СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F01N3/08 F01N3/20 F01N3/36 

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 катализатора накопления NO_X, катализатор окисления, который имеет функцию адсорбции и который подает углеводороды в выпускной канал двигателя выше 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, значительно восстанавливается.

Патентные документы:

Патентный документ 1. Патент Японии № 3969450

Техническая задача

Тем не менее, имеется проблема того, что, когда катализатор накопления NO_X достигает 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, чтобы формировать восстанавливающее промежуточное соединение, содержащее азот и углеводороды, 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, катализатор очистки выхлопных газов имеет свойство формирования восстанавливающего промежуточного соединения и восстановления NO_X, содержащегося в выхлопном газе, посредством действия восстановления сформированного восстанавливающего промежуточного соединения, 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_X, который содержится в выхлопном газе, при увеличении периода колебаний концентрации углеводорода за пределы предварительно определенного диапазона, и во время работы двигателя вычисляется требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, и амплитуда и период колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, управляются так, что объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения становится требуемым сформированным объемом.

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.

Фиг.17 является видом, показывающим карту объема NOXA накопленного NO_X.

Фиг.18 является видом, показывающим скорость NOXB расхода NO_X.

Фиг.19 является видом, показывающим регулирование впрыска топлива.

Фиг.20 является видом, показывающим карту дополнительного топлива WR.

Фиг.21A, 21B и 21C являются видами, показывающими скорость высвобождения NO_X.

Фиг.22A и 22B являются видами, показывающими время удерживания восстанавливающего промежуточного соединения и т.д.

Фиг.23A и 23B являются видами, показывающими скорости K₁ и K₂ формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

Фиг.24A и 24B являются видами, показывающими максимальный сформированный объем M восстанавливающего промежуточного соединения.

Фиг.25A и 25B являются видами, показывающими карту объема W подачи топлива и т.д.

Фиг.26 является видом, показывающим скорость очистки NO_X и скорость накопления NO_X.

Фиг.27 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа и т.д. во время переключения второго способа очистки NO_X на первый способ очистки NO_X.

Фиг.28 является блок-схемой последовательности операций способа для управления очисткой NO_X.

Фиг.29A и 29B являются видами, показывающими изменение состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов.

Фиг.30 является видом, показывающим карту степени θB открытия дроссельного клапана.

Фиг.31 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа и т.д. во время переключения второго способа очистки NO_X на первый способ очистки NO_X.

Фиг.32 является блок-схемой последовательности операций способа для управления очисткой NO_X.

Фиг.33 является видом временной диаграммы во время управления обогащенной смесью.

Фиг.34A и 34B являются видами, показывающими поправочные коэффициенты.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

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 электромотора. 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, температурный датчик 23 присоединяется для определения температуры катализатора 13 очистки 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 приведения 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 щелочного металла, бария Ba, кальция Ca или другого такого щелочноземельного металла, лантаноида или другого такого 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 демонстрирует основность, и таким образом, 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 на 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 они выяснили, 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 то, что это восстанавливающее промежуточное соединение играет центральную роль в получении высокой скорости очистки NO_X. Далее это поясняется со ссылкой фиг.6A и 6B. Следует отметить, что фиг.6A и 6B схематично показывают поверхностную часть носителя 50 катализатора для катализатора 13 очистки выхлопных газов. 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. Этот 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, восстанавливающее промежуточное соединение и активный NO₂* реагируют. 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 амплитуда и период колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, управляются так, что они предоставляют формирование достаточного объема восстанавливающего промежуточного соединения для восстановления NO_X. 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 удалять 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. Следует отметить, что этот новый способ очистки NO_X ниже называется первым способом очистки NO_X.

Далее со ссылкой на фиг.10-15 подробнее поясняется первый способ очистки NO_X.

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 на 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, 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, 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 углеводороды подаются, 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 углеводороды подаются, 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. 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.

Затем конкретно поясняется способ очистки NO_X при принудительном выполнении катализатором 13 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X со ссылкой на фиг.16-20. Способ очистки NO_X при принудительном выполнении катализатором 13 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X, таким образом, упоминается ниже в качестве второго способа очистки NO_X.

В этом втором способе очистки NO_X, как показано на фиг.16, когда объем ∑NOX накопленного NO_X, который накапливается в базовом слое 53, превышает предварительно определенный допустимый объем MAX, состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, задается временно обогащенным. Если состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа задается обогащенным, NO_X, который накоплен в базовом слое 53, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа был обедненным, высвобождается одновременно из базового слоя 53 и восстанавливается. Вследствие этого NO_X удаляется.

Объем ∑NOX накопленного NO_X, например, вычисляется из объема накопленного NO_X для NO_X, который выпускается из двигателя и накапливается в базовом слое 53. В варианте осуществления настоящего изобретения, объем NOXA накопленного NO_X для NO_X, который выпускается из двигателя в единицу времени и накапливается в базовом слое 53, сохраняется в качестве функции от объема Q впрыска и частоты N вращения двигателя в форме карты, как показано на фиг.17, заранее в ПЗУ 32. Объем ∑NOX накопленного NO_X вычисляется из этого объема NOXA накопленного NO_X. В этом случае, как пояснено выше, период, в котором состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа задается обогащенным, обычно составляет 1 минуту или более.

Фиг.18 показывает скорость NOXD расхода накопленного NO_X, который расходуется из катализатора 13 очистки выхлопных газов, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является обедненным. Как пояснено выше, NO_X, который накапливается в форме нитратов, распадается посредством тепла и расходуется, если температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов повышается. В это время скорость NOXD расхода NO_X, т.е. объем NOXD NO_X, который расходуется в единицу времени, быстро повышается, если температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов превышает температуру начала распада за счет тепла примерно при 450°C.

В этом втором способе очистки NO_X, как показано на фиг.19, посредством впрыскивания дополнительного топлива WR в дополнение к топливу Q для использования при сгорании в камеры 2 сгорания топливных инжекторов 3, состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, задается обогащенным. Следует отметить, что абсцисса по фиг.19 показывает угол поворота коленчатого вала. Это дополнительное топливо WR впрыскивается во время, когда оно сжигается, но не проявляется в качестве выходной мощности двигателя, т.е. непосредственно перед ATDC 90º после верхней мертвой точки сжатия. Этот объем WR топлива сохраняется в качестве функции от объема Q впрыска и частоты N вращения двигателя в форме карты, как показано на фиг.20, заранее в ПЗУ 32. Конечно, в этом случае также можно принудительно увеличивать объем подачи углеводородов из клапана подачи углеводорода 15 так, чтобы задавать состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа обогащенным.

Теперь, в настоящем изобретении обычно используется первый способ очистки NO_X. В это время посредством изменения объема подачи углеводорода и регулирования впрыска из клапана подачи углеводорода 15, амплитуда ∆H и период ∆T колебаний концентрации углеводорода управляются так, что они становятся оптимальными значениями в соответствии с рабочим режимом двигателя. В этом случае, как пояснено выше, восстанавливающее промежуточное соединение выполняет центральную роль для очистки NO_X. Следовательно, наиболее подходящим считается то, чтобы фокусироваться на формировании восстанавливающего промежуточного соединения и управлять амплитудой ∆H и периодом ∆T колебаний концентрации углеводорода.

Следовательно, в настоящем изобретении, как пояснено выше, амплитуда ∆H и период ∆T колебаний концентрации углеводорода, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, управляются так, что они формируют достаточный объем восстанавливающего промежуточного соединения для восстановления NO_X. Более подробно, в настоящем изобретении во время работы двигателя вычисляется требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, и амплитуда ∆H и период ∆T колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, управляются так, что объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения становится этим требуемым сформированным объемом.

Следовательно, сначала поясняется требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения.

Теперь, восстанавливающее промежуточное соединение R-NCD или R-NH₂ формируется из одного NO_X. Следовательно, требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения (моль), требуемый для восстановления NO_X, совпадает с объемом NO_X (моль), который должен быть восстановлен. В этом случае объем NO_X, который должен быть восстановлен, становится суммой объема втекающего NO_X, который выпускается из двигателя и протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов, и объема высвобождаемого NO_X, который накапливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов и высвобождается из катализатора 13 очистки выхлопных газов. Следовательно, сумма объема втекающего NO_X и объема высвобождаемого NO_X выражает требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения. Если NO_X не накапливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, объем высвобождаемого NO_X становится нулевым. Следовательно, в этом случае объем втекающего NO_X выражает требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения.

Следует отметить, что если есть возможность поддерживать объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения в требуемом сформированном объеме, можно удалять весь NO_X, который должен быть восстановлен. Следовательно, в настоящем изобретении, как пояснено выше, амплитуда ∆H и период ∆T колебаний концентрации углеводорода, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, управляются так, что объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения становится требуемым сформированным объемом.

Теперь, в варианте осуществления настоящего изобретения, в качестве требуемого сформированного объема восстанавливающего промежуточного соединения, требуемый сформированный объем в единицу времени, т.е. требуемая скорость формирования, используется. Аналогично, в качестве объема втекающего NO_X и объема высвобождаемого NO_X, объем втекающего NO_X в единицу времени, т.е. скорость втекания NO_X, и объем высвобождаемого NO_X в единицу времени, т.е. скорость высвобождения NO_X, используются. В этом случае сумма скорости втекания NO_X и скорости высвобождения NO_X выражает требуемую скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

Фиг.21A и 21B показывают взаимосвязь между скоростью высвобождения NO_X из катализатора 13 очистки выхлопных газов и температурой TC катализатора 13 очистки выхлопных газов и взаимосвязь между скоростью высвобождения NO_X и амплитудой ∆H концентрации углеводорода, когда обработка очистки NO_X выполняется посредством первого способа очистки NO в состоянии, в котором NO_X накапливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Как показано на фиг.21A, если температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов становится более высокой, скорость высвобождения NO_X становится более высокой.

С другой стороны, если концентрация кислорода в выхлопном газе, протекающем в катализатор 13 очистки выхлопных газов, падает, NO_X высвобождается из катализатора 13 очистки выхлопных газов. В это время чем больше падение концентрации кислорода, тем больше объем высвобождения NO_X. Следовательно, как показано на фиг.21B, если амплитуда ∆H концентрации углеводорода становится больше, скорость высвобождения NO_X становится более высокой. В этом отношении, если определяется рабочий режим двигателя, в значительной степени определяется температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов и амплитуда ∆H концентрации углеводорода. Следовательно, если определяется рабочий режим двигателя, определяется скорость высвобождения NO_X. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения скорость NOXD высвобождения NO_X в единицу времени сохраняется в качестве функции от объема Q впрыска топлива из топливного инжектора 3 и частоты N вращения двигателя в форме карты, как показано на фиг.21C, заранее в ПЗУ 32.

В настоящем изобретении объем высвобождаемого NO_X вычисляется посредством умножения объема накопленного NO_X, который накапливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, на скорость высвобождения NO_X, т.е. из объема накопленного NO_X и скорости высвобождения NO_X. В этом случае в варианте осуществления настоящего изобретения объем накопленного NO_X постоянно вычисляется как ∑NOX, показанная на фиг.16. Этот объем ∑NOX накопленного NO_X умножается на скорость NOXD высвобождения NO_X, чтобы вычислять скорость высвобождения NO_X (∑NOX·NOXD). С другой стороны, скорость втекания NO_X задается значением NOXA карты, показанной на фиг.17. Следовательно, требуемая скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения выражается посредством (∑NO_X·NOXD+NOXA). Следует отметить, что в этом случае можно умножать (∑NO_X·NOXD+NOXA) на скорость очистки, требуемую для системы очистки выхлопных газов согласно настоящему изобретению, так чтобы получать требуемую скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

Далее, ссылаясь на фиг.22A и фиг.22B, поясняется время удерживания восстанавливающего промежуточного соединения, в течение которого можно удерживать восстанавливающее промежуточное соединение сформированным на базовом слое 53 катализатора 13 очистки выхлопных газов. Если температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов повышается, сформированное восстанавливающее промежуточное соединение легко отделяется от базового слоя 53. Следовательно, как показано на фиг.22A, по мере того как температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов становится более высокой, время удерживания восстанавливающего промежуточного соединения становится меньшим.

Теперь, если период ∆T колебаний концентрации углеводорода становится более длительным по сравнению со временем удерживания восстанавливающего промежуточного соединения, возникает период времени, в котором отсутствует восстанавливающее промежуточное соединение, и скорость очистки NO_X в результате падает. Чтобы не допускать возникновения такого периода времени, в котором отсутствует восстанавливающее промежуточное соединение, период ∆T колебаний концентрации углеводорода должен быть задан равным времени удерживания восстанавливающего промежуточного соединения или должен быть задан меньше времени удерживания восстанавливающего промежуточного соединения. Следовательно, период ∆T колебаний углеводородов, как показано на фиг.22B, задается меньшим, по мере того, как температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов становится более высокой. Взаимосвязь, показанная на фиг.22A и фиг.22B, заранее сохраняется в ПЗУ 32.

Далее, ссылаясь на фиг.23A и 23B, поясняется объем подачи углеводородов WF. Фиг.23A и фиг.23B показывают взаимосвязь между скоростью K₁ формирования восстанавливающего промежуточного соединения времени и температурой TC катализатора 13 очистки выхлопных газов и взаимосвязь между скоростью K₂ формирования восстанавливающего промежуточного соединения и объемом Q впрыска из топливного инжектора 3, когда восстанавливающее промежуточное соединение формируется посредством поданных углеводородов.

Восстанавливающее промежуточное соединение быстро повышается, когда катализатор 13 очистки выхлопных газов активируется. Следовательно, как показано на фиг.23A, скорость K₁ формирования восстанавливающего промежуточного соединения быстро повышается, когда температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов становится более высокой, затем постепенно увеличивается вместе с повышением температуры TC.

С другой стороны, если объем Q впрыска увеличивается, т.е. если нагрузка двигателя становится более высокой, объем NO_X, который выпускается из двигателя, увеличивается, следовательно, требуемый объем подачи углеводородов также увеличивается. Тем не менее, при чрезмерном увеличении объема подачи углеводородов, потребляемый объем углеводородов чрезмерно увеличивается. Следовательно, чтобы не допускать чрезмерного увеличения объема потребления углеводородов таким образом, если объем Q впрыска увеличивается, как показано на фиг.23B, скорость K₂ формирования восстанавливающего промежуточного соединения понижается. Взаимосвязь, показанная на фиг.23A и фиг.23B, заранее сохраняется в ПЗУ 32.

При умножении объема подачи углеводородов WF на две скорости K₁, K₂ формирования восстанавливающего промежуточного соединения получается сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения (WF·K₁·K₂). В настоящем изобретении этот объем восстанавливающего промежуточного соединения (WF·K₁·K₂) задается требуемым сформированным объемом восстанавливающего промежуточного соединения. Следовательно, объем подачи углеводородов WF становится требуемым сформированным объемом восстанавливающего промежуточного соединения, деленным на (K₁·K₂). Объем подачи углеводородов WF вычисляется таким образом. Т.е. амплитуда ∆H концентрации углеводорода определяется.

Т.е. в настоящем изобретении время удерживания восстанавливающего промежуточного соединения, которое удерживается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, и скорости K₁ и K₂ формирования восстанавливающего промежуточного соединения времени, когда восстанавливающее промежуточное соединение формируется из поданных углеводородов, заранее сохраняются. Амплитуда и период колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, вычисляются из требуемого сформированного объема восстанавливающего промежуточного соединения, времени удерживания восстанавливающего промежуточного соединения и скоростей K₁ и K₂ формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

Следует отметить, что в варианте осуществления настоящего изобретения в качестве скорости K₁ формирования восстанавливающего промежуточного соединения, показанной на фиг.23A, используется скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения в единицу времени. Следовательно, в этом варианте осуществления, объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения до тех пор, пока углеводороды затем не подаются, становится значением (WF·F₁·F₂), умножаемым на период ∆T подачи углеводородов. Следовательно, в этом случае, объем подачи углеводородов WF становится значением требуемого сформированного объема восстанавливающего промежуточного соединения, деленным на (K₁·K₂·∆T).

Далее поясняется простой способ для нахождения объема подачи углеводородов WF со ссылкой на фиг.24A-25B.

Фиг.24A показывает максимальный сформированный объем M возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения, полученного с использованием времени удерживания восстанавливающего промежуточного соединения или скорости формирования восстанавливающего промежуточного соединения или полученного посредством экспериментов. Как следует понимать из фиг.24A, этот максимальный сформированный объем M становится взаимосвязью объема Q впрыска и частоты N вращения двигателя из топливного инжектора 3. С другой стороны, фиг.24B показывает изменение в максимальном сформированном объеме M восстанавливающего промежуточного соединения на линии MX, проходящей через начало координат 0 по фиг.24A. Следует отметить, что на фиг.24A M_a1, M_a2, M_max, M_b1, M_b2 и M_b3 показывают равные линии максимального формирования, в то время как M_max показывает эквивалентную линию максимального формирования, дающую большой максимальный сформированный объем M.

Как следует понимать из фиг.24A и фиг.25B, чем ниже частота N вращения двигателя и меньше объем Q впрыска, тем меньше максимальный сформированный объем M, в то время как, чем выше частота N вращения двигателя и больше объем Q впрыска, тем меньше максимальный сформированный объем M.

Следует отметить, что в этом варианте осуществления в действительности M выражает максимальный сформированный объем в единицу времени, т.е. максимальную скорость формирования возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения. Объем подачи углеводородов W и период ∆T подачи углеводородов во время, когда эта максимальная скорость M формирования получается, сохраняются в качестве функции от объема Q впрыска и частоты N вращения двигателя в форме карты, как показано на фиг.25A и фиг.25B, заранее в ПЗУ 32.

Следовательно, объем подачи углеводородов W, показанный на фиг.25A, выражает максимальный объем подачи в каждом рабочем режиме. Следовательно, объем подачи углеводородов ограничивается посредством максимального объема W подачи, показанного на фиг.25A. С другой стороны, когда требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения меньше максимального сформированного объема M при задании объема подачи углеводородов меньшим максимального объема W подачи, показанного на фиг.25A, объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения может быть задан требуемым сформированным объемом.

В это время в этом варианте осуществления объем подачи углеводородов задается значением, полученным посредством умножения максимального объема W подачи, который определяется в соответствии с рабочим режимом двигателя и показывается на фиг.25A, на (требуемая скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения/максимальная скорость M формирования восстанавливающего промежуточного соединения), в то время как период подачи углеводородов задается периодом ∆T в соответствии с рабочим режимом двигателя, показанным на фиг.25B. Таким образом, в этом варианте осуществления максимальный сформированный объем M возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения заранее сохраняется, и амплитуда ∆H и период ∆T колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор 13 очистки выхлопных газов, вычисляются из максимального сформированного объема M и требуемого сформированного объема восстанавливающего промежуточного соединения.

Далее поясняется управление высвобождением NO_X согласно настоящему изобретению.

Фиг.26 показывает скорость очистки NO_X во время, когда первый способ очистки NO_X используется для обработки очистки NO_X, и скорость накопления NO_X в катализатор 13 очистки выхлопных газов в момент, когда используется второй способ очистки NO_X. В настоящем изобретении, когда скорость очистки NO_X выше скорости накопления NO_X, т.е. когда температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов является относительно высокой, используется первый способ очистки NO_X. Когда скорость накопления NO_X выше скорости очистки NO_X, т.е. когда температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов является низкой, используется второй способ очистки NO_X. Следовательно, во время запуска двигателя обычно используется второй способ очистки NO_X. Когда температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов становится высокой, второй способ очистки NO_X переключается на первый способ очистки NO_X.

С другой стороны, когда первый способ очистки NO_X используется для того, чтобы выполнять обработку очистки NO_X, если объем NO_X, который должен удаляться, быстро увеличивается, иногда объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления увеличенного NO_X, больше не может быть сформирован. В варианте осуществления настоящего изобретения максимальный сформированный объем M возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения, показанный на фиг.24A, сохраняется в ПЗУ 32 заранее. Когда требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения превышает максимальный сформированный объем M, определяется то, что объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, больше не может быть сформирован.

В этом отношении, если объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, больше не может быть сформирован таким образом, т.е. если требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения становится превышающим максимальный сформированный объем M, показанный на фиг.24A, если определенный этап не выполняется, большой объем NO_X в результате выпускается из катализатора 13 очистки выхлопных газов. В типичном случае, когда требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения становится превышающим максимальный сформированный объем M, показанный на фиг.24A, второй способ очистки NO_X переключается на первый способ очистки в состоянии, в котором большой объем NO_X накапливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов.

В это время NO_X, который накапливается в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, быстро высвобождается, таким образом, требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения становится превышающим максимальный сформированный объем M, показанный на фиг.24A. В это время в одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению объем подачи углеводородов увеличивается, чтобы увеличивать объем углеводородов, который используется для восстановления NO_X, посредством чего состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, временно задается обогащенным. Фиг.27 показывает временную диаграмму в это время, т.е. в момент, когда второй способ очистки NO_X переключается на первый способ очистки NO_X.

Следует отметить, что фиг.27 показывает регулирование впрыска дополнительного топлива WR, регулирование подачи углеводородов WR, изменение состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, и изменение объема ∑NOX накопленного NO_X, накопленного в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Как показано на фиг.27, когда второй способ очистки NO_X переключается на первый способ очистки NO_X, когда объем ∑NOX накопленного NO_X является положительным значением, NO_X высвобождается из катализатора 13 очистки выхлопных газов. Чтобы восстанавливать NO_X, который высвобождается в это время, подается дополнительное топливо WR, и состав (A/F)in втекающей смеси "воздух-топливо" временно задается обогащенным. После этого начинается обработка очистки NO_X посредством первого способа очистки NO_X.

Фиг.28 показывает управляющую процедуру для очистки NO_X для работы этого варианта осуществления. Эта процедура выполняется посредством прерывания каждый предварительно определенный временной интервал.

Как показано на фиг.28, во-первых, на этапе 60, определяется то, ниже или нет скорость накопления NO_X в катализатор 13 очистки выхлопных газов, когда используется второй способ очистки NO_X, скорости очистки NO_X при использовании первого способа очистки NO_X, чтобы выполнять обработку очистки NO_X. Когда скорость накопления NO_X выше скорости очистки NO_X, процедура переходит к этапу 61, на котором выполняется второй способ очистки NO_X.

Т.е. на этапе 61 объем NOXA накопленного NO_X в единицу времени вычисляется из карты, показанной на фиг.17, в то время как скорость NOXB расхода NO_X вычисляется из взаимосвязи, показанной на фиг.18. Затем, на этапе 62, следующая формула используется в качестве основы для того, чтобы вычислять объем ∑NOX для NO_X, который накапливается в катализаторе 14 очистки выхлопных газов во время действия очистки NO_X посредством первого способа очистки NO_X.

∑NOX←∑NOX+NOXA-NOXD

Затем, на этапе 63, определяется то, превышает или нет объем ∑NOX накопленного NO_X допустимое значение MAX. Если ∑NOX>MAX, процедура переходит к этапу 64, на котором дополнительный объем WR топлива вычисляется из карты, показанной на фиг.20, и действие впрыска дополнительного топлива выполняется.

Затем, на этапе 65, ∑NOX очищается.

С другой стороны, когда, на этапе 60, определяется то, что скорость накопления NO_X ниже скорости очистки NO_X, процедура переходит к этапу 66, на котором объем накопленного NO_X в единицу времени, т.е. скорость NOXA втекания NO_X, вычисляется из карты, показанной на фиг.17, и скорость NOXD высвобождения NO_X в единицу времени вычисляется из карты, показанной на фиг.21C. Затем, на этапе 67, максимальная скорость M формирования восстанавливающего промежуточного соединения вычисляется из взаимосвязи, показанной на фиг.24A. Затем, на этапе 68, сумма NX скорости NOXA втекания NO_X и скорости высвобождения NO_X (NOXD·∑NOX) вычисляется. Затем, на этапе 69, определяется то, превышает или нет эта сумма NX максимальную скорость M формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

Когда сумма NX меньше максимальной скорости M формирования, процедура переходит к этапу 70, на котором первый способ очистки NO_X используется для того, чтобы выполнять обработку очистки NO_X. Т.е. на этапе 70 вычисляется требуемая скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения RM. В этом варианте осуществления сумма NX задается требуемой скоростью RM формирования. В этом случае эта сумма NX может умножаться на скорость очистки, требуемую для системы очистки выхлопных газов согласно настоящему изобретению, чтобы получать требуемую скорость RM формирования. В этом случае RM<NX.

Затем, на этапе 71, максимальный объем W подачи углеводородов, вычисленный из карты, показанной на фиг.25A, умножается на величину, вычисленную как (требуемая скорость RM формирования/максимальная скорость M формирования), так, чтобы вычислять объем подачи углеводородов WF (=(RM/M)·W). Затем, на этапе 72, период ∆T подачи углеводородов вычисляется из карты, показанной на фиг.25B. Затем, на этапе 73, вычисленный объем WF подачи и период ∆T подачи используются для управления подачей углеводородов.

С другой стороны, когда, на этапе 69, определяется то, что сумма NX скорости втекания NO_X и скорости высвобождения NO_X превышает максимальную скорость M формирования восстанавливающего промежуточного соединения, процедура переходит к этапу 74, на котором дополнительный объем топлива, требуемый для восстановления накопленного NO_X, вычисляется, и выполняется действие впрыска дополнительного топлива. Затем, на этапе 75, ∑NOX очищается.

Фиг.29A-32 показывают другой вариант осуществления. В этом варианте осуществления, когда объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, не может быть сформирован, чтобы увеличивать объем углеводородов, используемый для формирования восстанавливающего промежуточного соединения, базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" задается меньшим без изменения амплитуды ∆H концентрации углеводорода. Т.е. состояние, показанное на фиг.29A, становится состоянием, показанным на фиг.29B.

Если базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" задается меньшим без изменения амплитуды ∆H концентрации углеводорода таким образом, минимальный состав смеси "воздух-топливо" времени, когда углеводороды подаются, становится очень небольшим. Как результат, объем углеводородов, используемый для формирования восстанавливающего промежуточного соединения, увеличивается. Как результат, объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения увеличивается, и может обрабатываться большой объем NO_X.

В варианте осуществления настоящего изобретения базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" задается меньшим посредством задания степени открытия дроссельного клапана 10, меньшей по сравнению со временем обычного режима, показанного на фиг.29A. В этом варианте осуществления степень θA открытия дроссельного клапана 10 во время нормального режима работы, показанного на фиг.29A, и степень θB открытия дроссельного клапана 10 во время того, когда базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" задается меньшим, как показано на фиг.29B, находятся заранее. Эти степени θA и θB открытия накапливаются в качестве функции от объема Q впрыска и частоты N вращения двигателя в форме карты, заранее в ПЗУ 32. Фиг.30 показывает карту степени θB открытия, сохраненную в ПЗУ 32.

В этом варианте осуществления, как показано на фиг.31, когда второй способ очистки NO_X переключается на первый способ очистки NO_X, непосредственно после переключения базовый состав (A/F)b смеси "воздух-топливо" временно задается меньшим.

Фиг.32 показывает управляющую процедуру для очистки NO_X для работы этого варианта осуществления. Эта процедура также выполняется посредством прерывания каждый предварительно определенный временной интервал. Следует отметить, что этапы 80-89 в этой процедуре являются идентичными этапам 60-69 процедуры, показанной на фиг.28. Дополнительно, этапы 92-95 процедуры, показанной на фиг.32, являются идентичными этапам 70-73 процедуры, показанной на фиг.28.

Т.е. ссылаясь на фиг.32, во-первых, на этапе 80, определяется то, ниже или нет скорость накопления NO_X в катализатор 13 очистки выхлопных газов в момент, когда используется второй способ очистки NO_X, скорости очистки NO_X в момент, когда используется первый способ очистки NO_X для того, чтобы выполнять обработку очистки NO_X. Когда скорость накопления NO_X выше скорости очистки NO_X, процедура переходит к этапу 81, на котором выполняется второй способ очистки NO_X.

Т.е. на этапе 81 объем NOXA накопленного NO_X в единицу времени вычисляется из карты, показанной на фиг.17, в то время как скорость NOXB расхода NO_X вычисляется из взаимосвязи, показанной на фиг.18. Затем, на этапе 82, следующая формула используется в качестве основы для того, чтобы вычислять объем ∑NOX для NO_X, накопленного в катализаторе 14 очистки выхлопных газов во время действия очистки NO_X посредством первого способа очистки NO_X.

∑NOX←∑NOX+NOXA-NOXD

Затем, на этапе 83, определяется то, превышает или нет объем ∑NOX накопленного NO_X допустимое значение MAX. Когда ∑NOX>MAX, процедура переходит к этапу 84, на котором дополнительный объем WR топлива вычисляется из карты, показанной на фиг.20, и выполняется действие впрыска дополнительного топлива. Затем, на этапе 85, ∑NOX очищается.

С другой стороны, когда, на этапе 80, определяется то, что скорость накопления NO_X ниже скорости очистки NO_X, процедура переходит к этапу 86, на котором объем накопленного NO_X в единицу времени, т.е. скорость NOXA втекания NO_X, вычисляется из карты, показанной на фиг.17, и скорость NOXD высвобождения NO_X в единицу времени вычисляется из карты, показанной на фиг.21C. Затем, на этапе 87, максимальная скорость M формирования восстанавливающего промежуточного соединения вычисляется из взаимосвязи, показанной на фиг.24A. Затем, на этапе 88, вычисляется сумма NX скорости NOXA втекания NO_X и скорости высвобождения NO_X (NOXD·∑NOX). Затем, на этапе 89, определяется то, превышает или нет эта сумма NX максимальную скорость M формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

Когда сумма NX меньше максимальной скорости M формирования, процедура переходит к этапу 90, на котором выполняется обычная обработка очистки NO_X посредством первого способа очистки NO_X. Т.е. на этапе 90 вычисляется сохраненная степень θA открытия дроссельного клапана 10 во время нормального режима работы, затем степень открытия дроссельного клапана 10 задается степенью θA открытия. Затем, на этапе 90, вычисляется требуемая скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения RM. В этом варианте осуществления сумма NX задается требуемой скоростью RM формирования. В этом случае, как пояснено выше, эта сумма NX может умножаться на скорость формирования, найденную для системы очистки выхлопных газов согласно настоящему изобретению, чтобы получать требуемую скорость RM формирования.

Затем, на этапе 93, максимальный объем W подачи углеводородов, вычисленный из карты, показанной на фиг.25A, умножается на величину, вычисленную как (требуемая скорость RM формирования/максимальная скорость M формирования), чтобы вычислять объем подачи углеводородов WF (=(RM/M)·W). Затем, на этапе 94, период ∆T подачи углеводородов вычисляется из карты, показанной на фиг.25B. Затем, на этапе 95, вычисленный объем WF подачи и период ∆T подачи используются для управления подачей углеводородов.

С другой стороны, когда, на этапе 89, определяется то, что сумма NX скорости втекания NO_X и скорости высвобождения NO_X превышает максимальную скорость M формирования восстанавливающего промежуточного соединения, процедура переходит к этапу 91, на котором степень открытия θB дроссельного клапана 10 для задания базового состава (A/F)b смеси "воздух-топливо" меньшим вычисляется из карты, показанной в фиг.30, и степень открытия дроссельного клапана 10 задается этой степенью θB открытия. Далее программа переходит к этапу 92.

Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг.27-31, когда объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, не может быть сформирован, объем углеводородов, который используется для формирования восстанавливающего промежуточного соединения или восстановления NO_X, временно увеличивается.

Далее, со ссылкой на фиг.33, поясняется еще один другой вариант осуществления. Фиг.33 показывает случай, когда дополнительное топливо WR подается в камеру 2 сгорания так, чтобы задавать состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа катализатора 13 очистки выхлопных газов временно обогащенным, чтобы принудительно высвобождать посредством катализатора 13 очистки выхлопных газов накопленный NO_X, когда используется второй способ очистки NO_X. Следует отметить, что на фиг.33 TX показывает температуру активации катализатора 13 очистки выхлопных газов. Следовательно, фиг.33 показывает случай, когда температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов меньше температуры TX активации до того, как дополнительное топливо WR подается, т.е. до того, как выполняется управление обогащенной смесью для задания втекающего состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" обогащенным.

Как показано на фиг.33, если начинается управление обогащенной смесью, тепло реакции окисления углеводородов, которые выпускаются из камеры 2 сгорания, приводит к тому, что температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов быстро повышается и превышает температуру TX активации. С другой стороны, даже если начинается управление обогащенной смесью, углеводороды, которые выпускаются из камер 2 сгорания, используются для того, чтобы потреблять кислород, накопленный в катализаторе 13 очистки выхлопных газов. Следовательно, даже если начинается управление обогащенной смесью, то состав (A/F)b втекающей смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 13 очистки выхлопных газов, не сразу становится обогащенным.

Теперь, если начинается управление обогащенной смесью и состав (A/F)in втекающей смеси "воздух-топливо" становится меньшим, NO_X, накопленный в катализаторе 13 очистки выхлопных газов, быстро высвобождается. В это время, как показано на фиг.33 в t1, существует период времени, в который температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов становится температурой TX активации или больше, и состав (A/F)in втекающей смеси "воздух-топливо" становится обедненным. В этот период t1 времени, если первый способ очистки NO_X используется для обработки очистки NO_X, высвобождаемый NO_X используется для того, чтобы формировать восстанавливающее промежуточное соединение, и это восстанавливающее промежуточное соединение используется для того, чтобы восстанавливать высвобождаемый NO_X. Следовательно, в этом варианте осуществления в период t1 времени возможного формирования этого восстанавливающего промежуточного соединения подаются углеводороды WF, и первый способ очистки NO_X используется для обработки очистки NO_X.

С другой стороны, даже после завершения управления обогащенной смесью, как показано на фиг.33 в t2, существует период времени, в который температура TC катализатора 13 очистки выхлопных газов становится температурой TX активации или больше, и состав (A/F)in втекающей смеси "воздух-топливо" становится обедненным. Также в этот период t2 времени, при использовании первого способа очистки NO_X, чтобы выполнять обработку очистки NO_X, высвобождаемый NO_X используется для того, чтобы формировать восстанавливающее промежуточное соединение. Также в этом случае это восстанавливающее промежуточное соединение используется для того, чтобы восстанавливать высвобождаемый NO_X. Тем не менее, в этом случае, чтобы увеличивать сформированное восстанавливающее промежуточное соединение, углеводороды WF подаются посредством периода t2 времени возможного формирования этого восстанавливающего промежуточного соединения.

Т.е. в этом варианте осуществления углеводороды WF подаются так, чтобы иметь возможность формировать восстанавливающее промежуточное соединение в катализаторе 13 очистки выхлопных газов в период t1 возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения до того, как состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, переключается с обедненной на обогащенную смесь после того, как дополнительное топливо WR подается, и в период t2 возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения после того, как состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 13 очистки выхлопных газов, переключается с обогащенной с обедненную смесь.

С другой стороны, если катализатор 13 очистки выхлопных газов распадается вследствие нагрева или отравляется серой, способность к накоплению NO_X и способность к удерживанию восстанавливающего промежуточного соединения падают. Следовательно, в этом случае допускающий накопление объем NO_X и время удерживания восстанавливающего промежуточного соединения, показанные на фиг.22A, предпочтительно корректируются в соответствии с распадом вследствие нагрева или отравлением серой катализатора 13 очистки выхлопных газов. Фиг.34A показывает поправочный коэффициент для допускающего накопление объема NO_X, в то время как фиг.34B показывает поправочный коэффициент для времени удерживания восстанавливающего промежуточного соединения.

Как показано на фиг.34A, поправочный коэффициент для допускающего накопление объема NO_X становится тем меньше, чем больше пройденное расстояние транспортного средства, т.е. чем больше распад вследствие нагрева катализатора 13 очистки выхлопных газов или объем отравления серой. В этом случае, например, при умножении допустимого значения MAX, показанного на фиг.16, на этот поправочный коэффициент, период управления обогащенной смесью в момент, когда используется второй способ очистки NO_X, задается тем меньшим, чем больше пройденное расстояние транспортного средства. С другой стороны, как показано на фиг.34B, поправочный коэффициент для времени удерживания восстанавливающего промежуточного соединения задается тем меньшим, чем больше объем отравления серой. В этом случае, например, при умножении ∆T, показанного на фиг.22B, на этот поправочный коэффициент, период ∆T подачи углеводородов задается тем меньшим, чем больше объем отравления серой.

Следует отметить, что в качестве другого варианта осуществления также можно размещать катализатор окисления для риформинга углеводородов в выпускном канале двигателя выше катализатора 13 очистки выхлопных газов и можно размещать катализатор для накопления или удерживания NO_X в выпускном канале двигателя выше катализатора 13 очистки выхлопных газов. При размещении катализатора, накапливающего или удерживающего NO_X, в этом диапазоне управление очисткой NO_X выполняется с учетом действия высвобождения NO_X из этого катализатора.

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

Изобретение относится к системе очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в выпускном канале двигателя которого размещен клапан (15) подачи углеводорода и катализатор (13) очистки выхлопных газов. Если клапан (15) подачи углеводорода подает углеводороды посредством периода в течение 5 секунд, восстанавливающее промежуточное соединение формируется в катализаторе (13) очистки выхлопных газов. Это восстанавливающее промежуточное соединение используется для обработки очистки NO_X. Во время работы двигателя вычисляется требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X. Объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения задается таким, чтобы становиться этим требуемым сформированным объемом, посредством управления объемом подачи и периодом подачи углеводородов. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой скорости очистки NOx, даже при высокой температуре катализатора. 12 з.п. ф-лы, 44 ил.

1. Система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в которой катализатор очистки выхлопных газов размещен в выпускном канале двигателя для обеспечения реакции NO_X, содержащегося в выхлопном газе, и реформированных углеводородов, чтобы формировать восстанавливающее промежуточное соединение, содержащее азот и углеводороды, причем на поверхность протекания выхлопных газов катализатора очистки выхлопных газов нанесен катализатор на основе драгоценных металлов, и базовая часть поверхности протекания выхлопных газов формируется вокруг катализатора на основе драгоценных металлов, при этом катализатор очистки выхлопных газов имеет свойство формирования восстанавливающего промежуточного соединения и восстановления NO_X, содержащегося в выхлопном газе, посредством действия восстановления сформированного восстанавливающего промежуточного соединения, 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_X, который содержится в выхлопном газе, при увеличении периода колебаний концентрации углеводорода свыше предварительно определенного диапазона, и во время работы двигателя вычисляется требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, и амплитуда и период колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, управляются так, что объем формирования восстанавливающего промежуточного соединения становится упомянутым требуемым сформированным объемом.

2. Система по п.1, в которой требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения выражается посредством суммы объема втекающего NO_X, который выпускается из двигателя и который протекает в катализатор очистки выхлопных газов, и объема высвобождаемого NO_X, который накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов и который высвобождается из катализатора очистки выхлопных газов.

3. Система по п.2, в которой скорость высвобождения NO_X для NO_X, который накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов и который высвобождается из катализатора очистки выхлопных газов, заранее сохраняется, причем объем высвобождаемого NO_X вычисляется из объема накопленного NO_X, который накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов, и упомянутой скорости высвобождения NO_X.

4. Система по п.1, в которой время удерживания восстанавливающего промежуточного соединения, которое удерживается в катализаторе очистки выхлопных газов, и скорость формирования восстанавливающего промежуточного соединения в момент, когда восстанавливающее промежуточное соединение формируется посредством поданных углеводородов, заранее сохраняются, причем амплитуда и период колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, вычисляются из требуемого сформированного объема восстанавливающего промежуточного соединения, времени удерживания восстанавливающего промежуточного соединения и скорости формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

5. Система по п.1, в которой максимальный сформированный объем возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения заранее сохраняется, причем амплитуда и период колебаний концентрации углеводородов, протекающих в катализатор очистки выхлопных газов, вычисляются из максимального сформированного объема и требуемого сформированного объема восстанавливающего промежуточного соединения.

6. Система по п.1, в которой период колебаний концентрации углеводорода находится в диапазоне 0,3-5 с.

7. Система по п.1, в которой, когда объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, не может быть сформирован, объем углеводородов, используемый для формирования восстанавливающего промежуточного соединения или для восстановления NO_X, временно увеличивается.

8. Система по п.7, в которой максимальный сформированный объем возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения заранее сохраняется, причем, когда требуемый сформированный объем восстанавливающего промежуточного соединения превышает максимальный сформированный объем, определяется то, что объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, не может быть сформирован.

9. Система по п.7, в которой, когда объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, не может быть сформирован, объем подачи углеводородов увеличивается, чтобы увеличивать объем углеводородов, используемый для восстановления NO_X, и состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, временно задается обогащенным.

10. Система по п.7, в которой, когда объем восстанавливающего промежуточного соединения, требуемого для восстановления NO_X, не может быть сформирован, базовый состав смеси "воздух-топливо" задается меньшим, чтобы увеличивать объем углеводородов, используемый для формирования восстанавливающего промежуточного соединения.

11. Система по п.1, в которой при принудительном высвобождении катализатором очистки выхлопных газов накопленного NO_X посредством подачи дополнительного топлива в камеру сгорания так, чтобы задавать состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, временно обогащенным, углеводороды подаются так, чтобы обеспечивать формирование восстанавливающего промежуточного соединения в катализаторе очистки выхлопных газов в период возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения до того, как состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, переключается с обедненной в обогащенную смесь после того, как дополнительное топливо подается, и в период возможного формирования восстанавливающего промежуточного соединения после того, как состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, переключается с обогащенной в обедненную смесь.

12. Система по п.1, в которой катализатор на основе драгоценных металлов состоит из платины Pt и, по меньшей мере, одного из родия Rh и палладия Pd.

13. Система по п.1, в которой на поверхности протекания выхлопных газов катализатора очистки выхлопных газов сформирован базовый слой, содержащий щелочной металл, щелочноземельный металл, редкоземельный металл или металл, который может передавать электроны NO_X, причем поверхность базового слоя формирует базовую часть поверхности протекания выхлопных газов.