УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F01N3/20 

[ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ]

[0001]

Настоящее изобретение относится к устройствам очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания.

[УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ]

[0002]

Известна технология, согласно которой катализатор аккумулирования и восстановления оксидов азота (далее NO_x) (далее называемой «катализатор NSR») размещен в выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания. Данный катализатор NSR используется для поглощения или аккумулирования NO_x, содержащихся в выхлопных газах, когда концентрация кислорода в выхлопных газах высокая, и чтобы восстановить поглощенные или аккумулированные NO_x, когда концентрация кислорода в поступающих на очистку выхлопных газах становится низкой, и в присутствии восстановителя.

[0003]

Оксиды серы (SO_x), образующиеся при сгорании входящих в состав топлива серосодержащих веществ, поглощаются или аккумулируются катализатором NSR, как и NO_x. SO_x, аккумулированные таким образом, намного труднее высвободить, чем NOx, и они накапливаются в катализаторе NSR. Это явление называется загрязнением серой. Скорость очистки катализатора NSR от NO_x (то есть их удаление и/или восстановление) снижается из-за такого загрязнения серой, и по этой причине необходимо осуществлять своевременную очистку от загрязнения серой. Очистка от загрязнения серой осуществляется путем циркуляции выхлопных газов, в которых снижена концентрация кислорода, через катализатор NSR, нагретый до высокой температуры.

[0004]

Когда концентрация кислорода снижается, и во время очистки от загрязнения серой генерируется обогащенная топливно-воздушная смесь, на стороне выхода из катализатора NSR может выделяться H₂S, что приводит к образованию крайне неприятного запаха.

[0005]

Известна технология подавления выхлопа H₂S путем осуществления кратковременного обеднения смеси, во время которого топливно-воздушная смесь преобразуется в обедненную топливно-воздушную смесь на короткий промежуток в заданный момент времени, а конечная топливно-воздушная смесь обогащается во время очистки от загрязнения серой (см. Патент 1). Согласно этой технологии, периодичность и длительность осуществления кратковременного обеднения смеси увеличиваются при уменьшении объема отложения или аккумуляции серосодержащих веществ.

[0006]

Кроме того, известна еще одна технология, которая предусматривает окисление H₂S путем подачи вторичного воздуха во время очистки от загрязнения серой (см. Патент 2).

[0007]

Кроме того, также известна технология, согласно которой воздух подается в катализатор при открытии дроссельного клапана во время выполнения отсечки топлива при торможении, в результате чего происходит окисление катализатора и, тем самым, подавляется образование H₂S (см. Патент 3).

[0008]

Кроме того, известна технология подавления образования H₂S путем продления времени, в течение которого выполняется отсечка топлива (см. Патент 4).

[0009]

Кроме того, так же известна технология, согласно которой в случаях, когда катализатор очистки выхлопных газов способен выделять неприятный запах во время выполнения отсечки топлива, интенсивность подачи воздуха, поступающего в катализатор очистки выхлопных газов, увеличивается, по сравнению с интенсивностью потока воздуха во время работы двигателя на холостом ходу (см. Патент 5).

[0010]

Тем не менее, может быть предусмотрен катализатор выборочного восстановления NO_x (далее называемый «катализатор SCR»), помещаемый на стороне выхода из катализатора NSR или трехкомпонентного катализатора, которые оказались загрязненными серой. Такой катализатор SCR представляет собой катализатор, который служит для выборочного восстановления NO_x при помощи восстановителя. В этом случае H₂S, который выделяется из катализатора NSR, может стать причиной загрязнения серой катализатора SCR. В рамках традиционных технологий нигде не упоминается очистка от загрязнения серой обоих катализаторов в том случае, если катализатор SCR находится на стороне выхода из катализатора NSR. По этой причине существует риск того, что очистка от загрязнения серой может оказаться недостаточной, и H₂S может попасть в атмосферный воздух, что сопровождается крайне неприятным запахом. Кроме того, при этом может снизиться скорость удаления или восстановления NO_x.

[ДОКУМЕНТЫ, ОПИСЫВАЮЩИЕ ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ]

[ПАТЕНТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ]

[0011]

[Патент 1] Опубликованная заявка Японии №2004-108176

[Патент 2] Опубликованная заявка Японии №2005-248869

[Патент 3] Опубликованная заявка Японии №2006-348874

[Патент 4] Опубликованная заявка Японии №2006-349025

[Патент 5] Опубликованная заявка Японии №2007-092609

[СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ]

[РЕШАЕМЫЕ ПРОБЛЕМЫ]

[0012]

Настоящее изобретение создавалось с учетом описанных выше проблем, и задача настоящего изобретения заключается в том, что в тех случаях, когда на стороне входа в катализатор выборочного восстановления NO_x расположен еще один катализатор, то соответствующим образом производится очистка обоих катализаторов от загрязнения серой.

[СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ]

[0013]

Для решения вышеуказанной задачи устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания, согласно настоящему изобретению, включает:

катализатор выработки NH₃, размещаемый в выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания и осуществляющий выработку NH₃;

катализатор селективного восстановления NO_x, размещаемый в выхлопной трубе на выходе из катализатора выработки NH₃ и осуществляющий селективное восстановление NO_x;

блок восстановления на входе, который очищает от загрязнения серой катализатор выработки NH₃; и

блок восстановления на выходе, который очищает от загрязнения серой катализатор селективного восстановления NO_x после того, как катализатор выработки NH₃ прошел очистку от загрязнения серой с помощью указанного выше блока восстановления на входе.

[0014]

Катализатор выработки NH₃ представляет собой катализатор, который, например, заставляет H₂ или HC вступать в реакцию с NO и таким образом вырабатывать NH₃. Кроме того, катализатор выработки NH₃ представляет собой катализатор, который загрязнен серосодержащими веществами, содержащимися в выхлопных газах. При этом, когда блок восстановления на входе очищает от загрязнения серой катализатор выработки NH₃, генерирование H₂S зависит от конкретных условий. H₂S поступает в катализатор выборочного восстановления NO_x, который расположен со стороны выхода. Затем H₂S адсорбируется катализатором селективного восстановления NO_x. При этом загрязнение серой также генерируется и накапливается в катализаторе восстановления NO_x. Это означает, что количество NH₃, которое может быть адсорбировано, уменьшается пропорционально объему адсорбции H₂S.

[0015]

Блок восстановления на выходе очищает от загрязнения серой катализатор селективного восстановления NO_x после того, как катализатор синтеза NH₃ был очищен от загрязнения серой блоком восстановления на входе. Иными словами, после того, как H₂S выделился из катализатора выработки NH₃ и был адсорбирован или аккумулирован катализатором селективного восстановления NO_x, происходит очистка от загрязнения серой катализатора селективного восстановления NO_x. При этом происходит нагрев катализатора синтеза NH₃ во время очистки от загрязнения серой катализатора синтеза NH₃. При этом температура катализатора селективного восстановления NO_x также повышается. Соответственно, при очистке от загрязнения серой катализатора селективного восстановления NO_x после очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃ очистка от загрязнения серой катализатора селективного восстановления NO_x может выполняться при высокой температуре. В результате чего обеспечивается более эффективная очистка от загрязнения серой катализатора селективного восстановления NO_x.

[0016]

Кроме того, катализатор селективного восстановления NO_x адсорбирует H₂S, образующийся во время очистки от загрязнения серой катализатора NH₃, обеспечивая устранение неприятного запаха H₂S, который выделяется во время очистки от загрязнения серой катализатора NH₃. Затем, после того, когда отношение воздуха к топливу в выхлопных газах, проходящих через катализатор селективного восстановления NO_x, обедняется, H₂S преобразуется в SO_x и выводится наружу, что позволяет избежать неприятного запаха. Кроме того, при очистке от загрязнения серой катализатора синтеза NH₃ восстанавливается его способность к аккумуляции NO_x, и одновременно с этим восстанавливается его способность к выработке NH₃, таким образом, что NH₃ может подаваться в катализатор селективного восстановления NO_x в качестве восстановителя. В результате появляется возможность увеличения скорости удаления NO_x.

[0017]

При этом следует отметить, что время, в течение которого блок восстановления на выходе очищает от загрязнения серой катализатор селективного восстановления NO_x, может быть задано непосредственно после того как загрязненный серой катализатор выработки NH₃ прошел очистку при помощи блока восстановления на входе. Кроме того, это время может быть задано, когда температура катализатора селективного восстановления NO_x выше, чем до начала очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃, благодаря выполнения очистки катализатора выработки NH₃ от загрязнения серой. Кроме того, также было установлено, что сохраняется выполнение очистки катализатора выработки NH₃ от загрязнения серой на катализатор выработки NH₃ или на катализатор селективного восстановления NO_x. Очистка от загрязнения серой блоком восстановления на входе и очистка от загрязнения серой блоком восстановления на выходе могут выполняться непрерывно или через определенное количество временных интервалов.

[0018]

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, вышеупомянутый блок восстановления на выходе может не допускать после очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃ снижения температуры катализатора селективного восстановления NO_x, которая повысилась, когда блок восстановления на входе очистки устранял загрязнение серой катализатора выработки NH₃.

[0019]

Например, блок восстановления на выходе может поддерживать на постоянном уровне температуру катализатора выработки NH₃ или катализатора селективного восстановления NO_x после того, как завершилась очистка от загрязнения серой катализатора выработки NH₃. Или, например, блок восстановления на выходе может продлить период времени, в течение которого температура катализатора выработки NH₃ или катализатора селективного восстановления NO_x, повысившаяся во время очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃, опускается до температуры, которая была до очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃. Кроме того, блок восстановления на выходе повышает температуру катализатора выработки NH₃ или катализатора селективного восстановления NO_x после очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃ до уровня, который будет выше, чем во время очистки.

[0020]

В данном случае, чем выше температура катализатора селективного восстановления NO_x, тем эффективней будет очистка от загрязнения серой катализатора селективного восстановления NO_x. Кроме того, достигается более высокая температура катализатора выработки NH₃, а также более высокая температура катализатора селективного восстановления NO_x, за счет чего можно повысить эффективность очистки от загрязнения серой катализатора селективного восстановления NO_x. Соответственно, предотвращая падение температуры катализатора выработки NH₃ или катализатора селективного восстановления NO_x после того, как выполнена очистка от загрязнения серой катализатора выработки NH₃, можно повысить эффективность очистки от загрязнения серой катализатора селективного восстановления NO_x. Кроме того, в то же самое время, благодаря тому что, отношение воздуха к топливу в выхлопных газах соответствует стехиометрической или обедненной топливно-воздушной смеси, H₂S будет преобразован в SO_x, что позволяет предупредить выброс H₂S в атмосферный воздух.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, блок восстановления на выходе может выполнять очистку от загрязнения серой, увеличивая количество кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x в определенный период времени после того, как катализатор выработки NH₃ был очищен от загрязнения серой блоком восстановления на входе, по сравнению с количеством кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x после определенного периода времени.

[0022]

Такой период времени также может быть задан в качестве периода времени, в течение которого H₂S адсорбируется катализатором селективного восстановления NO_x, или периода времени, необходимого для того, чтобы H₂S, адсорбированный катализатором селективного восстановления NO_x, понизился до границ приемлемого диапазона. Кроме того, заранее определенный период времени может также быть задан как период времени, в течение которого объем выхлопа H₂S вернется в границы приемлемого диапазона. Начало такого заданного периода времени может быть определено как наступающее незамедлительно после того, как осуществлена очистка от загрязнения серой катализатора выработки NH₃, или же может быть назначено в качестве момента времени, когда закончилась очистка от загрязнения серой катализатора выработки NH₃. При этом, чем больше кислорода поступает в катализатор селективного восстановления NO_x, тем легче H₂S преобразуется в SO_x. По этой причине посредством повышения количества кислорода, подаваемого катализатор селективного восстановления NO_x, можно предотвратить появление неприятного запаха. Кроме того, катализатор селективного восстановления NO_x будет способен адсорбировать NH₃ за более короткий промежуток времени.

[0023]

При этом следует отметить, что общее количество кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x в определенный период времени после выполнения очистки от загрязнения серой блоком восстановления на входе, может быть больше общего количества кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x в последующие периоды. Кроме того, количество кислорода, поступающего за единицу времени в катализатор селективного восстановления NO_x в определенный период времени после выполнения очистки от загрязнения серой блоком восстановления на входе, может быть больше количества кислорода, поступающего за единицу времени в катализатор селективного восстановления NO_x впоследствии.

[0024]

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, блок восстановления на выходе может требовать отношение воздуха к топливу в выхлопных газах более высоким в заданный период времени, чем после окончания указанного периода времени.

[0025]

То есть, путем обогащения кислородом топливно-воздушной смеси выхлопных газов большее количество кислорода может поступать в катализатор выборочного восстановления NO_x.

[0026]

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, указанный блок восстановления на выходе может требовать увеличить количество воздуха, забираемого в двигатель внутреннего сгорания, в заданный период времени, чем после его окончания.

[0027]

То есть, с увеличением количества забираемого воздуха большее количество кислорода может поступать в катализатор выборочного восстановления NO_x, даже если отношение воздуха к топливу остается неизменным.

[0028]

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, указанный блок восстановления на выходе может увеличить промежутки времени после того, как катализатор выработки NH₃ прошел очистку от загрязнение серой при помощи блока восстановления на входе, и до того, как восстановитель в первый раз подается в катализатор синтеза NH₃, по сравнению с промежутками между первой и последующими подачами восстановителя.

[0029]

Например, в случаях, когда катализатор выработки NH₃ представляет собой катализатор аккумуляции и восстановления NO_x, восстановитель подается для снижения NO_x, который был аккумулирован в катализаторе. Данный восстановитель подается в случаях, когда количество аккумулированного NO_x достигает порогового значения или превышает его, или же он подается в каждый заданный период времени. Соответственно, восстановитель подается в случаях, когда количество аккумулированного NO_x достигает порогового значения или превышает его после завершения очистки от загрязнения серой, или в случаях, когда заданный период времени после этого истекает. Когда топливно-воздушная смесь обедняется в результате добавления восстановителя, H₂S десорбируется из катализатора выборочного восстановления NO_x и даже может выбрасываться без преобразования в SO_x.

[0030]

С другой стороны, блок восстановления на выходе задает более длинный период времени до того момента, когда восстановитель впервые добавляется в катализатор выработки NH₃. Соответственно, количество кислорода, подаваемого в катализатор выборочного восстановления NO_x в определенный период времени после очистки от загрязнения серой блоком восстановления на входе может быть увеличено, по сравнению с количеством кислорода, поступающего в катализатор выборочного восстановления NO_x после окончания заданного периода времени. Здесь необходимо уточнить, что в определенный период времени добавление восстановителя может и не осуществляться.

[0031]

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, катализатор селективного восстановления NO_x может содержать в своем составе недрагоценный металл.

[0032]

H₂S может адсорбироваться катализатором селективного восстановления NO_x, и в случае обедненной топливно-воздушной смеси, адсорбированный H₂S может выбрасываться при его преобразовании в SO_x. Недрагоценным металлом может быть, например, Cu, Fe или Са. Как следствие, максимальное количество H₂S, выделяемое за единицу времени со стороны выхода катализатора выборочного восстановления NO_x, может быть уменьшено, за счет чего подавляется неприятный запах.

[ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ]

[0033]

В соответствии с настоящим изобретением, в случаях, когда выше по потоку от катализатора селективного восстановления NO_x расположен другой катализатор, возможно произвести необходимую очистку от загрязнения серой обоих катализаторов.

[КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ]

[0034]

[Фиг. 1] представляет собой схему устройства двигателя внутреннего сгорания, а также его впускной и выхлопной систем согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[Фиг. 2] представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени массы H₂S и общей массы SO_x и H₂S.

[Фиг. 3] представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени массы H₂S при использовании Fe/MFI в качестве катализатора SCR.

[Фиг. 4] представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени состава топливно-воздушной смеси и массы SO_x, выделяющегося из катализатора NSR, во время выполнения очистки от загрязнения серой катализатора NSR.

[Фиг. 5] представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени состава топливно-воздушной смеси, по истечении определенного периода времени после очистки от загрязнения серой катализатора NSR.

[Фиг. 6] представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени состава топливно-воздушной смеси, когда отношение воздуха к топливу равно 26, и когда кратковременное обогащение не производится в определенный период времени непосредственно после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR.

[Фиг. 7] представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени состава топливно-воздушной смеси, когда количество поступающего воздуха составляет 45 г/с, и когда кратковременное обогащение не производится в определенный период времени непосредственно после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR.

[Фиг. 8] представляет собой блок-схему, где изображено управление потоком топливно-воздушной смеси согласно данному варианту осуществления изобретения.

[ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ]

[0035]

Далее будет представлено описание конкретных вариантов осуществления устройства очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[Первый вариант осуществления]

[0036]

Фиг. 1 представляет собой схему устройства двигателя внутреннего сгорания, а также его впускной и выхлопной систем в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения. Двигатель внутреннего сгорания 1, показанный на Фиг. 1, является бензиновым двигателем, но это может быть также и дизельный двигатель. Двигатель внутреннего сгорания 1 может быть установлен, например, в транспортном средстве.

[0037]

Выхлопная труба 2 соединяется с двигателем внутреннего сгорания 1. В середине выхлопной трубы 2 последовательно помещаются: трехкомпонентный катализатор 3, катализатор 4 аккумуляции и восстановления NO_x (далее обозначенный как катализатор NSR 4) и катализатор 5 селективного восстановления NO_x (далее обозначенный как катализатор SCR 5) в указанном порядке со стороны входа.

[0038]

Трехкомпонентный катализатор 3 служит для удаления NO_x, НС и СО с максимальной эффективностью, когда каталитическая среда представляет собой стехиометрическую топливно-воздушную смесь. Кроме того, трехкомпонентный катализатор 3 обладает способностью аккумулировать кислород. То есть, когда топливно-воздушная смесь поступающих на очистку выхлопных газов представляет собой обедненную топливно-воздушную смесь, трехкомпонентный катализатор 3 поглощает или удерживает избыток кислорода, а когда топливно-воздушная смесь поступающих выхлопных газов представляет собой обогащенную топливно-воздушную смесь, трехкомпонентный катализатор 3 выделяет недостающее количество кислорода, тем самым осуществляя очистку выхлопных газов.

[0039]

Благодаря своей способности аккумулировать кислород трехкомпонентный катализатор 3 способен производить очистку или удалять НС, СО и NO_x, даже если топливно-воздушная смесь поступающих выхлопных газов отличается от стехиометрической топливно-воздушной смеси. То есть, благодаря своей способности аккумулировать кислород, он дает возможность расширить диапазон отношения воздуха к топливу (которое также называется «окном очистки»), в пределах которого трехкомпонентный катализатор 3 способен удалить НС, СО и NO_x до определенной нормы или даже выше.

[0040]

Кроме того, катализатор NSR 4 обладает способностью поглощать или удерживать NO_x, содержащийся в поступающих выхлопных газах, когда концентрация кислорода в выхлопных газах высока, и способностью восстанавливать поглощенный или аккумулированный NO_x, когда концентрация кислорода в поступающих выхлопных газах низка, и когда присутствует восстановитель. Для подачи восстановителя в катализатор NSR 4 может использоваться HC или CO, которые представляют собой несгоревшее топливо, выброшенное из двигателя внутреннего сгорания 1.

[0041]

При этом следует отметить, что когда выхлопные газы проходят через трехкомпонентный катализатор 3 или катализатор NSR 4, содержащийся в выхлопных газах NO_x способен вступать в реакцию с HC или H₂ с образованием аммиака (NH₃). Таким образом, в данном варианте осуществления изобретения трехкомпонентный катализатор 3 или катализатор NSR 4 представляют собой катализатор выработки NH₃ согласно настоящему изобретению. Следует уточнить, что в данном варианте осуществления изобретения трехкомпонентный катализатор 3 или катализатор NSR 4 используется в качестве катализатора выработки NH₃, однако вместо них могут быть использованы и другие катализаторы очистки выхлопных газов, которые способны обеспечивать выработку NH₃ и подвержены загрязнению серосодержащими веществами, которые содержатся в выхлопных газах.

[0042]

Катализатор SCR 5 обладает способностью адсорбировать или накапливать восстановитель и осуществлять при помощи восстановителя селективное восстановление NO_x, который был поглощен или аккумулирован во время прохождения NO_x через катализатор SCR. Катализатор SCR 5 состоит из цеолита, содержащего недрагоценный металл, например Cu или Fe. Для катализатора SCR 5 может использоваться, например, Cu/MFI или Fe/MFI. Для подачи восстановителя в катализатор SCR 5 может Использоваться NH₃, синтезированный трехкомпонентным катализатором 3 или катализатором NSR 4.

[0043]

Кроме того, первый температурный датчик 11, служащий для измерения температуры выхлопных газов, и датчик 12 отношения воздуха к топливу, служащий для измерения отношения воздуха к топливу в выхлопных газах, устанавливаются на выхлопной трубе 2 на стороне выхода трехкомпонентного катализатора 3 и до катализатора NSR 4. При этом следует отметить, что температура трехкомпонентного катализатора 3 или температура катализатора NSR 4 может измеряться первым температурным датчиком 11. Кроме того, отношение воздуха к топливу в выхлопных газах в двигателе внутреннего сгорания 1 или отношение воздуха к топливу в выхлопных газах, поступающих в катализатор NSR 4, может определяться датчиком 12 отношения воздуха к топливу.

[0044]

Кроме того, второй температурный датчик 13, служащий для измерения температуры выхлопных газов, устанавливается на выхлопной трубе 2 ниже по потоку от катализатора NSR 4 и выше по потоку от катализатора SCR 5. Температура катализатора NSR 4 или температура катализатора SCR 5 могут измеряться вторым температурным датчиком 13.

[0045]

Кроме того, третий температурный датчик 14, служащий для измерения температуры выхлопных газов, устанавливается на выхлопной трубе 2 ниже по потоку от катализатора SCR 5. Температура катализатора SCR 5 может измеряться третьим температурным датчиком 14.

[0046]

Отметим, что нет необходимости в установке всех вышеперечисленных датчиков, но некоторые из них могут быть выбраны и установлены соответствующим образом.

[0047]

Кроме того, на двигателе внутреннего сгорания 1 имеется клапан впрыска топлива 6 для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания 1.

[0048]

Кроме того, воздухозаборник 7 соединяется с двигателем внутреннего сгорания 1. Дроссельный клапан 8, служащий для регулирования количества воздуха на впуске в двигатель внутреннего сгорания 1, устанавливается в середине воздухозаборника 7. Кроме того, расходомер воздуха 15, служащий для измерения количества воздуха на впуске в двигатель внутреннего сгорания 1, устанавливается на воздухозаборнике 7 на входе в дроссельный клапан 8.

[0049]

В двигателе внутреннего сгорания 1, имеющем описанную выше конфигурацию, в дополнение ко всему вышеперечисленному устанавливается блок электронного управления ЭБУ 10, который представляет собой электронное устройство, которое управляет работой двигателя внутреннего сгорания 1. Блок ЭБУ 10 управляет двигателем внутреннего сгорания 1 в соответствии с эксплуатационными условиями двигателя внутреннего сгорания 1 и/или требованиями водителя.

[0050]

Помимо перечисленных выше датчиков, датчик хода педали акселератора 17, который служит для измерения нагрузки двигателя и выдает электрический сигнал, соответствующий усилию, с которым водитель давит на педаль акселератора 16, и датчик положения коленчатого вала 18, который служит для измерения количества оборотов двигателя за единицу времени, соединяются с блоком ЭБУ 10 при помощи электрических проводов, и выходные сигналы всех этих датчиков поступают на блок ЭБУ 10.

[0051]

Кроме того, клапан впрыска 6 и дроссельный клапан 8 соединяются с блоком ЭБУ 10 при помощи электрических проводов, и время открытия и закрытия клапана впрыска 6 и степень раскрытия дроссельного клапана 8 управляются при помощи блока ЭБУ 10.

[0052]

Например, блок ЭБУ 10 принимает решение о том, какое количество воздуха на впуске необходимо, на основе хода педали акселератора, измеренного датчиком хода педали акселератора 17, и количества оборотов двигателя за единицу времени, измеренного датчиком положения коленчатого вала 18. Степень раскрытия дроссельного клапана 8 регулируется таким образом, чтобы получить необходимое количество воздуха на впуске. Клапан впрыска 6 регулируется таким образом, чтобы обеспечить достаточный объем впрыска топлива в соответствии с количеством воздуха на впуске, которое в это время изменяется. Отношение воздуха к топливу в этот момент равно, например, 25, что далее будет рассматриваться как нормальная топливно-воздушная смесь. Нормальная топливно-воздушная смесь представляет собой топливно-воздушную смесь, которая соответствует эксплуатационным условиям двигателя внутреннего сгорания 1. Двигатель внутреннего сгорания 1, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, работает на обедненной топливно-воздушной смеси все время, за исключением периода кратковременного обогащения и периода очистки от загрязнения серой, и таким образом нормальная топливно-воздушная смесь представляет собой обедненную топливно-воздушную смесь.

[0053]

Кроме того, блок ЭБУ 10 осуществляет восстановление NO_x, аккумулированного в катализаторе NSR 4. Во время восстановления NO_x, аккумулированного в катализаторе NSR 4, осуществляется так называемая корректировка кратковременного обогащения, которая предполагает обеднение отношения воздуха к топливу в выхлопных газах, поступающих в катализатор NSR 4, до определенного отношения, характерного для обогащенной топливно-воздушно смеси, путем регулирования количества топлива, впрыскиваемого через клапан впрыска 6, или степени раскрытия дроссельного клапана 8.

[0054]

Такая корректировка кратковременного обогащения осуществляется в случаях, когда количество NO_x, аккумулированного в катализаторе NSR 4, достигает заданного уровня. Количество NO_x, аккумулированного в катализаторе NSR, рассчитывается, например, путем интегрирования разницы между количеством NO_x, поступающим в катализатор NSR 4, и количеством NO_x, выделяемым из катализатора NSR 4. Количество NO_x, поступающего в катализатор NSR 4, и количество NO_x, выделяющегося из катализатора NSR 4, может быть измерено при помощи датчиков. Кроме того, корректировка кратковременного обогащения может осуществляться в каждый заданный период времени или для каждой заданной величины пробега транспортного средства.

[0055]

Кроме того, для очистки катализатора NSR 4 от загрязнения серой блок ЭБУ 10 осуществляет процедуру очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4. Такая процедура очистки от загрязнения серой осуществляется путем регулирования отношения воздуха к топливу в выхлопных газах до определенного значения, характерного для обогащенной топливно-воздушной смеси (например, 25), после повышения температуры катализатора NSR 4 до температуры (например, 650 градусов C или выше), которая необходима для очистки от загрязнения серой. Следует уточнить, что когда мы повышаем температуру катализатора NSR 4, количество топлива, впрыскиваемого через клапан впрыска 6, или открытие дроссельного клапана 8 могут быть отрегулированы таким образом, чтобы отношение воздуха к топливу в выхлопных газах соответствовало обедненной топливно-воздушной смеси.

[0056]

При этом отношение воздуха к топливу во время очистки от загрязнения серой и отношение воздуха к топливу во время восстановления NO_x (при корректировке кратковременного обогащения) может быть одинаковым, но может быть и разным. Кроме того, отношение воздуха к топливу во время корректировки кратковременного обогащения также может быть задано как меньшее или равное по отношению к стехиометрической топливно-воздушной смеси, но большее, чем 14,3. Топливно-воздушная смесь во время очистки от загрязнения серой и топливно-воздушная смесь во время восстановления NO_x (при корректировке кратковременного обогащения) являются топливно-воздушными смесями, которые соответствуют окну очистки трехкомпонентного катализатора 3. Затем очистка от загрязнения серой осуществляется, например, в течение 10 минут. Этот период времени определяется заранее как длящийся до тех пор, пока не завершится очистка от загрязнения серой. Следует уточнить, что нет необходимости добиваться полного удаления всех серосодержащих веществ из катализатора NSR 4.

[0057]

Затем, после завершения очистки от загрязнения серой, отношение воздуха к топливу в выхлопных газах возвращается к состоянию нормальной топливно-воздушной смеси. Слово «нормальная» подразумевает период времени, в течение которого не выполняется корректировка кратковременного обогащения или очистка от загрязнения серой. Кроме того, как описано выше, нормальная топливно-воздушная смесь представляет собой топливно-воздушную смесь, которая соответствует эксплуатационным условиям двигателя внутреннего сгорания 1 и имеет отношение воздуха к топливу, характерное для периодов, когда не выполняется корректировка кратковременного обогащения или очистка от загрязнения серой.

[0058]

Таким образом, блок ЭБУ 10 задает отношение воздуха к топливу как равное 25, когда не производится очистка от загрязнения серой или восстановление NO_x, и задает отношение воздуха к топливу как обогащенное во время очистки от загрязнения серой или восстановления NO_x.

[0059]

Однако в случаях, когда катализатор SCR 5 размещается на выходе катализатора NSR 4, даже когда имело место загрязнение серой катализатора NSR 4, NO_x может быть восстановлен при помощи катализатора SCR 5. По этой причине снижение скорости восстановления NO_x устройством очистки выхлопных газов будет меньше, чем в случае, когда катализатор SCR 5 отсутствует. В этом случае, даже если происходит загрязнение серой катализатора NSR 4, NH₃, который образуется в результате реакции с NO_x и восстановителя в катализаторе NSR 4, используется как восстановитель в катализаторе SCR 5. Таким образом, NO_x очищается или восстанавливается при помощи NH₃ в катализаторе SCR 5. Однако было установлено, что когда происходит загрязнение серой катализатора NSR 4, снижается не только способность NO_x к абсорбции или аккумуляция, но и его способность к выработке NH₃. Соответственно, существует риск того, что при загрязнении серой катализатора NSR 4 скорость восстановления NO_x в катализаторе SCR 5 также может снизиться.

[0060]

Во время очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 блок ЭБУ 10 управляет работой клапана впрыска 6 или дроссельного клапана 8 таким образом, чтобы двигатель внутреннего сгорания 1 работал на обогащенной топливно-воздушной смеси со значением 14,3. Когда происходит изменение состава топливно-воздушной смеси, и отношение воздуха к топливу падает до 14 или ниже, существует опасность того, что серосодержащие вещества, десорбированные из катализатора NSR 4, могут перейти в H₂S. Это нежелательно, поскольку H₂S, имеющий крайне неприятный запах, будет выброшен в атмосферный воздух.

[0061]

В отличие от вышеописанной конфигурации, в данном варианте осуществления, катализатор SCR 5 размещен на выходе из катализатора NSR 4. Катализатор SCR 5 адсорбирует H₂S. Когда двигатель внутреннего сгорания 1 работает на обедненной топливно-воздушной смеси, H₂S, адсорбированный катализатором катализатор SCR 5, десорбируется из катализатора SCR 5 и переходит в SO_x в результате реакции с кислородом, содержащимся в выхлопных газах, и выпускается в атмосферу.

[0062]

Фиг.2 представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени массы H₂S и общей массы SO_x и H₂S. До временной точки, обозначенной как А, выхлопные газы представляют собой обедненную топливно-воздушную смесь, а после временной точки, обозначенной как А, топливно-воздушная смесь имеет отношение воздуха к топливу, равное, например, 12. Топливно-воздушная смесь после временной точки, обозначенной как А, богаче, чем во время выполнения очистки от загрязнения серой, и способна синтезировать H₂S в количествах, достаточных для целей эксперимента. Сплошная линия обозначает массу H₂S, выделяющегося из катализатора SCR 5 за единицу времени. Кроме того, пунктирная линия, состоящая из длинного и короткого пунктиров, обозначает массу H₂S, поступающего в катализатор SCR 5 за единицу времени. Следует уточнить, что пунктирная линия, состоящая из длинного и короткого пунктиров, может обозначать массу H₂S, выделяющегося из катализатора NSR 4 за единицу времени, или же может обозначать массу H₂S, проходящего через выхлопную трубу 2 за единицу времени, в случаях, когда катализатор SCR 5 отсутствует. Кроме того, пунктирная линия, состоящая из длинного и двух коротких пунктиров, обозначает общую сумму массы SO_x и H₂S, выделяющихся из катализатора NSR 4 за единицу времени. При этом в составе катализатора SCR 5 используется Cu/MFI.

[0063]

На Фиг. 2 разница между пунктирной линией, состоящей из длинного и двух коротких пунктиров, и пунктирной линией, состоящей из длинного и короткого пунктиров, представляет собой суммарную массу SO₂ и SO₃. Кроме того, на Фиг. 2, разница между прерывистой линией, состоящей из длинного и короткого пунктиров, и сплошной линией отражает массу H₂S, который был абсорбирован катализатором SCR 5. То есть, когда выхлопные газы проходят через катализатор SCR 5, масса H₂S уменьшается. Считается, что это количество H₂S адсорбируется катализатором SCR 5. Таким образом, было установлено, что в случаях, когда применяется катализатор SCR 5, содержащий только Cu в виде, например, Cu/MFI, адсорбируется не только NH₃, но также и H₂S.

[0064]

Далее Фиг. 3 представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени массы H₂S при использовании Fe/MFI в качестве катализатора SCR 5. Значения сплошной линии, пунктирной линии, состоящей из длинного и короткого пунктиров, и пунктирной линии, состоящей из длинного и двух коротких пунктиров, такие же, как и на Фиг. 2.

[0065]

На Фиг. 3, при проведении сравнения между сплошной линией и пунктирной линией, состоящей из длинного и короткого пунктиров, видно, что максимальное значение сплошной линии меньше, чем максимальное значение пунктирной линии, состоящей из длинного и короткого пунктиров. Таким образом, когда выхлопные газы проходят через катализатор SCR 5, максимальное количество массы H₂S уменьшается. Это свидетельствует о том, что H₂S адсорбируется катализатором SCR 5. Тем не менее оказывается, что после того, как сплошная линия достигает своего максимального значения, сплошная линия оказывается выше пунктирной линии, состоящей из длинного и короткого пунктиров. То есть, после того, как масса H₂S достигает своего максимума, масса H₂S на стороне выхода из катализатора SCR 5 становится больше, чем на стороне входа. Таким образом, установлено, что в случаях, когда сплошная линия выше пунктирной линии, состоящей из длинного и короткого пунктиров, H₂S десорбируется из катализатора SCR 5.

[0066]

Считается, что в тех случаях, когда используется катализатор SCR 5, содержащий только Fe в виде, например, Fe/MFI, даже если H₂S адсорбируется катализатором SCR 5, адсорбированный H₂S будет впоследствии десорбироваться из него. По этой причине полезный эффект от снижения массы H₂S, выделяющегося из катализатора SCR 5, незначителен. Однако когда катализатор SCR 5 адсорбирует H₂S однократно, максимальное количество массы H₂S будет небольшим, в результате чего устраняется неприятный запах.

[0067]

При этом следует уточнить, что когда двигатель внутреннего сгорания 1 работает на обедненной топливно-воздушной смеси, H₂S, который был адсорбирован катализатором SCR, переходит в SO_x в результате реакции с кислородом, содержащихся в выхлопных газах, и в таком виде выделяется из катализатора SCR 5. Как следствие, подавляется неприятный запах.

[0068]

Однако в случаях, когда очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4 осуществляется многократно, вероятность образования H₂S возрастает. Кроме того, когда H₂S адсорбируется катализатором SCR 5, каждый раз, когда осуществляется очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4, адсорбция NH₃ катализатором SCR 5 становится, соответственно, все более затруднительной. То есть в катализаторе SCR 5, когда H₂S адсорбируется порами, в которые должен адсорбироваться NH₃, раньше, чем NH₃ поры больше не могут адсорбировать NH₃. Поэтому, так как объем адсорбции H₂S в катализаторе SCR 5 возрастает, а количество NH₃, необходимого для восстановления NO_x, уменьшается, возникает опасность того, что скорость удаления или восстановления NO_x может упасть.

[0069]

Соответственно, в данном варианте осуществления, после выполнения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4, H₂S должен десорбироваться из катализатора SCR 5. При этом после подачи в катализатор SCR 5 большого количества кислорода H₂S, адсорбированный катализатором SCR 5, выводится во внешнюю среду в виде SO_x. Например, непосредственно после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 отношение воздуха к топливу равно 26, а по истечении времени, необходимого для удаления H₂S из катализатора SCR 5, отношение воздуха к топливу возвращается к нормальному значению 25. Таким образом, топливно-воздушная смесь непосредственно после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 богаче, чем нормальная топливно-воздушная смесь. Кроме того, объемная скорость (ОС) выхлопных газов, проходящих через катализатор SCR 5, может быть повышена (например, путем увеличения количества воздуха на впуске в двигатель внутреннего сгорания 1 в период времени после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 и до первого кратковременного обогащения) больше чем после первого кратковременного обогащения. Соответственно, количество кислорода, поступающего в катализатор SCR 5, увеличивается в определенный период времени, благодаря чему становится возможным быстро десорбировать H₂S в виде SO_x.

[0070]

Кроме того, период времени, или промежуток времени после очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 и до первого кратковременного обогащения может быть продлен, по сравнению с промежутками между первым и последующими кратковременными обогащениями. Таким образом, период времени до первого кратковременного обогащения становится длиннее, и большее количество кислорода может подаваться в катализатор SCR 5, что обеспечивает возможность быстрой десорбции H₂S в виде SO_x. Более того, например, выполнение кратковременного обогащения может не разрешаться до тех пор, пока не истечет период времени, необходимый для удаления H₂S после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR.

[0071]

Фиг. 4 представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени отношения воздуха к топливу и массы SO_x, выделяющегося из катализатора NSR 4, во время выполнения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4. Очистка от загрязнения серой осуществляется в течение примерно 10 минут. Отношение воздуха к топливу составляет в это время, например, 14,3. Когда очистка от загрязнения серой завершается, масса SO_x, выделяющегося из катализатора NSR 4, относительно невелика. Затем H₂S удаляется из катализатора SCR 5.

[0072]

Фиг.5 представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени отношения воздуха к топливу, когда достаточный период времени истек после очистки катализатора NSR 4 от загрязнения серой. Следует уточнить, что это отношение воздуха к топливу может представлять собой величину, полученную в результате измерения датчиком, или же оно может быть целевым параметром, заданным в блоке ЭБУ 10. На Фиг. 5, Фиг. 6 и 7, которые будут описаны далее, в момент времени на отметке 0 очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4 завершена. Фиг. 5 показывает изменения во времени топливно-воздушной смеси в условиях, когда H₂S в основном еще не поглощен катализатором SCR 5, поскольку после очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 прошло достаточно времени. Это означает, что можно наблюдать изменения во времени в составе топливно-воздушной смеси, когда не выполняется корректировка десорбции H₂S. На Фиг. 5 отношение воздуха к топливу равно 25, когда не выполняется кратковременное обогащение, а количество воздуха на впуске составляет, например, 40 г/с. Топливно-воздушная смесь в это время представляет собой описанную выше нормальную топливно-воздушную смесь.

Фиг. 6 представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени топливно-воздушной смеси, когда отношение воздуха к топливу равно 26, и когда кратковременное обогащение не производится, в определенный период времени непосредственно после очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4. Таким образом, отношение воздуха к топливу будет выше, чем тогда, когда достаточный период времени истек после очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4. Период времени, в течение которого соотношение воздуха к топливу высоко, может быть определен заранее экспериментальным путем и т.п. как период времени, необходимый для удаления H₂S из катализатора SCR 5. Следует уточнить, что количество воздуха на впуске будет таким же, как и в примере на Фиг. 5. Таким образом, когда в определенный период времени задается высокое отношение воздуха к топливу, большее количество кислорода будет подаваться в катализатор SCR 5, и в результате H₂S будет десорбироваться как SO_x.

[0074]

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму, изображающую изменения во времени топливно-воздушной смеси, когда количество воздуха на впуске составляет 45 г/с, и когда кратковременное обогащение не производится в определенный период времени непосредственно после очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4. Таким образом, количество воздуха на впуске будет выше, чем тогда, когда после очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 прошло достаточно времени. Период времени, в течение которого количество воздуха на впуске повышается, может быть определен заранее экспериментальным путем и т.п. как период времени, необходимый для удаления H₂S из катализатора SCR 5. Кроме того, период времени, в течение которого количество воздуха на впуске увеличивается, может быть определен как период времени после очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 и до первого кратковременного обогащения. При этом следует отметить, что отношение воздуха к топливу в этом случае равно 25, как и в примере, описанном на Фиг. 5. Таким образом, в результате увеличения количества воздуха на впуске в определенный период времени большее количество кислорода будет подаваться в катализатор SCR 5, в результате чего H₂S будет десорбироваться в виде SO_x.

[0075]

Таким образом, большее количество кислорода может подаваться в катализатор SCR 5 либо путем повышения отношения воздуха к топливу, либо путем увеличения количества воздуха на впуске. Как следствие, H₂S будет быстро десорбироваться в виде SO_x. Кроме того, катализатор SCR 5 приобретет способность адсорбировать NH₃ что необходимо для восстановления NO_x, и скорость удаления или восстановления NO_x может быть повышена. Следует уточнить, что отношение воздуха к топливу можно изменить, добавив некоторое количество топлива через клапан впрыска 6 или увеличив степень раскрытия дроссельного клапана 8. Кроме того, количество воздуха на впуске можно регулировать, управляя степенью раскрытия дроссельного клапана 8. Отметим, что в случаях, когда отношение воздуха к топливу не меняется при повышении количества воздуха на впуске, количество впрыскиваемого топлива увеличивается в соответствии с количеством воздуха на впуске.

[0076]

Далее, Фиг. 8 представляет собой блок-схему, отображающую технологический процесс, или последовательность операций регулирования отношения воздуха к топливу в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения. Эта последовательность операций осуществляется при помощи блока ЭБУ 10 в каждый заданный временной промежуток.

[0077]

На этапе S101 принимается решение, необходимо ли проводить в данное время очистку от загрязнения серой. Очистка от загрязнения серой представляет собой обработку, целью которой является очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4. На этом этапе может быть принято решение относительно того, существует ли риск снижения скорости удаления или восстановления NOx в катализаторе NSR 4, по сравнению с разрешенным диапазоном, в связи с накоплением количества SO_x, аккумулированного в катализаторе NSR 4. На этом этапе может быть трудно определить массу SO_x, аккумулированного катализатором NSR 4. По этой причине, например, когда срок эксплуатации двигателя внутреннего сгорания 1 после последней очистки от загрязнения серой равен предписанному периоду или больше его, может быть принято решение о том, что наступило время для проведения очистки от загрязнения серой. Кроме того, всякий раз, когда пробег (пройденное расстояние) транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания 1, достигает предписанного значения, может быть принято решение о том, что наступило время для проведения очистки от загрязнения серой. Также, например, можно оценить количество SO_x, поглощенного или аккумулированного в катализаторе NSR 4, и с учетом этого принять решение, достигло ли количество SO_x порогового значения или даже превысило его. Существуют хорошо известные методы измерения количества SO_x.

[0078]

Затем, в случае принятия положительного решения на этапе S101, процедура переходит к выполнению этапа S102. В ином случае, если принято отрицательное решение на этапе S101, когда нет необходимости производить очистку от загрязнения серой катализатора NSR 4, процедура завершается.

[0079]

На этапе S102 осуществляется очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4. Сначала температура катализатора NSR 4 повышается до температуры (например, 650 градусов C), необходимой для очистки от загрязнения серой. Следует уточнить, что во время повышения температуры катализатора NSR 4 отношение воздуха к топливу также может быть отрегулировано как соответствующее обедненной топливно-воздушной смеси. Затем отношение воздуха к топливу задается на заранее определенном значении для обогащенной топливно-воздушной смеси (например, 14,3), подходящей для удаления SO_x. Следует уточнить, что в данном варианте осуществления блок ЭБУ 10, который выполняет этап S102, соответствует устройству очистки на стороне входа в соответствии с настоящим изобретением.

[0080]

На этапе S103 определяется, завершилась ли очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4. Например, когда время, прошедшее после начала очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4, равно предписанному временному периоду или больше него, принимается решение, что очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4 завершилась. В случаях принятия положительного решения на этапе S103 процедура переходит к этапу S104. В ином случае, если на этапе S103 принято отрицательное решение, процедура возвращается к этапу S102, и очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4 продолжается.

[0081]

На этапе S104 осуществляется удаление H₂S. Удаление H₂S представляет собой обработку с целью удаления H₂S из катализатора SCR 5. Эту процедуру можно также описать как очистку от загрязнения серой катализатора SCR 5. На этом этапе осуществляется обработка, имеющая целью быстро высвободить H₂S, абсорбированный или аккумулированный катализатором SCR. При этом повышается отношение воздуха к топливу, или увеличивается количество воздуха на впуске. Следует уточнить, что период времени после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 до первого кратковременного обогащения может быть продлен. Дело в том, что во время осуществления первого кратковременного обогащения, большее количество кислорода должно быть подано в катализатор SCR 5. При этом, если кратковременное обогащение осуществляется в условиях, когда катализатор SCR 4 адсорбировал или аккумулировал H₂S, отсутствует риск того, что H₂S может попасть в атмосферный воздух без преобразования в SO_x. В результате выделение H₂S подавляется. Удаление H₂S может осуществляться одновременно с очисткой от загрязнения серой на этапе S102, или оно может осуществляться по истечении некоторого периода времени после этого этапа. Следует уточнить, что в данном варианте осуществления блок ЭБУ 10, который осуществляет выполнение процедуры на этапе S104, соответствует устройству очистки на стороне выхода в соответствии с настоящим изобретением.

[0082]

На этапе S105, определяется, завершилась ли операция удаления H₂S. Например, когда время, прошедшее после начала удаления H₂S, равно заданному временному периоду или больше его, принимается решение, что удаление H₂S завершилось. Этот заранее установленный период времени может быть определен экспериментальным путем и т.д. В случаях принятия положительного решения на этапе S105 процедура переходит к этапу S106. В том случае, если на этапе S105 принято отрицательное решение, процедура возвращается к этапу S104, и удаление H₂S продолжается.

[0083]

На этапе S106 выполняется управление в обычном режиме. Управление в обычном режиме означает в данном контексте, что двигатель внутреннего сгорания 1 работает на нормальной топливно-воздушной смеси, и кратковременное обогащение осуществляется только тогда, когда количество NO_x, аккумулированного в катализаторе NSR 4, достигает порогового значения.

[0084]

Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения, H₂S может удаляться из катализатора SCR 4 непосредственно после выполнения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4. Как следствие, это позволяет подавить уменьшение скорости удаления NO_x.

[0085]

Кроме того, в результате очистки от загрязнения серой восстанавливается способность катализатора NSR 4 к выработке NH₃, и таким образом можно избежать нехватки восстановителя в катализаторе SCR 5, благодаря чему не происходит снижения скорости удаления или восстановления NO_x.

[0086]

Кроме того, H₂S может быть адсорбирован катализатором SCR 5 и затем удален в виде SO_x. По этой причине концентрация H₂S, выделяющегося после катализатора SCR 5, может быть снижена, что способствует устранению неприятного запаха.

[0087]

Однако, в случае, если катализатор SCR 5 содержит в своем составе Cu, например, в виде Cu/MFI, Cu и H₂S могут вступать друг с другом в реакцию и образовывать сульфат меди. Сульфат меди является водорастворимым веществом, поэтому есть риск того, что Cu будет вымываться из катализатора SCR 5 из-за влаги, которая содержится в выхлопных газах. С другой стороны, при условии быстрого удаления H₂S, возможно предотвратить вымывание Cu из катализатора SCR 5, а заодно сохранить высокую скорость удаления или восстановления NO_x.

[0088]

Таким образом, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, может быть выполнена эффективная очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4 и катализатора SCR 5.

[Второй Вариант осуществления изобретения]

[0089]

В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4 можно избежать падения температуры катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5. В этом случае, когда осуществляется очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4, температура катализатора NSR 4 повышается. Это означает, что температура катализатора NSR 4 становится выше, чем температура до выполнения очистки от загрязнения серой. Затем, с повышением температуры катализатора NSR 4, температура катализатора SCR 5 на стороне выхода из катализатора NSR 4 также повышается. Как следствие, активизируется десорбция H₂S из катализатора SCR 5. Остальные приемы и пр. аналогичны тому, что описано в первом варианте осуществления изобретения, и их описание здесь будет опущено.

[0090]

Следует уточнить, что в данном варианте осуществления изобретения температура катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 после завершения очистки катализатора NSR 4 от загрязнения серой поддерживается на постоянном уровне. Кроме того, скорость падения температуры катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 может быть замедлена. Более того, температура катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 может поддерживаться на более высоком уровне, чем перед выполнением очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4. Кроме того, температура катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 может быть сделана даже выше, чем во время, когда очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4 завершена. К тому же, после того, как температура катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 упала после завершения очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4, температуру катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 можно снова повысить.

[0091]

Например, температура катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 также может быть задана на уровне (например, 650 градусов C) температуры, достаточной для произведения десорбции H₂S из катализатора SCR 5. Кроме того, в случаях, когда очистка от загрязнения серой катализатора NSR 4 не выполняется, температура катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 также может поддерживаться на уровне 450 градусов C, есть выше температуры при работе двигателя в рабочем режиме, когда температура катализатора NSR 4 составляет 420 C.

[0092]

Следует уточнить, что, увеличивая впрыск топлива либо меняя момент открытия клапана или ход подъема клапана, можно исключить падение температуры катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5. Катализатор NSR 4 или катализатор SCR 5 могут также нагреваться при помощи электрического нагревателя. Кроме того, например, в случаях, когда установлена система рециркуляции отработанных газов, падение температуры катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 можно исключить, прекратив подачу газа системы рециркуляции отработанных газов. Кроме того, падение температуры катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 можно компенсировать, если задать отношение воздуха к топливу ниже отношения нормальной топливно-воздушной смеси или если задержать включение зажигания.

[0093]

Таким образом, можно исключить падение температуры катализатора SCR 5. В данном случае, чем выше температура катализатора SCR 5, тем легче осуществляется десорбция H₂S из катализатора SCR 5. Кроме того, если отношение воздуха к топливу в выхлопных газах соответствует стехиометрической топливно-воздушной смеси или обедненной топливно-воздушной смеси, H₂S переходит в SO_x, благодаря чему можно предотвратить попадание H₂S в атмосферный воздух. При этом, если одновременно с этим применяется подача повышенного количества кислорода в катализатор SCR 5, как описано в первом варианте осуществления изобретения, H₂S может выводиться в виде SO_x намного быстрее.

[0094]

Следует уточнить, что в этом примере мы ссылаемся на использование устройства очистки выхлопных газов для бензинового двигателя, однако его можно использовать и для дизельных двигателей. Следует уточнить, что в случаях, когда устройство очистки выхлопных газов используется для дизельного двигателя, падение температура катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 можно исключить одним из следующих способов: изменением объема основного впрыска, изменением времени основного впрыска, добавлением подвпрыска, изменением времени подвпрыска, добавлением вторичного впрыска и изменением времени вторичного впрыска. Кроме того, в случае дизельного двигателя в выхлопные газы может добавляться топливо, и/или катализатор NSR 4 или катализатор SCR 5 могут нагреваться при помощи горелки или электрического нагревателя.

[0095]

Кроме того, в данном варианте осуществления на этапе S104 в технологической схеме, представленной на Фиг. 8 первого варианта осуществления изобретения, падение температуры катализатора NSR 4 или катализатора SCR 5 исключается при удалении H₂S. В этом случае обработка на этапе S104, как описано в первом варианте осуществления изобретения, может быть реализована в комбинации с этим способом. При этом, в данном варианте осуществления блок ЭБУ 10, который обеспечивает выполнение этапа S104, соответствует устройству очистки на выходе в соответствии с настоящим изобретением.

[0096]

Как описано выше, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, благодаря тому, что исключается падение температуры, повысившейся во время очистки от загрязнения серой катализатора NSR 4, можно обеспечить высокую скорость десорбции H₂S из катализатора SCR 5. В результате можно избежать снижения скорости удаления или восстановления NO_x.

[0097]

Кроме того, способность катализатора NSR 4 к синтезу NH₃ восстанавливается благодаря очистке от загрязнения серой, и таким образом можно предотвратить истощение запасов восстановителя в катализаторе SCR 5, что, в свою очередь, позволяет исключить снижение скорости удаления или восстановления NO_x.

[0098]

Кроме того, H₂S может адсорбироваться катализатором SCR 5 и затем выводиться в виде SO_x. По этой причине концентрация H₂S, выделяющегося на стороне выхода катализатора SCR 5, может быть снижена, что позволяет избежать появления неприятного запаха.

[0099]

Кроме того, есть возможность предотвратить вымывание Cu из катализатора SCR 5 и за счет этого не допустить снижения скорости удаления или восстановления NO_x.

[0100]

Таким образом, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, можно осуществить очистку от загрязнения серой катализатора NSR 4 и катализатора SCR 5 приемлемым образом.

[ПЕРЕЧЕНЬ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ И СИМВОЛОВ]

[0101]

1 двигатель внутреннего сгорания

2 выхлопная труба

3 трехкомпонентный катализатор

4 катализатор аккумуляции и восстановления NO_x (катализатор NSR)

5 катализатор селективного восстановления NO_x (катализатор SCR)

6 клапан впрыска

7 воздухозаборник

8 дроссельный клапан

10 блок ЭБУ

11 первый температурный датчик

12 датчик отношения воздуха к топливу

13 второй температурный датчик

14 третий температурный датчик

15 расходомер воздуха

16 педаль акселератора

17 датчик хода педали акселератора

18 датчик положения коленчатого вала

Группа изобретений относится к устройствам очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания. Устройство очистки содержит катализатор выработки NH₃, помещаемый в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания и вырабатывающий NH₃. Катализатор селективного восстановления оксидов азота (далее NO_x), помещаемый в выхлопную трубу на стороне выхода из катализатора выработки NH₃ и осуществляющий селективное восстановление NO_x. Блок восстановления на входе, который очищает от загрязнения серой катализатор выработки NH₃. Блок восстановления на выходе, который очищает от загрязнения серой катализатор селективного восстановления NO_x после того, как катализатор выработки NH₃ очищен от загрязнения серой блоком восстановления на входе. Блок восстановления на выходе осуществляет очистку от загрязнения серой посредством добавления некоторого количества кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x в определенный период времени после того, как катализатор выработки NH₃ очищен от загрязнения серой блоком восстановления на входе. Это количество кислорода будет больше количества кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x по истечении заранее заданного периода времени. Также описан вариант устройства для очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в том, что когда на стороне входа в катализатор выборочного восстановления NO_x расположен еще один катализатор, то соответствующим образом производится очистка обоих катализаторов от загрязнения серой. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания, содержащее:
катализатор выработки NH₃, помещаемый в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания и вырабатывающий NH₃;
катализатор селективного восстановления оксидов азота (далее NO_x), помещаемый в выхлопную трубу на стороне выхода из катализатора выработки NH₃ и осуществляющий селективное восстановление NO_x;
блок восстановления на входе, который очищает от загрязнения серой катализатор выработки NH₃; и
блок восстановления на выходе, который очищает от загрязнения серой катализатор селективного восстановления NO_x после того, как катализатор выработки NH₃ очищен от загрязнения серой блоком восстановления на входе;
в котором указанный блок восстановления на выходе осуществляет очистку от загрязнения серой посредством добавления некоторого количества кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x в определенный период времени после того, как катализатор выработки NH₃ очищен от загрязнения серой блоком восстановления на входе, и это количество кислорода будет больше количества кислорода, поступающего в катализатор селективного восстановления NO_x по истечении заранее заданного периода времени.

2. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания, содержащее:
катализатор выработки NH₃, помещенный в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания и вырабатывающий NH₃;
катализатор селективного восстановления NO_x, помещенный в выхлопную трубу на стороне выхода из катализатора выработки NH₃ и осуществляющий селективное восстановление NO_x;
блок восстановления на входе, который очищает от загрязнения серой катализатор выработки NH₃, переводя двигатель внутреннего сгорания в режим работы на обогащенной топливно-воздушной смеси; и
блок восстановления на выходе, который очищает от загрязнения серой катализатор селективного восстановления NO_x, переводя двигатель внутреннего сгорания в режим работы на обедненной топливно-воздушной смеси после того, как катализатор выработки NH₃ очищен от загрязнения серой при помощи блока восстановления на входе.

3. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания по п. 2, отличающееся тем, что блок восстановления на выходе осуществляет очистку от загрязнения серой путем добавления некоторого количества кислорода в катализатор селективного восстановления NO_x в определенный период времени после того, как катализатор выработки NH₃ был очищен от загрязнения серой при помощи блока восстановления на входе, и это количество кислорода будет больше количества кислорода, добавляемого в катализатор селективного восстановления NO_x по истечении заранее заданного периода времени.

4. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что после очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃ блок восстановления на выходе предотвращает снижение температуры катализатора селективного восстановления NO_x, которая повысилась во время очистки от загрязнения серой катализатора выработки NH₃ при помощи блока восстановления на входе.

5. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания по п. 1 или 3, отличающееся тем, что блок восстановления на выходе требует более высокое отношение воздуха к топливу в выхлопных газах в указанный заданный период времени, чем после его окончания.

6. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания по п. 1 или 3, отличающееся тем, что блок восстановления на выходе требует большее количество воздуха на впуске в двигателе внутреннего сгорания в указанный заданный период времени, чем после его окончания.

7. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания по п. 1 или 3, отличающееся тем, что блок восстановления на выходе задает период времени после очистки катализатора выработки NH₃ от загрязнения серой указанным блоком восстановления на входе и до того, как восстановитель в первый раз подается в катализатор выработки NH₃, длиннее, чем промежутки времени между первым и последующими добавлениями восстановителя.

8. Устройство очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающееся тем, что катализатор селективного восстановления NO_x содержит в своем составе недрагоценный металл.