Система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

Система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

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

Уровень техники

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

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

Патентные документы

Патентный документ 1: Патент Японии № 3969450.

Техническая задача

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

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

Решение задачи

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

Преимущества изобретения

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

Краткое описание чертежей

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

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

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

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

Фиг. 5 является видом, показывающим скорость очистки NO_X.

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

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

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

Фиг. 9 является видом скорости очистки NO_X.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Подробное описание вариантов осуществления

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Другими словами, на фиг. 10, X показывает нижний предел концентрации углеводородов, требуемых для принудительной реакции активного NO₂* и реформированног