Система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания - RU2479730C1

Чертежи

Показать все 46 чертежа(ей)

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

В данной области техники известен двигатель внутреннего сгорания, в выпускном канале которого размещен катализатор накопления NO_X, который накапливает NO_X, который содержится в выхлопном газе, когда состав смеси "воздух-топливо" втекающего выхлопного газа является обедненным, и который высвобождает накопленный NO_X, когда состав смеси "воздух-топливо" втекающего выхлопного газа становится обогащенным, который размещает, в выпускном канале двигателя выше по потоку катализатора накопления NO_X, катализатор окисления, который имеет функцию адсорбции и который подает углеводороды в выпускной канал двигателя выше по потоку катализатора окисления, чтобы задавать состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор накопления NO_X, обогащенным при высвобождении NO_X из катализатора накопления NO_X (например, см. патентный документ 1).

В этом двигателе внутреннего сгорания углеводороды, которые подаются при высвобождении NO_X из катализатора накопления NO_X, становятся газообразными углеводородами в катализаторе окисления, и газообразные углеводороды подаются в катализатор накопления NO_X. Как результат, NO_X, который высвобождается из катализатора накопления NO_X, в значительной мере восстанавливается.

Патентные документы

Патентный документ 1: Патент Японии № 3969450.

Техническая задача

Тем не менее, имеется проблема того, что когда катализатор накопления NO_Xдостигает высокой температуры, падает скорость очистки NO_X.

Задачей настоящего изобретения является создание системы очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, которая позволяет получать высокую скорость очистки NO_X, даже если температура катализатора очистки выхлопных газов достигает высокой температуры.

Решение задачи

Согласно настоящему изобретению создана система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в которой катализатор очистки выхлопных газов размещается в выпускном канале двигателя для обеспечения реакции NO_X, содержащегося в выхлопном газе, и реформированных углеводородов, причем катализатор на основе драгоценных металлов содержится на поверхности протекания выхлопных газов катализатора очистки выхлопных газов, и базовая часть поверхности протекания выхлопных газов формируется вокруг катализатора на основе драгоценных металлов, при этом катализатор очистки выхлопных газов имеет свойство восстановления NO_X, который содержится в выхлопном газе, при вызывании варьирования концентрации углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, в предварительно определенном диапазоне амплитуды и в предварительно определенном диапазоне периода, и имеет свойство увеличения в накопленном объеме NO_X, который содержится в выхлопном газе, при увеличении периода колебаний концентрации углеводорода за пределы предварительно определенного диапазона, и во время работы двигателя концентрация углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, принудительно колеблется в предварительно определенном диапазоне амплитуды и в предварительно определенном диапазоне периода и тем самым восстанавливает NO_X, который содержится в выхлопном газе в катализаторе очистки выхлопных газов.

Преимущества изобретения

Даже если температура катализатора очистки выхлопных газов достигает высокой температуры, может достигаться высокая скорость очистки NO_X.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 является общим видом двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Фиг. 2 является видом, схематично показывающим поверхностную часть носителя катализатора.

Фиг. 3 является видом для пояснения реакции окисления в катализаторе очистки выхлопных газов.

Фиг. 4 является видом, показывающим изменение состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов.

Фиг. 5 является видом, показывающим скорость очистки NO_X.

Фиг. 6A и 6B являются видами для пояснения окислительно-восстановительной реакции в катализаторе очистки выхлопных газов.

Фиг. 7A и 7B являются видами для пояснения окислительно-восстановительной реакции в катализаторе очистки выхлопных газов.

Фиг. 8 является видом, показывающим изменение состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов.

Фиг. 9 является видом скорости очистки NO_X.

Фиг. 10 является временной диаграммой, показывающей изменение состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов.

Фиг. 11 является временной диаграммой, показывающей изменение состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов.

Фиг. 12 является видом, показывающим взаимосвязь между силой окисления катализатора очистки выхлопных газов и требуемым минимальным составом X смеси "воздух-топливо".

Фиг. 13 является видом, показывающим взаимосвязь между концентрацией кислорода в выхлопном газе и амплитудой ∆H концентрации углеводорода при условии идентичной скорости очистки NO_X.

Фиг. 14 является видом, показывающим взаимосвязь между амплитудой ∆H концентрации углеводорода и скоростью очистки NO_X.

Фиг. 15 является видом, показывающим взаимосвязь периода ∆T колебаний концентрации углеводорода и скорости очистки NO_X.

Фиг. 16 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов и т.д.

Фиг. 17 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов и т.д.

Фиг. 18A, 18B и 18C являются видами, показывающими карты объема W подачи углеводорода, периода ∆T подачи углеводородов и базового состава (A/F)b смеси "воздух-топливо".

Фиг. 19 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов и т.д.

Фиг. 20 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов и т.д.

Фиг. 21 является видом, показывающим взаимосвязь между значениями поправочных коэффициентов WK₁, ∆TK₁ и AFK₁ и температурой TC катализатора.

Фиг. 22 является видом, показывающим взаимосвязь между значениями поправочных коэффициентов WK₂, ∆TK₂ и AFK₂ и способностью M к окислению.

Фиг. 23 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов и т.д.

Фиг. 24 является видом, показывающим взаимосвязь между значением поправочного коэффициента WK₃ и объемом S отравления серой.

Фиг. 25 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов и т.д.

Фиг. 26 является видом, показывающим взаимосвязь между значением поправочного коэффициента ∆TK₄ и способностью N к удерживанию промежуточных соединений.

Фиг. 27 и 28 является блок-схемой последовательности операций способа для управления объемом подачи углеводорода.

Фиг. 29A, 29B и 29C являются видами для пояснения способа определения способности к окислению и т.д.

Фиг. 30 является блок-схемой последовательности операций способа для определения способности к окислению и т.д.

Фиг. 31A, 31B и 31C являются видами для пояснения другого способа определения способности к окислению и т.д.

Фиг. 32 является блок-схемой последовательности операций способа для определения способности к окислению и т.д.

Фиг. 33A и 33B являются видами, показывающими блок-схему последовательности операций способа для вычисления объема S отравления серой.

Фиг. 34 является блок-схемой последовательности операций способа для вычисления объема ∆(A/F)in сдвига к обедненной стороне.

Фиг. 35A и 35B являются видами для пояснения способа для нахождения способности N к удерживанию промежуточных соединений.

Фиг. 36 является блок-схемой последовательности операций способа для вычисления способности к удерживанию промежуточных соединений.

Подробное описание вариантов осуществления

Фиг. 1 является общим видом двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

На фиг. 1 ссылочной позицией 1 обозначен корпус двигателя, 2 - камера сгорания каждого цилиндра, 3 - топливный инжектор с электронным управлением для впрыскивания топлива в каждую камеру 2 сгорания, 4 - впускной коллектор и 5 - выпускной коллектор. Впускной коллектор 4 соединяется через впускной канал 6 с выпускным отверстием компрессора 7a турбонагнетателя 7, приводимого во вращение выхлопными газами, в то время как впускное отверстие компрессора 7a соединяется через датчик 8 объема всасываемого воздуха с воздухоочистителем 9. Во впускном канале 6 размещается дроссельный клапан 10, приводимый в действие посредством шагового электродвигателя. Кроме того, вокруг впускного канала 6 размещается охлаждающее устройство 11 для охлаждения всасываемого воздуха, который протекает через внутреннюю часть впускного канала 6. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, охлаждающая вода для двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 11, в котором охлаждающая вода для двигателя используется для того, чтобы охлаждать всасываемый воздух.

С другой стороны, выпускной коллектор 5 соединяется с впускным отверстием турбины 7b, приводимой во вращение выхлопными газами, турбонагнетателя 7, приводимого во вращение выхлопными газами. Выпускное отверстие турбины 7b, приводимой во вращение выхлопными газами, соединяется через выхлопную трубу 12 с впускным отверстием катализатора 13 очистки выхлопных газов, в то время как выпускное отверстие катализатора 13 очистки выхлопных газов соединяется с сажевым фильтром 14 для улавливания твердых частиц, которые содержатся в выхлопном газе. В выхлопной трубе 12 выше катализатора 13 очистки выхлопных газов размещается клапан 15 подачи углеводорода для подачи углеводородов, состоящих из дизельного топлива или другого топлива, используемого в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, дизельное топливо используется в качестве углеводородов, которые подаются из клапана 15 подачи углеводорода. Следует отметить, что настоящее изобретение также может применяться к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием, в котором топливо сжигается при обедненном составе смеси "воздух-топливо". В этом случае из клапана 15 подачи углеводорода подаются углеводороды, состоящие из бензина или другого топлива, используемого в качестве топлива двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

С другой стороны, выпускной коллектор 5 и впускной коллектор 4 соединяются друг с другом через канал 16 для рециркуляции выхлопных газов (в дальнейшем называемый "EGR"). В EGR-канале 16 размещается регулирующий EGR-клапан 17 с электронным управлением. Дополнительно, вокруг EGR-канала 16 размещается охлаждающее устройство 18 для охлаждения EGR-газа, протекающего через внутреннюю часть EGR-канала 16. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, охлаждающая вода для двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 18, в котором охлаждающая вода для двигателя используется для того, чтобы охлаждать EGR-газ. С другой стороны, каждый топливный инжектор 3 соединяется через трубку 19 подачи топлива с общей топливной магистралью 20. Эта общая топливная магистраль 20 соединяется через топливный насос 21 с регулируемой подачей и электронным управлением с топливным баком 22. Топливо, которое накапливается в топливном баке 22, подается посредством топливного насоса 21 внутрь общей топливной магистрали 20. Топливо, которое подается внутрь общей топливной магистрали 20, подается через каждую трубку 19 подачи топлива в топливный инжектор 3.

Электронный модуль 30 управления состоит из цифрового компьютера, содержащего ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 32, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ЦП (микропроцессор) 34, порт 35 ввода и порт 36 вывода, которые соединяются друг с другом посредством двунаправленной шины 31. Ниже катализатора 13 очистки выхлопных газов присоединяется температурный датчик 23 для определения температуры выхлопных газов. Сажевый фильтр 14 имеет датчик 24 дифференциального давления, присоединяемый для определения дифференциального давления до и после сажевого фильтра 14. Дополнительно, в коллекторной части выпускного коллектора 5 размещается датчик 25 состава смеси "воздух-топливо". Выходные сигналы температурного датчика 23, датчика 24 дифференциального давления, датчика 25 состава смеси "воздух-топливо" и датчика 8 объема всасываемого воздуха вводятся через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 37 в порт 35 ввода. Дополнительно, педаль 40 акселератора имеет датчик 41 нагрузки, соединенный с ней, который формирует выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия L педали 40 акселератора. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки вводится через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 37 в порт 35 ввода. Кроме того, в порту 35 ввода соединяется датчик 42 угла поворота коленчатого вала, который формирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 15°. С другой стороны, порт 36 вывода соединяется через соответствующие возбуждающие схемы 38 с каждым из топливного инжектора 3, шагового электромотора для возбуждения дроссельного клапана 10, клапана 15 подачи углеводорода, регулирующего EGR-клапана 17 и топливного насоса 21.

Фиг. 2 схематично показывает поверхностную часть носителя катализатора, который содержится на подложке катализатора 13 очистки выхлопных газов. В этом катализаторе 13 очистки выхлопных газов, как показано на фиг. 2, например, предоставляется носитель 50 катализатора, изготовленный из оксида алюминия, на котором содержатся катализаторы 51 и 52 на основе драгоценных металлов. Кроме того, на этом носителе 50 катализатора, формируется базовый слой 53, который включает в себя, по меньшей мере, один элемент, выбранный из калия K, натрия Na, цезия Cs или другого такого же щелочного металла, бария Ba, кальция Ca или другого такого же щелочноземельного металла, лантаноида или другого такого же редкоземельного металла, и серебра Ag, меди Cu, железа Fe, иридия Ir или другого металла, который может передавать электроны NO_X. Выхлопной газ протекает по верху носителя 50 катализатора, и таким образом, можно сказать, что катализаторы 51 и 52 на основе драгоценных металлов содержатся на поверхности протекания выхлопных газов катализатора 13 очистки выхлопных газов. Дополнительно, поверхность базового слоя 53 выполняет функции основы, так что поверхность базового слоя 53 называется базовой частью 54 поверхности протекания выхлопных газов.

С другой стороны, на фиг. 2 катализатор 51 на основе драгоценных металлов состоит из платины Pt, в то время как катализатор 52 на основе драгоценных металлов состоит из родия Rh. Т.е. катализаторы 51 и 52 на основе драгоценных металлов, которые содержатся на носителе 50 катализатора, состоят из платины Pt и родия Rh. Следует отметить, что на носителе 50 катализатора для катализатора 13 очистки выхлопных газов, в дополнение к платине Pt и родию Rh дополнительно может содержаться палладий Pd, или вместо родия Rh может содержаться палладий Pd. Т.е. катализаторы 51 и 52 на основе драгоценных металлов, которые содержатся на носителе 50 катализатора, состоят из платины Pt и, по меньшей мере, одного из родия Rh и палладия Pd.

Если углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводорода в выхлопной газ, углеводороды реформируются посредством катализатора 13 очистки выхлопных газов. В настоящем изобретении, в это время, реформированные углеводороды используются для того, чтобы удалять NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Фиг. 3 схематично показывает действие реформинга, выполняемое в катализаторе 13 очистки выхлопных газов в это время. Как показано на фиг. 3, углеводороды HC, которые впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводорода, становятся углеводородами HC радикалов с небольшим углеродным числом посредством катализатора 51.

Следует отметить, что даже при впрыскивании топлива, т.е. углеводородов из топливного инжектора 3 в камеру 2 сгорания во время второй половины хода расширения или во время хода выпуска, углеводороды реформируются в камере 2 сгорания или в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, и NO_X, который содержится в выхлопном газе, удаляется посредством реформированных углеводородов в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Следовательно, в настоящем изобретении вместо подачи углеводородов из клапана 15 подачи углеводорода внутрь выпускного канала двигателя также можно подавать углеводороды в камеру 2 сгорания во время второй половины хода расширения или во время хода выпуска. Таким образом, в настоящем изобретении также можно подавать углеводороды внутрь камеры 2 сгорания, но ниже настоящее изобретение поясняется при рассмотрении в качестве примера случая впрыскивания углеводородов из клапана 15 подачи углеводорода внутрь выпускного канала двигателя.

Фиг. 4 показывает регулирование подачи углеводородов из клапана 15 подачи углеводорода и изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов. Следует отметить, что изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" зависят от изменения концентрации углеводородов в выхлопном газе, который протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов, так что можно сказать, что изменение в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо", показанное на фиг. 4, выражает изменение в концентрации углеводородов. Тем не менее, если концентрация углеводорода становится более высокой, состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" становится меньшим, таким образом, на фиг. 4, чем ближе к обогащенной стороне становится состав (A/F)in смеси "воздух-топливо", тем выше концентрация углеводорода.

Фиг. 5 показывает скорость очистки NO_X посредством катализатора 13 очистки выхлопных газов относительно температур катализатора для катализатора 13 очистки выхлопных газов при периодическом принудительном изменении концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, так, чтобы, как показано на фиг. 4, принудительно изменять состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов. Авторы изобретения принимают участие в исследовании, касающемся очистки NO_X, в течение длительного времени. В процессе исследования было выяснено, что при принудительном колебании концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, в предварительно определенном диапазоне амплитуды и в предварительно определенном диапазоне периода, как показано на фиг. 5, чрезвычайно высокая скорость очистки NO_X получается даже при 400°C или в более высокой области высоких температур.

Кроме того, в это время, большой объем восстанавливающего промежуточного соединения, содержащего азот и углеводороды, продолжает удерживаться или адсорбироваться на поверхности базового слоя 53, т.е. на базовой части 54 поверхности протекания выхлопных газов катализатора 13 очистки выхлопных газов. Выяснено, что это восстанавливающее промежуточное соединение играет центральную роль в получении высокой скорости очистки NO_X. Далее это поясняется со ссылкой на фиг. 6A и 6B. Следует отметить, что фиг. 6A и 6B схематично показывают поверхностную часть носителя 50 катализатора для катализатора 13 очистки выхлопных газов. Эти фиг. 6A и 6B показывают реакцию, которая предположительно происходит, когда концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, принудительно колеблется в предварительно определенном диапазоне амплитуды и в предварительно определенном диапазоне периода.

Фиг. 6A показывает, когда концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, является низкой, в то время как фиг. 6B показывает, когда углеводороды подаются из клапана 15 подачи углеводорода, и концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, становится высокой.

Теперь, как следует понимать из фиг. 4, состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов, поддерживается обедненным за исключением одного мгновения, так что выхлопной газ, который протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов нормально, переходит в состояние избытка кислорода. Следовательно, NO, который содержится в выхлопном газе, как показано на фиг. 6A, окисляется на платине 51 и становится NO₂. Затем этот NO₂ получает электроны от платины 51 и становится NO₂^-. Следовательно, большой объем NO₂^- формируется на платине 51. NO₂^- имеет сильную активность. Выше, этот NO₂^- называется активным NO₂*.

С другой стороны, если углеводороды подаются из клапана 15 подачи углеводорода, как показано на фиг. 3, углеводороды реформируются и становятся радикализованными в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Как результат, как показано на фиг. 6B, концентрация углеводорода вокруг активного NO₂* становится более высокой. В этом отношении после того, как активный NO₂* формируется, если состояние высокой концентрации кислорода вокруг активного NO₂* продолжается в течение предварительно определенного времени или больше, активный NO₂* окисляется и абсорбируется в базовом слое 53 в форме ионов NO₃^- нитрата. Тем не менее, если концентрация углеводорода вокруг активного NO₂* задается более высокой до того, как это предварительно определенное время проходит, как показано на фиг. 6B, активный NO₂* реагирует с платиной 51 с помощью углеводородов HC радикалов, посредством чего восстанавливающее промежуточное соединение формируется. Это восстанавливающее промежуточное соединение прилипает или адсорбируется на поверхности базового слоя 53.

Следует отметить, что в это время первое сформированное восстанавливающее промежуточное соединение рассматривается как нитросоединение R-NO₂. Если это нитросоединение R-NO₂ формируется, результат становится нитриловым соединением R-CN, но это нитриловое соединение R-CN может существовать только в течение одного мгновения в этом состоянии, так что сразу становится изоцианатным соединением R-NCO. Это изоцианатное соединение R-NCO при гидролизации становится аминосоединением R-NH₂. Тем не менее, в этом случае то, что гидролизируется, рассматривается как часть изоцианатного соединения R-NCO. Следовательно, как показано на фиг. 6B, большая часть восстанавливающего промежуточного соединения, которое удерживается или адсорбируется на поверхности базового слоя 53, как полагают, является изоцианатным соединением R-NCO и аминосоединением R-NH₂.

С другой стороны, как показано на фиг. 6B, если сформированное восстанавливающее промежуточное соединение окружается посредством углеводородов HC, восстанавливающее промежуточное соединение блокируется посредством углеводородов HC, и реакция не продолжается далее. В этом случае если концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, понижается, и тем самым концентрация кислорода становится более высокой, то углеводороды вокруг восстанавливающего промежуточного соединения окисляются. Как результат, как показано на фиг. 6A, реагируют восстанавливающее промежуточное соединение и активный NO₂*. В это время, активный NO₂* реагирует с восстанавливающим промежуточным соединением R-NCO или R-NH₂, чтобы формировать N₂, CO₂ и H₂O, и, следовательно, NO_X удаляется.

Таким образом, в катализаторе 13 очистки выхлопных газов посредством задания концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, выше, формируется восстанавливающее промежуточное соединение. Посредством принудительного понижения концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, и повышения концентрации кислорода активный NO₂* реагирует с восстанавливающим промежуточным соединением, и NO_X удаляется. Т.е. для того, чтобы катализатор 13 очистки выхлопных газов удалял NO_X, должна периодически изменяться концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов.

Конечно, в этом случае необходимо повышать концентрацию углеводородов до концентрации, достаточно высокой для формирования восстанавливающего промежуточного соединения, и необходимо понижать концентрацию углеводородов до концентрации, достаточно низкой для принудительной реакции сформированного восстанавливающего промежуточного соединения с активным NO₂*. Т.е. необходимо принудительно колебать концентрацию углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, в предварительно определенном диапазоне амплитуды. Следует отметить, что в этом случае необходимо удерживать достаточный объем восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂ на базовом слое 53, т.е. базовой части поверхности протекания выхлопных газов 24, до тех пор пока сформированное восстанавливающее промежуточное соединение не реагирует с активным NO₂*. По этой причине предоставляется базовая часть поверхности протекания выхлопных газов 24.

С другой стороны, при увеличении периода подачи углеводородов, время, в которое концентрация кислорода становится более высокой, становится большим в период после того, как углеводороды подаются, до тех пор пока углеводороды в следующий раз не подаются. Следовательно, активный NO₂* абсорбируется в базовом слое 53 в форме нитратов без формирования восстанавливающего промежуточного соединения. Чтобы не допускать этого, необходимо принудительно колебать концентрацию углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, в предварительно определенном диапазоне периода.

Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, чтобы принудительно вызывать реакцию NO_X, содержащегося в выхлопном газе, и реформированных углеводородов и формирование восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂, содержащего азот и углеводороды, катализаторы 51 и 52 на основе драгоценных металлов содержатся на поверхности протекания выхлопных газов катализатора 13 очистки выхлопных газов. Чтобы удерживать сформированное восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, базовая часть 54 поверхности протекания выхлопных газов формируется вокруг катализаторов 51 и 52 на основе драгоценных металлов. Вследствие действия восстановления восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂, которое удерживается на базовой части 54 поверхности протекания выхлопных газов, NO_X восстанавливается. Период колебаний концентрации углеводорода задается периодом колебаний, требуемым для продолжения формирования восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂. В этой связи в примере, показанном на фиг. 4, интервал впрыска задается равным 3 секундам.

Если период колебаний концентрации углеводорода, т.е. период подачи углеводородов HC, задается превышающим вышеуказанный предварительно определенный диапазон периода, восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ исчезает из поверхности базового слоя 53. В это время активный NO₂*, который формируется на платине Pt 53, как показано на фиг. 7A, диффундирует в базовом слое 53 в форме ионов NO₃^- нитрата и становится нитратами. Т.е. в это время, NO_X в выхлопном газе абсорбируется в форме нитратов в базовом слое 53.

С другой стороны, фиг. 7B показывает случай, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов, задается стехиометрическим составом смеси "воздух-топливо" или обогащенным, когда NO_X абсорбируется в форме нитратов в базовом слое 53. В этом случае концентрация кислорода в выхлопном газе падает, таким образом, реакция продолжается во встречном направлении (NO₃^-→NO₂), и, следовательно, нитраты, абсорбируемые в базовом слое 53, становятся ионами NO₃^- нитрата один за другим и, как показано на фиг. 7B, высвобождаются из базового слоя 53 в форме NO₂. Затем высвобождаемый NO₂ восстанавливается посредством углеводородов HC и CO, содержащихся в выхлопном газе.

Фиг. 8 показывает случай задания состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов, временно обогащенным непосредственно перед тем, как способность к абсорбции NO_X базового слоя 53 становится предельной. Следует отметить, что в примере, показанном на фиг. 8, временной интервал этого управления обогащенной смесью составляет 1 минуту или больше. В этом случае NO_X, который абсорбирован в базовом слое 53, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является обедненным, высвобождается полностью из базового слоя 53 и восстанавливается, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа задается временно обогащенным. Следовательно, в этом случае, базовый слой 53 играет роль абсорбента для временной абсорбции NO_X.

Следует отметить, что в это время, иногда базовый слой 53 временно адсорбирует NO_X. Следовательно, при использовании термина "накопление" в качестве термина, включающего в себя как абсорбцию, так и адсорбцию, в это время, базовый слой 53 выполняет роль агента накопления NO_X для временного накопления NO_X. Т.е. в этом случае, если соотношение воздуха и топлива (углеводородов), которые подаются во впускной канал двигателя, камеры 2 сгорания и выпускной канал выше катализатора 13 очистки выхлопных газов, называется составом смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, катализатор 13 очистки выхлопных газов выступает в качестве катализатора накопления NO_X, который накапливает NO_X, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является обедненным, и высвобождает накопленный NO_X, когда концентрация кислорода в выхлопном газе падает.

Фиг. 9 показывает скорость очистки NO_X при принудительном выполнении катализатором 13 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X таким образом. Следует отметить, что абсцисса фиг. 9 показывает температуру TC катализатора для катализатора 13 очистки выхлопных газов. При принудительном выполнении катализатором 13 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X, как показано на фиг. 9, когда температура TC катализатора составляет 300-400°C, получается чрезвычайно высокая скорость очистки NO_X, но когда температура TC катализатора становится 400°C или более высокой температурой, скорость очистки NO_X падает.

Таким образом, когда температура TC катализатора становится 400°C или больше, скорость очистки NO_X падает, поскольку, если температура TC катализатора становится 400°C или больше, нитраты распадаются посредством тепла и высвобождаются в форме NO₂ из катализатора 13 очистки выхлопных газов. Т.е. при накоплении NO_X в форме нитратов, когда температура TC катализатора является высокой, трудно получать высокую скорость очистки NO_X. Тем не менее в новом способе очистки NO_X, показанном на фиг. 4-6A, 6B, как должно пониматься из фиг. 6A и 6B, нитраты не формируются, или даже если формируются, являются чрезвычайно малыми по объему, следовательно, как показано на фиг. 5, даже когда температура TC катализатора является высокой, получается высокая скорость очистки NO_X.

Следовательно, в настоящем изобретении катализатор 13 очистки выхлопных газов размещается в выпускном канале двигателя для принудительной реакции NO_X, содержащегося в выхлопном газе, и реформированного углеводорода. Катализаторы 51 и 52 на основе драгоценных металлов содержатся на поверхности протекания выхлопных газов катализатора 13 очистки выхлопных газов. Вокруг катализаторов 51 и 52 на основе драгоценных металлов формируется базовая часть 54 поверхности протекания выхлопных газов. Катализатор 13 очистки выхлопных газов имеет свойство восстановления NO_X, который содержится в выхлопном газе, при принудительном колебании концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, в предварительно определенном диапазоне амплитуды и в предварительно определенном диапазоне периода, и имеет свойство увеличения накопленного объема NO_X, который содержится в выхлопном газе, при задании периода колебаний концентрации углеводорода, превышающим этот предварительно определенный диапазон. Во время работы двигателя концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, принудительно колеблется в предварительно определенном диапазоне амплитуды и в предварительно определенном диапазоне периода. Вследствие этого NO_X, который содержится в выхлопном газе, восстанавливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов.

Т.е. можно сказать, что способом очистки NO_X, который показывается на фиг. 4-6A, 6B, является новый способ очистки NO_X, выполненный с возможностью удаления NO_X практически без формирования нитратов в случае использования катализатора очистки выхлопных газов, который содержит катализатор на основе драгоценных металлов и формирует базовый слой, который может абсорбировать NO_X. В действительности, при использовании этого нового способа очистки NO_X, нитраты, которые определяются из базового слоя 53, становятся намного меньшими по объему по сравнению со случаем принудительного выполнения катализатором 13 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X.

Далее, ссылаясь на фиг. 10-15, подробнее поясняется новый способ очистки NO_X, который показывается на фиг. 4-6A, 6B.

Фиг. 10 укрупненно показывает изменение в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо", показанном на фиг. 4. Следует отметить, что, как пояснено выше, изменение в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в этот катализатор 13 очистки выхлопных газов, одновременно показывает изменение в концентрации углеводородов, которые протекают в катализатор 13 очистки выхлопных газов. Следует отметить, что на фиг. 10, ∆H показывает амплитуду изменения концентрации углеводородов HC, которые протекают в катализатор 13 очистки выхлопных газов, в то время как ∆T показывает период колебания концентрации углеводородов, которые протекают в катализатор 13 очистки выхлопных газов.

Кроме того, на фиг. 10, (A/F)b показывает базовый состав смеси "воздух-топливо", который показывает состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа для формирования выходной мощности двигателя. Другими словами, этот базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" показывает состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов при прекращении подачи углеводородов. С другой стороны, на фиг. 10, X показывает верхний предел состава (A/F)in смеси "воздух-топливо", который используется для формирования восстанавливающего промежуточного соединения без сформированного активного NO₂*, накапливаемого в форме нитратов в базовом слое 53. Чтобы принудительно вызывать реакцию активного NO₂* и реформированных углеводородов и формирование восстанавливающего промежуточного соединения, необходимо задавать состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" ниже верхнего предела X этого состава смеси "воздух-топливо".

Другими словами, на фиг. 10, X показывает нижний предел концентрации углеводородов, требуемых для принудительной реакции активного NO₂* и реформированного углеводорода, чтобы формировать восстанавливающее промежуточное соединение. Чтобы формировать восстанавливающее промежуточное соединение, концентрация углеводородов должна быть задана превышающей концентрацию X нижнего предела. В этом случае то, что формируется или нет восстанавливающее промежуточное соединение, определяется посредством соотношения концентрации кислорода и концентрации углеводорода вокруг активного NO₂*, т.е. состава (A/F)in смеси "воздух-топливо". Верхний предел X состава смеси "воздух-топливо", требуемого для формирования восстанавливающего промежуточного соединения, далее называется требуемым минимальным составом смеси "воздух-топливо".

В примере, показанном на фиг. 10, требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо" становится обогащенным. Следовательно, в этом случае, чтобы формировать восстанавливающее промежуточное соединение, состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" мгновенно задается требуемым минимальным составом X смеси "воздух-топливо" или меньше, т.е. задается обогащенным. В отличие от этого в примере, показанном на фиг. 11, требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо" становится обедненным. В этом случае восстанавливающее промежуточное соединение формируется посредством поддержания обедненного состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" и периодического принудительного падения состава (A/F)in смеси "воздух-топливо".

В этом случае то, что становится требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо" обогащенным или обедненным, зависит от силы окисления катализатора 13 очистки выхлопных газов. В этом случае катализатор 13 очистки выхлопных газов, например, получает большую силу окисления при увеличении содержащегося количества драгоценного металла 51 и получает большую силу окисления при усилении кислотности. Следовательно, сила окисления катализатора 13 очистки выхлопных газов изменяется вследствие содержащегося количества драгоценного металла 51 или силы кислотности.

Теперь, при использовании катализатора 13 очистки выхлопных газов с большой силой окисления, как показано на фиг. 11, при поддержании состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" обедненным при одновременном периодическом понижении состава (A/F)in смеси "воздух-топливо", углеводороды в результате становятся полностью окисленными, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" уменьшается. Как результат, восстанавливающее промежуточное соединение больше не может быть сформировано. В отличие от этого при использовании катализатора 13 очистки выхлопных газов с большой силой окисления, как показано на фиг. 10, при задании состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" периодически обогащенным, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" задается обогащенным, углеводороды должны частично окисляться без полного окисления, т.е. углеводороды должны реформироваться, следовательно, будет формироваться восстанавливающее промежуточное соединение. Следовательно, при использовании катализатора 13 очистки выхлопных газов с большой силой окисления, требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо" должен быть задан обогащенным.

С другой стороны, при использовании катализатора 13 очистки выхлопных газов с небольшой силой окисления, как показано на фиг. 11, при поддержании состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" обедненным при одновременном периодическом понижении состава (A/F)in смеси "воздух-топливо", углеводороды должны частично окисляться без полного окисления, т.е. углеводороды должны реформироваться, и, следовательно, будет формироваться восстанавливающее промежуточное соединение. В отличие от этого при использовании катализатора 13 очистки выхлопных газов с небольшой силой окисления, как показано на фиг. 10, при задании состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" периодически обогащенным, большой объем углеводородов будет выпускаться из катализатора 13 очистки выхлопных газов без окисления, и, следовательно, объем углеводородов, который нерационально потребляется, должен увеличиваться. Следовательно, при использовании катализатора 13 очистки выхлопных газов с небольшой силой окисления, требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо" должен быть задан обедненным.

Т.е. выяснено то, что требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо", как показано на фиг. 12, уменьшается по мере повышения силы окисления катализатора 13 очистки выхлопных газов. Таким образом, требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо" становится обедненным или обогащенным вследствие силы окисления катализатора 13 очистки выхлопных газов. Ниже, при рассмотрении в качестве примера случая, когда требуемый минимальный состав X смеси "воздух-топливо" является обогащенным, поясняется амплитуда изменения на концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, и период колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов.

Теперь, если базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" становится большим, т.е. если концентрация кислорода в выхлопном газе до того, как подаются углеводороды, становится более высокой, объем подачи углеводородов, требуемый для принудительного задания состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" требуемым минимальным составом X смеси "воздух-топливо" или меньше, увеличивается, и наряду с этим избыточный объем углеводородов, который не способствует формированию восстанавливающего промежуточного соединения, также увеличивается. В этом случае, чтобы удалять NO_X в значительной степени, как пояснено выше, необходимо принудительно окислять избыточные углеводороды. Следовательно, чтобы удалять NO_X в значительной степени, чем больше объем избыточных углеводородов, тем больше объем кислорода, который требуется.

В этом случае при повышении концентрации кислорода в выхлопном газе, объем кислорода может увеличиваться. Следовательно, чтобы удалять NO_X в значительной степени, когда концентрация кислорода в выхлопном газе до того, как подаются углеводороды, является высокой, необходимо повышать концентрацию кислорода в выхлопном газе после подачи углеводородов. Т.е. чем выше концентрация кислорода в выхлопном газе до того, как углеводороды подаются, тем большей должна быть задана амплитуда концентрации углеводорода.

Фиг. 13 показывает взаимосвязь между концентрацией кислорода в выхлопном газе до того, как углеводороды подаются, и амплитудой ∆H концентрации углеводорода, когда получается идентичная скорость очистки NO_X. Чтобы получать идентичную скорость очистки NO_X, из фиг. 13 выяснено то, что чем выше концентрация кислорода в выхлопном газе до того, как углеводороды подаются, тем большей амплитуда ∆H концентрации углеводорода должна быть задана. Т.е. чтобы получать идентичную скорость очистки NO_X, чем выше базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", тем большей должна быть задана амплитуда ∆T концентрации углеводорода. Другими словами, чтобы удалять NO_X в значительной степени, чем ниже базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", тем больше амплитуда ∆T концентрации углеводорода может быть уменьшена.

В этом отношении базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" становится самым низким во время операции ускорения. В это время, если амплитуда ∆H концентрации углеводорода составляет приблизительно 200 частей на миллион, можно в значительной степени удалять NO_X. Базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" обычно превышает время операции ускорения. Следовательно, как показано на фиг. 14, если амплитуда ∆H концентрации углеводорода составляет 200 частей на миллион или больше, может получаться превосходная скорость очистки NO_X.

С другой стороны, выяснено то, что когда базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" является самым высоким при задании амплитуды ∆H концентрации углеводорода, равной приблизительно 10000 частей на миллион, получается превосходная скорость очистки NO_X.

Дополнительно, если амплитуда ∆H концентрации углеводорода составляет более 10000 частей на миллион, существует опасность того, что состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" станет обогащенным. Следовательно, существует опасность того, что новый способ очистки NO_X, который показывается на фиг. 4-6A, 6B, больше не сможет выполняться. Следовательно, в настоящем изобретении предварительно определенный диапазон амплитуды концентрации углеводорода задается равным 200-10000 частей на миллион.

Дополнительно, если период ∆T колебаний концентрации углеводорода становится большим, концентрация кислорода вокруг активного NO₂* становится более высокой во время после того, как углеводороды подаются, до того, когда углеводороды подаются в следующий раз. В этом случае, если период ∆T колебаний концентрации углеводорода становится превышающим приблизительно 5 секунд, активный NO₂* начинает абсорбироваться в форме нитратов в базовом слое 53. Следовательно, как показано на фиг. 15, если период ∆T колебаний концентрации углеводорода становится превышающим приблизительно 5 секунд, скорость очистки NO_X падает.

Следовательно, период ∆T колебаний концентрации углеводорода должен быть задан равным 5 секундам или меньше.

С другой стороны, если период ∆T колебаний концентрации углеводорода становится равным приблизительно 0,3 секунды или меньше, подаваемые углеводороды начинают увеличиваться на поверхности протекания выхлопных газов катализатора 13 очистки выхлопных газов, поэтому, как показано на фиг. 15, если период ∆T колебаний концентрации углеводорода становится равным приблизительно 0,3 секунды или меньше, скорость очистки NO_X падает. Следовательно, в настоящем изобретении период колебаний концентрации углеводорода задается от 0,3 секунд до 5 секунд.

Теперь, в варианте осуществления настоящего изобретения посредством изменения объема впрыска и регулирования впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводорода амплитуда ∆H и период ∆T колебаний концентрации углеводорода управляются до оптимальных значений в соответствии с рабочим режимом двигателя. Фиг. 16 и 17 показывают изменение в оптимальной концентрации углеводорода в соответствии с рабочим режимом двигателя и объемом W впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводорода, вызывающими эти изменения. Следует отметить, что фиг. 16 показывает случай, когда базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" изменяется, в то время как фиг. 17 показывает случай, когда объем GA всасываемого воздуха, т.е. объем выхлопных газов, изменяется.

Как пояснено выше, чтобы удалять NO_X в значительной степени по мере того, как базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", например, показанный на фиг. 16, становится более высоким, амплитуда концентрации углеводорода должна быть задана большей. Чтобы увеличивать амплитуду концентрации углеводорода, необходимо увеличивать объем W впрыска углеводородов. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения чем выше базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", тем большим задается объем W впрыска углеводородов.

С другой стороны, когда определенный объем углеводородов подается при постоянном базовом составе (A/F)b смеси "воздух-топливо", если объем GA всасываемого воздуха увеличивается, т.е. если объем выхлопных газов увеличивается, концентрация углеводорода в выхлопном газе падает. В этом случае чтобы поддерживать концентрацию углеводорода в выхлопном газе при постоянной концентрации независимо от объема GA всасываемого воздуха, необходимо увеличивать объем подачи углеводородов по мере того, как увеличивается объем GA всасываемого воздуха. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 17, чем больше объем GA всасываемого воздуха, тем большим объем W впрыска углеводородов задается.

Таким образом, объем W впрыска углеводородов, который может давать оптимальное изменение в концентрации углеводородов в соответствии с рабочим режимом двигателя, изменяется в соответствии с рабочим режимом двигателя. В варианте осуществления настоящего изобретения этот объем W впрыска углеводородов сохраняется в качестве функции от требуемого крутящего момента TQ двигателя и частоты N вращения двигателя в форме карты, как показано на фиг. 18A, заранее в ПЗУ 32.

Дополнительно, оптимальная амплитуда ∆T колебаний концентрации углеводорода, т.е. период ∆T впрыскивания углеводородов, также сохраняется в качестве функции от требуемого крутящего момента TQ двигателя и частоты N вращения двигателя в форме карты, как показано на фиг. 18B, заранее в ПЗУ 32. Кроме того, целевой базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" также сохраняется в качестве функции от требуемого крутящего момента TQ двигателя и частоты N вращения двигателя в форме карты, как показано на фиг. 18C, заранее в ПЗУ 32.

Теперь, когда все работает нормально, т.е. когда концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, становится предварительно определенной оптимальной концентрацией, и катализатор 13 очистки выхлопных газов участвует в обычном действии очистки, при задании объема W впрыска углеводородов впрыском, который найден из карты, показанной на фиг. 18A, и задании периода ∆T впрыскивания углеводородов периодом впрыскивания, который найден из фиг. 18B, достигается превосходное действие очистки NO_X.

Тем не менее, если вследствие некоторой причины, концентрация углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, не может становиться предварительно определенной оптимальной концентрацией, или катализатор 13 очистки выхлопных газов разрушается, даже при задании объема W впрыска углеводородов объемом впрыска, который найден из карты, показанной на фиг. 18A, и задании периода ∆T впрыскивания углеводородов периодом впрыскивания, который найден из фиг. 18B, более становится невозможным эффективно удалять NO_X. В этом случае, чтобы эффективно удалять NO_X, необходимо изменять одно или оба из объема W впрыска углеводородов и периода ∆T впрыскивания углеводородов на значение, отличающееся от значения, показанного на фиг. 18A или фиг. 18B, в соответствии с концентрацией углеводородов или состоянием катализатора 13 очистки выхлопных газов.

Следовательно, в настоящем изобретении объем W впрыска углеводородов и/или период ∆T впрыскивания углеводородов изменяется в соответствии с концентрацией углеводородов или состоянием катализатора 13 очистки выхлопных газов. Т.е., вообще говоря, в настоящем изобретении, по меньшей мере, одно из амплитуды концентрации углеводорода и периода колебаний концентрации углеводорода изменяется в соответствии с концентрацией углеводородов или состоянием катализатора 13 очистки выхлопных газов. Далее это поясняется со ссылкой на фиг. 19-36.

Фиг. 19 показывает изменение в концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов в определенном характерном рабочем режиме двигателя, когда все работает нормально, т.е. изменение в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, и объеме W впрыска углеводородов. Следует отметить, что ниже этот характерный рабочий режим двигателя должен использоваться в качестве примера, чтобы пояснять амплитуду концентрации углеводорода и период колебаний концентрации углеводорода, измененной в соответствии с концентрацией углеводородов или состоянием катализатора 13 очистки выхлопных газов.

Теперь, в варианте осуществления настоящего изобретения объем подачи углеводородов в расчете на впрыск управляется, чтобы управлять амплитудой концентрации углеводорода. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одно из объема подачи углеводородов в расчете на впрыск и периода подачи углеводорода изменяется в соответствии с концентрацией углеводородов или состоянием катализатора 13 очистки выхлопных газов. Например, если способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает, уменьшается объем углеводородов, который может модифицироваться в расчете на впрыск. В это время без уменьшения объема впрыска в расчете на впрыск, объем углеводородов, потребляемый без способствования очистке NO_X, в результате увеличивается.

Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 20, когда способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает, объем подачи углеводородов в расчете на впрыск уменьшается. Дополнительно, в варианте осуществления настоящего изобретения, чтобы предотвращать уменьшение общего объема углеводородов, который подается, даже если объем подачи углеводородов в расчете на впрыск снижается, как показано на фиг. 20, период подачи углеводородов сокращается, когда способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает. Следует отметить, что в это время, например, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" становится требуемым минимальным составом X смеси "воздух-топливо" или меньше, как показано на фиг. 20, способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает, базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" становится меньшим.

В этом отношении, если драгоценный металл 51, содержащийся на катализаторе 13 очистки выхлопных газов, разрушается, способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает. Тем не менее даже если драгоценный металл 51, содержащийся на катализаторе 13 очистки выхлопных газов, не разрушается, когда драгоценный металл 51 не активируется, т.е. когда температура катализатора 13 очистки выхлопных газов ниже температуры активации, способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда температура катализатора 13 очистки выхлопных газов ниже температуры активации, определяется то, что способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает.

Фиг. 21 показывает взаимосвязь между поправочным коэффициентом WK₁ для объема W впрыска углеводородов и температурой TC катализатора для катализатора 13 очистки выхлопных газов, взаимосвязь между поправочным коэффициентом ∆TK₁ для периода ∆T впрыскивания углеводородов и температурой TC катализатора и взаимосвязь между поправочным коэффициентом AFK₁ для базового состава (A/F)b смеси "воздух-топливо" и температурой TC катализатора. Как следует понимать из фиг. 21, значения поправочных коэффициентов WK₁, ∆TK₁ и AFK₁ становятся 1,0, когда температура TC катализатора превышает температуру T₀ активации, и постепенно падают, когда температура TC катализатора становится меньше температуры T₀ активации. Следовательно, если температура TC катализатора становится температурой T₀ активации или меньше, объем W впрыска углеводородов в расчете на впрыск уменьшается, период ∆T впрыскивания углеводородов становится меньшим, и базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" уменьшается.

С другой стороны, фиг. 22 показывает взаимосвязь между поправочным коэффициентом WK₂ для объема W впрыска углеводородов и способностью M к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов, взаимосвязь поправочного коэффициента ∆TK₂ для периода ∆T впрыскивания углеводородов и способности M к окислению и взаимосвязь между поправочным коэффициентом AFK₂для базового состава (A/F)b смеси "воздух-топливо" и способностью M к окислению в случае, если способность M к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов изменяется вследствие разрушения драгоценного металла 51. Как следует понимать из фиг. 22, значения поправочного коэффициента WK₂, ∆TK₂ и AFK₂ становятся 1,0, когда способность M к окислению является опорным значением M₀ или более, и постепенно уменьшаются, когда способность M к окислению становится опорным значением M₀ или меньше, т.е. когда драгоценный металл 51, содержащийся на катализаторе 13 очистки выхлопных газов, разрушается. Из фиг. 22 следует понимать, что если способность M к окислению становится опорным значением M₀ или меньше, объем W впрыска углеводородов в расчете на впрыск уменьшается, период ∆T впрыскивания углеводородов сокращается, и базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" уменьшается.

С другой стороны, если объем углеводородов становится недостаточным по сравнению с объемом, требуемым для восстановления NO_X, при восстановлении NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, падает скорость очистки NO_X. Следовательно, когда существует недостаточный объем углеводородов, требуемых для восстановления NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, как показано на фиг. 23, объем подачи углеводородов в расчете на впрыск увеличивается.

Таким образом, недостаточное состояние объема углеводородов, требуемого для восстановления NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, возникает в зависимости от различных ситуаций. Характерное состояние возникает, когда объем отравления серой на конце со стороны впуска катализатора 13 очистки выхлопных газов увеличивается. Т.е. выхлопной газ содержит SO_X. Этот SO_X иногда накапливается в форме сульфатов в базовом слое 43 при протекании в катализатор 13 очистки выхлопных газов. Действие накопления этого SO_X сначала осуществляется на конце со стороны впуска катализатора 13 очистки выхлопных газов. Следовательно, по мере того, как время истекает, объем сульфатов, который накапливается в базовом слое 53 на входном конце катализатора 13 очистки выхлопных газов, постепенно увеличивается.

Если объем накопленных сульфатов увеличивается, основность базового слоя 53 становится более слабой. Как результат, способность к окислению драгоценного металла 51 на конце со стороны впуска катализатора 13 очистки выхлопных газов увеличивается, и главное местоположение, в котором выполняется действие восстановления NO_X, сдвигается к стороне выпуска. Тем не менее, если способность к окислению драгоценного металла 51 на конце со стороны впуска катализатора 13 очистки выхлопных газов увеличивается таким образом, большой объем углеводородов в результате окисляется на конце со стороны впуска катализатора 13 очистки выхлопных газов, т.е. в результате потребляется. Как результат, объем углеводородов в главном местоположении, в котором действие восстановления NO_X выполняется, т.е. со стороны выпуска катализатора 13 очистки выхлопных газов, в результате становится недостаточным по сравнению с объемом, необходимым для восстановления NO_X.

Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда накопленный объем SO_X, т.е. объем отравления серой конца со стороны впуска катализатора 13 очистки выхлопных газов становится превышающим предварительно определенный опорный объем отравления, определяется то, что существует недостаточный объем углеводородов, требуемых для восстановления NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. В это время в варианте осуществления настоящего изобретения объем подачи углеводородов в расчете на впрыск увеличивается, чтобы восполнять нехватку углеводородов. По этой причине в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 24, когда объем S отравления серой превышает опорный объем S₀ отравления, значение поправочного коэффициента WK₃ для объема W впрыска углеводородов увеличивается.

В качестве другой ситуации, в которой существует недостаточный объем углеводородов, требуемых для восстановления NO_Xв катализаторе 13 очистки выхлопных газов, например, может быть упомянут случай, когда порт форсунки клапана 15 подачи углеводорода становится забитым, таким образом, объем впрыска углеводородов уменьшается. Если объем впрыска углеводородов уменьшается таким образом, скорость очистки NO_X падает. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, в это время, объем впрыска углеводородов в расчете на впрыск увеличивается так, что получается превосходная скорость очистки NO_X. Т.е. в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 24, когда объем WD нехватки углеводорода из объема углеводородов, требуемого для восстановления NO_X, превышает опорный объем WD₀, значение поправочного коэффициента WK₄ для объема W впрыска углеводородов увеличивается.

В качестве еще одной другой ситуации, в которой существует недостаточно углеводородов, требуемых для восстановления NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, может быть упомянут случай, когда базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" сдвинут к обедненной стороне. Если базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" сдвигается к обедненной стороне таким образом, скорость очистки NO_X падает. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" сдвигается на предварительно определенный объем или более к обедненной стороне, объем углеводородов в расчете на впрыск увеличивается так, что получается превосходная скорость очистки NO_X. Т.е. в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 24, когда сдвиг ∆(A/F)b к обедненной стороне базового состава (A/F)b смеси "воздух-топливо" превышает опорное значение ∆(A/F)₀, значение поправочного коэффициента WK₅ для объема W впрыска углеводородов увеличивается.

С другой стороны, если объем W впрыска углеводородов в расчете на впрыск превышает определенный предел, существует опасность увеличения впрыскиваемых углеводородов на катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда объем W впрыска углеводородов в расчете на впрыск становится предварительно определенным опорным объемом W₀ или более, период впрыскивания углеводородов задается большим. Т.е. в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 24, когда объем W впрыска углеводородов превышает опорный объем W₀, значение поправочного коэффициента ∆TK₃ для периода ∆T впрыскивания углеводородов задается большим.

С другой стороны, например, если носитель 50 катализатора 13 очистки выхлопных газов разрушается, и площадь поверхности носителя 50 становится меньшей, способность к удерживанию восстанавливающего промежуточного соединения, которое формируется в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, падает. Если способность к удерживанию восстанавливающего промежуточного соединения падает, объем восстанавливающего промежуточного соединения, которое удерживается на базовом слое 53, уменьшается, и, следовательно, скорость очистки NO_X падает. В этом случае, чтобы получать превосходную скорость очистки NO_X, необходимо увеличивать объем удерживаемого восстанавливающего промежуточного соединения. По этой причине необходимо сокращать период подачи углеводородов. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда способность к удерживанию восстанавливающего промежуточного соединения падает, как показано на фиг. 25, период впрыскивания углеводородов становится меньшим. Т.е. в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 26, если способность N к удерживанию промежуточных соединений становится предварительно определенным опорным значением NO или меньше, значение поправочного коэффициента ∆TK₄ для периода ∆T впрыскивания углеводородов уменьшается.

Фиг. 27 и фиг. 28 показывают управляющую процедуру объема подачи углеводорода. Следует отметить, что эта управляющая процедура выполняется посредством прерывания в каждый предварительно определенный временной интервал.

Как показано на фиг. 27, во-первых, на этапе 60 объем W впрыска углеводородов вычисляется из карты, показанной на фиг. 18A. Затем на этапе 61, период ∆T впрыскивания углеводородов вычисляется из карты, показанной на фиг. 18B. Затем на этапе 62 определяется то, ниже или нет температура TC катализатора для катализатора 13 очистки выхлопных газов температуры T₀ активации, показанной на фиг. 21. Когда TC0, процедура переходит к этапу 63.

На этапе 63 значение поправочного коэффициента WK₁, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 21, умножается на W так, чтобы вычислять конечный объем W впрыска углеводородов. Затем на этапе 64 значение поправочного коэффициента ∆TK₁, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 21, умножается на ∆T, чтобы вычислять конечный период ∆T впрыскивания углеводородов. Затем на этапе 65 значение поправочного коэффициента AFK₁, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 21, умножается на базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", который найден из карты по фиг. 18C, или базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", вычисленный из объема W впрыска углеводородов и объема всасываемого воздуха так, чтобы вычислять конечный базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо". Дроссельный клапан 10 используется для того, чтобы управлять объемом всасываемого воздуха, так что базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" становится конечным базовым составом (A/F)b смеси "воздух-топливо".

С другой стороны, когда на этапе 62 TC≥T₀, процедура переходит к этапу 66, на котором определяется то, ниже или нет способность M к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов опорного значения M₀, показанного на фиг. 22.

Когда M0, процедура переходит к этапу 67. На этапе 67 значение поправочного коэффициента WK₂, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 22, умножается на W так, чтобы вычислять конечный объем W впрыска углеводородов. Затем на этапе 68 значение поправочного коэффициента ∆TK₂, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 22, умножается на ∆T так, чтобы вычислять конечный период ∆T впрыскивания углеводородов.

Затем на этапе 69 значение поправочного коэффициента AFK₂, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 22, умножается на базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", который найден из карты по фиг. 18C, или базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо", вычисленный из объема W впрыска углеводородов и объема всасываемого воздуха так, чтобы вычислять конечный базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо". Дроссельный клапан 10 используется для того, чтобы управлять объемом всасываемого воздуха, так что базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" становится конечным базовым составом (A/F)b смеси "воздух-топливо".

С другой стороны, когда определяется на этапе 66 то, что M≥M₀, процедура переходит к этапу 70, на котором определяется то, становится или нет объем S отравления серой катализатора 13 очистки выхлопных газов превышающим опорный объем S₀ отравления, показанный на фиг. 24. Когда S>S₀, процедура переходит к этапу 71, на котором значение поправочного коэффициента WK₃, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 24, умножается на W так, чтобы вычислять конечный объем W впрыска углеводородов.

С другой стороны, когда определяется на этапе 70 то, что S≤S₀, процедура переходит к этапу 72, на котором определяется то, превышает или нет объем WD нехватки углеводорода опорный объем WD₀, показанный на фиг. 24. Когда WD>WD₀, процедура переходит к этапу 73, на котором значение поправочного коэффициента WK₄, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 24, умножается на W, чтобы вычислять конечный объем W впрыска углеводородов.

С другой стороны, когда определяется на этапе 72 то, что WD≤WD₀, процедура переходит к этапу 74, на котором определяется то, превышает или нет объем ∆(A/F)b сдвига к обедненной стороне базового состава смеси "воздух-топливо" опорное значение (A/F)₀, показанное на фиг. 24. Когда ∆(A/F)b>∆(A/F)₀, процедура переходит к этапу 75, на котором значение поправочного коэффициента WK₅, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 24, умножается на W так, чтобы вычислять конечный объем W впрыска углеводородов.

С другой стороны, когда определяется на этапе 74 то, что ∆(A/F)b≤∆(A/F)₀, процедура переходит к этапу 76, на котором определяется то, что объем W впрыска углеводородов в расчете на впрыск превышает опорный объем W₀, показанный на фиг. 24. Когда W>W₀, процедура переходит к этапу 77, на котором значение поправочного коэффициента ∆TK₃, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 24, умножается на ∆T, чтобы вычислять конечный период ∆T впрыскивания углеводородов.

С другой стороны, когда определяется на этапе 76 то, что W≤W₀, процедура переходит к этапу 78, на котором определяется то, что способность N к удерживанию промежуточных соединений становится ниже опорного значения NO, показанного на фиг. 26. Когда N4, которое найдено из взаимосвязи, показанной на фиг. 26, умножается на ∆T, чтобы вычислять конечный период ∆T впрыскивания углеводородов.

Фиг. 29A, фиг. 29B и фиг. 29C показывают вариант осуществления средства определения для определения способности к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов и объема нехватки углеводорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 29A, в дополнение к температурному датчику 23, который размещается во впускном отверстии сажевого фильтра 14, температурный датчик 26 размещается в выпускном отверстии сажевого фильтра 14. Дополнительно, на сажевом фильтре 14 содержится платина. Следовательно, сажевый фильтр 14 имеет функцию окисления. Следует отметить, что вместо этого сажевого фильтра 14 также можно использовать катализатор, который имеет функцию окисления. Т.е. в этом варианте осуществления в выпускном канале двигателя ниже катализатора 13 очистки выхлопных газов размещается катализатор, имеющий функцию окисления, или сажевый фильтр 14.

Фиг. 29B показывает изменение температуры в сажевом фильтре 14, или, в случае если катализатор, имеющий функцию окисления, используется вместо сажевого фильтра 14, изменение температуры в катализаторе. Даже когда катализатор 13 очистки выхлопных газов работает нормально, часть углеводородов проходит прямо через сквозной катализатор 13 очистки выхлопных газов, и таким образом, углеводороды протекают в сажевый фильтр или катализатор 14. Углеводороды окисляются в сажевом фильтре или катализаторе 14, и таким образом, тепло реакции окисления углеводородов вызывает постепенное повышение температуры сажевого фильтра или катализатора 14 от впускного отверстия к выходу сажевого фильтра или катализатора 14.

На фиг. 29B, сплошная линия "a" показывает изменение температуры в сажевом фильтре или катализаторе 14, когда катализатор 13 очистки выхлопных газов работает нормально. В это время, разность температур между температурой на впуске и температурой на выпуске показывается посредством ∆TC₀. С другой стороны, если способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает, объем углеводородов, который окисляется в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, падает, и таким образом, объем углеводородов, которые протекают в сажевый фильтр или катализатор 14, увеличивается. Следовательно, в это время, как показано посредством фиг. 29B, сплошной линией "b", температурный градиент становится большим. В это время, разность температур между температурой на впуске и температурой на выпуске, т.е. повышение температуры выхлопных газов во время от того, когда выхлопной газ протекает в сажевый фильтр или катализатор 14, до того, когда он вытекает, показаны посредством ∆TC₁.

В варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 29C, когда повышение ∆TC температуры выхлопных газов во время от того, когда выхлопной газ протекает в сажевый фильтр или катализатор 14, до того, когда он вытекает, превышает предварительно определенное опорное повышение ∆TC₀, определяется то, что способность M к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает.

В отличие от этого, если объем углеводородов, который подается в катализатор 13 очистки выхлопных газов, становится меньшим по сравнению с регулярным объемом, объем углеводородов, который протекает в сажевый фильтр или катализатор 14, становится меньшим. Следовательно, в это время, как показано посредством сплошной линии "c" на фиг. 29B, температурный градиент становится меньшим. В это время, разность температур между температурой на впуске и температурой на выпуске, т.е. повышение температуры выхлопных газов во время, от когда выхлопной газ протекает в сажевый фильтр или катализатор 14, до того, когда он вытекает, показывается посредством ∆TC₂.

В варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 29C, когда повышение ∆TC температуры выхлопных газов во время от того, когда выхлопной газ протекает в сажевый фильтр или катализатор 14, до того, когда он вытекает, меньше предварительно определенного опорного повышения ∆TC₀, определяется то, что существует недостаточный объем углеводородов, требуемых для восстановления NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, и объем DW нехватки углеводорода становится положительным значением.

Фиг. 30 показывает процедуру для осуществления способа определения, поясненного на основе фиг. 29A-29C. Эта процедура выполняется посредством прерывания в каждое предварительно определенное время.

Как показано на фиг. 30, во-первых, на этапе 80, определяется то, является или нет рабочий режим двигателя предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения. Когда рабочий режим двигателя является предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения, процедура переходит к этапу 81. На этапе 81 разность ∆TC температур между температурой на впуске и температурой на выпуске сажевого фильтра или катализатора 14 вычисляется из выходных сигналов температурных датчиков 23 и 26. Затем на этапе 82 эта разность ∆TC температур используется в качестве основы, чтобы вычислять способность M к окислению из фиг. 29C. Затем на этапе 83 эта разность ∆TC температур используется в качестве основы, чтобы вычислять объем WD нехватки углеводорода из фиг. 29C.

Фиг. 31A, 31B и 31C показывают другой вариант осуществления средства определения для определения способности к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов и объема нехватки углеводорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 31A, датчик 27 концентрации кислорода размещается ниже по потоку катализатора 13 очистки выхлопных газов.

Когда объем подачи углеводородов задается предварительно определенным нормальным объемом подачи, и катализатор 13 очистки выхлопных газов является нормальным, предварительно определенный объем кислорода потребляется в катализаторе 13 очистки выхлопных газов в соответствии с рабочим режимом двигателя. С другой стороны, если рабочий режим двигателя определяется, концентрация кислорода в выхлопном газе, протекающем в катализатор 13 очистки выхлопных газов, определяется. Следовательно, в этом случае при определении концентрации кислорода в выхлопном газе, вытекающем из катализатора 13 очистки выхлопных газов посредством датчика 27 концентрации кислорода, можно находить объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов из результатов определения.

Теперь, если падает способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов, то снижается объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Дополнительно, даже когда объем углеводородов, который подается в катализатор 13 очистки выхлопных газов, становится недостаточным по сравнению с регулярным объемом, объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов падает. Следовательно, при определении того, что объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов падает, выяснено то, что способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает, или объем углеводородов, который подается в катализатор 13 очистки выхлопных газов, становится недостаточным.

Следовательно, в этом варианте осуществления сначала определяется то, уменьшен или нет объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов от предварительно определенного опорного объема потребления, определенного посредством рабочего режима двигателя, т.е. объема потребления во время нормального режима работы. В это время, когда определено, что объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов уменьшен от опорного объема потребления, объем подачи углеводородов увеличивается. Фиг. 31B, D показывает концентрацию кислорода, которая определяется посредством датчика 27 концентрации кислорода до того, как объем подачи углеводородов увеличивается, в то время как фиг. 31B, Dd показывает концентрацию кислорода, которая определяется посредством датчика 27 концентрации кислорода после того, как объем подачи углеводородов увеличивается. Следует отметить, что фиг. 31B, AD показывает падение в концентрации кислорода в выхлопном газе, который вытекает из катализатора 13 очистки выхлопных газов, когда объем подачи углеводородов увеличивается.

Теперь, когда способность к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает, даже при увеличении объема подачи углеводородов объем потребления посредством окисления в кислородном катализаторе 13 очистки выхлопных газов не увеличивается в такой степени.

Следовательно, падение AD в концентрации кислорода становится меньшим. В отличие от этого, когда объем углеводородов, который подается в катализатор 13 очистки выхлопных газов, является недостаточным, при увеличении объема подачи углеводородов объем потребления посредством окисления в катализаторе 13 очистки выхлопных газов увеличивается, и, следовательно, падение AD в концентрации кислорода становится большим.

Следовательно, в этом варианте осуществления, когда объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов меньше предварительно определенного опорного объема потребления, объем подачи углеводородов увеличивается. В это время, когда падение AD концентрации кислорода в выхлопном газе, который вытекает из катализатора 13 очистки выхлопных газов, меньше предварительно определенного опорного падения ∆D0, показанного на фиг. 31C, определяется то, что способность M к окислению катализатора 13 очистки выхлопных газов падает.

С другой стороны, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда объем потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов меньше предварительно определенного опорного объема потребления, объем подачи углеводородов увеличивается. В это время, когда падение AD концентрации кислорода в выхлопном газе, который вытекает из катализатора 13 очистки выхлопных газов, превышает предварительно определенное опорное падение ∆D0, определяется то, что объем углеводородов, который требуется для восстановления NO_X в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, является недостаточным, и объем WD нехватки углеводорода становится положительным значением.

Фиг. 32 показывает процедуру для работы способа определения, поясненного на основе фиг. 31A-31C. Эта процедура выполняется посредством прерывания в каждый предварительно определенный временной интервал.

Как показано на фиг. 32, во-первых, на этапе 90 определяется то, является или нет рабочий режим двигателя предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения. Когда рабочий режим двигателя является предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения, процедура переходит к этапу 91, на котором датчик 27 концентрации кислорода используется для того, чтобы определять концентрацию D кислорода. Затем на этапе 92 эта определенная концентрация D кислорода используется в качестве основы, чтобы вычислять объем DX потребления кислорода в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Затем на этапе 93 определяется то, составляет или нет вычисленный объем DX потребления кислорода опорный объем DX₀ потребления или более. Когда DX0, программа переходит к этапу 94.

На этапе 94 объем подачи углеводородов увеличивается. Затем на этапе 95 датчик 27 концентрации кислорода используется для того, чтобы вычислять концентрацию Dd кислорода. Затем на этапе 95 падение AD концентрации кислорода в выхлопном газе, который вытекает из катализатора 13 очистки выхлопных газов, вычисляется. Затем на этапе 97 это падение AD используется в качестве основы, чтобы вычислять способность M к окислению из фиг. 31C, затем на этапе 98 это падение AD используется в качестве основы, чтобы вычислять объем WD нехватки углеводорода из фиг. 31C.

Фиг. 33A и 33B показывают пример для нахождения объема S отравления серой. Объем SO_X, который содержится в выхлопном газе, определяется, если рабочий режим двигателя определяется. Следовательно, в этом примере объем SOXA SO_X, который выпускается из двигателя в единицу времени, сохраняется в качестве функции от требуемого крутящего момента TQ и частоты N вращения двигателя для двигателя в форме карты, к примеру, показанной на фиг. 33A, заранее в ПЗУ 32. Объем SO_X, который накапливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, рассматривается как пропорциональный объему SOXA SO_X, который выпускается из двигателя. Следовательно, в этом примере, как показано посредством этапа 100 процедуры вычисления для объема отравления серой по фиг. 33B, выполняемого каждую единицу времени, произведение объема SOXA SO_X и пропорциональной постоянной C суммируется с S так, чтобы вычислять объем S отравления серой.

Фиг. 34 показывает процедуру для вычисления объема ∆(A/F)b сдвига к обедненной стороне базового состава (A/F)b смеси "воздух-топливо". Эта процедура выполняется посредством прерывания каждый предварительно определенный временной интервал.

Как показано на фиг. 34, во-первых, на этапе 110 определяется то, является или нет рабочий режим двигателя предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения. Когда рабочий режим двигателя является предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения, процедура переходит к этапу 111, на котором разность ((A/F)in-(A/F)b) между текущим составом (A/F)in смеси "воздух-топливо", который определяется посредством датчика 25 состава смеси "воздух-топливо", и базовым составом (A/F)b смеси "воздух-топливо", который вычисляется из карты, показанной на фиг. 18C, становится объемом ∆(A/F)b сдвига к обедненной стороне.

Фиг. 35A и 35B показывают вариант осуществления средства определения для определения способности к удерживанию промежуточных соединений катализатора 13 очистки выхлопных газов. В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 35A, датчик 28 аммиака размещается ниже катализатора 13 очистки выхлопных газов. Дополнительно, в этом варианте осуществления предпочтительно размещать катализатор избирательного восстановления NO_X 29, который адсорбирует аммиак, ниже сажевого фильтра 14.

Теперь, выяснено то, что при выполнении нового способа очистки NO_X согласно настоящему изобретению, при задании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камере 2 сгорания временно обогащенным, аммиак NH₃вытекает из катализатора 13 очистки выхлопных газов. Механизм формирования аммиака не обязательно является очевидным, но, вероятно, следующий механизм используется для того, чтобы формировать аммиак NH₃.

Т.е. при задании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камере 2 сгорания обогащенным, т.е. при сжигании топлива в камере 2 сгорания при недостаточном объеме кислорода, большой объем моноксида CO углерода формируется. Этот моноксид CO углерода вызывает реакцию формирования водосодержащего газа с влагой, содержащейся в выхлопном газе, на катализаторе 51 на основе драгоценных металлов катализатора 13 очистки выхлопных газов (CO+H₂O->H₂+CO₂). Как результат, водород H₂ формируется. Этот водород H₂ реагирует с аминосоединением R-NH₂, которое удерживается на базовом слое 53 катализатора 13 очистки выхлопных газов, следовательно, аммиак NH₃ формируется. Дополнительно, вследствие этого водорода H₂, действие гидролиза изоцианатного соединения R-NCO, которое удерживается на базовом слое 53, стимулируется, следовательно, аммиак NH₃формируется.

Следовательно, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камере 2 сгорания задается обогащенным, чем больше объем восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂, удерживаемого в базовом слое 53, тем больше объем аммиака. Следовательно, можно оценивать способность N к удерживанию промежуточных соединений из объема аммиака, сформированного в это время. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камере 2 сгорания задается обогащенным, определяется то, что способность к удерживанию восстанавливающего промежуточного соединения N падает, когда объем ∑AM аммиака, который вытекает из катализатора 13 очистки выхлопных газов, меньше предварительно определенного опорного объема ∑AM₀, показанного на фиг. 35B.

Фиг. 36 является видом, показывающим процедуру для работы способа определения, поясненного на основе фиг. 35A и 35B.

Как показано на фиг. 36, во-первых, на этапе 120 определяется то, является или нет рабочий режим двигателя предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения. Когда рабочий режим двигателя является предварительно определенным рабочим режимом, подходящим для определения, процедура переходит к этапу 121, на котором состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камере 2 сгорания задается обогащенным.

Затем на этапе 122 датчик 28 аммиака используется для того, чтобы определять концентрацию аммиака. Затем на этапе 123 объем AM аммиака вычисляется из объема выхлопных газов, т.е. объема всасываемого воздуха и концентрации аммиака. Затем на этапе 124 объем AM аммиака суммируется с кумулятивным значением объема ∑AM аммиака. Затем на этапе 125 определяется то, истекло или нет предварительно определенное время. Когда предварительно определенное время не истекло, процедура возвращается к этапу 122. В отличие от этого, когда предварительно определенное время истекло, процедура переходит к этапу 126, на котором кумулятивное значение объема аммиака, т.е. объема ∑AM формирования аммиака используется в качестве основы, чтобы вычислять способность N к удерживанию промежуточных соединений из фиг. 35B.

Следует отметить, что в качестве другого варианта осуществления в выпускном канале двигателя выше по потоку катализатора 13 очистки выхлопных газов может размещаться катализатор окисления для модификации углеводородов.

Перечень ссылочных позиций

4 - впускной коллектор

5 - выпускной коллектор

7 - турбонагнетатель, приводимый во вращение выхлопными газами

12 - выхлопная труба

13 - катализатор очистки выхлопных газов

14 - сажевый фильтр

15 - клапан подачи углеводорода

Реферат

Изобретение относится к системе очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в которой катализатор очистки выхлопных газов размещен в выпускном канале двигателя для обеспечения реакции NO, содержащегося в выхлопном газе, и реформированных углеводородов, на поверхность протекания выхлопных газов катализатора очистки выхлопных газов нанесен катализатор на основе драгоценных металлов, и вокруг катализатора на основе драгоценных металлов сформирована базовая часть поверхности протекания выхлопных газов, катализатор очистки выхлопных газов имеет свойство восстановления NO, который содержится в выхлопном газе, при вызывании колебания концентрации углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, в предварительно определенном диапазоне амплитуды и в предварительно определенном диапазоне периода, и имеет свойство увеличения в накопленном объеме NO, который содержится в выхлопном газе, при увеличении периода колебаний концентрации углеводорода за пределы предварительно определенного диапазона, и во время работы двигателя концентрация углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, принудительно колеблется в упомянутом предварительно определенном диапазоне амплитуды и в упомянутом предварительно определенном диапазоне периода, так что в катализаторе очистки выхлопных газов восстанавливается NO, который содержится в выхлопном газе. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой скорости очистки NO. 23 з.п. ф-лы, 36 ил.

Формула