УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F01N3/08 F01N3/28 F02D41/04 B01D53/92 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором трехкомпонентный катализатор размещен в выхлопном канале двигателя, при этом катализатор адсорбции окислов азота NO_x, адсорбирующий окислы азота NO_x в выхлопном газе, когда воздушно-топливное соотношение поступившего выхлопного газа находится в обедненном диапазоне, и высвобождающий адсорбированные окислы азота NO_x, когда воздушно-топливное соотношение поступившего выхлопного газа находится в обогащенном диапазоне, расположен в выхлопном канале двигателя на выходе трехкомпонентного катализатора, и рабочий режим двигателя переключается либо в рабочий режим обедненного воздушно-топливного соотношения, в котором сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, либо в рабочий режим теоретического воздушно-топливного соотношения, в котором сгорание происходит при теоретическом воздушно-топливном соотношении в зависимости от рабочих состояний двигателя (см., например, патентную литературу 1).

[0003] В таком двигателе внутреннего сгорания количество топлива, потребляемого, когда сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, меньше, чем когда сгорание происходит при теоретическом воздушно-топливном соотношении. В соответствии с этим в двигателе внутреннего сгорания сгорание обычно происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении в рабочей области, которая является настолько широкой, насколько это возможно. Однако, когда сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении в состоянии, в котором нагрузка на двигатель является высокой, температура катализатора адсорбции окислов азота NO_x повышается, и, таким образом, способность к адсорбции окислов азота NO_x катализатора адсорбции окислов азота NO_x уменьшается, вследствие чего уменьшается степень очистки от окислов азота NO_x. Таким образом, в двигателе внутреннего сгорания рабочий режим переключается из рабочего режима обедненного воздушно-топливного соотношения в рабочий режим теоретического воздушно-топливного соотношения, когда нагрузка на двигатель становится высокой, с тем, чтобы не уменьшать степень очистки от окислов азота NO_x.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0004] Патентный документ 1: публикация японской патентной заявки 2008-38890 (JP 2008-38890)

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

[0005] Однако, когда рабочий режим переключается в рабочий режим теоретического воздушно-топливного соотношения таким способом, и сгорание происходит при теоретическом воздушно-топливном соотношения, существует проблема в том, что количество потребляемого топлива возрастает.

[0006] Задачей настоящего изобретения является предложение устройства управления выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания, который может обеспечить более высокую степень очистки от окислов азота NO_x и сократить количество потребляемого топлива.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

[0007] В соответствии с настоящим изобретением предложено устройство управления выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания, в котором трехкомпонентный катализатор и катализатор адсорбции окислов азота NO_x, адсорбирующий окислы азота NOx в выхлопном газе, когда воздушно-топливное соотношение поступившего выхлопного газа находится в обедненном диапазоне, и высвобождающий адсорбированные окислы азота NO_x, когда воздушно-топливное соотношение поступившего выхлопного газа переходит в обогащенный диапазон, расположены в выхлопном канале двигателя, при этом рабочая область двигателя включает заданную рабочую область низкой нагрузки двигателя при низкой рабочей нагрузке двигателя, заданную рабочую область высокой нагрузки двигателя при высокой рабочей нагрузке двигателя, и заданную рабочую область средней нагрузки двигателя, установленную между рабочей областью низкой нагрузки двигателя и рабочей областью высокой нагрузки двигателя, причем в заданной рабочей области низкой нагрузки двигателя сгорание в камере сгорания происходит при обедненном базовом воздушно-топливном соотношении, и воздушно-топливное соотношение в камере сгорания переходит в обогащенный диапазон во время высвобождения окислов азота NO_x из катализатора адсорбции окислов азота NO_x, при этом в заданной рабочей области высокой нагрузки двигателя воздушно-топливное соотношение в камере сгорания приводится к теоретическому воздушно-топливному соотношению, используя обратную связь, и при этом в заданной рабочей области средней нагрузки двигателя, сгорание в камере сгорания происходит при базовом воздушно-топливном соотношении, которое ниже базового воздушно-топливного соотношения в рабочей области низкой нагрузки двигателя, и воздушно-топливное соотношение в камере сгорания переходит в обогащенный диапазон с периодом, более коротким, чем обогащенный период воздушно-топливного соотношения для высвобождения окислов азота NO_x в рабочей области низкой нагрузки двигателя.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Становится возможным обеспечить высокую степень очистки от окислов азота NO_x и сократить количество потребляемого топлива путем определения рабочей области средней нагрузки двигателя, в которой можно очищать от окислов азота NO_x и производить сгорание при обедненном воздушно-топливном соотношении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] На фиг. 1 представлен поясняющий чертеж, иллюстрирующий полную конфигурацию двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 2 представлена схема, иллюстрирующая часть поверхности подложки трехкомпонентного катализатора.

На фиг. 3A и 3B представлены схемы, иллюстрирующие часть поверхности и т.п. каталитического носителя катализатора адсорбции окислов азота NO_x.

На фиг. 4А и 4B представлены схемы, иллюстрирующие окислительно-восстановительную реакцию в катализаторе адсорбции окислов азота NO_x.

На фиг. 5 представлена диаграмма, иллюстрирующая управление высвобождением окислов азота NO_x.

На фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий карту количества NOXA высвобождаемых окислов азота NO_x.

На фиг. 7 представлен график, иллюстрирующий степень очистки от окислов азота NO_x.

На фиг. 8А и 8B представлены схемы, иллюстрирующие окислительно-восстановительную реакцию в катализаторе адсорбции окислов азота NO_x.

На фиг. 9А и 9B представлены графики, иллюстрирующие способность к абсорбции окислов азота NO_x и способность к адсорбции монооксида азота NO.

На фиг. 10А и 10B представлены графики, иллюстрирующие способность к абсорбции NO_x и способность к адсорбции монооксида азота NO.

На фиг. 11A, 11B, 11С представлены временные диаграммы, иллюстрирующие изменение в воздушно-топливном соотношении выхлопного газа, выпускаемого из двигателя.

На фиг. 12 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая изменение в воздушно-топливном соотношении выхлопного газа, поступающего в трехкомпонентный катализатор и катализатор адсорбции окислов азота NO_x.

На фиг. 13 представлен график, иллюстрирующий степень очистки от окислов азота NO_x.

На фиг. 14 представлен график, иллюстрирующей рабочую область двигателя.

На фиг. 15 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая изменение в количестве впрыскиваемого топлива и т.п. во время работы двигателя.

На фиг. 16 представлена блок-схема, иллюстрирующая управление работой двигателя.

СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] На фиг. 1 представлен поясняющий чертеж, иллюстрирующий полную конфигурацию двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Как показано на фиг. 1, ссылочной позицией 1 обозначен корпус двигателя, ссылочной позицией 2 обозначен блок цилиндров, ссылочной позицией 3 обозначена головка цилиндра, ссылочной позицией 4 обозначен поршень, ссылочной позицией 5 обозначен двигатель внутреннего сгорания, ссылочной позицией 6 обозначена свеча зажигания, ссылочной позицией 7 обозначен впускной клапан, ссылочной позицией 8 обозначен впускной канал, ссылочной позицией 9 обозначен выпускной клапан, и ссылочной позицией 10 обозначен выпускной канал. Как показано на фиг. 1, каждый цилиндр включает в себя пару клапанов впрыска топлива с электронным управлением: клапан 11 впрыска топлива, впрыскивающего топливо в камеру 2 сгорания, и клапан 12 впрыска топлива, впрыскивающего топливо во впускной канал 8. Впускной канал 8 каждого цилиндра соединен с расширительным бачком 14 через впускной патрубок 13, а расширительный бачок 14 соединен с воздушным фильтром 16 через впускной трубопровод 15. Детектор 17 поступающего воздуха и дроссельный клапан 18, который приводится в действие посредством привода 18а, расположены во впускном трубопроводе 15.

[0011] С другой стороны, выпускной канал 10 каждого цилиндра соединен со входом трехкомпонентного катализатора 20 через выпускной канал 19, а выпускное отверстие трехкомпонентного катализатора 20 соединено с входом катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x через выхлопной патрубок 21. Выход катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x соединен с катализатором 23 селективного восстановления NO_x. С другой стороны, выхлопной патрубок 21 и расширительный бачок 14 соединены друг с другом посредством канала 24 рециркуляции выхлопных газов (в дальнейшем именуемого каналом EGR - exhaust gas recirculation). Электронно-управляемый клапан 25 контроля EGR расположен в канале 24 EGR, а охлаждающее устройство 26, которое охлаждает выхлопной газ, протекающий в канале 24 EGR, расположено вокруг канала 24 EGR. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, охлаждающая жидкость двигателя направляется в охлаждающее устройство 26, и выхлопной газ охлаждается охлаждающей жидкостью двигателя.

[0012] Электронный блок 30 управления представляет собой цифровой компьютер и включает в себя постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 33, ЦП (микропроцессор) 34, входной канал 35 и выходной канал 36, которые соединены друг с другом через двунаправленную шину 31. Датчик 27 воздушно-топливного соотношения, определяющий воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, выпускаемого из двигателя, расположен на входной стороне трехкомпонентного катализатора 20, а датчик 28 концентрации кислорода, определяющий концентрацию кислорода в выхлопном газе, расположен на выходной стороне трехкомпонентного катализатора 20. Выходные сигналы датчика 27 воздушно-топливного соотношения, датчика 28 концентрации кислорода, и детектора 17 поступающего воздуха поступают во входной канал 35 через соответствующие аналого-цифровые преобразователи преобразователи 37 (АЦП) соответственно. Датчик 41 нагрузки, генерирующий выходное напряжение пропорционально давлению L, приложенному к педали 40 акселератора, соединен с педалью 40 акселератора, и выходное напряжение датчика 41 нагрузки подается на входной канал 35 через соответствующий АЦП 37. Датчик 42 угла поворота коленчатого вала, генерирующий выходной импульс каждый раз при повороте коленчатого вала, например, на 30°, подключен к входному каналу 35. С другой стороны, выходной канал 36 соединен со свечой зажигания 6, клапанами 11, 12 впрыска топлива, приводом 18а, приводящим в действие дроссельный клапан, и клапаном 25 контроля EGR через соответствующую схему 38 управления.

[0013] На фиг. 2 представлена схема, иллюстрирующая часть поверхности подложки 50 трехкомпонентного катализатора 20. Как показано на фиг. 2, верхний покрывающий слой 51 и нижний покрывающий слой 52 послойно размещены на носителе 50 катализатора. Верхний покрывающий слой 51 выполнен из родия Rh и церия Се, а нижний покрывающий слой 52 выполнен из платины Pt и церия Се. В этом случае количество церия Се, включенного в верхний покрывающий слой 51, меньше, чем количество церия Се, включенного в нижний покрывающий слой 52. Верхний покрывающий слой 51 может включать в себя диоксид циркония Zr, а нижний покрывающий слой 52 может включать в себя палладий Pd.

[0014] Трехкомпонентный катализатор 20 имеет функцию одновременного восстановления вредных компонентов НС, СО и NO_x, содержащихся в выхлопном газе, когда сгорание в камере 5 сгорания происходит при теоретическом воздушно-топливном соотношении, то есть, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, выпускаемого из двигателя, представляет собой теоретическое воздушно-топливное соотношение. Соответственно, когда сгорание в камере 5 сгорания происходит при теоретическом воздушно-топливном соотношении, очищение от вредных компонентов НС, СО, NO_x, содержащихся в выхлопном газе, производят с использованием трехкомпонентного катализатора 20.

[0015] Поддержание воздушно-топливного соотношения в камере 5 сгорания точно в соответствии с теоретическим воздушно-топливным соотношением не представляется возможным. Соответственно, в действительности количество топлива, впрыскиваемого из клапанов 11, 12 впрыска топлива управляется на основе определяющего сигнала датчика 27 воздушно-топливного соотношения, используя обратную связь таким образом, что воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, выпускаемого из камеры 5 сгорания, почти равно теоретическому воздушно-топливному соотношению, то есть таким образом, что воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, выпускаемого из камеры 5 сгорания, колеблется в отношении теоретического воздушно-топливного соотношения как среднего значения. В этом случае, когда центр колебания воздушно-топливного соотношения выхлопного газа отходит от теоретического воздушно-топливного соотношения, центр колебания воздушно-топливного соотношения выхлопного газа регулируют таким образом, чтобы вернуть к теоретическому воздушно-топливному соотношению на основе выходного сигнала датчика 28 концентрации кислорода. В этом случае, даже тогда, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, выпускаемого из камеры 5 сгорания, колеблется по отношению к теоретическому воздушно-топливному соотношению, очищение от вредных компонентов НС, СО и NO_x, содержащихся в выхлопном газе, качественно производится с использованием трехкомпонентного катализатора 20 за счет способности трехкомпонентного катализатора 20 на основе церия Се хранить кислород.

[0016] На фиг. 3A схематически показана часть поверхности подложки 55 катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. Как показано на фиг. 3A, на подложке 55 катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x образован покрывающий слой 56. Покрывающий слой 56 образован, например, из спрессованного порошка, а на фиг. 3B проиллюстрирован увеличенный вид порошка. Как показано на фиг. 3B, катализаторы 61, 62 из благородных металлов нанесены на носитель 60 катализатора, который образован, например, из оксида алюминия, порошка, при этом базовый слой 63, включающий, по меньшей мере, один металл, выбранный из щелочных металлов, таких как калий K, натрий Na, и цезий Cs, щелочноземельных металлов, таких как барий Ва и кальций Са, редкоземельных металлов, таких как лантаноиды, и металлов, которые могут отдавать электроны окислам азота NO_x, таких как серебро Ag, медь Cu, железо Fe и иридий Ir, сформирован на носителе 60 катализатора.

[0017] С другой стороны, на фиг. 3B катализатор 61 из благородных металлов образован из платины Pt, а катализатор 62 из благородных металлов образован из родия Rh. В этом случае любой из катализаторов 61, 62 из благородных металлов может быть выполнен из платины Pt. В дополнение к платине Pt и родию Rh на носитель 60 катализатора может быть нанесен палладий Pd, или палладий Pd может быть нанесен вместо родия Rh. То есть катализаторы 61, 62 из благородных металлов, нанесенные на носитель 60 катализатора, выполнены, по меньшей мере, из одного из металлов - из платины Pt, родия Rh и палладия Pd.

[0018] Процесс адсорбирования и высвобождения окислов азота NO_x катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x будет описан ниже со ссылкой на фиг. 4А и 4B, показывающие увеличенный вид изображений, представленных на фиг. 3B.

Когда сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, то есть, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа находится в обедненном диапазоне, концентрация кислорода в выхлопном газе является высокой. Соответственно, монооксид азота NO, содержащийся в выхлопном газе в это время, окисляется в NO₂ в присутствии платины Pt 61, как показано на фиг. 4А, адсорбируется в базовый слой 63, диффундирует в форме NO₃ в базовом слое 63 и становится нитратом. Таким образом, окислы азота NO_x в выхлопном газе адсорбируются в виде нитратов в базовом слое 63. NO₂ вырабатывается на поверхности платины Pt 61 до тех пор, пока концентрация кислорода в выхлопном газе является высокой, при этом окислы азота NO_x адсорбируются в базовом слое 63, и нитрат образуется до тех пор, пока способность базового слоя 63 абсорбировать окислы азота NO_x не будет насыщена.

[0019] С другой стороны, когда воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, концентрация кислорода в выхлопном газе, поступающем в катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x, снижается. Соответственно, происходит обратная реакция ( $$N{O}_3^{-}\to N{O}_2$$ ), и нитраты, адсорбированные в базовом слое 63, последовательно становятся нитратными ионами $$N{O}_3^{-}$$ , которые высвобождаются в форме NO₂ из базового слоя 63, как показано на фиг. 4B. Затем высвобожденный NO₂ восстанавливается углеводородом НС и СО, содержащимися в выхлопном газе.

[0020] Когда сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, то есть, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа находится в обедненном диапазоне, монооксид азота NO адсорбируется на поверхности платины Pt 61 и, таким образом, количество монооксида азота NO в выхлопном газе поддерживается катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x благодаря процессу адсорбции. Монооксид азота NO, адсорбированный на поверхности платины Pt 61, может быть отделен от поверхности платины Pt 61, когда воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон. Соответственно, когда термин «адсорбция» используется как термин, включающий в себя и абсорбцию и адсорбцию, базовый слой 63 служит в качестве адсорбирующего окислы азота NO_x агента для временной адсорбции окислов азота NO_x. Соответственно, если соотношение воздуха и топлива (углеводорода), поступающего во впускной канал двигателя, камеру 5 сгорания и выпускной канал на впускной стороне катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x рассматривается как воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, то катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x адсорбирует окислы азота NO_x, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 22 адсорбции NO_x, находится в обедненном диапазоне, и высвобождает адсорбированные окислы азота NO_x, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x, переходит в обогащенный диапазон.

[0021] Когда сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, то есть, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа находится в обедненном диапазоне, окислы азота NO_x в выхлопном газе адсорбируются в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x. Однако когда сгорание осуществляется непрерывно при обедненном воздушно-топливном соотношении, способность к адсорбции окислов азота NO_x катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x за это время достигает предела, и, таким образом, окислы азота NO_x не могут быть адсорбированы катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x. Соответственно, до того, как способность к адсорбции окислов азота NO_x катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x достигнет предела, воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон для того, чтобы высвободить окислы азота NO_x из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x.

[0022] Фиг. 5 иллюстрирует управление высвобождением окислов азота NO_x из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x, который использован в варианте осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 5, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x больше, чем заданное первое допустимое количество MAX I адсорбированных окислов азота NO_x, воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон. Когда воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, то есть, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x, переходит в обогащенный диапазон, и когда сгорание осуществляется при обедненном воздушно-топливном соотношении, окислы азота NO_x, адсорбированные в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, высвобождаются непосредственно из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x и восстанавливаются. Соответственно, осуществляется очистка от окислов азота NO_x.

[0023] Количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x рассчитывается, например, от количества окислов азота NO_x, выпущенных из двигателя. В варианте осуществления настоящего изобретения, количество NOXA окислов азота NO_x, выпущенных в единицу времени из двигателя, сохраняется как функциональный показатель запрошенной нагрузки L и скорости N вращения двигателя в форме карты, показанной на фиг. 6, в ПЗУ 32 заранее, при этом количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x рассчитывается от количества NOXA выпущенных окислов азота NO_x. В этом случае период, в котором воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, обычно составляет одну минуту или более.

[0024] На фиг. 7 представлена степень очистки от окислов азота NO_x, когда очистка от окислов азота NO_x производится за счет адсорбции и высвобождения окислов азота NO_x, выполняемых катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x, как показано на фиг. 5. На горизонтальной оси на фиг. 7 отмечена температура катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. В этом случае, как видно из фиг. 7, степень очистки от окислов азота NO_x очень высока, когда температура ТС катализатора составляет от 300°C до 400°C, но степень очистки от окислов азота NO_x снижается, когда температура ТС катализатора равна или выше 400°C. Причина, по которой степень очистки от окислов азота NO_x снижается, когда температура ТС катализатора равна или выше 400°C, заключается в том, что адсорбирование окислов азота NO_x затрудняется, а нитрат подвергается пиролизу и высвобождается в виде NO₂ из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x, когда температура ТС катализатора равна или выше 400°C. То есть, поскольку окислы азота NO_x адсорбируются в форме нитратов, трудно получить высокую степень очистки от окислов азота NO_x, когда температура ТС катализатора высока.

[0025] Когда сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, количество потребляемого топлива становится меньше, чем когда сгорание происходит при теоретическом воздушно-топливном соотношении. Соответственно, чтобы уменьшить количество потребляемого топлива, предпочтительно, чтобы сгорание происходило при воздушно-топливном соотношении настолько низким, насколько это возможно. Однако, как видно из фиг. 7, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x возрастает, степень очистки от окислов азота NO_x снижается. Напротив, когда сгорание осуществляется при теоретическом воздушно-топливном соотношении, степень очистки от окислов азота NO_x не снижается, несмотря на повышение температуры ТС трехкомпонентного катализатора 20. Соответственно, в предшествующем уровне техники сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении при работе двигателя при низкой нагрузке, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x является низкой, и сгорание происходит при теоретическом воздушно-топливном соотношении при работе двигателя при высокой нагрузке, причем температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x является высокой.

[0026] В этих условиях, наблюдая и изучая процесс адсорбции монооксида азота NO, авторы изобретения нашли новый способ очистки от окислов азота NO_x, способный достичь более высокой скорости очистки от окислов азота NO_x, даже когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x высока, и сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении. Другими словами, было известно, что монооксид азота NO адсорбируется на катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x. Однако поведение адсорбированного монооксида азота NO до сих пор почти не изучено. Поэтому авторы изобретения изучили поведение адсорбированного монооксида азота NO и обнаружили, что может быть обеспечена высокая степень очистки от окислов азота NO_x, даже когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x является высокой, и сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении. Так как этот новый способ очистки от окислов азота NO_x использует процесс адсорбции монооксида азота NO, этот новый способ очистки от окислов азота NO_x назван способом очистки от окислов азота NO_x с использованием адсорбированного монооксида азота NO. Таким образом, способ очистки от окислов азота NO_x с использованием адсорбированного монооксида азота NO будет описан ниже со ссылкой на фиг. с 8А по 13.

[0027] На фиг. 8А и 8B представлены увеличенные виды изображения, представленного на фиг. 3B, то есть на видах проиллюстрирована часть поверхности каталитического носителя 60 катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. Фиг. 8А иллюстрирует случай, в котором сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, а фиг. 8B иллюстрирует случай, в котором воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон. Когда сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, то есть, когда воздушно-топливное соотношение в выхлопном газе находится в обедненном диапазоне, окислы азота NO_x, содержащиеся в выхлопном газе, адсорбируются в базовый слой 63, как описано выше, однако часть монооксида азота NO, содержащегося в выхлопном газе, распадается и адсорбируется на поверхности платины Pt 61, как показано на фиг. 8А. Количество монооксида азота NO, адсорбированного на поверхности платины Pt 61, увеличивается с течением времени и, таким образом, количество монооксида азота NO, адсорбированного на катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, увеличивается с течением времени.

[0028] С другой стороны, когда воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, большое количество монооксида углерода СО выходит из камеры 5 сгорания, и, соответственно, большое количество монооксида углерода СО содержится в выхлопном газе, поступающем в катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x. Оксид углерода СО вступает в реакцию с монооксидом азота NO, распавшимся и адсорбированным на поверхности платины Pt 61, как показано на фиг. 8B, монооксид азота NO становится N₂, с одной стороны, и становится восстанавливающим промежуточным соединением NCO, с другой стороны. Восстанавливающее промежуточное соединение NCO непрерывно поддерживается и адсорбируется на поверхности базового слоя 63 в течение заданного времени после того, как оно было образовано. Соответственно, количество восстанавливающих промежуточных соединений NCO на базовом слое 63 постепенно увеличивается с течением времени. Восстанавливающие промежуточные соединения NCO реагируют с окислами азота NO_x, содержащимся в выхлопном газе, и, таким образом, выхлопной газ очищается от окислов азота NO_x.

[0029] Таким образом, когда сгорание осуществляется при обедненном воздушно-топливном соотношении, то есть, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа находится в обедненном диапазоне, с одной стороны, окислы азота NO_x, содержащиеся в выхлопном газе, адсорбируются в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, как показано на фиг. 4А, а с другой стороны, монооксид азота NO, содержащийся в выхлопном газе, адсорбируется на катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, как показано на фиг. 8А. Соответственно, в это время окислы азота NO_x, содержащиеся в выхлопном газе, адсорбируются в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x. С другой стороны, когда воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, адсорбированные окислы азота NO_x или адсорбированные на катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, то есть окислы азота NO_x, адсорбированные в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, высвобождаются из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x.

[0030] На фиг. 9А представлен график, иллюстрирующий способность к абсорбции окислов азота NO_x и способность к адсорбции монооксида азота NO, когда очистка от окислов азота NO_x осуществляется с использованием процесса адсорбции и высвобождения окислов азота NO_x катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x, как было показано на фиг. 5. На фиг. 9А вертикальная ось представляет способность к адсорбции окислов азота NO_x, которая представляет собой сумму способности к абсорбции окислов азота NO_x и способности к адсорбции монооксида азота NO, а горизонтальная ось представляет температуру ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. Как можно видеть из фиг. 9А, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x ниже 400°C, способность к абсорбции окислов азота NO_x и способность к адсорбции монооксида азота NO постоянны, независимо от температуры ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. Соответственно, способность к адсорбции окислов азота NO_x, которая является суммой способности к абсорбции окислов азота NO_x и способности к адсорбции монооксида азота NO, также является постоянной, независимо от температуры ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x.

[0031] С другой стороны, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x возрастает, окислительно-восстановительная реакция окислов азота NO_x (NO→NO₂) на поверхности платины Pt 61 происходит быстрее. Однако, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x возрастает, реакция (NO₂+Ва(CO₃)₂→Ba(NO₃)₂+CO₂), в которой NO₂ становится нитратными ионами $$N{O}_3^{-}$$ , происходит медленнее и, таким образом, окислы азота NO_x с малой вероятностью будут адсорбированы в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x. Когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x повышается, нитраты пиролизируются и высвобождаются в виде NO₂ из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. Соответственно, как показано на фиг. 9А, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x возрастает и становится равной или большей 400°C, способность к абсорбции NO_x окислов азота быстро уменьшается. Напротив, количество монооксида азота NO, адсорбированного на поверхности платины Pt 61, практически не зависит от температуры ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. Соответственно, как показано на фиг. 9А, способность к адсорбции монооксида азота NO едва меняется даже тогда, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x повышается.

[0032] Связь между концентрацией кислорода в выхлопном газе, способностью к адсорбции монооксида азота NO, а также способностью к абсорбции окислов азота NO_x, когда сгорание осуществляется при обедненном воздушно-топливном соотношении, будет описана ниже со ссылкой на фиг. 10A, 10B. Сначала, принимая во внимание адсорбцию на поверхности платины Pt 61, монооксид азота NO и O₂ конкурентоспособным образом адсорбируются на поверхности платины Pt 61. То есть чем больше становится количество монооксида азота NO, содержащегося в выхлопном газе, по сравнению с количеством O₂, тем большим становится количество монооксида азота NO, адсорбированного на поверхности платины Pt 61, чем количество O₂. Наоборот, чем больше становится количество O₂, содержащегося в выхлопном газе, по сравнению с количеством монооксида азота NO, тем меньшим становится количество монооксида азота NO, адсорбированного на поверхности платины Pt 61 по сравнению с количеством O₂. Соответственно, способность к адсорбции монооксида азота NO катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x становится ниже по мере повышения концентрации кислорода в выхлопном газе, как показано на фиг. 10А.

[0033] С другой стороны, по мере повышения концентрации кислорода в выхлопном газе ускоряется процесс окисления монооксида азота NO в выхлопном газе и стимулируется абсорбция NO_x в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x. Соответственно, как показано на фиг. 10B, способность к абсорбции окислов азота NO_x катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x повышается при увеличении концентрации кислорода в выхлопном газе. На фиг. 10А, 10B, область X представляет собой случай, в котором сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении, когда очистка от окислов азота NO_x производится за счет адсорбции и высвобождения окислов азота NO_x, выполняемых катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x, как показано на фиг. 5. В это время можно видеть, что способность к адсорбции монооксида азота NO низка, а способность к абсорбции окислов азота NO_x является высокой. Фиг. 9А иллюстрирует способность к адсорбции монооксида азота NO и способность к абсорбции окислов азота NO_x в это время.

[0034] Как описано выше со ссылкой на фиг. 9А, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x возрастает и становится равной или выше 400°C, способность к абсорбции окислов азота NO_x стремительно падает. С другой стороны, способность к адсорбции едва меняется даже тогда, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x повышается. Соответственно, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x повышается и становится равной или выше 400°C, можно считать, что от окислов азота NO_x можно очистить, применяя способ очистки от окислов азота NO_x, использующий процесс адсорбции монооксида азота NO, вместо способа очистки от окислов азота NO_x, использующего процесс адсорбции окислов азота NO_x. Однако, как видно из фиг. 9А, когда способность к адсорбции моонооксида азота NO низка и предполагается очищать от окислов азота NO_x с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO, не вызывая увеличения количества потребляемого топлива, необходимо повысить способность к адсорбции монооксида азота NO.

[0035] В этом случае, если следует повысить способность к адсорбции монооксида азота NO, концентрация кислорода в выхлопном газе может быть понижена, как видно из фиг. 10А. В это время способность к абсорбции NO_x снижается, как показано на фиг. 10B. Способность к абсорбции NO_x и способность к адсорбции монооксида азота NO, когда концентрация кислорода в выхлопном газе понижена до области Y на фиг. 10А, 10B, проиллюстрированы на фиг. 9B. За счет понижения концентрации кислорода в выхлопном газе становится возможным повысить способность к адсорбции монооксида азота NO. Понижение концентрации кислорода в выхлопном газе означает понижение в воздушно-топливном соотношении (именуемом базовым воздушно-топливным соотношением), когда сгорание осуществляется в обедненном воздушно-топливном соотношении, и, таким образом, становится возможным повысить способность к адсорбции монооксида азота NO за счет понижения базового воздушно-топливного соотношения.

[0036] Таким образом, согласно настоящему изобретению, базовое воздушно-топливное соотношение понижается, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO, т.е. в способе очистки от окислов азота NO_x используют адсорбированный монооксид азота NO. Это будет описано ниже со ссылкой на фиг. с 11A по 11С. На фиг. 11А представлено изменение в воздушно-топливном соотношении (A/F) в камере 5 сгорания, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием адсорбции и высвобождения окислов азота NO_x, выполняемых катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x, аналогично случаю, показанному на фиг. 5. На фиг. 11A (A/F)_b представляет собой базовое воздушно-топливо соотношение, Δ(A/F)_r представляет собой степень обогащенности воздушно-топливного соотношения, а ΔТ представляет собой обогащенный период воздушно-топливного соотношения. С другой стороны, на фиг. 11B представлено изменение в воздушно-топливном соотношении (A/F) в камере 5 сгорания, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO. На фиг. 11B (A/F)_b представляет собой базовое воздушно-топливное соотношение, Δ(A/F)_r представляет собой степень обогащенности воздушно-топливного соотношения, a ΔT представляет собой обогащенный период воздушно-топливного соотношения.

[0037] Как видно из результата сравнения фиг. 11A, 11B, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO, как показано на фиг. 11B, сгорание в камере 5 сгорания происходит при базовом воздушно-топливном соотношении (A/F)_b, меньшем, чем базовое воздушно-топливного соотношение (A/F)_b, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием адсорбции и высвобождения окислов азота NO_x, выполняемых катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x, как показано на фиг. 11A, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон с периодом короче, чем обогащенный период ΔT воздушно-топливного соотношения для высвобождения окислов азота NOx, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием адсорбции и высвобождения окислов азота NO_x, выполняемых катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x, как показано на фиг. 11А. С другой стороны, на фиг. 11С представлено изменение в воздушно-топливном соотношении в камере 5 сгорания, когда воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания приводится к теоретическому воздушно-топливному соотношению с использованием обратной связи.

[0038] На фиг. 12 представлено изменение в воздушно-топливном соотношении (A/F) в камере 5 сгорания и изменение в воздушно-топливном соотношении (A/F) выхлопного газа, поступающего в катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO, как показано на фиг. 11B. В этом случае, когда воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, кислород, накопленный в трехкомпонентном катализаторе 20, высвобождается, воздушно-топливное соотношение поддерживается на уровне теоретического воздушно-топливного соотношения в течение времени t1, а НС, СО и NO_x соответственно восстанавливаются вместе. В то же самое время, как показано на фиг. 12, воздушно-топливное соотношение (A/F) выхлопного газа, поступающего в катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x, поддерживается на уровне теоретического воздушно-топливного соотношения. Затем, когда кислород, накопленный в трехкомпонентном катализаторе 20, расходуется, воздушно-топливное соотношение (A/F) выхлопного газа, поступающего в катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x, переходит в обогащенный диапазон в течение времени t2. В это же время, как показано на фиг. 8B, монооксид азота NO, распавшийся и адсорбированный на поверхности платины Pt 61, становится N₂, с одной стороны, и становится восстанавливающим промежуточным соединением NCO, с другой стороны. Восстанавливающие промежуточные соединения NCO непрерывно поддерживаются и адсорбируются на поверхности базового слоя 63 в течение заданного времени после их образования.

[0039] Далее, когда воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания возвращается в обедненный диапазон, кислород накапливается в трехкомпонентном катализаторе 20. В это же время на каталитической поверхности трехкомпонентного катализатора 20 воздушно-топливное соотношение поддерживается на уровне теоретического воздушно-топливного соотношения в течение времени t3, а НС, СО и NO_x соответственно восстанавливаются вместе. Затем NO_x, содержащийся в выхлопном газе, вступает в реакцию с восстанавливающим промежуточным соединением NCO, поддерживаемым или адсорбированным на поверхности базового слоя 63 и восстанавливается восстанавливающим промежуточным соединением NCO в течение времени t4. Далее, монооксид азота NO, содержащийся в выхлопном газе, распадается и адсорбируется на поверхности платины Pt 61 в течение времени t5, как показано на фиг. 8А.

[0040] Таким образом, когда очистка от окислов азота NO_x производится с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO, как показано на фиг. 11B, выполняются два процесса очистки: очистка от окислов азота NO_x с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO и очистка от окислов азота NO_x с использованием функции накопления кислорода трехкомпонентным катализатором 20. Степень очистки от окислов азота NO_x в это время проиллюстрирована на фиг. 13. Как показано на фиг. 13, в этом случае можно видеть, что степень очистки от окислов азота NO_x не снижается даже тогда, когда температура ТС катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x поднимается и становится равной или выше 400°C.

[0041] Ниже коротко будет описано управление работой двигателя. Согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 14, рабочую область I низкой нагрузки двигателя при низкой рабочей нагрузке двигателя, рабочую область III высокой нагрузки двигателя при высокой рабочей нагрузке двигателя, а также рабочую область II средней нагрузки двигателя, расположенную между рабочей областью I низкой нагрузки двигателя и рабочей областью III высокой нагрузки двигателя, устанавливают заранее. На фиг. 14 вертикальная ось L отображает требуемую нагрузку, а горизонтальная ось N отображает скорость вращения двигателя. В этом случае в рабочей области I низкой нагрузки двигателя выполняется процесс очистки от окислов азота NO_x с использованием адсорбции и высвобождения окислов азота NO_x, выполняемых катализатором 22 адсорбции окислов азота NO_x, как показано на фиг. 11А. В рабочей зоне II средней нагрузки двигателя выполняется процесс очистки от окислов азота NO_x с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO, как показано на фиг. 11B. В рабочей зоне III высокой нагрузки двигателя воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания приводится к теоретическому воздушно-топливному соотношению, используя обратную связь, как показано на фиг. 11С.

[0042] Иными словами, согласно настоящему изобретению, в устройстве управления выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания, в котором трехкомпонентный катализатор 20 и катализатор 22 адсорбции окислов азота NO_x, адсорбирующие окислы азота NO_x в выхлопном газе, когда воздушно-топливное соотношение поступившего выхлопного газа находится в обедненном диапазоне, и высвобождающие адсорбированный NO_x, когда воздушно-топливное соотношение поступившего выхлопного газа переходит в обогащенный диапазон, расположены в выхлопном канале двигателя, рабочая область двигателя включает в себя заданную рабочую область I низкой нагрузки двигателя при низкой рабочей нагрузке двигателя, заданную рабочую область III высокой нагрузки двигателя при высокой рабочей нагрузке двигателя, а также заданную рабочую область II средней нагрузки двигателя, установленную между рабочей областью I низкой нагрузки двигателя и рабочей областью III высокой нагрузки двигателя. В заданной рабочей области I низкой нагрузки двигателя сгорание в камере 5 сгорания происходит при обедненном базовом воздушно-топливном соотношении, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон во время высвобождения окислов азота NO_x из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x. В заданной рабочей области III высокой нагрузки двигателя, воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания приводится к теоретическому воздушно-топливному соотношению с использованием обратной связи. В заданной рабочей области II средней нагрузки двигателя сгорание в камере 5 сгорания производится при базовом воздушно-топливном соотношении, которое ниже базового воздушно-топливного соотношения в рабочей области I низкой нагрузки двигателя, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, имеющий период более короткий, чем обогащенный период воздушно-топливного соотношения для высвобождения окислов азота NO_x в рабочей области I низкой нагрузки двигателя.

[0043] Как видно из фиг. 11A-11С, базовое воздушно-топливное соотношение в рабочей области II средней нагрузки двигателя является промежуточным значением между базовым воздушно-топливным соотношением в рабочей области I низкой нагрузки двигателя и теоретическим воздушно-топливным соотношением, а степень обогащенности воздушно-топливного соотношения, когда воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон в рабочей области II средней нагрузки двигателя, меньше, чем степень обогащенности воздушно-топливного соотношения, когда воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон в рабочей области I низкой нагрузки двигателя.

[0044] Способ очистки от окислов азота NO_x будет описан ниже со ссылкой на фиг. 15, иллюстрирующую случай, когда рабочее состояние изменяется от работы при низкой рабочей нагрузке на работу при высокой рабочей нагрузке. На фиг. 15 представлено изменение количества топлива, впрыскиваемого в камеру 5 сгорания, изменение в воздушно-топливном соотношении (A/F) в камере 5 сгорания, а также изменение в количестве ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x. На фиг. 15 MAX I представляет собой первое допустимое количество адсорбированных окислов азота NO_x, a MAX II представляет собой второе допустимое количество адсорбированных окислов азота NO_x. Как можно видеть из фиг. 15, второе допустимое количество MAX II адсорбированных окислов азота NO_x установлено на значение меньшее первого допустимого количества MAX I адсорбированных окислов азота NO_x.

[0045] На фиг. 15 в рабочей зоне I низкой нагрузки двигателя, когда количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x больше, чем первое допустимое количество MAX I адсорбированных окислов азота NO_x, воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон. С другой стороны, когда способ очистки от окислов азота NO_x переключен на способ очистки от окислов азота NO_x с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO, показанного на фиг. 11B, в состоянии, в котором окислы азота NO_x адсорбируются в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, часть окислов азота NO_x, адсорбированных в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, не восстанавливается, а высвобождается сразу после переключения на способ очистки от окислов азота NO_x с использованием процесса адсорбции монооксида азота NO. Соответственно, в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано фиг. 15, когда рабочее состояние двигателя переходит из рабочей области I низкой нагрузки двигателя в рабочую область II средней нагрузки двигателя, воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон.

[0046] В рабочей области II средней нагрузки двигателя, как показано на фиг. 15, когда количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x больше, чем второе допустимое количество MAX II адсорбированных окислов азота NO_x, воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон. В рабочей области II средней нагрузки двигателя, поскольку температура катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x является высокой, окислы азота NO_x практически не адсорбируются в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, при этом большая часть окислов азота NO_x представляет собой адсорбированный монооксид азота NO. Другими словами, количество монооксида азота NO, адсорбированного на катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, вычисляется, и воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, когда количество ΣNOX адсорбированного монооксида азота NO больше, чем заданное допустимое количество MAX II адсорбированного монооксида азота NO во время работы двигателя в рабочей зоне II средней нагрузки двигателя.

[0047] Таким образом, в варианте осуществления настоящего изобретения количество ΣNOX окислов азота NO_x, адсорбированных в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, вычисляется, воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, когда количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x больше, чем заданное первое допустимое количество MAX I адсорбированных окислов азота NO_x во время работы двигателя в рабочей области I низкой нагрузки двигателя, воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания переходит в обогащенный диапазон, когда количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x больше, чем заданное второе допустимое количество MAX II адсорбированных окислов азота NO_x во время работы двигателя в рабочей области II средней нагрузки двигателя, и второе допустимое количество MAX II адсорбированных окислов азота NO_x установлено на значение меньшее, чем первое допустимое количество MAX I адсорбированных окислов азота NO_x.

[0048] С другой стороны, когда способ очистки от окислов азота NO_x переключается на способ очистки от окислов азота NO_x, использующий приведение к теоретическому воздушно-топливному соотношению с использованием обратной связи, как показано на фиг. 11С, в состоянии, в котором окислы азота NO_x адсорбируются в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, часть окислов азота NO_x, адсорбированных в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_х, не восстанавливается, а высвобождается сразу после переключения на способ очистки от окислов азота NO_x, использующий приведение к теоретическому воздушно-топливному соотношению с использованием обратной связи. Соответственно, в варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 15, когда работа двигателя переходит из рабочей области II средней нагрузки двигателя к рабочей области III высокой нагрузки двигателя, воздушно-топливное соотношение (A/F) в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон.

[0049] В рабочей области III высокой нагрузки двигателя количеством топлива, впрыскиваемого из клапанов 11, 12 впрыска топлива, управляют с использованием обратной связи на основе выходного сигнала датчика 27 воздушно-топливного соотношения так, чтобы воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания достигало теоретического воздушно-топливного соотношения. В это время очистка от вредных компонентов НС, СО и окислов азота NO_x производится вместе с трехкомпонентным катализатором 20.

[0050] Когда воздушно-топливное соотношение переходит в обогащенный диапазон, как показано на фиг. 15, в это время может быть образован аммиак. Тем не менее, в варианте осуществления настоящего изобретения, аммиак адсорбируется на катализаторе 23 селективного восстановления окислов азота NO_x. Аммиак, адсорбированный на катализаторе 23 селективного восстановления окислов азота NO_x, вступает в реакцию с окислами азота NO_x, содержащимися в выхлопном газе, и используется для восстановления окислов азота NO_x.

[0051] На фиг. 16 представлен порядок управления работой. Этот порядок выполняется посредством прерывания для каждого заданного периода времени.

Как показано на фиг. 16, сначала на этапе S80 определяют, является ли рабочее состояние двигателя состоянием в рабочей области III высокой нагрузки двигателя, показанной на фиг. 14. Когда определено, что рабочее состояние двигателя не является состоянием в рабочей области III высокой нагрузки двигателя, порядок управления переходит к этапу 81, и количество NOXA высвобождаемых окислов азота NO_x в единицу времени рассчитывается по карте, показанной на фиг. 6. Затем на этапе 82 количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x рассчитывают путем прибавления количества NOXA высвобождаемых окислов азота NO_x к ΣNOX. После этого на этапе 83 определяют, является ли рабочее состояние двигателя состоянием в рабочей области I низкой нагрузки двигателя, как показано на фиг. 14. Когда определено, что рабочее состояние двигателя является состоянием в рабочей области I низкой нагрузки двигателя, показанной на фиг. 14, порядок управления переходит к этапу 84.

[0052] На этапе 84 определяют, не превышает ли количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x первого допустимого количества MAX I адсорбированных окислов азота NO_x. Когда определено, что количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x не превышает первого допустимого количества MAX I адсорбированного окислов азота NO_x, порядок управления переходит к этапу 85, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания переходит в обогащенное воздушно-топливное соотношение, определяемое заранее в зависимости от состояния работы двигателя. В это время сгорание происходит при обедненном базовом воздушно-топливном соотношении. Напротив, когда на этапе 84 определено, что количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x превышает первое допустимое количество MAX I адсорбированных окислов азота NO_x, порядок управления переходит к этапу 86, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон, при этом ΣNOX сбрасывается. В это время окислы азота NO_x, адсорбированные в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_x, высвобождаются из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x.

[0053] С другой стороны, когда на этапе 83 определено, что рабочее состояние двигателя не является состоянием в рабочей области I низкой нагрузки двигателя, показанной на фиг. 14, то есть, когда определено, что рабочее состояние двигателя является состоянием в рабочей области II средней нагрузки двигателя, показанной на фиг. 14, порядок управления переходит к этапу 87, и определяется, переходит ли в настоящее время текущее состояние работы двигателя из рабочей области I низкой нагрузки двигателя в рабочую область II средней нагрузки двигателя. Когда определено, что текущее рабочее состояние двигателя в настоящий момент переходит из рабочей области I низкой нагрузки двигателя в рабочую область II средней нагрузки двигателя, порядок управления переходит к этапу 88, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон. С другой стороны, когда определено, что рабочее состояние двигателя уже перешло из рабочей области I низкой нагрузки двигателя в рабочую область II средней нагрузки двигателя, порядок управления переходит к этапу 89.

[0054] На этапе 89 определяют, превышает ли количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x второе допустимое количество MAX II адсорбированных окислов азота NO_x. Если определено, что количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x не превышает второе допустимое количество MAX II адсорбированных окислов азота NO_x, порядок управления переходит к этапу 90, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания изменяется на обедненное воздушно-топливное соотношение, определяемое заранее в зависимости от состояния работы двигателя. В это время сгорание происходит при обедненном воздушно-топливном соотношении. Базовое воздушно-топливное соотношение в это время меньше, чем базовое воздушно-топливное соотношение в рабочей области I низкой нагрузки двигателя. С другой стороны, когда на этапе 89 определено, что количество ΣNOX адсорбированных окислов азота NO_x больше второго допустимого количества MAX II адсорбированных окислов азота NO_x, порядок управления переходит к этапу 91, воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон, и ΣNOX сбрасывается. В это время окислы азота NO_x, адсорбированные в катализаторе 22 адсорбции окислов азота NO_х, высвобождаются из катализатора 22 адсорбции окислов азота NO_x.

[0055] С другой стороны, когда на этапе 80 определено, что рабочее состояние двигателя не является состоянием в рабочей области III высокой нагрузки двигателя, показанной на фиг. 14, порядок управления переходит к этапу 92, и определяется, переходит ли текущее рабочее состояние двигателя в настоящий момент из рабочей области II средней нагрузки двигателя в рабочую область III средней нагрузки двигателя. Когда определено, что текущее рабочее состояние двигателя в настоящий момент из рабочей области II средней нагрузки двигателя в рабочую область III высокой нагрузки двигателя, порядок управления переходит к этапу 93, и воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания временно переходит в обогащенный диапазон. С другой стороны, когда определено, что рабочее состояние двигателя уже перешло из рабочей области II средней нагрузки двигателя в рабочую область III высокой нагрузки двигателя, порядок управления переходит к этапу 94. На этапе 94 воздушно-топливное соотношение в камере 5 сгорания приводится к теоретическому воздушно-топливному соотношению, с использованием обратной связи.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ позиций

[0056] 5: двигатель внутреннего сгорания

6: свеча зажигания

11, 12: клапан впрыска топлива

14: расширительный бачок

19: выпускной канал

20: трехкомпонентный катализатор

22: катализатор адсорбции окислов азота NO_x

Изобретение относится к устройству управления выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает выхлопной канал. Выхлопной канал включает трехкомпонентный катализатор и катализатор адсорбции окислов азота NO_x. Катализатор адсорбции окислов азота NO_x сконфигурирован, чтобы адсорбировать окислы азота NO_x в выхлопном газе, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступившего в катализатор адсорбции окислов азота NO_x, находится в обедненном диапазоне. Катализатор адсорбции окислов азота NO_x сконфигурирован, чтобы высвобождать адсорбированные окислы азота NO_x, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступившего в катализатор адсорбции окислов азота NO_x, переводят в обогащенный диапазон. Устройство управления выхлопными газами содержит: электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы контролировать сгорание в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания при первом базовом воздушно-топливном соотношении, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области низкой нагрузки двигателя, при этом первое базовое воздушно-топливное соотношение является обедненным воздушно-топливным соотношением; указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения с первым заданным интервалом, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области низкой нагрузки двигателя, и катализатор адсорбции окислов азота NO_x высвобождает адсорбированные окислы азота NO_x; указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы приводить сгорание в камере сгорания к теоретическому воздушно-топливному соотношению, используя обратную связь, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области высокой нагрузки двигателя; указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы контролировать сгорание в камере сгорания при втором базовом воздушно-топливном соотношении, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области средней нагрузки двигателя, при этом второе базовое воздушно-топливное соотношение является более низким, чем первое базовое воздушно-топливное соотношение, при этом заданная рабочая область средней нагрузки двигателя установлена между заданной рабочей областью низкой нагрузки двигателя и заданной рабочей областью высокой нагрузки двигателя; и указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения со вторым заданным интервалом, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области средней нагрузки двигателя, и катализатор адсорбции окислов азота NO_x высвобождает адсорбированные окислы азота NO_x, при этом второй заданный интервал является более коротким, чем первый заданный интервал. Техническим результатом изобретения является обеспечение более высокой степени очистки от окислов азота NO_x и сокращение количества потребляемого топлива. 11 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Устройство управления выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания, при этом двигатель внутреннего сгорания включает выхлопной канал, при этом выхлопной канал включает трехкомпонентный катализатор и катализатор адсорбции окислов азота NO_x, при этом катализатор адсорбции окислов азота NO_x сконфигурирован, чтобы адсорбировать окислы азота NO_x в выхлопном газе, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступившего в катализатор адсорбции окислов азота NO_x, находится в обедненном диапазоне, и при этом катализатор адсорбции окислов азота NO_x сконфигурирован, чтобы высвобождать адсорбированные окислы азота NO_x, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступившего в катализатор адсорбции окислов азота NO_x, переводят в обогащенный диапазон, указанное устройство управления выхлопными газами, содержащее:
электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы контролировать сгорание в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания при первом базовом воздушно-топливном соотношении, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области низкой нагрузки двигателя, при этом первое базовое воздушно-топливное соотношение является обедненным воздушно-топливным соотношением;
указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения с первым заданным интервалом, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области низкой нагрузки двигателя, и катализатор адсорбции окислов азота NO_x высвобождает адсорбированные окислы азота NO_x;
указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы приводить сгорание в камере сгорания к теоретическому воздушно-топливному соотношению, используя обратную связь, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области высокой нагрузки двигателя;
указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы контролировать сгорание в камере сгорания при втором базовом воздушно-топливном соотношении, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области средней нагрузки двигателя, при этом второе базовое воздушно-топливное соотношение является более низким, чем первое базовое воздушно-топливное соотношение, при этом заданная рабочая область средней нагрузки двигателя установлена между заданной рабочей областью низкой нагрузки двигателя и заданной рабочей областью высокой нагрузки двигателя; и
указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения со вторым заданным интервалом, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области средней нагрузки двигателя, и катализатор адсорбции окислов азота NO_x, высвобождает адсорбированные окислы азота NO_x, при этом второй заданный интервал является более коротким, чем первый заданный интервал.

2. Устройство управления выхлопными газами по п. 1, в котором
указанный электронный блок управления сконфигурирован, чтобы рассчитывать количество окислов азота NO_x, адсорбированных на катализаторе адсорбции окислов азота NO_x, и
указанный электронный блок управления сконфигурирован, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения, когда двигатель внутреннего сгорания работает в рабочей области средней нагрузки двигателя, и количество адсорбированных окислов азота NO_x больше, чем заданная допустимая величина адсорбированных окислов азота NO_x.

3. Устройство управления выхлопными газами по п. 1, в котором указанный электронный блок управления сконфигурирован, чтобы рассчитывать количество окислов азота NO_x, адсорбированных на катализаторе адсорбции окислов азота NO_x, и
указанный электронный блок управления сконфигурирован, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в об
огащенный диапазон воздушно-топливного соотношения, когда двигатель работает в рабочей области низкой нагрузки двигателя, и количество адсорбированных окислов азота NO_x больше, чем заданное первое допустимое количество адсорбированных окислов азота NO_x,
указанный электронный блок управления сконфигурирован, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения, когда двигатель работает в рабочей области средней нагрузки двигателя, и количество адсорбированных окислов азота NO_x больше, чем заданное второе допустимое количество адсорбированных окислов азота N_x, и
заданное второе допустимое количество адсорбированных окислов азота NO_x является меньшим, чем первое заданное допустимое количество адсорбированных окислов азота NO_x.

4. Устройство управления выхлопными газами по п. 1, в котором второе базовое воздушно-топливное соотношение является промежуточным значением между первым базовым воздушно-топливным соотношением и теоретическим воздушно-топливным соотношением.

5. Устройство управления выхлопными газами по п. 1, в котором степень обогащенности воздушно-топливного соотношения, когда воздушно-топливное соотношение в камере сгорания в рабочей области средней нагрузки двигателя находится в обогащенном диапазоне, меньше, чем степень обогащенности воздушно-топливного соотношения, когда воздушно-топливное соотношение в камере сгорания в рабочей области низкой нагрузки двигателя находится в обогащенном диапазоне.

6. Устройство управления выхлопными газами по п. 1, в котором электронный блок управления сконфигурирован, чтобы временно переводить воздушно-топливное соотношение в камере сгорания в обогащенный диапазон, когда рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания переходит из рабочей области низкой нагрузки двигателя в рабочую область средней нагрузки двигателя.

7. Устройство управления выхлопными газами по п. 1, в котором электронный блок управления сконфигурирован, чтобы временно переводить воздушно-топливное соотношение в камере сгорания в обогащенный диапазон, когда рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания переходит из рабочей области средней нагрузки двигателя в рабочую область высокой нагрузки двигателя.

8. Устройство управления выхлопными газами по п. 1, в котором
благородный металл катализатора нанесен на каталитический носитель катализатора адсорбции окислов азота NO_x, и базовый слой, включающий, по меньшей мере, один металл, выбранный из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, редкоземельных металлов и металлов, которые могут отдавать электроны окислам азота NO_x, сформирован на носителе катализатора.

9. Устройство управления выхлопными газами по п. 8, в котором щелочной металл представляет собой, по меньшей мере, один металл, выбранный из следующих: калий К, натрий Na и цезий Cs.

10. Устройство управления выхлопными газами по п. 8, в котором щелочно-земельный металл представляет собой, по меньшей мере, один металл, выбранный из следующих: барий Ва и кальций Са.

11. Устройство управления выхлопными газами по п. 8, в котором редкоземельный металл представляет собой лантаноид,

12. Устройство управления выхлопными газами по п. 8, в котором металл, который может отдавать электроны окислам азота NO_x, представляет собой, по меньшей мере, один металл, выбранный из следующих: серебро Ag, медь Cu, железо Fe и иридий Ir.