硫脱离所需要的上述2个条件，所以可在进行SC20的异常诊断的同时，有效地进行该NSR催化剂202的硫脱离处理。

[实施方式2中的具体处理]

接下来，参照图4对在本实施方式中执行的处理的具体内容进行说明。图4是ECU30执行NSR催化剂202的硫中毒恢复处理的程序的流程图。其中，图4的程序在内燃机10的稀燃运转中被反复执行。

在图4所示的程序中，首先判定NSR催化剂202的硫中毒是否正在进展（步骤200）。这里，具体而言执行与上述步骤100同样的处理。结果，在NOx传感器值≤规定值成立的情况下，判断为在NSR催化剂202中没有问题地生成了NH₃、即NSR催化剂202的硫中毒没有进展，本程序立即结束。

另一方面，当在上述步骤200中判定为NOx传感器值≤规定值不成立时，判断为NSR催化剂202中的NH₃生成量降低、即NSR催化剂202的硫中毒正在进展，移向下一步骤，判定是否是测量SC20的氧吸留容量Cmax的时机（步骤202）。这里，具体而言，基于从上次的氧吸留容量Cmax的测定起是否行驶了规定的距离、SC20的下游侧的排放是否变差等来进行判断。结果，在判定为是对SC20的氧吸留容量Cmax进行测定的时机的情况下，移向下一步骤，执行将空燃比的控制中心向浓空燃比侧移动了的主动空燃比控制（步骤204）。这里，具体而言，将主动空燃比控制中的空燃比的控制中心设定为规定的浓空燃比（例如，A/F＝14.3）。由此，在NSR催化剂202中进行硫的脱离。

另一方面，当在上述步骤202中判定为不是对SC20的氧吸留容量Cmax进行测定的时机时，判断为无法同时进行NSR催化剂202的硫中毒恢复处理和SC20的异常诊断，移向下一步骤，将排气空燃比控制成微浓空燃比（目标A/F＝14.3）（步骤206）。这里，具体执行与上述步骤102同样的处理。

如以上说明那样，根据本实施方式2的系统，由于同时进行了SC20的氧吸留容量Cmax的测定和NSR202的硫中毒恢复处理，所以能够在执行SC20的异常诊断的过程中执行NSR催化剂202的硫中毒恢复处理。

在上述的实施方式2中，将NSR催化剂202配置在配设于高温区域的SC20的后段部，但NSR催化剂202的构成并不限定于此。即，只要是NSR催化剂202的床温能够升温到600～700℃的配置即可，也可以在SC20的下游侧独立地构成。

另外，在上述的实施方式2中，基于NOx传感器26的输出信号来检测NSR催化剂202的硫中毒状态，但硫中毒的检测方法并不限定于此。即，也可以在从上次硫中毒恢复处理起的行驶距离达到了规定距离（例如3000km）的情况下判定硫中毒的进展，另外，还可以基于从上次硫中毒恢复处理起的时间、行驶距离、废气量、空燃比、以及床温等信息来推定NSR催化剂202的硫吸附量进行判断。

其中，在上述的实施方式2中，通过ECU30执行上述步骤202的处理实现了上述第9发明中的“第2判定单元”，通过ECU30执行上述步骤204的处理实现了上述第9发明中的“异常诊断单元”以及“浓空燃比气体导入单元”。

图中符号说明：

10－内燃机（发动机）；12－燃料喷射阀；14－排气岐管；16－排气通路；20－开始催化剂（SC）；201－三元催化剂；202－NOx吸留还原催化剂（NSR催化剂）；22－NOx选择还原催化剂（SCR）；24－A/F传感器；26－NOx传感器；30－ECU（Electronic Control Unit）。

Claims (9)

1.一种内燃机的排气净化装置，是能够进行稀燃运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：

被配设在所述内燃机的排气通路，并在内部担载有贵金属的第1催化剂；

被配设在所述第1催化剂的排气下游侧，并在内部担载有贵金属以及碱的第2催化剂；和

被配设在所述第2催化剂的下游侧的排气通路的NOx选择还原催化剂；

所述第2催化剂被配设在所述排气通路中的规定的排气上游区域。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，

所述第2催化剂被配设在当所述内燃机工作时该第2催化剂的床温为500～750℃的区域。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，

所述第1催化剂与所述第2催化剂是通过串联配置而一体化的串联排列构造。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：

对所述第2催化剂的硫中毒是否已进展进行判定的判定单元；和

在判定为所述硫中毒已进展的情况下，向所述第2催化剂内导入浓空燃比气体的浓空燃比气体导入单元。

5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，

还具备NOx浓度取得单元，该NOx浓度取得单元取得所述NOx选择还原催化剂的下游侧的废气的NOx浓度，

在所述NOx浓度比规定浓度高的情况下，所述判定单元判定为所述第2催化剂的硫中毒已进展。

6.根据权利要求4或5所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，

在从所述浓空燃比气体导入单元上次的执行起的行驶距离比规定距离长的情况下，所述判定单元判定为所述第2催化剂的硫中毒已进展。

7.根据权利要求4～6中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，

所述内燃机是具有多个气缸的内燃机，

所述浓空燃比气体导入单元包括空燃比控制单元，对于将所述多个气缸分成两组而得到的第1、第2气缸组，该空燃比控制单元将所述第1、第2气缸组中的所述第1气缸组的排气空燃比控制为规定的浓空燃比，将所述第2气缸组的排气空燃比控制为规定的稀空燃比或者理论空燃比。

8.根据权利要求4～7中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，

所述浓空燃比气体导入单元对所述第2催化剂导入微浓空燃比的废气。

9.根据权利要求4～8中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备：

判定是否是进行所述第1催化剂的异常诊断的时机的第2判定单元；和

异常诊断单元，在是进行所述第1催化剂的异常诊断的时机的情况下，该异常诊断单元以理论空燃比为控制中心来执行将所述内燃机的空燃比交替地强制切换到浓空燃比侧与稀空燃比侧的主动空燃比控制，并基于由此测定出的氧吸留容量来执行该第1催化剂的异常诊断；

在判定为是进行所述第1催化剂的异常诊断的时机、且所述第2催化剂的硫中毒正在进展的情况下，所述浓空燃比气体导入单元使所述主动空燃比控制中的所述控制中心向浓空燃比方向转移规定量。

Images