СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F01N9/00 F01N3/20 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

[0002] В области техники известен двигатель внутреннего сгорания, в котором каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов размещен в выхлопном канале двигателя, клапан подачи углеводородов размещен в выхлопном канале двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, катализатор на основе драгоценных металлов несется на поверхности протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, вокруг катализатора на основе драгоценных металлов образован слой основы, и при этом используют первый способ удаления NO_x, который восстанавливает содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливающим промежуточным соединением, которое удерживается на слое основы и образуется при впрыске углеводородов из клапана подачи углеводородов в заданном диапазоне периода, и второй способ удаления NO_x, в котором соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопного газа, делается богатым в течение периода, который продолжительнее вышеупомянутого заданного диапазона, чтобы NO_x, который был накоплен в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов, когда соотношение воздух-топливо было бедным, принудительно высвобождался из каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов и восстанавливался (например, см. PTL 1).

Список библиографических ссылок

Патентные документы

[0003] PTL 1. WO2011/114501

Сущность изобретения

Техническая задача

[0004] В связи с этим, в этом двигателе внутреннего сгорания, когда используется первый способ удаления NO_x, который пояснен выше, содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливается восстанавливающим промежуточным соединением, которое удерживается на слое основы, а количество углеводородов, которое требуется для образования этого восстанавливающего промежуточного соединения, подается из клапана подачи углеводородов. С другой стороны, когда используется второй способ удаления NO_x, накопившийся NO_x выпускается из каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов и восстанавливается при выполнении богатого соотношения воздух-топливо выхлопного газа, протекающего в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов. В связи с этим, чтобы NO_x, который был в свое время накоплен в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов, принудительно высвобождался из каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов и таким образом восстанавливался, становится необходимым большое количество восстановителя. Следовательно, количество восстановителя, которое требуется для высвобождения накопившегося NO_x из каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов и его восстановления во втором способе удаления NO_x, т.е. количество топлива, которое требуется для выполнения богатого соотношения воздух-топливо выхлопного газа, больше по сравнению с количеством углеводородов, т.е. количеством восстановителя, которое требуется для образования восстанавливающего промежуточного соединения в первом способе удаления NO_x. Т.е. количество восстановителя, которое требуется для удаления NO_x, больше в случае использования второго способа удаления NO_x по сравнению со случаем использования первого способа удаления NO_x. Следовательно, предпочтительно использовать первый способ удаления NO_x как можно больше.

[0005] В связи с этим, первый способ удаления NO_x дает высокую эффективность очистки в области более высокой температуры каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов по сравнению со вторым способом удаления NO_x. Следовательно, если температура каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов растет, способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x. В этом случае, как пояснено выше, предпочтительно использовать первый способ удаления NO_x как можно больше, так что температура каталитического нейтрализатора для очистки отработавших газов, когда способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, предпочтительно является как можно ниже. Однако было обнаружено, что на допустимую нижнюю предельную температуру каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, которая дает хорошую степень удаления NO_x с помощью первого способа удаления NO_x, влияет количество NO_x, которое содержится в выхлопном газе, и что эта допустимая нижняя предельная температура становится тем ниже, чем больше увеличивается количество NO_x, которое содержится в выхлопном газе. Причина будет пояснена подробно ниже.

Отметим, что в вышеупомянутом известном двигателе внутреннего сгорания способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x с помощью критериев оценки, отличных от настоящего изобретения.

Решение проблемы

[0006] Следовательно, в настоящем изобретении предоставляется система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, размещенный в выхлопном канале двигателя, и клапан подачи углеводорода, размещенный в выхлопном канале двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, катализатор на основе драгоценных металлов, несомый на поверхности протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, слой основы, образованный вокруг катализатора на основе драгоценных металлов, при этом используют первый способ удаления NO_x, который восстанавливает содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливающим промежуточным соединением, которое удерживается на слое основы и образуется при впрыске углеводородов из клапана подачи углеводородов в заданном диапазоне периода, и второй способ удаления NO_x, в котором соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, делается богатым в течение периода, который продолжительнее вышеупомянутого заданного диапазона, чтобы NO_x, который был накоплен в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа было бедным, принудительно высвобождался из каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов и восстанавливался, при этом предусматривается средство переключения способа удаления NO_x для переключения способа удаления NO_x со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, когда температура каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов растет и превышает заданную температуру переключения, при этом средство переключения способа удаления NO_x управляет температурой переключения в соответствии с количеством NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, причем это количество NO_x изменяется в соответствии с рабочим состоянием двигателя, а температура переключения задается более низкой, если количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, увеличивается по меньшей мере когда количество NO_x во втекающем выхлопном газе находится в диапазоне изменения в области небольшого количества в пределах диапазона изменения количества NO_x во втекающем выхлопном газе.

Преимущественные эффекты изобретения

[0007] Когда количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, увеличивается, возможно получать хорошее действие очистки NO_x, при этом уменьшая количество расхода восстановителя при снижении температуры переключения каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, при которой способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1 является общим видом двигателя внутреннего сгорания с типом воспламенения от сжатия.

Фиг. 2 – это вид, который схематично показывает часть поверхности носителя катализатора.

Фиг. 3 – это вид для пояснения реакции окисления в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов.

Фиг. 4 – это вид, который показывает изменения в соотношении воздух-топливо выхлопного газа, который протекает в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов.

Фиг. 5 – это вид, который показывает степень R1 удаления NO_x.

Фиг. 6A и 6B – это виды для пояснения окислительно-восстановительной реакции в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов.

Фиг. 7A и 7B – это виды для пояснения окислительно-восстановительной реакции в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов.

Фиг. 8 – это вид, который показывает изменения в соотношении воздух-топливо выхлопного газа, который протекает в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов.

Фиг. 9 – это вид, который показывает степень R2 удаления NO_x.

Фиг. 10A и 10B – это виды, которые показывают соотношение между периодом ΔT колебания концентрации углеводорода и степенью R1 удаления NO_x и т.д.

Фиг. 11A, 11B и 11C – это виды, которые показывают карты величины впрыска углеводородов и т.д.

Фиг. 12 – это вид, который показывает управление высвобождением NO_x.

Фиг. 13 – это вид, который показывает карту количества NOXA выпускаемого NO_x.

Фиг. 14 – это вид, который показывает момент впрыска топлива.

Фиг. 15 – это вид, который показывает карту дополнительного подаваемого количества WR углеводорода.

Фиг. 16 – это вид, который показывает температуры ST и ST0 переключения.

Фиг. 17 – это вид, который показывает другой вариант осуществления температур ST и ST0 переключения.

Фиг. 18 – это вид, который показывает дополнительный вариант осуществления температур ST и ST0 переключения.

Фиг. 19A и 19B – это виды, которые показывают карту базового соотношения воздух-топливо и т.д.

Фиг. 20 – это вид, который показывает первый способ очистки NO_x и второй способ очистки NO_x.

Фиг. 21 – это блок-схема последовательности операций для выполнения управления очисткой NO_x.

Фиг. 22 – это блок-схема последовательности операций для выполнения другого варианта осуществления управления очисткой NO_x.

Фиг. 23 – это вид, который показывает изменение в количестве NO_x и т.д. во время действия ускорения транспортного средства.

Фиг. 24 – это временная диаграмма, которая показывает изменение в количестве NO_x, вытекающего из каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов и т.д., во время действия ускорения транспортного средства.

Фиг. 25A, 25B и 25C – это виды, которые показывают величину впрыска и период впрыска углеводородов из клапана подачи углеводородов.

Фиг. 26A и 26B – это виды для пояснения периода впрыска углеводородов из клапана подачи углеводородов во время действия ускорения транспортного средства.

Фиг. 27 – это блок-схема последовательности операций для выполнения управления очисткой NO_x, которая показывает другой вариант осуществления фрагмента, очерченного штрих-пунктирной линией F на фиг. 22.

Фиг. 28 – это блок-схема последовательности операций для выполнения управления очисткой NO_x, которая показывает дополнительный вариант осуществления фрагмента, очерченного штрихпунктирной линией F на фиг. 22.

Фиг. 29 – это блок-схема последовательности операций для выполнения управления очисткой NO_x, которая показывает еще один дополнительный вариант осуществления фрагмента, очерченного штрихпунктирной линией F на фиг. 22.

Подробное описание вариантов осуществления

[0009] Фиг. 1 является общим видом двигателя внутреннего сгорания с типом воспламенения от сжатия.

Обращаясь к фиг. 1, 1 указывает корпус двигателя, 2 – камеру сгорания каждого цилиндра, 3 – электронно-управляемый топливный инжектор для впрыска топлива в каждую камеру 2 сгорания, 4 – впускной коллектор, и 5 – выпускной коллектор. Впускной коллектор 4 соединен через впускной канал 6 с выходом компрессора 7a турбонагнетателя 7 с приводом от выхлопной системы двигателя, в то время как вход компрессора 7a соединен через датчик 8 количества всасываемого воздуха с воздушным фильтром 9. Внутри впускного канала 6 размещена дроссельная заслонка 10, которая приводится в действие приводом. Вокруг впускного канала 6 размещается охлаждающее устройство 11 для охлаждения всасываемого воздуха, который протекает через внутреннее пространство впускного канала 6. В варианте осуществления, который показан на фиг. 1, охлаждающая жидкость двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 11, где охлаждающая жидкость двигателя используется, чтобы охлаждать всасываемый воздух.

[0010] С другой стороны, выпускной коллектор 5 соединен с впуском выхлопной турбины 7b турбонагнетателя 7 с приводом от выхлопной системы двигателя, а выпуск выхлопной турбины 7b соединен через выхлопную трубу 12 с впуском каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. В варианте осуществления настоящего изобретения этот каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов состоит из катализатора 13 для накопления NO_x. Выпуск каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов соединен с сажевым фильтром 14, а выше по потоку от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов внутри выхлопной трубы 12 размещен клапан 15 подачи углеводородов для подачи углеводородов в составе дизельного топлива или другого топлива, используемого в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания с типом воспламенения от сжатия. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, в качестве углеводородов используется дизельное топливо, которое подается из клапана 15 подачи углеводородов. Отметим, что настоящее изобретение может также быть применено к двигателю внутреннего сгорания с искровым типом зажигания, в котором топливо сжигается при бедном соотношении воздух-топливо. В этом случае из клапана 15 подачи углеводородов подаются углеводороды в составе бензина или другого топлива, используемого в качестве топлива двигателя внутреннего сгорания с искровым типом зажигания.

[0011] С другой стороны, выпускной коллектор 5 и впускной коллектор 4 соединены друг с другом через канал 16 рециркуляции выхлопного газа (далее называемый здесь "EGR"). Внутри EGR-канала 16 размещены электронно-управляемый клапан 17 управления EGR. Дополнительно, вокруг EGR-канала 16 размещено охлаждающее устройство 18 для охлаждения EGR-газа, который протекает через внутреннее пространство EGR-канала 16. В варианте осуществления, который показан на фиг. 1, охлаждающая жидкость двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 18, где охлаждающая жидкость двигателя используется, чтобы охлаждать EGR-газ. С другой стороны, каждый топливный инжектор 3 соединен через топливопровод 19 с аккумуляторной системой 20 подачи топлива. Эта аккумуляторная система 20 подачи топлива соединена через электронно-управляемый топливный насос 21 с переменным расходом с топливным баком 22. Топливо, которое хранится внутри топливного бака 22, подается топливным насосом 21 внутрь аккумуляторной системы 20 подачи топлива. Топливо, которое подано внутрь аккумуляторной системы 20 подачи топлива, подается через каждый топливопровод 19 к топливному инжектору 3.

[0012] Электронный блок 30 управления состоит из цифрового компьютера, снабженного ROM (постоянным запоминающим устройством) 32, RAM (оперативным запоминающим устройством) 33, CPU (микропроцессором) 34, портом 35 ввода и портом 36 вывода, которые соединены друг с другом двунаправленной шиной 31. Ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов размещен температурный датчик 23 для определения температуры выхлопного газа, вытекающего из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, а к сажевому фильтру 14 прикреплен датчик 24 перепада давления для обнаружения разности давления до и после сажевого фильтра 14. Выходные сигналы этих температурного датчика 23, датчика 24 перепада давления и расходомера 8 всасываемого воздуха вводятся через соответственно подходящие AD-преобразователи 37 в порт 35 ввода. Дополнительно, педаль 40 акселератора (педаль управления дроссельной заслонкой) имеет датчик 41 нагрузки, подключенный к ней, который генерирует выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия L педали 40 акселератора. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки вводится через соответствующий AD-преобразователь 37 в порт 35 ввода. Кроме того, к порту 35 ввода подключен датчик 42 угла поворота коленчатого вала, который генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 15°. С другой стороны, порт 36 вывода соединен через соответствующие цепи 38 возбуждения с каждым топливным инжектором 3, приводом для приведение в движение дроссельной заслонки 10, клапаном 15 подачи углеводородов, клапаном 17 управления EGR и топливным насосом 21.

[0013] Фиг. 2 схематично показывает часть поверхности носителя катализатора, который выполнен на подложке каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, показанного на фиг. 1. В этом каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, как показано на фиг. 2, например, предусматривается носитель 50 катализатора, выполненный из оксида алюминия, который несет катализаторы 51 на основе драгоценных металлов, состоящие из платины Pt. Кроме того, на этом носителе 50 катализатора образован слой 53 основы, который включает в себя по меньшей мере один элемент, выбранный из калия K, натрия Na, цезия Cs или другого такого щелочного металла, бария Ba, кальция Ca или другого такого щелочно-земельного металла, лантаноида или другого такого редкоземельного элемента и серебра Ag, меди Cu, железа Fe, иридия Ir или другого металла, способного отдавать электроны NO_x. В этом случае на носителе 50 катализатора каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, в дополнение к платине Pt, может дополнительно нести родий Rh или палладий Pd. Отметим, что выхлопной газ протекает по верхней поверхности носителя 50 катализатора, так что катализаторы 51 на основе драгоценных металлов, можно сказать, должны нестись на поверхности протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. Дополнительно, поверхность слоя 53 основы проявляет валентность, так что поверхность слоя 53 основы называется " частями 54 основы поверхности протекания выхлопного газа".

[0014] Если в выхлопной газ из клапана 15 подачи углеводородов впрыскиваются углеводороды, эти углеводороды преобразуются каталитическим нейтрализатором 13 для очистки выхлопных газов. В настоящем изобретении преобразованные при этом углеводороды используются, чтобы устранять NO_x в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов. Фиг. 3 схематично показывает действие преобразования, выполняемое при этом в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов. Как показано на фиг. 3, углеводороды HC, которые впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов, становятся радикальными углеводородами HC с небольшим углеродным числом благодаря катализатору 51 на основе драгоценных металлов.

[0015] Фиг. 4 показывает момент подачи углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов и изменение в соотношении (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов. Отметим, что изменение в соотношении (A/F) в смеси воздух-топливо зависит от изменения в концентрации углеводородов в выхлопном газе, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, так что можно сказать, что изменение в соотношении (A/F) в смеси воздух-топливо, показанное на фиг. 4, выражает изменение в концентрации углеводородов. Однако если концентрация углеводородов становится выше, соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо становится меньше, так что, на фиг. 4, чем больше в богатую сторону становится соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо, тем выше становится концентрация углеводородов.

[0016] Фиг. 5 показывает степень R1 удаления NO_x каталитическим нейтрализатором 13 для очистки выхлопных газов относительно температур TC катализатора для каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, когда периодически выполняется изменение концентрации углеводородов, которые протекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, с тем, чтобы, как показано на фиг. 4, периодически делать соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, богатым. В связи с этим, в результате исследования, относящегося к очистке NO_x в течение длительного периода времени, обнаружено, что если принудительно колебать концентрацию углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, в заданном диапазоне амплитуды и в заданном диапазоне периода, как показано на фиг. 5, даже при 350°C или в более высоком диапазоне температур получается чрезвычайно высокая степень R1 удаления NO_x.

[0017] Кроме того, обнаружено, что при этом большое количество восстанавливающих промежуточных соединений, которые содержат азот и углеводороды, продолжает удерживаться или абсорбироваться на поверхности слоя 53 основы, т.е. на частях 54 основы поверхности протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, и восстанавливающие промежуточные соединения играют центральную роль в получении высокой степени R1 удаления NO_x. Далее, это будет пояснено со ссылкой на фиг. 6A и фиг. 6B. Отметим, что эти фиг. 6A и 6B схематично показывают часть носителя 50 катализатора каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. Эти фиг. 6A и 6B показывают реакцию, которая, как предполагается, возникает, когда концентрация углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, принудительно колеблется в заданном диапазоне амплитуды и в заданном диапазоне периода.

[0018] Фиг. 6A показывает, когда концентрация углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, является низкой, в то время как фиг. 6B показывает, когда углеводороды подаются из клапана 15 подачи углеводородов, а соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, протекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, делается богатым, т.е. концентрация углеводородов, которые протекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, становится выше.

[0019] Теперь, как будет понятно из фиг. 4, соотношение воздух-топливо выхлопного газа, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, поддерживается бедным за исключением мгновения, так что выхлопной газ, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов нормально, переходит в состояние избытка кислорода. В этот момент часть NO, который содержится в выхлопном газе, оседает на каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, в то время как часть NO, который содержится в выхлопном газе, как показано на фиг. 6A, окисляется на платине 51 и становится NO₂. Далее, этот NO₂ дополнительно окисляется и становится NO₃. Дополнительно, часть NO₂ становится NO₂^-. Следовательно, на платине Pt 51 образуются NO₂^- и NO₃. NO, который осаждается на каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, и NO₂^- и NO₃, которые образуются на платине Pt 51, являются сильно активными. Следовательно, ниже эти NO, NO₂^- и NO₃ будут называться "активным NO_x*".

[0020] С другой стороны, если углеводороды подаются из клапана 15 подачи углеводородов, и соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, протекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, делается богатым, углеводороды последовательно осаждаются по всему каталитическому нейтрализатору 13 для очистки выхлопных газов. Большая часть осажденных углеводородов последовательно реагирует с кислородом и сгорает. Часть осажденных углеводородов последовательно преобразуется и становится радикализированными внутри каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, как показано на фиг. 3. Следовательно, как показано на фиг. 6B, концентрация углеводорода вокруг активного NO_x* становится выше. В связи с этим, если, после того как образован активный NO_x*, состояние высокой концентрации кислорода вокруг активного NO_x сохраняется в течение постоянного времени или больше, при этом активный NO_x* окисляется и абсорбируется в виде нитрат-ионов NO₃^- внутри слоя 53 основы. Однако, если, перед тем как это постоянное время проходит, концентрация углеводорода вокруг активного NO_x* становится выше, как показано на фиг. 6B, активный NO_x* реагирует на платине 51 с радикальными углеводородами HC, чтобы, тем самым, образовать восстанавливающие промежуточные соединения. Восстанавливающие промежуточные соединения прилипают или адсорбируются на поверхности слоя 53 основы.

[0021] Отметим, что при этом первое полученное восстанавливающее промежуточное соединение рассматривается как нитросоединение R-NO₂. Если это нитросоединение R-NO₂ образуется, результатом становится нитриловое соединение R-CN, но это нитриловое соединение R-CN может продолжать существовать только в течение мгновения в этом состоянии так, что немедленно становится изоцианатным соединением R-NCO. Это изоцианатное соединение R-NCO становится аминосоединением R-NH₂, если гидролизируется. Однако, в этом случае, то, что гидролизируется, считается частью изоцианатного соединения R-NCO, Следовательно, как показано на фиг. 6B, большая часть восстанавливающих промежуточных соединений, которые удерживаются или абсорбируются на поверхности слоя 53 основы, как полагают, является изоцианатным соединением R-NCO и аминосоединением R-NH₂.

[0022] С другой стороны, как показано на фиг. 6B, если образованные восстанавливающие промежуточные соединения окружены углеводородами HC, восстанавливающие промежуточные соединения блокируются углеводородами HC и реакция не будет продолжаться как-либо далее. В этом случае, если концентрация углеводородов, которые протекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, снижается, и затем углеводороды, которые осаждаются вокруг восстанавливающих промежуточных соединений, будут окисляться и расходоваться, и, таким образом, концентрация кислорода вокруг восстанавливающих промежуточных соединений становится выше, восстанавливающие промежуточные соединения реагируют с NO_x в выхлопном газе, реагируют с активным NO_x*, реагируют с окружающим кислородом или разлагаются самостоятельно. Вследствие этого, восстанавливающие промежуточные соединения R-NCO и R-NH₂ преобразуются в N₂, CO₂ и H₂O, как показано на фиг. 6A, следовательно, NO_x удаляется.

[0023] Таким образом, в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, когда концентрация углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, становится выше, образуются восстанавливающие промежуточные соединения, и после того как концентрация углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, снижается, когда концентрация кислорода повышается, восстанавливающие промежуточные соединения реагируют с NO_x в выхлопном газе или активным NO_x* или кислородом или разлагаются самостоятельно, посредством чего NO_x удаляется. Т.е. для того, чтобы каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов удалял NO_x, концентрация углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, должна периодически изменяться.

[0024] Конечно, в этом случае необходимо повышать концентрацию углеводорода до концентрации, достаточно высокой для образования восстанавливающих промежуточных соединений, и необходимо понижать концентрацию углеводорода до концентрации, достаточно низкой для принудительного реагирования полученных восстанавливающих промежуточных соединений с NO_x в выхлопном газе или активным NO_x* или кислородом или самостоятельного разложения. Т.е. необходимо принудительно колебать концентрацию углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, в заданном диапазоне амплитуды. Отметим, что в этом случае необходимо удерживать эти восстанавливающие промежуточные соединения на слое 53 основы, т.е. частях 54 основы поверхности протекания выхлопного газа, до тех пор, пока образованные промежуточные соединения R-NCO и R-NH₂ не прореагируют с NO_x в выхлопном газе или с активным NO_x* или кислородом или не разложатся сами. По этой причине предусматриваются части 54 основы поверхности протекания выхлопного газа.

[0025] С другой стороны, при продлении периода подачи углеводородов, время, в течение которого концентрация кислорода становится выше, становится более длительным в периоде, после того как углеводороды подаются, до тех пор, пока не будут поданы углеводороды в следующий раз. Следовательно, активный NO_x* абсорбируется в слое 53 основы в виде нитратов без образования восстанавливающих промежуточных соединений. Чтобы избегать этого, необходимо принудительно колебать концентрацию углеводородов, которые втекают в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, в заданном диапазоне периода.

[0026] Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, чтобы реагировать с содержащимся в выхлопном газе NO_x и преобразованными углеводородами и образовывать восстанавливающие промежуточные соединения R-NCO и R-NH₂, содержащие азот и углеводороды, катализаторы 51 на основе драгоценных металлов наносятся на поверхности протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. Чтобы удерживать образованные восстанавливающие промежуточные соединения R-NCO и R-NH₂ внутри каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, вокруг катализаторов 51 на основе драгоценных металлов образуют слои 53 основы. Восстанавливающие промежуточные соединения R-NCO и R-NH₂, которые удерживаются на слое 53 основы, преобразуются в N₂, CO₂ и H₂O. Период колебания концентрации углеводорода задается периодом колебания, требуемым для продолжения образования восстанавливающих промежуточных соединений R-NCO и R-NH₂. В этой связи, в примере, показанном на фиг. 4, интервал впрыска задается равным 3 секундам.

[0027] Если период колебания концентрации углеводорода, т.е. период впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов задается более длительным, чем вышеупомянутый заданный диапазон периода, восстанавливающие промежуточные соединения R-NCO и R-NH₂ исчезают с поверхности слоя 53 основы. При этом активный NO_x*, который образуется на платине Pt 53, как показано на фиг. 7A, диффундирует в слое 53 основы в виде нитрат-ионов NO₃^- и становится нитратами. Т.е. при этом NO_x в выхлопном газе абсорбируется в виде нитратов внутри слоя 53 основы.

[0028] С другой стороны, фиг. 7B показывает случай, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, делается богатым, когда NO_x абсорбируется в виде нитратов внутри слоя 53 основы. В этом случае концентрация кислорода в выхлопном газе падает, так что реакция продолжается в противоположном направлении (NO₃→NO₂), и, следовательно, нитраты, абсорбированные в слое 53 основы, последовательно становятся нитрат-ионами NO₃^- и, как показано на фиг. 7B, высвобождаются из слоя 53 основы в виде NO₂. Далее высвободившийся NO₂ восстанавливается углеводородами HC и CO, содержащимися в выхлопном газе.

[0029] Фиг. 8 показывает случай выполнения соотношения (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, временно богатым непосредственно перед тем, как абсорбционная способность NO_x слоя 53 основы становится предельной. Отметим, что в примере, показанном на фиг. 8, интервал времени этого управления богатой смесью равен 1 минуте или более. В этом случае NO_x, который был абсорбирован в слое 53 основы, когда соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа было бедным, высвобождается сразу весь из слоя 53 основы и восстанавливается, когда соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа делается временно богатым. Следовательно, в этом случае, слой 53 основы играет роль абсорбента для временного абсорбирования NO_x.

[0030] Отметим, что при этом иногда слой 53 основы временно абсорбирует NO_x. Следовательно, если используется термин "накопление" в качестве термина, включающего в себя как "абсорбцию", так и "адсорбцию", при этом слой 53 основы выполняет роль агента накопления NO_x для временного накопления NO_x. Т.е. в этом случае, если соотношение воздуха и топлива (углеводородов), которые подаются во впускной канал двигателя, камеры 2 сгорания и выше по потоку от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов в выхлопном канале, называется "соотношением воздух-топливо выхлопного газа", каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов функционирует в качестве катализатора для накопления NO_x, который накапливает NO_x, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа является бедным, и высвобождает накопившийся NO_x, когда концентрация кислорода в выхлопном газе падает.

[0031] Сплошная линия на фиг. 9 показывает степень R2 удаления NO_x при выполнении функции каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов в качестве катализатора для накопления NO_x таким образом. Отметим, что абсцисса на фиг. 9 показывает температуру TC катализатора каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. Когда выполняется функционирование каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов в качестве катализатора для накопления NO_x, как показано на фиг. 9, когда температура TC катализатора равна 250°-300°C, получается очень высокая степень удаления NO_x, но когда температура TC катализатора становится 350°C или более высокой температурой, степень R2 удаления NO_x падает.

[0032] Таким образом, когда температура TC катализатора становится 350°C или более, степень R2 удаления NO_x падает, поскольку если температура TC катализатора становится 350°C или более, NO_x менее легко накапливается, и нитраты разлагаются за счет тепла и высвобождаются в виде NO₂ из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. Т.е. пока NO_x накапливается в виде нитратов, когда температура TC катализатора является высокой, трудно получать высокую степень R2 удаления NO_x. Однако, в новом способе очистки NO_x, показанном на фиг. 4-6A и 6B, количество NO_x, накопленного в виде нитратов, является небольшим, и, следовательно, как показано на фиг. 5, даже когда температура TC катализатора является высокой, получается высокая степень R1 удаления NO_x.

[0033] В варианте осуществления согласно настоящему изобретению, чтобы иметь возможность очищать NO_x с помощью этого нового способа очистки NO_x, в выхлопном канале двигателя размещается клапан 15 подачи углеводородов для подачи углеводородов, каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов размещается в выхлопном канале двигателя ниже по потоку от клапана 15 подачи углеводородов, катализаторы 51 на основе драгоценных металлов наносятся на поверхностях протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, вокруг катализаторов 51 на основе драгоценных металлов образуются слои 53 основы, при этом каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов имеет свойство восстановления содержащегося в выхлопном газе NO_x восстанавливающими промежуточными соединениями, которые удерживаются на слоях 53 основы, если углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов в заданном диапазоне периода, и имеет свойство увеличивать объем накопления содержащегося в выхлопном газе NO_x если период впрыска углеводорода из клапана 15 подачи углеводородов задается более длительным, чем этот заданный диапазон, а во время работы двигателя углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов в заданном диапазоне периода, чтобы тем самым восстанавливать NO_x, который содержится в выхлопном газе в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов.

[0034] Т.е. способ очистки NO_x, который показан на фиг. 4-6A и 6B, можно сказать, должен быть новым способом очистки NO_x, предназначенным для устранения NO_x без образования такого большого количества нитратов в случае использования каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, на который наносят катализаторы на основе драгоценных металлов и который образует слой основы, который может абсорбировать NO_x. В действительности, когда используется этот новый способ очистки NO_x, нитраты, которые обнаруживаются из слоя 53 основы, меньше по количеству по сравнению со случаем, когда выполняется функционирование каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов в качестве катализатора для накопления NO_x. Отметим, что этот новый способ очистки NO_x будет называться ниже "первым способом удаления NO_x".

[0035] Теперь, как упомянуто ранее, если период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов становится более длительным, период времени, в котором концентрация кислорода вокруг активного NO_x* становится выше, становится более длительным в периоде времени после того, как углеводороды впрыскиваются, до момента, когда углеводороды впрыскиваются в следующий раз. В этом случае в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, если период ΔT впрыска углеводородов становится продолжительнее, чем примерно 5 секунд, активный NO_x* начинает абсорбироваться в виде нитратов внутри слоя 53 основы. Следовательно, как показано на фиг. 10, если период ΔT колебания концентрации углеводорода становится продолжительнее, чем приблизительно 5 секунд, степень R1 удаления NO_x падает. Следовательно, период ΔT впрыска углеводородов должен быть задан равным 5 секундам или менее.

[0036] С другой стороны, в варианте осуществления настоящего изобретения, если период ΔT впрыска углеводородов становится равным примерно 0,3 секунды или менее, впрыскиваемые углеводороды начинают встраиваться на поверхностях протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, следовательно, как показано на фиг. 10, если период ΔT впрыска углеводородов становится равным приблизительно 0,3 секунды или менее, степень R1 удаления NO_x падает. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, период впрыска углеводородов задается равным от 0,3 секунды до 5 секунд.

[0037] Дополнительно, в первом способе удаления NO_x согласно настоящему изобретению, содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливается восстанавливающим промежуточным соединением, которое удерживается на слое 53 основы. Следовательно, когда количество содержащегося в выхлопном газе NO_x увеличивается, необходимо увеличивать количество восстанавливающего промежуточного соединения, которое образуется. Чтобы увеличивать количество восстанавливающего промежуточного соединения, которое образуется, необходимо увеличивать количество углеводородов, которые подаются в единицу времени из клапана 15 подачи углеводородов. Для этого необходимо увеличивать величину впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов или сокращать период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов. В этом случае, если чрезмерно увеличивать величину впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов, количество углеводородов, которые проскальзывают через каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, прекращает увеличиваться, так что даже если увеличивается величина впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов, существует предел. Следовательно, величина впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов не может быть задана изменяющейся в значительной степени. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 10B, чем больше увеличивается количество (мг/с) содержащегося в выхлопном газе NO_x, тем более коротким задается период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов, и тем самым больше количество углеводородов, которое подается в единицу времени.

[0038] В варианте осуществления согласно настоящему изобретению оптимальная величина впрыска и период впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов для обеспечения хорошего действия удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x определяются заранее. В этом случае в варианте осуществления согласно настоящему изобретению оптимальная величина WT впрыска углеводородов, когда выполняется действие удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x, заранее сохраняется в ROM 32 как функция величины Q впрыска из топливного инжектора 3 и скорости N двигателя в виде карты, такой как показанная на фиг. 11A. Дополнительно, оптимальный период ΔT впрыска углеводородов при этом также заранее сохраняется в ROM 32 как функция величины Q впрыска из топливного инжектора 3 и скорости N двигателя в виде карты, такой как показанная на фиг. 11B.

[0039] Фиг. 11C схематично показывает значение периода ΔT впрыска, которое сохранено в карте на фиг. 11B. Отметим, что кривые на фиг. 11C указывают линии эквивалентного периода впрыска, и на фиг. 11C период ΔT впрыска становится короче в порядке ΔT1, ΔT2, ..., ΔTn. В связи с этим, количество (мг/с) содержащегося в выхлопном газе NO_x увеличивается, чем больше увеличивается величина Q впрыска из топливного инжектора 3, т.е. чем больше увеличивается нагрузка двигателя и увеличивается больше скорость N двигателя. Следовательно, как будет понятно из фиг. 11C, период ΔT впрыска задается тем более коротким, чем больше увеличивается величина Q впрыска из топливного инжектора 3, и задается тем более коротким, чем выше скорость N двигателя.

[0040] Далее, обращаясь к фиг. 12-15, способ очистки NO_x, когда выполняется функционирование каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов в качестве катализатора для накопления NO_x, будет пояснен конкретно. Способ очистки NO_x в случае выполнения функционирования каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов в качестве катализатора для накопления NO_x таким образом будет называться ниже "вторым способом удаления NO_x". В этом втором способе удаления NO_x, как показано на фиг. 12, когда количество ΣNOX накопленного NO_x для NO_x, который накапливается в слое 53 основы, превышает заданное допустимое количество MAX, соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, временно делается богатым. Если соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа делается богатым, NO_x, который был накоплен в слое 53 основы, когда соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа было бедным, высвобождается из слоя 53 основы весь сразу и восстанавливается. Вследствие этого NO_x удаляется.

[0041] Количество ΣNOX накопленного NO_x, например, вычисляется из количества NO_x, который выпускается из двигателя. В этом варианте осуществления согласно настоящему изобретению количество NOXA выпущенного NO_x для NO_x, который выпускается из двигателя в единицу времени, заранее сохраняется в ROM 32 как функция величины Q впрыска и скорости N двигателя в виде карты, такой как показанная на фиг. 13. Количество ΣNOX накопленного NO_x вычисляется из этого количества NOXA выпущенного NO_x. В этом случае, как пояснено ранее, период, в котором соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа делается богатым, обычно равен 1 минуте или более.

[0042] Во этом втором способе удаления NO_x, как показано на фиг. 14, посредством впрыска дополнительного топлива WR в каждую камеру 2 сгорания из топливного инжектора 3 в дополнение к используемому для сгорания топливу Q, соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, делается богатым. Отметим, что на фиг. 14 абсцисса указывает угол поворота коленчатого вала. Это дополнительное топливо WR впрыскивается в момент времени, в который оно будет зажигаться, но не будет появляться выходная мощность двигателя, т.е. слегка раньше ATDC90 после верхней мертвой точки такта сжатия. Это количество WR топлива заранее сохраняется в ROM 32 как функция величины Q впрыска и скорости N двигателя в виде карты, такой как показанная на фиг. 15. Конечно, в этом случае также возможно принудительно увеличивать величину впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов с тем, чтобы делать соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа богатым.

[0043] Итак, как будет понятно, если сравнивать степень R1 удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x, показанного на фиг. 5, и степень R2 удаления NO_x посредством второго способа удаления NO_x, показанного на фиг. 9, когда температура TC катализатора является относительно низкой, степень R2 удаления NO_x посредством второго способа удаления NO_x становится выше, тогда как, если температура TC катализатора становится высокой, степень R1 удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x становится выше.

Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, вообще говоря, когда температура TC катализатора является низкой, используется второй способ удаления NO_x, тогда как, если температура TC катализатора является высокой, используется первый способ удаления NO_x.

[0044] В связи с этим, как пояснено выше, когда используется первый способ удаления NO_x, содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливается восстанавливающим промежуточным соединением, которое удерживается на слое 53 основы, а количество углеводородов, которое требуется для образования этого восстанавливающего промежуточного соединения, подается из клапана 15 подачи углеводородов. С другой стороны, когда используется второй способ удаления NO_x, накопившийся NO_x выпускается из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов и восстанавливается при выполнении богатого соотношения воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов. В связи с этим, чтобы NO_x, который был в свое время накоплен в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, принудительно высвобождался из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов и восстанавливался таким образом, становится необходимым большое количество восстановителя.

[0045] Следовательно, количество восстановителя, которое требуется для высвобождения накопившегося NO_x из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов и его восстановления во втором способе удаления NO_x, т.е. количество топлива, которое требуется для выполнения богатого соотношения воздух-топливо выхлопного газа, больше по сравнению с количеством углеводородов, т.е. количеством восстановителя, которое требуется для образования восстанавливающего промежуточного соединения в первом способе удаления NO_x. Т.е. количество восстановителя, которое требуется для удаления NO_x, больше в случае использования второго способа удаления NO_x по сравнению со случаем использования первого способа удаления NO_x. Следовательно, предпочтительно использовать первый способ удаления NO_x как можно больше.

[0046] В связи с этим, как пояснено выше, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда температура TC катализатора является низкой, используется второй способ удаления NO_x, в то время как, когда температура TC катализатора является высокой, используется первый способ удаления NO_x. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, если температура TC катализатора становится высокой, способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x. В этом случае, как пояснено выше, предпочтительно использовать первый способ удаления NO_x как можно больше, так что температура каталитического нейтрализатора для очистки отработавших газов, когда способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, предпочтительно является как можно меньше. Однако было обнаружено, что на допустимую нижнюю предельную температуру каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, которая дает хорошую степень удаления NO_x с помощью первого способа удаления NO_x, влияет количество NO_x, которое содержится в выхлопном газе, и что эта допустимая нижняя предельная температура становится тем ниже, чем больше увеличивается количество NO_x, которое содержится в выхлопном газе. Далее, эта допустимая нижняя предельная температура каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов будет пояснена наряду со ссылкой на фиг. 16.

[0047] На фиг. 16 сплошная линия ST показывает допустимую нижнюю предельную температуру каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. Отметим, что на фиг. 16 ордината показывает температуру TC каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, в то время как абсцисса показывает количество (мг/с) NO_x в единицу времени, которое содержится в выхлопном газе. Т.е., как пояснено выше, в первом способе удаления NO_x, содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливается восстанавливающим промежуточным соединением, которое удерживается на слое 53 основы. Следовательно, когда количество содержащегося в выхлопном газе NO_x увеличивается, необходимо увеличивать количество восстанавливающего промежуточного соединения, которое образуется. Чтобы увеличивать количество восстанавливающего промежуточного соединения, которое образуется, необходимо увеличивать количество углеводородов, которые подаются в единицу времени из клапана 15 подачи углеводородов. Для этого, необходимо увеличивать величину впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов или сокращать период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 10B, чем больше увеличивается количество (мг/с) NO_x, который содержится в выхлопном газе, тем более коротким задается период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов. Другими словами, чем больше уменьшается количество NO_x, которое содержится в выхлопном газе, тем более длительным задается период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов.

[0048] В связи с этим, если период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов задается более длительным, как пояснено наряду со ссылкой на фиг. 10A, возникает опасность накопления NO_x в слое 53 основы. С другой стороны, как пояснено выше, если температура TC катализатора становится высокой, становится труднее для NO_x накапливаться в слое 53 основы. Следовательно, когда период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов задается длительным, опасность накопления NO_x в слое основы устраняется, если температура TC катализатора является высокой. Т.е. когда количество содержащегося в выхлопном газе NO_x уменьшается, а период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов задается длительным, опасность накопления NO_x в слое основы устраняется, если температура TC катализатора является высокой. Следовательно, допустимая нижняя предельная температура ST каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, когда не существует опасность накопления NO_x в слое основы, даже если впрыскиваются углеводороды из клапана 15 подачи углеводородов для выполнения действия удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x, т.е. допустимая нижняя предельная температура ST каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, когда хорошая степень удаления NO_x получается, даже если впрыскиваются углеводороды из клапана 15 подачи углеводородов для выполнения действия удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x, как показано на фиг. 16, становится выше, чем меньше количество (мг/с) NO_x, который содержится в выхлопном газе.

[0049] В этом случае, если задавать температуру TC катализатора, при которой способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, равной этой допустимой нижней предельной температурой ST каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, становится возможным использование первого способа удаления NO_x с наивысшей частотой. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению эта допустимая нижняя предельная температура ST каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов задается температурой переключения со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, температура ST переключения со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, как показано на фиг. 16, задается тем ниже, чем больше количество NO_x в выхлопном газе, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов.

[0050] С другой стороны, каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов имеет характерную для катализатора низкую предельную температуру, при которой способность образовывать восстанавливающее промежуточное соединение падает, и, следовательно, степень удаления NO_x падает независимо от количества NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, и, можно сказать, предпочтительно избегать использования первого способа удаления NO_x, если температура TC каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов становится этой характерной для катализатора нижней предельной температурой или менее. Эта характерная для катализатора нижняя предельная температура, которая представлена для первого способа удаления NO_x, другими словами, нижняя предельная температура каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, при которой используется первый способ удаления NO_x, показана как ST0 на фиг. 16. Эта характерная для катализатора нижняя предельная температура ST0 становится постоянной температурой, которая определяется в соответствии с каталитическим нейтрализатором 13 для очистки выхлопных газов. Как показано на фиг. 5, каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов имеет температуру TC1 начала падения степени удаления, при которой степень удаления NO_x начинает падать, когда температура TC каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов падает в случае, когда используется первый способ удаления NO_x. В варианте осуществления, показанном на фиг. 16, эта температура TC1 начала падения степени удаления используется в качестве характерной для катализатора нижней предельной температуры ST₀. Как показано на фиг. 16, в этом варианте осуществления, если количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 очистки выхлопных газов, увеличивается, при количестве SN NO_x допустимая нижняя предельная температура ST, т.е. температура ST переключения, соответствует характерной для катализатора нижней предельной температуре ST₀.

[0051] В связи с этим, количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, изменяется согласно рабочему состоянию двигателя. В варианте осуществления, показанном на фиг. 16, количество NO_x в выхлопном газе, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, изменяется согласно рабочему состоянию двигателя в диапазоне, который показан абсциссой на фиг. 16. Следовательно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 16, когда количество NO_x в выхлопном газе, протекающем в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, увеличивается, диапазон, в котором температура переключения со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x падает, становится в диапазоне изменения в области небольшого количества в диапазоне изменения количества NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, причем это количество изменяется в соответствии с рабочим состоянием двигателя. Т.е. в варианте осуществления, показанном на фиг. 16, температура ST переключения задается более низкой, если количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, увеличивается, когда количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, меньше количества SN NO_x, которое соответствует границе между допустимой нижней предельной температурой ST и характерной для катализатора нижней предельной температурой ST₀, т.е. когда количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, находится в диапазоне изменения в области небольшого количества в диапазоне изменения количества NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов.

[0052] Отметим, что в варианте осуществления, показанном на фиг. 16, характерная для катализатора нижняя предельная температура ST₀ также выражает температуру ST переключения, при которой способ удаления NO_x переключается со второго способа переключения NO_x на первый способ переключения NO_x. Следовательно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 16, температура ST переключения падает, если увеличивается количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, когда количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, находится в диапазоне изменения в области небольшого количества в диапазоне изменения количества NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, а температура ST переключения поддерживается при характерной для катализатора нижней предельной температуре ST₀, если количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, становится больше количества SN NO_x, которое соответствует границе между допустимой нижней предельной температурой ST и характерной для катализатора нижней предельной температурой ST₀, т.е. становится больше вышеупомянутого диапазона изменения в области небольшого количества.

[0053] В связи с этим, если скорость двигателя растет, а количество выхлопного газа увеличивается, количество NO_x, которое содержится в выхлопном газе, увеличивается. С другой стороны, если количество выхлопного газа увеличивается, расход выхлопного газа, протекающего через внутреннее пространство каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, становится большим, и NO_x становится труднее накапливаться в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов. Следовательно, если при этом используется второй способ удаления NO_x, через каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов проскальзывает большое количество NO_x, следовательно, степень удаления NO_x падает. С другой стороны, при этом использование первого способа удаления NO_x иногда дает высокую степень удаления NO_x. Такой случай возникает, когда, на фиг. 16, в состоянии температуры более низкой, чем нижняя предельная температура ST₀, где количество NO_x является большим. Следовательно, даже если степень удаления NO_x падает, иногда предпочтительно понижать нижнюю предельную температуру ST₀. Следовательно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 17, в качестве нижней предельной температуры ST₀ используется температура TC2, которая ниже температуры TC1 начала падения степени удаления, показанной на фиг. 16. Эта температура TC2, как показано на фиг. 5, является температурой TC катализатора, при которой степень R1 удаления NO_x становится равной 50 процентам или меньше. Следовательно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 17, когда количество NO_x является большим, даже если температура TC катализатора является низкой по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг. 16, используется первый способ удаления NO_x.

[0054] В варианте осуществления, показанном на фиг. 17 также, нижняя предельная температура ST₀ выражает температуру ST переключения, при которой способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x. Следовательно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 17, температура ST переключения также падает, если увеличивается количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, когда количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, находится в диапазоне изменения в области небольшого количества в диапазоне изменения количества NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, а температура ST переключения поддерживается при характерной для катализатора нижней предельной температуре ST₀, если количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, становится больше количества SN NO_x, соответствующего границе между допустимой нижней предельной температурой ST и характерной для катализатора нижней предельной температурой ST₀, т.е. становится больше вышеупомянутого диапазона изменения в области небольшого количества.

[0055] Отметим, что в зависимости от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов иногда температура ST переключения задается более низкой, если количество NO_x в выхлопном газе, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, увеличивается в течение полного диапазона изменения количества NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов. Если включать также такой случай в настоящее изобретение, температура ST переключения задается более низкой, если увеличивается количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, когда по меньшей мере количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, находится в диапазоне изменения в области небольшого количества в диапазоне изменения количества NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов.

[0056] Как утверждалось здесь до этого момента, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда температура TC катализатора ниже температур ST и ST₀ переключения, используется второй способ удаления NO_x, в то время как, когда температура TC катализатора выше температур ST и ST₀ переключения, используется первый способ удаления NO_x. В этом случае соотношение между температурами ST и ST₀ переключения и количеством NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, заранее сохраняется в ROM 32. Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению предусматривается средство переключения способа удаления NO_x для переключения способа удаления NO_x со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, когда температура каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов растет и превышает заданную температуру ST переключения. Это средство переключения способа удаления NO_x управляет температурой ST переключения в соответствии с количеством NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, причем это количество NO_x изменяется в соответствии с рабочим состоянием двигателя. В этом случае, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, электронный блок 30 управления составляет средство переключения способа удаления NO_x.

[0057] С другой стороны, когда используется первый способ удаления NO_x, если концентрация кислорода в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, становится выше, поддерживается действие окисления NO₂, так что NO_x может легче накапливаться в слое 53 основы. С другой стороны, как пояснено выше, если температура TC катализатора становится высокой, становится затруднительным накапливать NO_x в слое 53 основы. Следовательно, когда концентрация кислорода в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, становится выше, опасность накопления NO_x в слое 53 основы устраняется, если температура TC катализатора является высокой. Следовательно, в другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 18, температура ST переключения каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, при которой способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, задается постепенно выше, как показано посредством ST₁, ST₂ и ST₃, если концентрация кислорода в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, становится выше.

[0058] Отметим, что концентрация кислорода в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, пропорциональна базовому соотношению AFB воздух-топливо. Это базовое соотношение AFB воздух-топливо заранее сохраняется в ROM 32 как функция величины Q впрыска из топливного инжектора 3 и скорости N двигателя в виде карты, такой, как показанная на фиг. 19A. В варианте осуществления согласно настоящему изобретению соотношение между величиной роста AST температуры ST переключения и базовым соотношением AFB воздух-топливо, такое, как показанное на фиг. 19B, задается заранее, а величина роста AST температуры ST переключения вычисляется из этого соотношения. Как будет понятно из фиг. 19B, если базовое соотношение AFB воздух-топливо становится высоким, величина роста AST температуры ST переключения увеличивается. Следовательно, будет понятно, что температура ST переключения каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, при которой способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, задается более высокой, когда базовое соотношение AFB воздух-топливо становится выше.

[0059] Фиг. 20 показывает момент впрыска дополнительного топлива WR, момент впрыска углеводородов WT, изменения в соотношении (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, и количество ΣNOX накопленного NO_x, которое накапливается в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, когда действие удаления NO_x переключается с действия удаления NO_x посредством второго способа удаления NO_x на действие удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x. Если действие удаления NO_x переключается с действия удаления NO_x посредством второго способа удаления NO_x на действие удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x в состоянии, когда NO_x накапливается в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, когда действие удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x начинается, NO_x, накопившийся в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, будет высвобождаться без восстановления. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда действие удаления NO_x переключается с действия удаления NO_x посредством второго способа удаления NO_x на действие удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x, когда NO_x накапливается в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, чтобы высвобождать и восстанавливать накопившийся NO_x, как показано на фиг. 20, дополнительное подается топливо WR, и тем самым соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, делается временно богатым.

[0060] Фиг. 21 показывает процедуру управления очисткой NO_x в случае переключения между первым способом удаления NO_x и вторым способом удаления NO_x при температурах ST и ST₀ переключения, которые показаны сплошными линиями на фиг. 16 или фиг. 17. Эта процедура выполняется по прерыванию в каждом фиксированном интервале времени.

Обращаясь к фиг. 21, сначала, на этапе 60, количество NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, вычисляется из карты, показанной на фиг. 13. Далее, на этапе 61, температуры ST и ST₀ переключения вычисляются на основе этого количества NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, из соотношения, показанного на фиг. 16 или фиг. 17. Далее, процедура переходит к этапу 62, где оценивается, ниже ли температура TC катализатора каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, которая вычисляется на основе сигнала обнаружения от температурного датчика 23, чем температуры ST и ST₀ переключения. Когда оценено, что температура TC катализатора ниже температур ST и ST₀ переключения, процедура переходит к этапу 63, где выполняется действие удаления NO_x посредством второго способа удаления NO_x.

[0061] Т.е. на этапе 63, количество NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, добавляется к ΣNOX, чтобы тем самым вычислять количество ΣNOX накопленного NO_x. Далее, на этапе 64, оценивается, превышает ли количество ΣNOX накопленного NO_x допустимое значение MAX. Когда ΣNOX>MAX, процедура переходит к этапу 65, где дополнительное количество топлива WR вычисляется из карты, показанной на фиг. 15, и выполняется действие впрыска дополнительного топлива из топливного инжектора 3. При этом соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, временно делается богатым. Далее, на этапе 66, ΣNOX очищается.

[0062] С другой стороны, когда на этапе 62 оценено, что температура TC катализатора становится выше температур ST и ST₀ переключения, процедура переходит к этапу 67, где оценивается, стала ли температура TC катализатора теперь выше температур ST и ST₀ переключения. Когда на этапе 67 оценено, что температура TC катализатора теперь стала выше температур ST и ST₀ переключения, процедура переходит к этапу 68, где оценивается, меньше ли количество ΣNOX накопленного NO_x, чем постоянное значение MIN. Отметим, что это постоянное значение MIN задается значением, существенно меньшим, чем допустимое значение MAX. Когда на этапе 68 оценено, что количество ΣNOX накопленного NO_x больше постоянного значения MIN, процедура переходит к этапу 69.

[0063] На этапе 69, чтобы высвобождать и восстанавливать накопленный NO_x, из топливного инжектора 3 подается дополнительное топливо WR, соответствующее количеству ΣNOX накопленного NO_x, посредством чего соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, временно делается богатым. Далее, на этапе 70, ΣNOX очищается. С другой стороны, когда на этапе 67 оценено, что температура TC катализатора теперь не становится выше температур ST и ST₀ переключения, или когда на этапе 68 оценено, что количество ΣNOX накопленного NO_x меньше постоянного значения MIN, процедура переходит к этапу 71, где выполняется действие удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x. При этом углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов в количестве WT, которое вычисляется из карты, показанной на фиг. 11A, в течение периода ΔT впрыска, который вычисляется из карты, которая показана на фиг. 11B.

[0064] Фиг. 22 показывает процедуру управления очисткой NO_x в случае корректировки температур ST и ST₀ переключения согласно базовому соотношению AFB воздух-топливо, как показано на фиг. 18 прерывистой линией. Эта процедура также выполняется по прерыванию в каждом фиксированном интервале времени.

[0065] Обращаясь к фиг. 22, сначала, на этапе 80, количество NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, вычисляется из карты, которая показана на фиг. 13. Далее, на этапе 81, базовое соотношение AFB воздух-топливо вычисляется из карты, которая показана на фиг. 19A. Далее, на этапе 82, величина роста AST температуры ST переключения, соответствующей базовому соотношению AFB воздух-топливо, вычисляется из соотношения, показанного на фиг. 19B. Далее, на этапе 83, величина роста AST добавляется к температурам ST и ST₀ переключения, которые вычисляются из соотношения, показанного на фиг. 18, на основе количества NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, чтобы тем самым вычислить окончательные температуры ST и ST₀ переключения. Далее процедура переходит к этапу 84, где оценивается, ниже ли температура TC катализатора каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, которая вычисляется на основе сигнала обнаружения от температурного датчика 23, чем температуры ST и ST₀ переключения. Когда оценено, что температура TC катализатора ниже температур ST и ST₀ переключения, процедура переходит к этапу 85, где выполняется действие удаления NO_x посредством второго способа удаления NO_x.

[0066] Т.е., на этапе 85, количество NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, добавляется к ΣNOX, чтобы тем самым вычислить количество ΣNOX накопленного NO_x. Далее, на этапе 86, оценивается, превышает ли количество ΣNOX накопленного NO_x допустимое значение MAX. Когда ΣNOX>MAX, процедура переходит к этапу 87, где дополнительное количество топлива WR вычисляется из карты, показанной на фиг. 15, и выполняется действие впрыска дополнительного топлива из топливного инжектора 3. При этом соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, временно делается богатым. Далее, на этапе 88, ΣNOX очищается.

[0067] С другой стороны, когда на этапе 84 оценено, что температура TC катализатора становится выше температур ST и ST₀ переключения, программа переходит к этапу 89, где оценивается, стала ли температура TC катализатора теперь выше температур ST и ST₀ переключения. Когда на этапе 89 оценено, что температура TC катализатора теперь становится выше температур ST и ST₀ переключения, процедура переходит к этапу 90, где оценивается, меньше ли количество ΣNOX накопленного NO_x, чем постоянное значение MIN. Когда на этапе 90 оценено, что количество ΣNOX накопленного NO_x больше постоянного значения MIN, процедура переходит к этапу 91.

[0068] На этапе 91, чтобы высвобождать и восстанавливать накопленный NO_x, из топливного инжектора 3 подается дополнительное топливо WR, соответствующее количеству ΣNOX накопленного NO_x, а соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, временно делается богатым. Далее, на этапе 92, ΣNOX очищается. С другой стороны, когда на этапе 89 оценено, что температура TC катализатора теперь не становится выше температур ST и ST₀ переключения, или когда на этапе 90 оценено, что количество ΣNOX накопленного NO_x меньше постоянного значения MIN, процедура переходит к этапу 93, где выполняется действие удаления NO_x посредством первого способа удаления NO_x. При этом углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов в количестве WT, которое вычисляется из карты, показанной на фиг. 11A, в течение периода ΔT впрыска, который вычисляется из карты, которая показана на фиг. 11B.

[0069] Далее, управление устранением NO_x, когда выполняется действие ускорения, будет пояснено со ссылкой на фиг. 23. На этой фиг. 23 показаны температуры ST и ST₀ переключения, которые являются такими же, что и температуры ST и ST₀ переключения, показанные на фиг. 17. Отметим, что случай ниже, когда выполняется действие ускорения в рабочем состоянии, показанном точкой C на фиг. 23, будет пояснен в качестве примера. Если выполняется действие ускорения, и скорость двигателя необходимо быстро увеличивать, количество выхлопного газа быстро увеличивается, и количество NO_x, который содержится в выхлопном газе, быстро увеличивается. Следовательно, если выполняется действие ускорения, как показано точкой D на фиг. 23, обычно способ удаления NO_x немедленно переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x. Фиг. 24 показывает изменение в расходе GW (г/с) выхлопного газа, изменение количества NW (г/с) втекающего NO_x, который втекает в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, и изменение количества MW (г/с) вытекающего NO_x, который вытекает из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, когда выполняется действие ускорения.

[0070] Как показано на фиг. 24, если выполняется действие ускорения, расход GW выхлопного газа быстро увеличивается, количество NW втекающего NO_x быстро увеличивается, и, вместе с увеличением в количестве NW втекающего NO_x, увеличивается количество MW вытекающего NO_x. Отметим, что во время действия ускорения, расход GW выхлопного газа, количество NW втекающего NO_x и количество MW вытекающего NO_x временно уменьшаются, поскольку переключение передаточных чисел вызывает временно снижение скорости вращения двигателя. Итак, штрих-пунктирная линия A в количестве MW вытекающего NO_x на фиг. 24 показывает изменение в количестве MW вытекающего NO_x в случае впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов в течение периода ΔT впрыска во время установившегося режима работы, которое сохраняется в карте по фиг. 11B. Состояние впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов при этом показано на фиг. 25A. Из фиг. 24 будет понятно, что когда выполняется действие ускорения, если выполняется впрыск углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов в течение периода ΔT впрыска во время установившегося режима работы, который сохраняется в карте по фиг. 11B, количество MW вытекающего NO_x будет существенно большим.

[0071] Т.е. во время действия ускорения расход GW выхлопного газа является большим, и при этом, даже если впрыскиваются углеводороды из клапана 15 подачи углеводородов в течение периода ΔT впрыска во время установившегося режима работы, который сохранен в карте по фиг. 11B, количество углеводородов недостаточно для восстановления большого количества NO_x, которое при этом содержится в выхлопном газе. Поэтому при этом значительное количество NO_x проскальзывает через каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов. Следовательно, как показано на фиг. 24 штрихпунктирной линией A, количество MW вытекающего NO_x становится существенно большим. В этом случае, чтобы уменьшить количество MW вытекающего NO_x, величина впрыска в единицу времени из клапана 15 подачи углеводородов должна быть увеличена. Прерывистая линия B в количестве MW вытекающего NO_x на фиг. 24 показывает случай увеличения величины впрыска в единицу времени из клапана 15 подачи углеводородов при увеличении величины впрыска углеводородов, как показано на фиг. 25B. Как будет понятно из фиг. 24, в этом случае количество MW вытекающего NO_x не изменяется настолько от количества MW вытекающего NO_x в случае впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов в течение периода ΔT впрыска установившегося режима работы, который сохранен в карте по фиг. 11B. Это предполагается вследствие того, что даже если увеличивается величина впрыска углеводородов, количество углеводородов, которые проскальзывают через каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, едва возрастает, и это не способствует увеличению величины образования восстанавливающего промежуточного соединения.

[0072] С другой стороны, сплошная линия C в количестве MW вытекающего NO_x по фиг. 24 показывает случай увеличения величины впрыска в единицу времени из клапана 15 подачи углеводородов при сокращении периода ΔT впрыска углеводородов до ΔTA, как показано на фиг. 25C. В этом случае, как ясно из фиг. 24, количество MW вытекающего NO_x значительно уменьшается. Т.е. когда расход GW выхлопного газа является большим, и, следовательно, расход выхлопного газа, протекающего через внутреннее пространство каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, является высоким, может больше не обеспечиваться достаточное время реакции по сравнению с тем, когда расход выхлопного газа является низким. Следовательно, величина образования восстанавливающего промежуточного соединения уменьшается. Если величина образования восстанавливающего промежуточного соединения уменьшается, восстанавливающее промежуточное соединение восстанавливает NO_x и расходуется за короткое время после образования. При этом, если сокращается период впрыска углеводородов, восстанавливающее промежуточное соединение продолжает присутствовать в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов. Следовательно, становится возможным в достаточной степени восстанавливать NO_x, который содержится в выхлопном газе. Следовательно, когда расход выхлопного газа является высоким, если сокращается период ΔT впрыска углеводородов, как показано на фиг. 25C, количество MW вытекающего NO_x уменьшается, как показано на фиг. 24 сплошной линией C. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда расход выхлопного газа является высоким, период ΔT впрыска углеводородов сокращается.

[0073] Теперь, в качестве способа сокращения периода ΔT впрыска углеводородов, когда выполняется действие ускорения, а расход выхлопного газа является высоким, существуют два способа: задание периода ΔT впрыска углеводородов коротким во время рабочего состояния, которое обычно выполняется, когда выполняется действие ускорения, или сокращение периода ΔT впрыска углеводородов, когда выполняется действие ускорения, или когда расход выхлопного газа является высоким. Фиг. 26A и фиг. 26B показывают первый из двух способов, т.е. способ задания периода ΔT впрыска углеводородов коротким в рабочей области, который обычно выполняется, когда выполняется действие ускорения. Отметим, что фиг. 26A показывает линии эквивалентного периода впрыска, такие же, что и на фиг. 11A, в то время как фиг. 26B показывает карту периода ΔT впрыска, такую же, что и карта, показанная на фиг. 11A.

[0074] Обращаясь к фиг. 26A, фиг. 26A показывает стрелками типичные характеры изменения в величине Q впрыска из топливного инжектора 3 и скорости N двигателя во время действия ускорения. Т.е. если действие ускорения выполняется во время рабочего состояния точки C, величина Q впрыска из топливного инжектора 3 быстро увеличивается, и скорость N двигателя быстро растет, так что рабочее состояние становится состоянием, которое показано точкой D. Далее, если возвращаться к состоянию установившегося режима работы, величина Q впрыска из топливного инжектора 3 уменьшается, и скорость N двигателя падает, так что рабочее состояние становится состоянием, которое показано точкой E. В этом случае, в примере, который показан на фиг. 26A, точка D является рабочим состоянием, обычно выполняемым, когда выполняется действие ускорения, а область высокой нагрузки средней-высокой скорости, которая показана на фиг. 26A штриховкой H, является рабочей областью, которая обычно выполняется, когда выполняется действие ускорения.

[0075] В этом варианте осуществления период ΔT впрыска углеводородов в этой области H высокой нагрузки средней-высокой скорости задается более короткий период ΔT впрыска на линии эквивалентного периода впрыска, отличной от этой области H высокой нагрузки средней-высокой скорости, и период ΔT впрыска в области H карты, соответствующей этой области H высокой нагрузки средней-высокой скорости, становится этим коротким заданным периодом ΔT впрыска. В этом варианте осуществления период ΔT впрыска в области H высокой нагрузки средней-высокой скорости, которая обычно испытывается, когда выполняется действие ускорения, задается более коротким, так что, когда выполняется действие ускорения, период ΔT впрыска задается более коротким. Следовательно, когда действие ускорения выполняется, может быть обеспечена хорошая степень удаления NO_x.

[0076] Далее будет пояснен способ сокращения периода ΔT впрыска углеводородов, когда действие ускорения выполняется, или когда расход выхлопного газа является высоким. Как будет понятно из фиг. 24, сокращение периода ΔT впрыска углеводородов приводит в результате к уменьшению количества MW вытекающего NO_x, когда расход GW выхлопного газа является большим, и расход выхлопного газа является высоким. Следовательно, в первом примере период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов задается более коротким, когда количество выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, является большим по сравнению с тем, когда количество выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов является небольшим. Говоря конкретно, в этом первом примере, когда количество MW вытекающего NO_x превышает заданный расход GX выхлопного газа, период ΔT впрыска углеводородов сокращается.

[0077] В качестве процедуры управления очисткой NO_x для использования этого первого примера используется процедура, измененная в части, которая окружена штрихпунктирной линией F на фиг. 22. Фиг. 27 показывает только часть, измененную для использования первого примера на фиг. 22.

Если объясняется часть, которая окружена штрихпунктирной линией F на фиг. 27, сначала, на этапе 100, оценивается, превышает ли расход GW выхлопного газа заданный расход GX выхлопного газа. Когда расход GW выхлопного газа не превышает заданный расход GX выхлопного газа, процедура переходит к этапу 80, где количество NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, вычисляется из карты, которая показана на фиг. 13. Далее, процедура переходит к этапу 81 на фиг. 22. Как противоположность этому, когда на этапе 100 оценено, что расход GW выхлопного газа превышает заданный расход GX выхлопного газа, процедура переходит к этапу 101, где величина WT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов во время установившегося режима работы вычисляется из карты, показанной на фиг. 11A. Далее, на этапе 102, период ΔT впрыска углеводородов выполняется заданным коротким периодом ΔTA впрыска, таким, как показанный на фиг. 25C. При этом углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов в количестве WTA впрыска, которое было вычислено на этапе 101, в течение периода ΔTA впрыска.

[0078] Далее будет пояснен второй пример использования способа сокращения периода ΔT впрыска углеводородов, когда выполняется действие ускорения, или когда расход выхлопного газа является высоким. Как будет понятно из фиг. 24, сокращение периода ΔT впрыска углеводородов приводит в результате к уменьшению количества MW вытекающего NO_x, когда расход GW выхлопного газа является большим, и расход выхлопного газа является высоким. Дополнительно, при этом количество MW вытекающего NO_x может быть эффективно уменьшено, когда количество NW втекающего NO_x является большим. Следовательно, в этом втором примере период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов сокращается, когда количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, является большим, и количество выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, является большим. Говоря конкретно, в этом втором примере период ΔT впрыска углеводородов сокращается, когда количество NW втекающего NO_x превышает заданное количество NX втекающего NO_x, а расход GW выхлопного газа превышает заданный расход GX выхлопного газа.

[0079] В качестве процедуры управления удалением NO_x для использования этого второго примера также используется процедура, измененная в части, которая окружена прерывистой линией F на фиг. 22. Фиг. 28 показывает только часть, измененную для использования второго примера на фиг. 22.

Если объясняется часть, которая окружена прерывистой линией F на фиг. 28, сначала, на этапе 100 оценивается, превышает ли количество NW втекающего NO_x заданное количество NX втекающего NO_x. Когда количество NW втекающего NO_x не превышает заданное количество NX втекающего NO_x, процедура переходит к этапу 80, где количество NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, вычисляется из карты, показанной на фиг. 13. Далее процедура переходит к этапу 81 по фиг. 22. Как противоположность этому, когда на этапе 100 оценено, что количество NW втекающего NO_x превышает заданное количество NX втекающего NO_x, процедура переходит к этапу 101, где оценивается, превышает ли расход GW выхлопного газа заданный расход GX выхлопного газа.

[0080] Когда на этапе 101 оценено, что расход GW выхлопного газа не превышает заданный расход GX выхлопного газа, процедура переходит к этапу 80, затем процедура переходит к этапу 81 по фиг. 22. Как противоположность этому, когда на этапе 101 оценено, что расход GW выхлопного газа превышает заданный расход GX выхлопного газа, процедура переходит к этапу 102, где величина WT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов во время установившегося режима работы вычисляется из карты, показанной на фиг. 11A. Далее, на этапе 103, период ΔT впрыска углеводородов выполняется заданным коротким периодом ΔTA впрыска, таким, как показанный на фиг. 25C. При этом углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов в количестве WT впрыска, которое было вычислено на этапе 102, в течение периода ΔTA впрыска.

[0081] Далее будет пояснен третий пример использования способа сокращения периода ΔT впрыска углеводородов, когда выполняется действие ускорения, или когда расход выхлопного газа является высоким. В этом третьем примере во время действия ускорения транспортного средства сокращается период ΔT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов. Отметим, что в этом третьем примере, например, оценивается, выполняется ли действие ускорения, из скорости изменения величины нажатия педали 40 акселератора. Когда скорость изменения величины нажатия педали 40 акселератора больше заданной скорости изменения, оценивается, что выполняется действие ускорения.

[0082] В качестве процедуры управления удалением NO_x для использования этого третьего примера также используется процедура, измененная в части, которая окружена прерывистой линией F на фиг. 22. Фиг. 29 показывает только часть, измененную для использования третьего примера на фиг. 22.

Если объясняется часть, которая окружена прерывистой линией F на фиг. 29, сначала, на этапе 100, оценивается, выполняется ли действие ускорения. Когда действие ускорения не выполняется, процедура переходит к этапу 80, где количество NOXA для NO_x, выпускаемого в единицу времени, вычисляется из карты, показанной на фиг. 13. Далее процедура переходит к этапу 81 по фиг. 22. Как противоположность этому, когда на этапе 100 оценено, что выполняется действие ускорения, процедура переходит к этапу 101, где величина WT впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов во время установившегося режима работы вычисляется из карты, показанной на фиг. 11A. Далее, на этапе 102, период ΔT впрыска углеводородов выполняется заданным коротким периодом ΔTA впрыска, таким, как показанный на фиг. 25C. При этом углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов в количестве WT впрыска, которое было вычислено на этапе 101, в течение периода ΔTA впрыска.

[0083] Отметим, что в качестве другого варианта осуществления также представляется возможным размещать окислительный каталитический нейтрализатор для преобразования углеводородов в выхлопном канале двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов.

Список ссылочных позиций

[0084] 4 впускной коллектор

5 выпускной коллектор

7 турбонагнетатель с приводом от выхлопной системы двигателя

12 выхлопная труба

13 каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов

14 сажевый фильтр

15 клапан подачи углеводородов

Изобретение относится к очистке отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания в выхлопном канале двигателя размещены клапан (15) подачи углеводородов и каталитический нейтрализатор (13) для очистки выхлопных газов. Используются первый способ удаления NO_x, который восстанавливает содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливающим промежуточным соединением, которое образуется при впрыске углеводородов из клапана (15) подачи углеводородов в заданном диапазоне периода, и второй способ удаления NO_x, в котором соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор (13) для очистки выхлопных газов, делается богатым в течение периода, который продолжительнее этого заданного диапазона. Температуры ST и ST₀ переключения каталитического нейтрализатора (13) для очистки выхлопных газов, при которых способ удаления NO_x переключается со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, задаются более низкими, если количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор (13) для очистки выхлопных газов, увеличивается. При использовании изобретения обеспечивается эффективная очистка отработавших газов при уменьшении количества используемого восстановителя. 9 з.п. ф-лы, 38 ил.

1. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, причем система очистки выхлопных газов содержит:

каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, размещенный в выхлопном канале двигателя;

клапан подачи углеводородов, размещенный в выхлопном канале двигателя выше по потоку от упомянутого каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов;

катализатор на основе драгоценных металлов, несомый на поверхности протекания выхлопного газа каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов;

слой основы, предусмотренный вокруг катализатора на основе драгоценных металлов; и

электронный блок управления, выполненный с возможностью:

выполнять первый способ удаления NO_x, который восстанавливает содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливающим промежуточным соединением, при этом восстанавливающее промежуточное соединение удерживается на слое основы и образуется при впрыске углеводородов из клапана подачи углеводородов в заданном диапазоне периода,

выполнять второй способ удаления NO_x, в котором соотношение воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, делается богатым в течение периода, который продолжительнее упомянутого заданного диапазона, чтобы NO_x, который был накоплен в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопного газа, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа было бедным, принудительно высвобождался из каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов и восстанавливался,

переключать способ удаления NO_x со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, когда температура каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов растет и эта температура превышает заданную температуру переключения, и

управлять заданной температурой переключения в соответствии с количеством NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, которое изменяется в соответствии с рабочим состоянием двигателя, причем эта заданная температура переключения задается более низкой, если количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, увеличивается, по меньшей мере когда количество NO_x во втекающем выхлопном газе находится в диапазоне изменения в области небольшого количества в диапазоне изменения количества NO_x во втекающем выхлопном газе.

2. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой

задается нижняя предельная температура каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, при которой выполняется первый способ удаления NO_x, и

упомянутая нижняя предельная температура задается в качестве заданной температуры переключения, когда количество NO_x во втекающем выхлопном газе больше диапазона изменения в упомянутой области небольшого количества.

3. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 2, в которой

каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов имеет температуру начала падения степени удаления, при которой степень удаления NO_x начинает падать, когда температура каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов падает, когда выполняется первый способ удаления NO_x, и

упомянутая температура начала падения степени удаления задается в качестве нижней предельной температуры.

4. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 2, в которой

каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов имеет температуру начала падения степени удаления, при которой степень удаления NO_x начинает падать, когда температура каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов падает, когда выполняется первый способ удаления NO_x, и

нижняя предельная температура ниже температуры начала падения степени удаления.

5. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой, когда выполняется первый способ удаления NO_x, период впрыска углеводородов из клапана подачи углеводородов задается тем более коротким, чем больше количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов.

6. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой период впрыска углеводородов из клапана подачи углеводородов задается более коротким, когда количество выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, является большим по сравнению с периодом впрыска, когда количество выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, является небольшим.

7. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой период впрыска углеводородов из клапана подачи углеводородов задается более коротким периодом, когда количество NO_x в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, больше первого заданного количества, и количество выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, больше второго заданного количества.

8. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой во время действия ускорения транспортного средства период впрыска углеводородов из клапана подачи углеводородов задается более коротким.

9. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой заданная температура переключения каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, при которой электронным блоком управления выполняется переключение способа удаления NO_x со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, задается более высокой, когда концентрация кислорода в выхлопном газе, втекающем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, становится высокой.

10. Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по п. 9, в которой заданная температура переключения каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, при которой электронным блоком управления выполняется переключение способа удаления NO_x со второго способа удаления NO_x на первый способ удаления NO_x, задается более высокой, когда базовое соотношение воздух-топливо становится высоким.