CN105492733B

CN105492733B - 用于内燃机的排气净化系统

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Publication number: CN105492733B
Application number: CN201480047457.6A
Authority: CN
Inventors: 美才治悠树; 吉田耕平; 羽场优树; 野崎雄介
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2017-11-17
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: JP2015042857A; US9617893B2; KR101707388B1; RU2625416C1; KR20160029137A; WO2015029612A1; EP3039259A1; US20160201538A1; CN105492733A; EP3039259B9; JP5991285B2; EP3039259B1

Abstract

在内燃机中，在发动机排气通道中布置烃进给阀(15)和排气净化催化剂(13)。使用第一NO_x移除方法和第二NO_x移除方法，所述第一NO_x移除方法通过还原性中间体还原排气中所含的NO_x，所述还原性中间体通过在预定的周期范围内自烃进给阀(15)注射烃而生成；在所述第二NO_x移除方法中，以比此预定范围长的周期使流入排气净化催化剂(13)中的排气的空‑燃比为富的。如果流入排气净化催化剂(13)中的排气中NO_x的量增大，则使排气净化催化剂(13)切换温度ST和ST₀更低，在该温度下NO_x移除方法自第二NOx移除方法向第一NO_x移除方法切换。

Description

用于内燃机的排气净化系统

技术领域

本发明涉及一种内燃机的排气净化系统。

背景技术

本领域已知这样的内燃机，其中在发动机排气通道中布置有排气净化催化剂，在发动机排气通道中排气净化催化剂的上游布置有烃进给阀，在排气净化催化剂的排气流动面上负载有贵金属催化剂，在贵金属催化剂周围形成有碱性层，并且使用第一NO_X移除方法和第二NO_X移除方法，所述第一NO_X移除方法通过还原性中间体还原排气中所含的NO_X，所述还原性中间体被保持在碱性层上并通过在预定的周期范围内自烃进给阀注射烃而生成，在所述第二NO_X移除方法中，以比上面提到的预定范围长的周期使流入排气净化催化剂中的排气的空-燃比为富的以使得当排气的空-燃比为贫时存储在排气净化催化剂中的NO_X从排气净化催化剂释放并还原(例如，参见PTL 1)。

引文列表

专利文献

PTL 1.WO2011/114501

发明内容

技术问题

在这点上，在此内燃机中，当在使用第一NO_X移除方法时，如上面所解释的，排气中所含的NO_X被还原性中间体还原，所述还原性中间体被保持在碱性层上，并且生成此还原性中间体所需量的烃自烃进给阀进给。另一方面，当在使用第二NO_X移除方法时，通过使流入排气净化催化剂中的排气的空-燃比为富的而使存储的NO_X自排气净化催化剂释放并还原。在这点上，为了使曾经存储在排气净化催化剂中的NO_X从排气净化催化剂释放并以此方式还原，大量的还原剂成为必要。因此，与在第一NO_X移除方法中生成还原性中间体所需的烃的量(即还原剂的量)相比，在第二NO_X移除方法中从排气净化催化剂释放存储的NO_X并将其还原所需的还原剂的量(即，使排气的空-燃比为富的所需的燃料的量)较大。即，与使用第一NO_X移除方法的情况相比，在使用第二NO_X移除方法的情况下移除NO_X所需的还原剂的量较大。因此，优选尽可能使用第一NO_X移除方法。

在这点上，与第二NO_X移除方法相比，第一NO_X移除方法在排气净化催化剂的较高温度侧给出高的净化效率。因此，如果排气净化催化剂的温度升高，则将NO_X移除方法自第二NO_X移除方法切换到第一NO_X移除方法。在这种情况下，如上文所解释的，优选尽可能使用第一NO_X移除方法，因而当NO_X移除方法自第二NO_X移除方法切换到第一NO_X移除方法时排气净化催化剂的温度优选尽可能低。然而，已得知，使用第一NO_X移除方法给出良好的NO_X移除率的排气净化催化剂的容许温度下限受排气中所含NO_X的量的影响并且排气中所含NO_X的量增加越多，该容许温度下限变得越低。原因将在下文详细解释。

注意，在上面提到的已知内燃机中，NO_X移除方法通过使用与本发明不同的判断标准自第二NO_X移除方法切换到第一NO_X移除方法。

问题的解决

因此，在本发明中，提供了一种内燃机的排气净化系统，其包括布置在发动机排气通道中的排气净化催化剂和布置在发动机排气通道中排气净化催化剂的上游的烃进给阀，负载在排气净化催化剂的排气流动面上的贵金属催化剂，形成在贵金属催化剂周围的碱性层，使用第一NO_X移除方法和第二NO_X移除方法，所述第一NO_X移除方法通过还原性中间体还原排气中所含的NO_X，所述还原性中间体被保持在碱性层上并通过在预定的周期范围内自烃进给阀注射烃而生成，在所述第二NO_X移除方法中，以比上面提到的预定范围长的周期使流入排气净化催化剂中的排气的空-燃比为富的以使得当排气的空-燃比为贫时存储在排气净化催化剂中的NO_X从排气净化催化剂释放并还原，其中

提供了NO_X移除方法切换装置以在当排气净化催化剂的温度升高并超过预定切换温度时将NO_X移除方法自第二NO_X移除方法切换到第一NO_X移除方法，所述NO_X移除方法切换装置根据流入排气净化催化剂中的排气中NO_X的量来控制切换温度，所述NO_X的量根据发动机运行状态改变，以及至少当流入的排气中NO_X的量处于流入的排气中NO_X的量的变化范围内少量侧的变化范围中时如果流入排气净化催化剂中的排气中NO_X的量增大则将使切换温度更低。

本发明的有利效果

当流入排气净化催化剂中的排气中NO_X的量增大时，可以通过降低排气净化催化剂的切换温度来在减少还原剂的消耗量的同时获得良好的NO_X净化作用，在所述切换温度下NO_X移除方法自第二NO_X移除方法切换到第一NO_X移除方法。

附图说明

[图1]图1为压燃式内燃机的整体视图。

[图2]图2为示意性地示出催化剂载体的表面部分的视图。

[图3]图3为解释排气净化催化剂处的氧化反应的视图。

[图4]图4为示出流入排气净化催化剂中的排气的空-燃比的变化的视图。

[图5]图5为示出NO_X移除率R1的视图。

[图6]图6A和6B为解释排气净化催化剂中的氧化还原反应的视图。

[图7]图7A和7B为解释排气净化催化剂中的氧化还原反应的视图。

[图8]图8为示出流入排气净化催化剂中的排气的空-燃比的变化的视图。

[图9]图9为示出NO_X移除率R2的视图。

[图10]图10A和10B为示出烃浓度的振动周期ΔT与NO_X移除率R1之间的关系等的视图。

[图11]图11A、11B和11C为示出烃的注射量等的图的视图。

[图12]图12为示出NO_X释放控制的视图。

[图13]图13为示出排出的NO_X量NOXA的图的视图。

[图14]图14为示出燃料注射时机的视图。

[图15]图15为示出额外的烃进给量WR的图的视图。

[图16]图16为示出切换温度ST和ST₀的视图。

[图17]图17为示出切换温度ST和ST₀的另一个实施方案的视图。

[图18]图18为示出切换温度ST和ST₀的再一个实施方案的视图。

[图19]图19A和19B为示出基础空-燃比等的图的视图。

[图20]图20为示出第一NO_X净化方法和第二NO_X净化方法的视图。

[图21]图21为进行NO_X净化控制的流程图。

[图22]图22为进行NO_X净化控制的另一个实施方案的流程图。

[图23]图23为示出在车辆加速运行时NO_X量等的变化的视图。

[图24]图24为示出在车辆加速运行时从排气净化催化剂流出的NO_X的量等的变化的时间图。

[图25]图25A、25B和25C为示出烃自烃进给阀的注射量和注射期的视图。

[图26]图26A和26B为解释在车辆加速运行时烃自烃进给阀的注射期的视图。

[图27]图27为进行NO_X净化控制的流程图，其示出了图22中由虚点线F圈起来的部分的另一个实施方案。

[图28]图28为进行NO_X净化控制的流程图，其示出了图22中由虚点线F圈起来的部分的再一个实施方案。

[图29]图29为进行NO_X净化控制的流程图，其示出了图22中由虚点线F圈起来的部分的又一个实施方案。

具体实施方式

图1为压燃式内燃机的整体视图。

参照图1，1指示发动机机体，2指示每一个汽缸的燃烧室，3指示用于向每一个燃烧室2中注射燃料的电子控制燃料注射器，4指示进气歧管，5指示排气歧管。进气歧管4通过进气道6连接到排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，而压缩机7a的入口通过进气量检测器8连接到空气清洁器9。在进气道6内部，布置有由致动器驱动的节流阀10。在进气道6周围，布置有冷却设备11以冷却流经进气道6的内部的进气。在图1中所示的实施方案中，发动机冷却水被导向冷却设备11的内部，在这里，发动机冷却水被用来冷却进气。

另一方面，排气歧管5连接到排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口，并且排气涡轮7b的出口通过排气管12连接到排气净化催化剂13的入口。在本发明的一个实施方案中，此排气净化催化剂13包含NO_X存储催化剂13。排气净化催化剂13的出口连接到微粒过滤器14并且在排气管12内部排气净化催化剂13的上游布置有烃进给阀15以进给包含柴油或用作压燃式内燃机的燃料的其它燃料的烃。在图1中所示的实施方案中，使用柴油作为自烃进给阀15进给的烃。注意，本发明也可应用于其中燃料在贫空-燃比下燃烧的点燃式内燃机。在这种情况下，自烃进给阀15进给包含汽油或用作点燃式内燃机的燃料的其它燃料的烃。

另一方面，排气歧管5和进气歧管4通过排气再循环(后文称为“EGR”)通道16彼此连接。在EGR通道16内部，布置有电子控制EGR控制阀17。此外，在EGR通道16周围，布置有冷却设备18以冷却流经EGR通道16的内部的EGR气体。在图1中所示的实施方案中，发动机冷却水被导向冷却设备18的内部，在这里，发动机冷却水被用来冷却EGR气体。另一方面，每一个燃料注射器3通过燃料进给管19连接到共轨20。此共轨20通过电子控制可变排量燃料泵21连接到燃料罐22。存储在燃料罐22的内部的燃料通过燃料泵21进给到共轨20的内部。进给到共轨20的内部的燃料通过每一个燃料进给管19进给到燃料注射器3。

电子控制单元30包括数字计算机，所述数字计算机具有通过双向总线31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，布置有温度传感器23以检测从排气净化催化剂13流出的排气的温度并布置有压差传感器24以检测在向微粒过滤器14附接微粒过滤器14之前和之后的压差。这些温度传感器23、压差传感器24和进气量检测器8的输出信号分别通过对应的AD转换器37输入到输入端口35。此外，加速器踏板40具有连接到其的载荷传感器41，该载荷传感器41生成与加速器踏板40的压下量L成比例的输出电压。载荷传感器41的输出电压通过对应的AD转换器37输入到输入端口35。此外，在输入端口35处，连接有曲柄角传感器42，其在每一次曲柄轴旋转例如15°时生成输出脉冲。另一方面，输出端口36通过对应的驱动电路38连接到每一个燃料注射器3、用于驱动节流阀10的致动器、烃进给阀15、EGR控制阀17和燃料泵21。

图2示意性地示出了负载在图1中所示排气净化催化剂13的基底上的催化剂载体的表面部分。在此排气净化催化剂13处，如图2中所示，例如提供了由氧化铝制成的催化剂载体50，在催化剂载体50上负载有包含铂Pt的贵金属催化剂51。此外，在此催化剂载体50上，形成有碱性层53，该碱性层53包含选自钾K、钠Na、铯Cs或另外的此类碱金属、钡Ba、钙Ca或另外的此类碱土金属、镧系元素或另外的此类稀土、以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir或另外的能够向NO_X提供电子的金属中的至少一种元素。在此情况下，在排气净化催化剂13的催化剂载体50上，除了铂Pt之外，还可负载铑Rh或钯Pd。注意排气沿催化剂载体50的顶部流动，因而贵金属催化剂51可以说是负载在排气净化催化剂13的排气流动面上。此外，碱性层53的表面呈现出碱性，因而碱性层53的表面被称为“碱性排气流动面部分54”。

如果烃自烃进给阀15注射到排气中，则烃被排气净化催化剂13重整。在本发明中，此时使用经重整的烃来移除排气净化催化剂13处的NO_X。图3示意性地示出了此时在排气净化催化剂13处进行的重整动作。如图3中所示，自烃进给阀15注射的烃HC将因贵金属催化剂51而变为具有小碳数的自由基烃HC。

图4示出了烃自烃进给阀15的进给时机和流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比(A/F)_流入变化。注意，空-燃比(A/F)_流入的变化取决于流入排气净化催化剂13的排气中烃浓度的变化，因而可以说图4中所示空-燃比(A/F)_流入的变化表达的是烃浓度的变化。然而，如果烃浓度变得更高，则空-燃比(A/F)_流入变得更小，因而在图4中，空-燃比(A/F)_流入越多地变到富侧，则烃浓度就越高。

图5示出了当周期性地使流入排气净化催化剂13中的烃的浓度改变以致如图4中所示周期性地使流向排气净化催化剂13的排气的空-燃比(A/F)_流入为富时，相对于排气净化催化剂13的催化剂温度TC的排气净化催化剂13的NO_X移除率R1。在这点上，作为关于长时间的NO_X净化的研究结果，认识到如果使得流入排气净化催化剂13中的烃的浓度在预定的振幅范围内和预定的周期范围内振动，则如图5中所示，获得极其高的NO_X移除率R1，甚至在350℃或更高的高温区中亦如此。

此外认识到，此时，大量的含有氮和烃的还原性中间体继续被保持或吸附于碱性层53的表面上，即排气净化催化剂13的碱性排气流动面部分54上，并且还原性中间体在获得高NO_X移除率R1中起到核心作用。接下来，将参照图6A和6B对此进行解释。注意，这些图6A和6B示意性地示出了排气净化催化剂13的催化剂载体50的表面部分。这些图6A和6B示出了当使流入排气净化催化剂13中的烃的浓度以预定范围内的振幅和预定范围内的周期振动时据推测发生的反应。

图6A示出了当流入排气净化催化剂13中的烃的浓度低时，而图6B示出了当自烃进给阀15进给烃并使得流向排气净化催化剂13的排气的空-燃比(A/F)_流入为富，即流入排气净化催化剂13中的烃的浓度变得更高时。

现在，如自图4可理解的，除瞬间外使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比保持为贫的，因而流入排气净化催化剂13中的排气通常为氧过量的状态。此时，排气中所含的一部分NO沉积在排气净化催化剂13上，而排气中所含的一部分NO如图6A中所示在铂51上被氧化并变为NO₂。接下来，此NO₂被进一步氧化并变为NO₃。此外，一部分NO₂变为NO₂ ^-。因此，在铂Pt 51上，产生NO₂ ^-和NO₃。沉积在排气净化催化剂13上的NO和形成在铂Pt 51上的NO₂ ^-和NO₃的活性强。因此，下文将这些NO、NO₂ ^-和NO₃称为“活性NO_X ^＊”。

另一方面，如果自烃进给阀15进给烃并使得流向排气净化催化剂13的排气的空-燃比(A/F)_流入为富的，则烃相继沉积在整个排气净化催化剂13上。大多数沉积的烃相继与氧反应并燃烧。一部分沉积的烃在排气净化催化剂13的内部相继被重整并变得自由基化，如图3中所示。因此，如图6B中所示，活性NO_X ^＊周围的氢浓度变得更高。在这点上，如果在产生活性NO_X ^＊后活性NO_X ^＊周围的高氧浓度状态继续恒定的时间或更长，则活性NO_X ^＊被氧化并以硝酸根离子NO₃ ^-的形式被吸收在碱性层53内部。然而，如果在此恒定的时间结束之前活性NO_X ^＊周围的烃浓度变得更高，如图6B中所示，则活性NO_X ^＊在铂51上与自由基烃HC反应从而形成还原性中间体。还原性中间体粘附或吸附于碱性层53的表面上。

注意，此时，认为首先产生的还原性中间体是硝基化合物R-NO₂。如果产生了此硝基化合物，则结果变为腈化合物R-CN，但此腈化合物R-CN仅可以此状态瞬时存在，因此立即变为异氰酸酯化合物R-NCO。此异氰酸酯化合物R-NCO如果水解，则变为胺化合物R-NH₂。然而，在这种情况下，认为被水解的是异氰酸酯化合物R-NCO的一部分。因此，如图6B中所示，保持或吸附在碱性层53的表面上的大多数还原性中间体据信为异氰酸酯化合物R-NCO和胺化合物R-NH₂。

另一方面，如图6B中所示，如果产生的还原性中间体被烃HC所包围，则还原性中间体被烃HC封闭并且反应将不再进行。在这种情况下，如果降低流入排气净化催化剂13中的烃的浓度，则沉积在还原性中间体周围的烃将被氧化和消耗，并因此，还原性中间体周围氧的浓度变得更高，还原性中间体与排气中的NO_X反应、与活性NO_X ^＊反应、与周围的氧反应或自身分解。由于这，还原性中间体R-NCO和R-NH₂如图6A中所示转化为N₂、CO₂和H₂O，因此NO_X得以移除。

以此方式，在排气净化催化剂13中，当使流入排气净化催化剂13中的烃的浓度更高时，产生还原性中间体，而在使流入排气净化催化剂13中的烃的浓度降低后，当氧浓度升高时，还原性中间体与排气中的NO_X或者活性NO_X ^＊或氧反应或自身分解，由此移除NO_X。即，为了使排气净化催化剂13移除NO_X，流入排气净化催化剂13中的烃的浓度必须周期性地改变。

当然，在这种情况下，有必要升高烃浓度至足够高的浓度以产生还原性中间体以及有必要降低烃浓度至足够低的浓度以使得产生的还原性中间体与排气中的NO_X或者活性NO_X ^＊或氧反应或自身分解。即，有必要使流入排气净化催化剂13中的烃的浓度以在预定范围内的振幅振动。注意，在这种情况下，有必要使这些还原性中间体保持在碱性层53即碱性排气流动面部分54上，直至产生的还原性中间体R-NCO和R-NH₂与排气中的NO_X或者活性NO_X ^＊或氧反应或自身分解。为此，提供碱性排气流动面部分54。

另一方面，如果加长烃的进给周期，则在进给烃之后直至下一次进给烃之前的期间中，直至氧浓度变得更高之前的时间变得更长。因此，活性NO_X ^＊以硝酸盐的形式吸收在碱性层53中而不产生还原性中间体。为避免这种情况，有必要使流入排气净化催化剂13中的烃的浓度以在预定范围内的周期振动。

因此，在根据本发明的实施方案中，为使排气中所含的NO_X和重整的烃反应并产生含有氮和烃的还原性中间体R-NCO和R-NH₂，在排气净化催化剂13的排气流动面上负载贵金属催化剂51。为了将所产生的还原性中间体R-NCO和R-NH₂保持在排气净化催化剂13内部，在贵金属催化剂51周围形成碱性层53。被保持在碱性层53上的还原性中间体R-NCO和R-NH₂被转化为N₂、CO₂和H₂O。使烃浓度的振动周期为使还原性中间体R-NCO和R-NH₂的产生连续所需的振动周期。附带地，在图4中示出的实例中，使注射间隔为3秒。

如果使烃浓度的振动周期，即自烃进给阀15注射烃的周期，长于上面的预定范围的周期，则还原性中间体R-NCO和R-NH₂自碱性层53的表面消失。此时，在铂Pt 53上产生的活性NO_X ^＊如图7A中所示以硝酸根离子NO₃ ^-的形式在碱性层53中扩散并变为硝酸盐。即，此时，排气中的NO_X以硝酸盐的形式被吸收于碱性层53的内部。

另一方面，图7B示出了其中当NO_X以硝酸盐的形式被吸收于碱性层53的内部时使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比为富的情况。在这种情况下，排气中的氧浓度下降，因而反应在相反方向上(NO₃ ^-→NO₂)进行，因此，吸收在碱性层53中的硝酸盐相继变为硝酸根离子NO₃ ^-并如图7B中所示以NO₂的形式自碱性层53释放。接下来，释放的NO₂被排气中所含的烃HC和CO还原。

图8示出了在碱性层53的NO_X吸收能力变饱和之前使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比(A/F)_流入临时性地轻微为富的情况。注意，在图8示出的实例中，此富控制的时间间隔为1分钟或更长。在这种情况下，当排气的空-燃比(A/F)_流入为贫时吸收在碱性层53中的NO_X在使排气的空-燃比(A/F)_流入临时性地为富时立即自碱性层53全部释放并被还原。因此，在这种情况下，碱性层53起到吸收剂的作用用于临时性地吸收NO_X。

注意，此时，有时碱性层53临时性地吸附NO_X。因此，如果使用术语“存储”作为既包括“吸收”又包括“吸附”的术语，则此时，碱性层53进行NO_X存储剂的作用以临时性地存储NO_X。即，在这种情况下，如果将供给到发动机进气通道、燃烧室2和排气通道中排气净化催化剂13的上游中的空气和燃料(烃)的比率称为“排气的空-燃比”，则排气净化催化剂13充当NO_X存储催化剂，其在排气的空-燃比为贫时存储NO_X并在排气中的氧浓度下降时释放所存储的NO_X。

图9的实线示出了在使得排气净化催化剂13以此方式充当NO_X存储催化剂时的NO_X移除率R2。注意，图9的横坐标示出了排气净化催化剂13的催化剂温度TC。在使得排气净化催化剂13充当NO_X存储催化剂时，如图9中所示，当催化剂温度TC为250℃至300℃时，获得极其高的NO_X移除率，但当催化剂温度TC变为350℃或更高的高温时，NO_X移除率R2下降。

以此方式，当催化剂温度TC变为350℃或更高时，NO_X移除率R2下降，因为如果催化剂温度TC变为350℃或更高，则NO_X较不易于存储，并且硝酸盐因热而分解并以NO₂的形式自排气净化催化剂13释放。即，只要以硝酸盐的形式存储NO_X，则当催化剂温度TC高时，难以获得高的NO_X移除率R2。然而，在图4至图6A和6B示出的新的NO_X净化方法中，以硝酸盐的形式存储的NO_X的量小，并因此如图5中所示，甚至在催化剂温度TC高时，也获得了高的NO_X移除率R1。

在根据本发明的实施方案中，为了能够通过使用此新的NO_X净化方法来净化NO_X，在发动机排气通道中布置用于进给烃的烃进给阀15，在发动机排气通道中烃进给阀15的下游布置排气净化催化剂13，在排气净化催化剂13的排气流动面上负载贵金属催化剂51，在贵金属催化剂51周围形成碱性层53，所述排气净化催化剂13具有如果在预定的周期范围内自烃进给阀15注射烃则将通过保持在碱性层53上的还原性中间体还原排气中所含NO_X的性质并且具有如果使得自烃进给阀15注射烃的周期长于此预定范围则将增大排气中所含NO_X的存储量的性质，并且在发动机运行时，在预定的周期范围内自烃进给阀15注射烃以由此还原排气净化催化剂13中的排气中所含的NO_X。

即，图4至图6A和6B所示的NO_X净化方法可以说是一种新的NO_X净化方法，其设计为在使用负载贵金属催化剂并形成可吸收NO_X的碱性层的排气净化催化剂的情况下移除NO_X而不形成如此多的硝酸盐。实际上，在使用此新的NO_X净化方法时，与其中使排气净化催化剂13充当NO_X存储催化剂的情况相比，自碱性层53检测到的硝酸盐的量较小。注意，此新的NO_X净化方法将在下文称为“第一NO_X移除方法”。

下面，如前面所提到，如果烃自烃进给阀15的注射周期ΔT变得更长，则其中在注射烃之后到下一次注射烃时的时间段中活性NO_X ^＊周围的氧浓度变得更高的时间段变得更长。在这种情况下，在图1中所示的实施方案中，如果烃的注射周期ΔT变得长于约5秒，则活性NO_X ^＊开始以硝酸盐的形式被吸收在碱性层53内部。因此，如图10中所示，如果烃浓度的振动周期ΔT变得长于约5秒，则NO_X移除率R1下降。因此，必须使烃的注射周期ΔT为5秒或更少。

另一方面，在本发明的实施方案中，如果烃的注射周期ΔT变为约0.3秒或更少，则注射的烃开始积聚在排气净化催化剂13的排气流动面上，因此，如图10中所示，如果烃的注射周期ΔT变为约0.3秒或更少，则NO_X移除率R1下降。因此，在根据本发明的实施方案中，使烃的注射周期为0.3秒至5秒。

此外，在根据本发明的第一NO_X移除方法中，排气中所含的NO_X将被保持在碱性层53上的还原性中间体所还原。因此，当排气中所含NO_X的量增大时，有必要增大生成的还原性中间体的量。为了增大生成的还原性中间体的量，有必要增大每单位时间自烃进给阀15进给的烃的量。为此，有必要增大烃自烃进给阀15的注射量或缩短烃自烃进给阀15的注射周期ΔT。在这种情况下，如果过度地增大烃自烃进给阀15的注射量，则逃逸通过排气净化催化剂13的烃的量结果会增大，因而即便增大烃自烃进给阀15的注射量，也存在极限。因此，不能使烃自烃进给阀15的注射量来大大改变之。因此，在根据本发明的一个实施方案中，如图10B中所示，排气中所含的NO_X的量(mg/s)增大越多，则使烃自烃进给阀15的注射周期ΔT越短并因此使每单位时间进给的烃的量增大越多。

在根据本发明的一个实施方案中，为确保通过第一NO_X移除方法的良好NO_X移除动作，提前找出烃自烃进给阀15的最佳注射量和注射周期。在这种情况下，在根据本发明的一个实施方案中，在通过第一NO_X移除方法进行NO_X移除动作时，将烃的最佳注射量WT作为自燃料注射器3注射的量Q和发动机速度N的函数以如图11A中所示的图的形式提前存储在ROM32中。此外，也将此时烃的最佳注射周期ΔT作为自燃料注射器3注射的量Q和发动机速度N的函数以如图11B中所示的图的形式提前存储在ROM 32中。

图11C示意性地示出了存储在图11B的图中的注射周期ΔT的值。注意，图11C中的曲线指示等价注射周期线，并且在图11C中，注射周期ΔT按ΔT1、ΔT2、……ΔTn的顺序变短。在这点上，排气中所含NO_X的量(mg/s)增大越多，则自燃料注射器3注射的量Q增大越多，即发动机载荷增大越多，则发动机速度N增高越多。因此，如自图11C应理解，自燃料注射器3注射的量Q增大越多则使注射周期ΔT越短并且发动机速度N越高则使注射周期ΔT越短。

接下来，参照图12至图15，将具体解释在使排气净化催化剂13充当NO_X存储催化剂时的NO_X净化方法。在以此方式使排气净化催化剂13充当NO_X存储催化剂的情况下的NO_X净化方法将在下文称为“第二NO_X移除方法”。

在此第二NO_X移除方法中，如图12中所示，当存储在碱性层53中的NO_X的存储NO_X量∑NOX超过预定的容许量MAX时，使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比(A/F)_流入临时性地为富。如果使排气的空-燃比(A/F)为富，则当排气的空-燃比(A/F)_流入为贫时存储在碱性层53中的NO_X将立即全部自碱性层53释放并还原。由于这，NO_X得以移除。

存储NO_X量∑NOX由例如自发动机排放的NO_X的量计算。在根据本发明的此实施方案中，将每单位时间自发动机排放的NO_X的排放NO_X量NOXA作为注射量Q和发动机速度N的函数以如图13中所示的图的形式提前存储在ROM 32中。存储NO_X量∑NOX自此排放NO_X量NOXA计算。在这种情况下，如前面所解释的，使排气的空-燃比(A/F)_流入为富的周期常常为1分钟或更长。

在此第二NO_X移除方法中，如图14中所示，通过除了燃烧用燃料Q外还自燃料注射器3向每一个燃烧室2中注射额外的燃料WR，使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比(A/F)_流入为富的。注意，在图14中，横坐标指示曲柄角。此额外的燃料WR在其将燃烧但不作为发动机输出出现的时机下注射，即，在压缩上止点后ATDC90°略前。将此燃料量WR作为注射量Q和发动机速度N的函数以如图15中所示的图的形式提前存储在ROM 32中。当然，在这种情况下，还可以使烃自烃进给阀15的注射量增大来使排气的空-燃比(A/F)_流入为富的。

那么，如在比较图5中所示通过第一NO_X移除方法的NO_X移除率R1与图9中所示通过第二NO_X移除方法的NO_X移除率R2的情况下将理解的，当催化剂温度TC较低时，通过第二NO_X移除方法的NO_X移除率R2变高，而如果催化剂温度TC变高，则通过第一NO_X移除方法的NO_X移除率R1变高。因此，在根据本发明的一个实施方案中，一般来说，当催化剂温度TC低时，使用第二NO_X移除方法，而如果催化剂温度TC高，则使用第一NO_X移除方法。

在这点上，如上面所解释的，当在使用第一NO_X移除方法时，排气中所含NO_X将由保持在碱性层53上的还原性中间体所还原，且生成此还原性中间体所需的量的烃自烃进给阀15进给。另一方面，当在使用第二NO_X移除方法时，通过使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比为富的使存储的NO_X自排气净化催化剂13释放并还原。在这点上，为以此方式使曾经存储在排气净化催化剂13中的NO_X自排气净化催化剂13释放并还原，大量的还原剂成为必要。

因此，在第二NO_X移除方法中使存储的NO_X自排气净化催化剂13释放并使之还原所需的还原剂的量(即，使排气的空-燃比为富所需的燃料的量)比在第一NO_X移除方法中生成还原性中间体所需的烃的量(即，还原剂的量)要大。即，与使用第一NO_X移除方法的情况相比，在使用第二NO_X移除方法的情况下移除NO_X所需的还原剂的量较大。因此，优选尽可能使用第一NO_X移除方法。

在这点上，如上面所解释的，在根据本发明的一个实施方案中，当催化剂温度TC低时，使用第二NO_X移除方法，而当催化剂温度TC高时，使用第一NO_X移除方法。因此，在根据本发明的一个实施方案中，如果催化剂温度TC变高，则NO_X移除方法将自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换。在这种情况下，如上面所解释的，优选尽可能使用第一NO_X移除方法，因而当NO_X移除方法自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换时排气净化催化剂的温度优选尽可能低。然而，已认识到使用第一NO_X移除方法给出良好NO_X移除率的排气净化催化剂的容许下限温度受排气中所含NO_X的量的影响并且排气中所含NO_X的量增大越多则此容许下限温度变得越低。接下来，将在参照图16的同时解释排气净化催化剂13的此容许下限温度。

在图16中，实线ST示出了排气净化催化剂13的容许下限温度。注意，在图16中，纵坐标示出了排气净化催化剂13的温度TC，而横坐标示出了排气中所含的每单位时间NO_X的量(mg/s)。即，如上面所解释的，在第一NO_X移除方法中，排气中所含NO_X由保持在碱性层53上的还原性中间体所还原。因此，当排气中所含NO_X的量增大时，有必要增大生成的还原性中间体的量。为增大生成的还原性中间体的量，有必要增大每单位时间自烃进给阀15进给的烃的量。为此，有必要增大烃自烃进给阀15的注射量或缩短烃自烃进给阀15的注射周期ΔT。因此，在根据本发明的一个实施方案中，如图10B中所示，排气中所含NO_X的量(mg/s)增大越多，则使烃自烃进给阀15的注射周期ΔT越短。换句话说，排气中所含NO_X的量减少地越多，则使烃自烃进给阀15的注射周期ΔT越长。

在这点上，如果使烃自烃进给阀15的注射周期ΔT更长，则如参照图10A所解释的，NO_X被存储在碱性层53中的危险升高。另一方面，如上面所解释的，如果催化剂温度TC变高，则变得越难以使NO_X存储在碱性层53中。因此，当使烃自烃进给阀15的注射周期ΔT长时，如果催化剂温度TC高则消除了NO_X被存储在碱性层中的危险。即，当排气中所含NO_X的量减小并且使烃自烃进给阀15的注射周期ΔT长时，如果催化剂温度TC高则消除NO_X被存储在碱性层中的危险。因此，其中即便自烃进给阀15注射烃以通过第一NO_X移除方法进行NO_X移除动作也无NO_X被存储在碱性层中的危险的排气净化催化剂13的容许下限温度ST，即其中即便自烃进给阀15注射烃以通过第一NO_X移除方法进行NO_X移除动作也获得良好NO_X移除率的排气净化催化剂13的容许下限温度ST，如图16中所示，在排气中所含NO_X的量(mg/s)越小时变得越高。

在这种情况下，如果使NO_X移除方法自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换时的催化剂温度TC为排气净化催化剂13的该容许下限温度ST，则变得可以在最高的频率下使用第一NO_X移除方法。因此，在根据本发明的一个实施方案中，使排气净化催化剂13的该容许下限温度ST为自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法的切换温度。因此，在根据本发明的一个实施方案中，如图16中所示，在流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量越高时使自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法的切换温度ST越低。

另一方面，排气净化催化剂13具有催化剂特异性下限温度，在此温度下，生成还原性中间体的能力下降并因此NO_X移除率下降而不管流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量如何，并且可以说如果排气净化催化剂13的温度TC变为此催化剂特异性下限温度或更低则优选避免第一NO_X移除方法的使用。对于第一NO_X移除方法存在的此催化剂特异性下限温度，换句话说，使用第一NO_X移除方法的排气净化催化剂13的下限温度，在图16中以ST₀示出。此催化剂特异性下限温度ST₀变为恒定的温度，其根据排气净化催化剂13来确定。如图5中所示，排气净化催化剂13具有移除率下降开始温度TC1，在此温度下，在其中在使用第一NO_X移除方法的情况下当排气净化催化剂13的温度TC下降时NO_X移除率开始下降。在图16中示出的实施方案中，此移除率下降开始温度TC1被用作催化剂特异性下限温度ST₀。如图16中所示，在此实施方案中，如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量增大，则在NO_X量SN处，容许下限温度ST，即切换温度ST，匹配催化剂特异性下限温度ST₀。

在这点上，流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量根据发动机运行状态改变。在图16中所示的实施方案中，流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量根据发动机运行状态在图16的横坐标所示的范围内改变。因此，在图16中所示的实施方案中，当流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量增大时，其中自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法的切换温度下降的范围变为在流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量的变化范围中少量侧的变化范围内，该NO_X的量根据发动机运行状态改变。即，在图16中所示的实施方案中，当流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量小于对应于容许下限温度ST与催化剂特异性下限温度ST₀之间的边界的NO_X量SN时，即当流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量在流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量的变化范围内少量侧的变化范围中时，如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量增大则使切换温度ST更低。

注意，在图16中示出的实施方案中，催化剂特异性下限温度ST₀也表示NO_X移除方法自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换的切换温度ST。因此，在图16中示出的实施方案中，当流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量在流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量的变化范围内少量侧的变化范围中时，如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量增大，则切换温度ST降低，而如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量变得大于对应于容许下限温度ST与催化剂特异性下限温度ST₀之间的边界的NO_X量SN，即变得大于上面提到的少量侧变化范围，则切换温度ST保持在催化剂特异性下限温度ST₀处。

在这点上，如果发动机速度升高并且排气的量增大，则排气中所含NO_X的量增大。另一方面，如果排气的量增大，则排气流经排气净化催化剂13的内部的流量变得更快并且NO_X变得越难存储在排气净化催化剂13中。因此，如果在此时使用第二NO_X移除方法，则大量的NO_X逃逸通过排气净化催化剂13，因此，NO_X移除率下降。另一方面，在此时使用第一NO_X移除方法有时给出高的NO_X移除率。当在图16中在温度低于其中NO_X的量大的下限温度ST₀的状态中时，出现这样的情况。因此，即便NO_X移除率下降，有时也优选降低下限温度ST₀。因此，在图17中示出的实施方案中，作为下限温度ST₀，使用低于图16中示出的移除率下降开始温度TC1的温度TC2。此温度TC2，如图5中所示，为NO_X移除率R1变为50％或更低的催化剂温度TC。因此，在图17中所示的实施方案中，当NO_X的量大时，即便催化剂温度TC与图16中所示的实施方案相比较低，也使用第一NO_X移除方法。

在图17中示出的实施方案中，同样，下限温度ST₀表示NO_X移除方法自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换的切换温度ST。因此，在图17中示出的实施方案中，同样，当流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量在流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量的变化范围内少量侧的变化范围中时，如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量增大，则切换温度ST降低，而如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量变得大于对应于容许下限温度ST与催化剂特异性下限温度ST₀之间的边界的NO_X量SN，即变得大于上面提到的少量侧变化范围，则切换温度ST保持在催化剂特异性下限温度ST₀处。

注意，如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量在流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量的整个变化范围上增大，则有时使切换温度ST更低，具体取决于排气净化催化剂13。如果也将这样的情况包括在本发明中，至少当流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量在流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量的变化范围内的少量侧变化范围中时，如果流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量增大，则使切换温度ST更低。

如上所述，在根据本发明的一个实施方案中，当催化剂温度TC低于切换温度ST和ST₀时，使用第二NO_X移除方法，而当催化剂温度TC高于切换温度ST和ST₀时，使用第一NO_X移除方法。在这种情况下，切换温度ST和ST₀与流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量之间的关系被提前存储在ROM 32中。此外，在根据本发明的一个实施方案中，提供了NO_X移除方法切换装置用于在当排气净化催化剂13的温度升高并超过预定切换温度ST时将NO_X移除方法自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换。此NO_X移除方法切换装置根据流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量控制切换温度ST，其中NO_X的量根据发动机运行状态改变。在这种情况下，在根据本发明的一个实施方案中，电子控制单元30构成NO_X移除方法切换装置。

另一方面，当在使用第一NO_X移除方法时，如果流入排气净化催化剂13中的排气中的氧浓度变得更高，则NO₂氧化作用得以促进，因而NO_X变得易于存储在碱性层53中。另一方面，如上面所解释的，如果催化剂温度TC变高，则NO_X变得难以存储在碱性层53中。因此，当流入排气净化催化剂13中的排气中的氧浓度变得更高时，如果催化剂温度TC高，则NO_X被存储在碱性层53中的危险被消除。因此，在根据本发明的另一个实施方案中，如图18中所示，如果流入排气净化催化剂13中的排气中的氧浓度变得更高，则使在该温度下NO_X移除方法自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换的排气净化催化剂13切换温度ST如ST1、ST2和ST3所示逐渐更高。

注意，流入排气净化催化剂13中的排气中的氧浓度与基础空-燃比AFB成正比。此基础空-燃比AFB作为自燃料注射器3注射的量Q和发动机速度N的函数以如图19A中所示的图的形式提前存储在ROM 32中。在根据本发明的一个实施方案中，切换温度ST的升高量ΔST与基础空-燃比AFB之间的关系，例如图19B中所示，被提前设置，并且切换温度ST的升高量ΔST自此关系计算。如自图19B应理解的，如果基础空-燃比AFB变高，则切换温度ST的升高量ΔST增大。因此，应理解，随着基础空-燃比AFB变得更高，使在该温度下NO_X移除方法自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换的排气净化催化剂切换温度ST更高。

图20示出了注射额外的燃料WR的时机、注射烃WT的时机、流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比(A/F)_流入变化和当NO_X移除动作自第二NO_X移除方法的NO_X移除动作向第一NO_X移除方法的NO_X移除动作切换时存储在排气净化催化剂13中的存储NO_X量∑NOX。如果在其中NO_X被存储在排气净化催化剂13中的状态下NO_X移除动作自第二NO_X移除方法的NO_X移除动作向第一NO_X移除方法的NO_X移除动作切换，则在开始第一NO_X移除方法的NO_X移除动作时，存储在排气净化催化剂13中的NO_X将被释放而不被还原。因此，在根据本发明的一个实施方案中，当NO_X移除动作自第二NO_X移除方法的NO_X移除动作向第一NO_X移除方法的NO_X移除动作切换时，当NO_X被存储在排气净化催化剂13中时，为了释放并还原存储的NO_X，如图20中所示，进给额外的燃料WR并由此使得流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比(A/F)_流入临时性地为富。

图21示出了在图16或图17中的实线所示的切换温度ST和ST₀下在第一NO_X移除方法和第二NO_X移除方法之间切换的情况下的NO_X净化控制例行程序。此例行程序通过每一固定时间间隔中断来执行。

参照图21，首先，在步骤60处，自图13中示出的图计算每单位时间排放的NO_X的量NOXA。接下来，在步骤61处，基于每单位时间排放的NO_X的此量NOXA自图16或图17中示出的关系计算切换温度ST和ST₀。接下来，例行程序行进到步骤62，在这里，判断基于来自温度传感器23的检测信号计算的排气净化催化剂13的催化剂温度TC是否低于切换温度ST和ST₀。当判断催化剂温度TC低于切换温度ST和ST₀时，例行程序行进到步骤63，在这里，执行第二NO_X移除方法的NO_X移除动作。

即，在步骤63处，每单位时间排放的NO_X的量NOXA被加到∑NOX以由此计算存储的NO_X量∑NOX。接下来，在步骤64处，判断存储的NO_X量∑NOX是否超过容许值MAX。当∑NOX＞MAX时，例行程序行进到步骤65，在这里，自图15中示出的图计算额外的燃料量WR并执行自燃料注射器3注射额外的燃料的动作。此时，使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比临时性地为富。接下来，在步骤66处，对∑NOX清零。

另一方面，当在步骤62处判断催化剂温度TC变得高于切换温度ST和ST₀时，例行程序行进到步骤67，在这里，判断催化剂温度TC现在是否已变得高于切换温度ST和ST₀。当在步骤67处判断催化剂温度TC现已变得高于切换温度ST和ST₀时，例行程序行进到步骤68，在这里，判断存储的NO_X量∑NOX是否小于恒定值MIN。注意，使此恒定值MIN为远远小于容许值MAX的值。当在步骤68处判断存储的NO_X量∑NOX大于恒定值MIN时，例行程序行进到步骤69。

在步骤69处，为了释放和还原存储的NO_X，自燃料注射器3进给对应于存储的NO_X量∑NOX的额外的燃料WR，由此使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比临时性地为富。接下来，在步骤70处，对∑NOX清零。另一方面，当在步骤67处判断催化剂温度TC现在尚未变得高于切换温度ST和ST₀时或当在步骤68处判断存储的NO_X量∑NOX小于恒定值MIN时，例行程序行进到步骤71，在这里，执行第一NO_X移除方法的NO_X移除动作。此时，按注射周期ΔT自烃进给阀15以量WT注射烃，其中量WT自图11A中所示的图计算，注射周期ΔT自图11B中所示的图计算。

图22示出了如图18中虚线所示在根据基础空-燃比AFB校正切换温度ST和ST₀的情况下的NO_X净化控制例行程序。此例行程序也通过每一固定时间间隔中断来执行。

参照图22，首先，在步骤80处，自图13中示出的图计算每单位时间排放的NO_X的量NOXA。接下来，在步骤81处，自图19A中示出的图计算基础空-燃比AFB。接下来，在步骤82处，自图19B中示出的关系计算对应于基础空-燃比AFB的切换温度ST的升高量ΔST。接下来，在步骤83处，升高量ΔST被加到基于每单位时间排放的NO_X的量NOXA自图18中示出的关系计算的切换温度ST和ST₀以由此计算最终切换温度ST和ST₀。接下来，例行程序行进到步骤84，在这里，判断基于温度传感器23的检测信号计算的排气净化催化剂13的催化剂温度TC是否低于切换温度ST和ST₀。当判断催化剂温度TC低于切换温度ST和ST₀时，例行程序行进到步骤85，在这里，执行第二NO_X移除方法的NO_X移除动作。

即，在步骤85处，每单位时间排放的NO_X的量NOXA被加到∑NOX以由此计算存储的NO_X量∑NOX。接下来，在步骤86处，判断存储的NO_X量∑NOX是否超过容许值MAX。当∑NOX＞MAX时，例行程序行进到步骤87，在这里，自图15中示出的图计算额外的燃料量WR并执行自燃料注射器3注射额外的燃料的动作。此时，使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比临时性地为富的。接下来，在步骤88处，对∑NOX清零。

另一方面，当在步骤84处判断催化剂温度TC变得高于切换温度ST和ST₀时，例行程序行进到步骤89，在这里，判断催化剂温度TC现在是否已变得高于切换温度ST和ST₀。当在步骤89处判断催化剂温度TC现已变得高于切换温度ST和ST₀时，例行程序行进到步骤90，在这里，判断存储的NO_X量∑NOX是否小于恒定值MIN。当在步骤90处判断存储的NO_X量∑NOX大于恒定值MIN时，例行程序行进到步骤91。

在步骤91处，为了释放和还原存储的NO_X，自燃料注射器3进给对应于存储的NO_X量∑NOX的额外的燃料WR，并使流入排气净化催化剂13中的排气的空-燃比临时性地为富的。接下来，在步骤92处，对∑NOX清零。另一方面，当在步骤89处判断催化剂温度TC现在尚未变得高于切换温度ST和ST₀时或当在步骤90处判断存储的NO_X量∑NOX小于恒定值MIN时，例行程序行进到步骤93，在这里，执行第一NO_X移除方法的NO_X移除动作。此时，按注射周期ΔT自烃进给阀15以量WT注射烃，其中量WT自图11A中所示的图计算，注射周期ΔT自图11B中所示的图计算。

接下来，将参照图23来解释当进行加速运行时的NO_X移除控制。在此图23中，示出了与图17中所示切换温度ST和ST₀相同的切换温度ST和ST₀。注意，下面将作为一个实例来描述其中当在图23中点C所示运行状态下进行加速运行时的情况。如果进行加速运行并使发动机速度快速增大，则排气的量快速增大并且排气中所含NO_X的量快速增大。因此，如果进行加速运行，如图23的点D所示，通常NO_X移除方法立即自第二NO_X移除方法向第一NO_X移除方法切换。图24示出了当进行加速运行时排气流量GW(g/s)的变化、流入排气净化催化剂13中的流入NO_X量NW(g/s)的变化和自排气净化催化剂13流出的流出NO_X量MW(g/s)的变化。

如图24中所示，如果进行加速运行，则排气流量GW快速增大，流入NO_X量NW快速增大，并且流出NO_X量MW与流入NO_X量NW的增大一道增大。注意，在加速运行的过程中，排气流量GW、流入NO_X量NW和流出NO_X量MW临时性地减小，因为齿轮比的切换使得发动机速度临时性地下降。那么，图24的流出NO_X量MW中的虚点线A示出了按存储在图11B的图中的稳态运行时的注射周期ΔT自烃进给阀15注射烃的情况下流出NO_X量MW的变化。此时自烃进给阀15注射烃的状态在图25A中示出。自图24应理解，当进行加速运行时，如果按存储在图11B的图中的稳态运行时的注射周期ΔT自烃进给阀15注射烃，则流出NO_X量MW将相当大。

即，在加速运行时，排气流量GW大，并且此时，即便按存储在图11B的图中的稳态运行时的注射周期ΔT自烃进给阀15注射烃，烃的量也不足以还原此时排气中所含的大量的NO_X。因此，此时，相当大量的NO_X逃逸通过排气净化催化剂13。因此，如图24中虚点线A所示，流出NO_X量MW将变得相当大。在此情况下，为减小流出NO_X量MW，必须增大每单位时间自烃进给阀15注射的量。图24的流出NO_X量MW中虚线B示出了通过如图25B中所示增大烃的注射量来增大每单位时间自烃进给阀15的注射量的情况。如自图24应理解的，在此情况下，流出NO_X量MW与在按存储在图11B的图中的稳态运行的注射周期ΔT自烃进给阀15注射烃的情况下的流出NO_X量MW相比没有太大的变化。这据信是因为即便增大烃的注射量，逃逸通过排气净化催化剂13的烃的量恰恰也增大，这无助于还原性中间体的生成量的增大。

另一方面，图24的流出NO_X量MW中的实线C示出了通过缩短烃的注射周期ΔT至如图25C中所示ΔTA来增大每单位时间自烃进给阀15的注射量的情况。在此情况下，如自图24明显可见，流出NO_X量MW将大大减小。即，当排气流量GW大并因此排气流经排气净化催化剂13的内部的流量快时，与当排气的流量慢时相比，将不再能确保足够的反应时间。因此，还原性中间体的生成量将减小。如果还原性中间体的生成量减小，则还原性中间体将还原NO_X并在生成后短时间内被消耗。此时，如果缩短烃的注射周期，则还原性中间体将继续存在于排气净化催化剂13上。因此，将变得可以充分地还原排气中所含的NO_X。因此，当排气的流量快时，如果如图25C中所示缩短烃的注射周期ΔT，则流出NO_X量MW将如图24中实线C所示减小。因此，在根据本发明的一个实施方案中，当排气流量快时，烃的注射周期ΔT将缩短。

现在，作为当进行加速运行且排气的流量快时缩短烃的注射周期ΔT的方法，有两种方法：将当进行加速运行时通常经历的运行状态时烃的注射周期ΔT设置为短，或者当在进行加速运行时或当排气的流量快时缩短烃的注射周期ΔT。图26A和图26B示出了前一方法，即将进行加速运行时通常经历的运行区域中烃的注射周期ΔT设置为短的方法。注意，图26A示出了与图11A中相同的等价注射周期线，而图26B示出了与图11A中所示的图相同的注射周期ΔT的图。

参照图26A，图26A用箭头示出了加速运行时自燃料注射器3注射的量Q和发动机速度N的典型变化模式。即，如果在点C的运行状态时进行加速运行，则自燃料注射器3注射的量Q快速增大且发动机速度N快速提高，因而运行状态变为点D所示的运行状态。接下来，如果回到稳态运行状态，则自燃料注射器3注射的量Q减小且发动机速度N下降，因而运行状态变为点E所示的运行状态。在此情况下，在图26A中所示的实例中，点D为当进行加速运行时通常经历的运行状态，且图26A中斜线H所示的高载荷中-高速区域为当进行加速运行时通常经历的运行区域。

在此实施方案中，此高载荷中-高速区域H中烃的注射周期ΔT设置为短于除此高载荷中-高速区域H外的等价注射周期线处的注射周期ΔT，并且对应于此高载荷中-高速区域H的图的区域H处的注射周期ΔT变为此短设置注射周期ΔT。在此实施方案中，使当进行加速运行时通常经历的高载荷中-高速区域H中的注射周期ΔT较短，因而当进行加速运行时，注射周期ΔT较短。因此，当进行加速运行时，可确保良好的NO_X移除率。

接下来，将解释当在进行加速运行时或当排气的流量快时缩短烃的注射周期ΔT的方法。如自图24应理解的，当排气流量GW大且排气的流量快时，缩短烃的注射周期ΔT使得流出NO_X量MW减小。因此，在第一实例中，使烃自烃进给阀15的注射周期ΔT在流入排气净化催化剂13中的排气的量大时比在流入排气净化催化剂13中的排气的量小时短。具体而言，在此第一实例中，当流出NO_X量MW超过预定的排气流量GX时，缩短烃的注射周期ΔT。

作为采用此第一实例的NO_X净化控制例行程序，使用在图22中由虚点线F所包围的部分中作了改变的例行程序。图27仅示出了为在图22中使用第一实例而改变的部分。

如果解释图27中由虚点线F所包围的部分，首先，在步骤100处，判断排气流量GW是否超过预定的排气流量GX。当排气流量GW不超过预定的排气流量GX时，例行程序行进到步骤80，在这里，自图13中示出的图计算每单位时间排放的NO_X的量NOXA。接下来，例行程序行进到图22的步骤81。与此相反，当在步骤100处判断排气流量GW超过预定的排气流量GX时，例行程序行进到步骤101，在这里，自图11A中所示的图计算稳态运行时自烃进给阀15注射烃的量WT。接下来，在步骤102处，使烃的注射周期ΔT为如图25C中所示的预定短注射周期ΔTA。此时，烃自烃进给阀15以注射量WTA注射，该注射量WTA在步骤101处通过注射周期ΔTA计算。

接下来，将解释当在进行加速运行时或当排气的流量快时使用缩短烃的注射周期ΔT的方法的第二实例。如自图24应理解的，当排气流量GW大且排气的流量快时，缩短烃的注射周期ΔT使得流出NO_X量MW减小。此外，在此时，当流入NO_X量NW大时，流出NO_X量MW可有效地减小。因此，在此第二实例中，当流入排气净化催化剂13中的排气中NO_X的量大以及流入排气净化催化剂13中的排气的量大时，缩短烃自烃进给阀15的注射周期ΔT。具体而言，在此第二实例中，当流入NO_X量NW超过预定的流入NO_X量NX以及排气流量GW超过预定的排气流量GX时，缩短烃的注射周期ΔT。

作为采用此第二实例的NO_X移除控制例行程序，也使用在图22中由虚点线F所包围的部分中作了改变的例行程序。图28仅示出了为在图22中使用第二实例而改变的部分。

如果解释图28中由虚点线F所包围的部分，首先，在步骤100处，判断流入NO_X量NW是否超过预定的流入NO_X量NX。当流入NO_X量NW不超过预定的流入NO_X量NX时，例行程序行进到步骤80，在这里，自图13中示出的图计算每单位时间排放的NO_X的量NOXA。接下来，例行程序行进到图22的步骤81。与此相反，当在步骤100处判断流入NO_X量NW超过预定的流入NO_X量NX时，例行程序行进到步骤101，在这里，判断排气流量GW是否超过预定的排气流量GX。

当在步骤101处判断排气流量GW不超过预定的排气流量GX时，例行程序行进到步骤80，然后，例行程序行进到图22的步骤81。与此相反，当在步骤101处判断排气流量GW超过预定的排气流量GX时，例行程序行进到步骤102，在这里，自图11A中所示的图计算稳态运行时自烃进给阀15注射烃的量WT。接下来在步骤103处，使烃的注射周期ΔT为如图25C中所示的预定短注射周期ΔTA。此时，烃自烃进给阀15以注射量WT注射，该注射量WT在步骤102处通过注射周期ΔTA计算。

接下来，将解释当在进行加速运行时或当排气的流量快时使用缩短烃的注射周期ΔT的方法的第三实例。在此第三实例中，在车辆加速运行时，缩短烃自烃进给阀15的注射周期ΔT。注意，在此第三实例中，例如，自加速器踏板40的压下量的变化速度判断是否在进行加速运行。当加速器踏板40的压下量的变化速度大于预定的变化速度时，判断在进行加速运行。

作为采用此第三实例的NO_X移除控制例行程序，也使用在图22中由虚点线F所包围的部分中作了改变的例行程序。图29仅示出了为在图22中使用第三实例而改变的部分。

如果解释图29中由虚点线F所包围的部分，首先，在步骤100处，判断是否在进行加速运行。当不在进行加速运行时，例行程序行进到步骤80，在这里，自图13中示出的图计算每单位时间排放的NO_X的量NOXA。接下来，例行程序行进到图22的步骤81。与此相反，当在步骤100处判断在进行加速运行时，例行程序行进到步骤101，在这里，自图11A中所示的图计算稳态运行时自烃进给阀15注射烃的量WT。接下来，在步骤102处，使烃的注射周期ΔT为如图25C中所示的预定短注射周期ΔTA。此时，烃自烃进给阀15以注射量WT注射，该注射量WT在步骤101处通过注射周期ΔTA计算。

注意，作为另一实施方案，还可以在发动机排气通道中排气净化催化剂13的上游布置氧化催化剂用于重整烃。

参考标记列表

4 进气歧管

5 排气歧管

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 烃进给阀

Claims

1.一种用于内燃机的排气净化系统，所述排气净化系统的特征在于包括：

布置在发动机排气通道中的排气净化催化剂；

布置在所述发动机排气通道中所述排气净化催化剂的上游的烃进给阀；

负载在所述排气净化催化剂的排气流动面上的贵金属催化剂；

设置在所述贵金属催化剂周围的碱性层；和

电子控制单元，其配置为：

进行第一NO_X移除方法，所述第一NO_X移除方法通过还原性中间体还原排气中所含的NO_X，所述还原性中间体被保持在所述碱性层上并通过在预定的周期范围内自所述烃进给阀注射烃而生成，

进行第二NO_X移除方法，其中以比所述预定范围长的周期使流入所述排气净化催化剂中的排气的空-燃比为富的以使得当所述排气的所述空-燃比为贫时存储在所述排气净化催化剂中的NO_X从所述排气净化催化剂释放并被还原，

当所述排气净化催化剂的温度升高并且所述温度超过预定切换温度时将NO_X移除方法自所述第二NO_X移除方法切换到所述第一NO_X移除方法，以及

根据流入所述排气净化催化剂中的排气中NO_X的量来控制所述预定切换温度，所述NO_X的量根据发动机运行状态改变，至少当流入的排气中NO_X的量处于所述流入的排气中NO_X的量的变化范围内少量侧的变化范围中时如果流入所述排气净化催化剂中的排气中NO_X的量增大则使所述预定切换温度更低。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其中

设置进行所述第一NO_X移除方法的所述排气净化催化剂的下限温度，以及

当所述流入的排气中NO_X的量大于所述少量侧的变化范围时将所述下限温度设置为所述预定切换温度。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的排气净化系统，其中

所述排气净化催化剂具有移除率下降开始温度，在所述移除率下降开始温度下，在进行所述第一NO_X移除方法时当所述排气净化催化剂的温度下降时NO_X移除率开始下降，以及

将所述移除率下降开始温度设置为所述下限温度。

4.根据权利要求2所述的用于内燃机的排气净化系统，其中

所述下限温度低于所述移除率下降开始温度。

5.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其中当在进行所述第一NO_X移除方法时，流入所述排气净化催化剂中的排气中NO_X的量越大，则使烃自所述烃进给阀的注射周期越短。

6.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其中使烃自所述烃进给阀的注射周期在流入所述排气净化催化剂中的排气的量大时比在流入所述排气净化催化剂中的排气的量小时的注射周期更短。

7.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其中当流入所述排气净化催化剂中的排气中所述NO_X的量大于第一预定的量以及流入所述排气净化催化剂中的排气的量大于第二预定的量时，使烃自所述烃进给阀的注射周期变为更短的周期。

8.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其中在车辆加速运行时，使烃自所述烃进给阀的注射周期更短。

9.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其中当流入所述排气净化催化剂中的排气中的氧浓度变高时，使所述排气净化催化剂的所述预定切换温度更高，在所述预定切换温度下所述电子控制单元配置为将所述NO_X移除方法自所述第二NO_X移除方法切换到所述第一NO_X移除方法。

10.根据权利要求9所述的用于内燃机的排气净化系统，其中当基础空-燃比变高时，使所述排气净化催化剂的所述预定切换温度更高，在所述预定切换温度下所述电子控制单元配置为将所述NO_X移除方法自所述第二NO_X移除方法切换到所述第一NO_X移除方法。