Система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

Система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

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

В таком 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, хорошо восстанавливается.

Список библиографических ссылок

Патентные документы

Патентный документ 1. Патент (Япония) № 3969450

Сущность изобретения

Техническая задача

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

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, которая позволяет получить высокую скорость очистки от NO_X, даже если температура катализатора очистки выхлопных газов достигает высокой температуры.

Решение задачи

Согласно настоящему изобретению, предлагается система очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в которой клапан подачи углеводорода для подачи углеводородов размещается в выпускном канале двигателя, катализатор очистки выхлопных газов для реакции NO_X, содержащегося в выхлопном газе, и углеводородов, которые впрыскиваются из клапана подачи углеводорода и частично окисляются, размещается в выпускном канале двигателя ниже по потоку клапана подачи углеводорода, катализатор на основе драгоценных металлов содержится в катализаторе очистки выхлопных газов, и в катализаторе очистки выхлопных газов формируется базовый слой; и катализатор очистки выхлопных газов имеет свойство восстановления NO_X, который содержится в выхлопном газе, когда углеводороды впрыскиваются из клапана подачи углеводорода с предварительно определенными интервалами подачи, при поддержании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, бедным, и имеет свойство увеличения накопленного объема NO_X, который содержится в выхлопном газе, когда интервалы подачи углеводородов являются более длительными, чем предварительно определенные интервалы подачи; и, во время работы двигателя в соответствии с рабочим режимом двигателя избирательно используется первый способ очистки от NO_X, в котором впрыскивают углеводороды из клапана подачи углеводорода с предварительно определенными интервалами подачи при поддержании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, бедным, с тем чтобы удалять NO_X, содержащийся в выхлопном газе, и второй способ очистки от NO_X, который переключает состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор очистки выхлопных газов, с бедной на богатую смесь с интервалами, превышающими предварительно определенные интервалы подачи, с тем, чтобы удалять NO_X.

Преимущества изобретения

Посредством избирательного использования первого способа очистки от NO_X и второго способа очистки от NO_X можно получать высокую скорость очистки от NO_X независимо от рабочего режима двигателя.

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 окисления.

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 от NO_X.

Фиг.6 является видом для пояснения окислительно-восстановительной реакции в катализаторе очистки выхлопных газов.

Фиг.7 является видом 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, и т.д.

Фиг.9 является видом, показывающим карту объема NOXA выпущенного NO_X.

Фиг.10 является видом, показывающим регулирование впрыска топлива.

Фиг.11 является видом, показывающим скорость очистки от NO_X.

Фиг.12 является видом, показывающим карту объема впрыска углеводородов.

Фиг.13 является видом, показывающим скорость расхода NO_X и т.д.

Фиг.14 является видом, показывающим изменение в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа (A/F)in и т.д. при переключении второго способа очистки от NO_X на первый способ очистки от NO_X.

Фиг.15 является блок-схемой последовательности операций способа для управления очисткой от NO_X.

Фиг.16 является видом, показывающим блок-схему последовательности операций способа и т.д., показывающую другой вариант осуществления части A определения способа очистки от NO_X, показанной на фиг.15.

Фиг.17 является видом, показывающим блок-схему последовательности операций способа и т.д., показывающую еще один другой вариант осуществления части A определения способа очистки от NO_X, показанной на фиг.15.

Фиг.18 является видом, показывающим блок-схему последовательности операций способа и т.д., показывающую другой вариант осуществления части A определения способа очистки от NO_X, показанной на фиг.15.

Фиг.19 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа и т.д. во время переключения второго способа очистки от NO_X на первый способ очистки от NO_X.

Фиг.20 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа и т.д. во время переключения второго способа очистки от NO_X на первый способ очистки от NO_X.

Фиг.21 является видом, показывающим коэффициент увеличения.

Фиг.22 является частичным укрупненным видом в поперечном сечении другого катализатора для удаления NO_X.

Подробное описание вариантов осуществления

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

Ссылаясь на фиг.1, поз. 1 указывает корпус двигателя, 2 - камеру 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 действие посредством шагового электромотора. Кроме того, вокруг впускного канала 6 размещается охлаждающее устройство 11 для охлаждения всасываемого воздуха, который протекает через внутреннюю часть впускного канала 6. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, охлаждающая вода для двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 11, в котором охлаждающая вода для двигателя используется для того, чтобы охлаждать всасываемый воздух.

С другой стороны, выпускной коллектор 5 соединяется с впускным отверстием турбины 7b, приводимой во вращение выхлопными газами, турбонагнетателя 7, приводимого во вращение выхлопными газами, в то время как выпускное отверстие турбины 7b, приводимой во вращение выхлопными газами, соединяется через выхлопную трубу 12 с впускным отверстием катализатора 13 частичного окисления углеводородов, который может частично окислять углеводороды HC. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, этот катализатор 13 частичного окисления углеводородов состоит из катализатора окисления. Выпускное отверстие катализатора частичного окисления углеводородов, т.е. катализатора 13 окисления соединяется с впускным отверстием катализатора 14 очистки выхлопных газов, в то время как выпускное отверстие катализатора 14 очистки выхлопных газов соединяется с сажевым фильтром 15 для улавливания твердых частиц, которые содержатся в выхлопном газе. В выхлопной трубе 12 выше катализатора 13 окисления размещается клапан 16 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 16 подачи углеводорода. Следует отметить, что настоящее изобретение также может применяться к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который сжигает топливо при бедном составе смеси "воздух-топливо". В этом случае из клапана 16 подачи углеводорода, подаются углеводороды, состоящие из бензина или другого топлива, которое используется 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 17 для рециркуляции выхлопных газов (в дальнейшем называемый "EGR"). В EGR-канале 17 размещается регулирующий EGR-клапан 18 с электронным управлением. Дополнительно, вокруг EGR-канала 17 размещается охлаждающее устройство 19 для охлаждения EGR-газа, протекающего через внутреннюю часть EGR-канала 17. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, охлаждающая вода для двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 19, в котором охлаждающая вода для двигателя используется для того, чтобы охлаждать EGR-газ. С другой стороны, каждый топливный инжектор 3 соединяется через трубку 20 подачи топлива с общей топливной магистралью 21. Эта общая топливная магистраль 21 соединяется через топливный насос 22 с регулируемой подачей и электронным управлением с топливным баком 23. Топливо, которое накапливается в топливном баке 23, подается посредством топливного насоса 22 внутрь общей топливной магистрали 21. Топливо, которое подается внутрь общей топливной магистрали 21, подается через каждую трубку 20 подачи топлива в топливный инжектор 3.

Электронный модуль 30 управления состоит из цифрового компьютера, содержащего ROM (постоянное запоминающее устройство) 32, RAM (оперативное запоминающее устройство) 33, CPU (микропроцессор) 34, порт 35 ввода и порт 36 вывода, которые соединяются друг с другом посредством двунаправленной шины 31. В катализаторе 13 окисления присоединяется температурный датчик 24 для определения температуры катализатора 13 окисления. В катализаторе 14 очистки выхлопных газов присоединяется температурный датчик 25 для определения температуры катализатора 14 очистки выхлопных газов. Выходные сигналы этих температурных датчиков 24 и 25 и детектора 8 объема всасываемого воздуха вводятся через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 37 в порт 35 ввода. Дополнительно, педаль 40 акселератора имеет присоединенный к ней датчик 41 нагрузки, 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, к порту 35 ввода присоединяется датчик 42 угла поворота коленчатого вала, который формирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал вращается, например, на 15°. С другой стороны, порт 36 вывода соединяется через соответствующие возбуждающие схемы 38 с каждым из топливного инжектора 3, шагового электромотора для приведения дроссельного клапана 10, клапана 16 подачи углеводорода, регулирующего EGR-клапана 18 и топливного насоса 22.

Фиг.2(A) схематично показывает поверхностную часть носителя катализатора, содержащегося на подложке катализатора 13 окисления. Как показано на фиг.2(A), например, катализатор 51, состоящий из платины Pt или другого подобного драгоценного металла или из серебра Ag, или меди Cu, или другого подобного переходного металла, содержится на носителе 50 катализатора, состоящем из оксида алюминия.

С другой стороны, фиг.29(В) схематично показывает поверхностную часть носителя катализатора, который содержится на подложке катализатора 14 очистки выхлопных газов. В этом катализаторе 14 очистки выхлопных газов, как показано на фиг.2(В), например, предусматривается носитель 52 катализатора, изготовленный из оксида алюминия, на котором содержатся катализаторы 53 и 54 на основе драгоценных металлов. Кроме того, на этом носителе 52 катализатора формируется базовый слой 55, который включает в себя, по меньшей мере, один элемент, выбранный из калия K, натрия Na, цезия Cs или другого подобного щелочного металла, бария Ba, кальция Ca или другого подобного щелочноземельного металла, лантаноида или другого подобного редкоземельного металла, и серебра Ag, меди Cu, железа Fe, иридия Ir или другого металла, который может отдавать электроны NO_X. Выхлопной газ протекает по верху носителя 52 катализатора, и таким образом, можно сказать, что катализаторы 53 и 54 на основе драгоценных металлов содержатся на поверхности протекания выхлопных газов катализатора 14 очистки выхлопных газов. В дополнение к этому, поверхность базового слоя 55 демонстрирует основность, и таким образом, поверхность базового слоя 55 называется базовой частью 56 поверхности протекания выхлопных газов.

На фиг.2(B) катализатор 53 на основе драгоценных металлов состоит из платины Pt, в то время как катализатор 54 на основе драгоценных металлов состоит из родия Rh. Т.е. катализаторы 53 и 54 на основе драгоценных металлов, которые содержатся на носителе 52 катализатора, состоят из платины Pt и родия Rh. Следует отметить, что на носителе 52 катализатора для катализатора 14 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 53 и 54 на основе драгоценных металлов, которые содержатся на носителе 52 катализатора, состоят из платины Pt и, по меньшей мере, одного из родия Rh и палладия Pd.

Когда углеводороды впрыскиваются из клапана 16 подачи углеводорода в выхлопной газ, углеводороды окисляются в катализаторе 13 окисления. В настоящем изобретении углеводороды в это время, частично окисляются в катализаторе 13 окисления, и частично окисленные углеводороды используются для того, чтобы удалять NO_X в катализаторе 14 очистки выхлопных газов. В этом случае, при задании силы окисления, т.е. способности к окислению катализатора 13 окисления слишком большой, углеводороды окисляются до конца, а частичного окисления в катализаторе 13 окисления не происходит. Чтобы получить частичное окисление углеводородов, необходимо уменьшать силу окисления катализатора 13 окисления. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, в качестве катализатора 13 окисления используется катализатор, несущий небольшое количество катализатора на основе драгоценных металлов, катализатор, несущий основной металл, или катализатор с небольшим объемом.

Фиг.3 схематично показывает реакцию окисления, которая выполняется в катализаторе 13 окисления. Как показано на фиг.3, углеводороды HC, которые впрыскиваются из клапана 16 подачи углеводорода, становятся радикалами углеводородов HC с небольшим числом атомов углерода благодаря катализатору 51. Следует отметить, что в это время часть углеводородов HC связывается с NO с получением нитрозосоединений, к примеру, показанных на фиг.3, в то время как часть углеводородов HC связывается с NO₂ с образованием нитросоединений. Эти углеводородные радикалы и т.д., сформированные в катализаторе 13 окисления, отправляются в катализатор 14 очистки выхлопных газов.

Далее, ссылаясь на фиг.4-6, поясняется первый способ очистки от NO_X, выявленный авторами изобретения.

Следует отметить, что, фиг.4 показывает изменение в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, в то время как фиг.5 показывает скорость очистки от NO_X посредством катализатора 14 очистки выхлопных газов относительно температур TC катализатора 14 очистки выхлопных газов при изменении состава (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, как показано на фиг.4.

Далее, авторы изобретения провели повторные исследования очистки от NO_X в течение длительного периода времени и в процессе исследования выяснили то, что, как показано на фиг.4, при скачкообразном понижении отношения (A/F)in в смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, в течение поясненных ниже определенных временных интервалов в диапазоне бедного состава смеси "воздух-топливо", чрезвычайно высокая скорость очистки от NO_X получается даже в области высоких температур в 400°C или более, как показано на фиг.5. Кроме того, выяснено, что в это время, большой объем восстанавливающего промежуточного соединения, содержащего азот и углеводороды, продолжает удерживаться или адсорбироваться на поверхности базового слоя 55, т.е. на базовой части 56 поверхности протекания выхлопных газов катализатора 14 очистки выхлопных газов, и это восстанавливающее промежуточное соединение играет центральную роль в получении высокой скорости очистки от NO_X.

Далее это поясняется со ссылкой на фиг.6(A) и 6(B). Следует отметить, что эти фиг.6(A) и 6(B) схематично показывают поверхностную часть носителя 52 катализатора для катализатора 14 очистки выхлопных газов. Эти фиг.6(A) и 6(B) показывают реакцию, которая предположительно возникает, когда отношение (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, скачкообразно уменьшается в диапазоне бедного состава смеси "воздух-топливо", как показано на фиг.4.

Т.е. как можно понять из фиг.4, состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, поддерживается бедным, таким образом, выхлопной газ, который протекает в катализатор 14 очистки выхлопных газов, оказывается в состоянии избытка кислорода. Следовательно, NO, который содержится в выхлопном газе, как показано на фиг.6(A), окисляется на платине 53 и становится NO₂. Затем, это NO₂ дополнительно окисляется и становится стабильными ионами NO₃ ^- нитрата.

С другой стороны, когда нитраты NO₃ ^- формируются, нитраты NO₃ ^- втягиваются обратно в восстановление за счет углеводородов HC, которые направляются на поверхность базового слоя 55, от них отрывается кислород, и они становятся нестабильным NO₂ ^-. Этот нестабильный NO₂ ^- имеет существенную активность. Ниже, данный нестабильный NO₂ ^- называется активным NO₂ ^-. Такой активный NO₂ ^-, как показано на фиг.6(A), реагирует, главным образом, с радикалами углеводородов HC, которые прикрепляются к поверхности базового слоя 55 или родия Rh 54 или, главным образом, с углеводородными HC радикалами, содержащимися в выхлопном газе на родии Rh 54, за счет чего формируется восстанавливающее промежуточное соединение. Это восстанавливающее промежуточное соединение прикрепляется или адсорбируется на поверхности базового слоя 55.

Следует отметить, что в этот момент, первое сформированное восстанавливающее промежуточное соединение считается нитросоединением R-NO₂. Если образуется такое нитросоединение R-NO₂, в результате получается нитриловое соединение R-CN, но это нитриловое соединение R-CN может существовать лишь в течение краткого промежутка времени в этом состоянии, так как оно сразу становится изоцианатным соединением R-NCO. Это изоцианатное соединение R-NCO при гидролизе 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.6(B), большая часть восстанавливающего промежуточного соединения, которое удерживается или адсорбируется на поверхности базового слоя 55, предположительно является изоцианатным соединением R-NCO и аминосоединением R-NH₂.

С другой стороны, как показано на фиг.6(B), активный NO₂* реагирует с восстанавливающим промежуточным соединением R-NCO или R-NH₂ на родии Rh 54 так, что он формирует N₂, CO₂ и H₂O, и, следовательно, NO_X удаляется. Т.е. если восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ не удерживается или адсорбируется на базовом слое 55, NO_X не удаляется. Следовательно, чтобы получать высокую скорость очистки от NO_X, необходимо всегда обеспечивать непрерывное присутствие достаточного объема восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂ для формирования активного NO₂* N₂, CO₂ и H₂O на базовом слое 55, т.е. на базовой части 26 поверхности протекания выхлопных газов.

Т.е., как показано на фиг.6(A) и 6(B), чтобы окислять NO на платине Pt 53, состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа должен быть бедным. Необходимо удерживать достаточный объем восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂ для формирования активного NO₂*, N₂, CO₂ и H₂O на поверхности базового слоя 55, т.е. необходимо предоставлять базовую часть 26 поверхности протекания выхлопных газов для удерживания восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂.

Следовательно, как показано на фиг.6(A) и 6(B), чтобы вызывать реакцию NO_X, содержащегося в выхлопном газе, и частично окисленных углеводородов и формировать восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂, содержащее азот и углеводород, на поверхности протекания выхлопных газов катализатора 14 очистки выхлопных газов содержатся катализаторы 53 и 54 на основе драгоценных металлов, вокруг катализаторов 53 и 54 на основе драгоценных металлов формируется базовая часть 26 поверхности протекания выхлопных газов, чтобы удерживать сформированное восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ в катализаторе 14 очистки выхлопных газов, и NO_X восстанавливается посредством действия восстановления восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂, удерживаемого на базовой части 26 поверхности протекания выхлопных газов. Следовательно, в этом первом способе очистки от NO_X, углеводороды HC прерывисто подаются из клапана 16 подачи углеводорода посредством предварительно определенных интервалов подачи при поддержании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, бедным. Предварительно определенные интервалы подачи углеводородов HC становятся интервалом подачи, требуемым для продолжения обеспечения присутствия восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂ на базовой части 56 поверхности протекания выхлопных газов.

В этом случае, если объем впрыска становится слишком большим, или интервал между впрысками становится слишком коротким, объем углеводородов становится чрезмерным, и большой объем HC углеводородов выпускается из катализатора 14 очистки выхлопных газов, в то время как, если объем впрыска становится слишком небольшим или интервал между впрысками становится слишком длительным, восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ больше не может оставаться на базовой части 56 поверхности протекания выхлопных газов. Следовательно, в этом случае, важным является задание объема впрыска и интервала впрыска углеводородов таким, что избыток углеводородов HC не выходит из катализатора 14 очистки выхлопных газов, и таким, что восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ продолжает присутствовать на базовой части 26 поверхности протекания выхлопных газов. В этой связи, в примере, показанном на фиг.4, интервал впрыска задается равным 3 секундам.

Далее, со ссылкой на фиг.7-11, поясняется второй способ очистки от NO_X. В случае, показанном на фиг.4, при задании интервалов подачи углеводородов HC превышающими вышеуказанные предварительно определенные интервалы подачи, углеводороды HC и восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ исчезают с поверхности базового слоя 55. В этот момент, на ионы NO₃ ^- нитрата, сформированные на платине Pt 53 не действует движущая сила в сторону снижения количества ионов NO₃ ^- нитрата. Следовательно, в это время, ионы NO₃ ^- нитрата диффундируют в базовом слое 55 и становятся нитратами, как показано на фиг.7(A). Т.е. в это время, NO_X в выхлопном газе абсорбируется в форме нитратов в базовом слое 55.

С другой стороны, фиг.7(B) показывает случай, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 14 очистки выхлопных газов, задается как стехиометрический или богатый состав смеси "воздух-топливо", если NO_X абсорбируется в форме нитратов в базовом слое 55. 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 55, становятся ионами NO₃ ^- нитрата один за другим и, как показано на фиг.7(B), высвобождаются из базового слоя 55 в форме NO₂. Затем высвобождаемый NO₂ восстанавливается посредством углеводородов HC и CO, содержащихся в выхлопном газе.

Фиг.8 показывает второй способ очистки от NO_X с использованием действия адсорбции и высвобождения NO_X. В этом втором способе очистки от NO_X, как показано на фиг.8, когда объем ∑NOX накопленного NO_X, который накапливается в базовом слое 55, превышает предварительно определенный допустимый объем MAX, состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, задается временно богатым. Если состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа задается богатым, NO_X, который был абсорбирован в базовом слое 55, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа был бедным, высвобождается одновременно из базового слоя 55 и восстанавливается. Вследствие этого, NO_X удаляется.

Объем ∑NOX накопленного NO_X, например, вычисляется из объема NO_X, который выпускается из двигателя. В варианте осуществления настоящего изобретения, объем NOXA выпущенного NO_X, который выпускается из двигателя в единицу времени, накапливается в качестве функции от нагрузки L двигателя и частоты N вращения двигателя в форме карты, к примеру, показанной на фиг.9, заранее в ROM 32. Объем ∑NOX накопленного NO_X вычисляется из этого объема NOXA выпущенного NO_X. Период, в течение которого состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа становится богатым, намного превышает период, в течение которого отношение (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа понижается, как показано на фиг.4, и период, в течение которого состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа становится богатым, обычно составляет 1 минуту или более.

Во втором способе очистки от NO_X, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является бедным, NO_X, который содержится в выхлопном газе, поглощается в базовом слое 55. Следовательно, базовый слой 55 выполняет роль абсорбента для временной абсорбции NO_X. Следует отметить, что в это время, иногда базовый слой 55 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 55 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 по потоку, чем катализатор 14 очистки выхлопных газов, называется составом смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, в этом втором способе очистки от NO_X катализатор 14 очистки выхлопных газов выступает в качестве катализатора накопления NO_X, который накапливает NO_X, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является бедным, и высвобождает накопленный NO_X, когда концентрация кислорода в выхлопном газе падает.

Дополнительно, в этом втором способе очистки от NO_X, как показано на фиг.10, в дополнение к топливу M для расходования при сгорании из топливного инжектора 3, дополнительное топливо W впрыскивается в камеру 2 сгорания, посредством чего состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, задается богатым. Следует отметить, что абсцисса по фиг.10 показывает угол поворота коленчатого вала. Это дополнительное топливо W впрыскивается в то время, когда оно сжигается, но не появляется в качестве выходной мощности двигателя, т.е. непосредственно перед ATDC 90° после верхней мертвой точки сжатия. Конечно, в этом случае, также можно принудительно увеличивать объем подачи углеводородов из клапана 16 подачи углеводорода, с тем чтобы задавать состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа богатым.

Фиг.11 показывает скорость очистки от NO_X при принудительном выполнении катализатором 14 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X. Следует отметить, что абсцисса фиг.11 показывает температуру TC катализатора для катализатора 14 очистки выхлопных газов. При принудительном выполнении катализатором 14 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X, как показано на фиг.11, когда температура TC катализатора составляет 300-400°C, получается чрезвычайно высокая скорость очистки от NO_X, но когда температура TC катализатора становится 400°C или более высокой температурой, скорость очистки от NO_X падает.

Таким образом, когда температура TC катализатора становится 400°C или больше, скорость очистки от NO_X падает, поскольку, если температура TC катализатора становится 400°C или больше, нитраты термически распадаются посредством тепла и высвобождаются в форме NO₂ из катализатора 14 очистки выхлопных газов. Т.е. при накоплении NO_X в форме нитратов, когда температура TC катализатора является высокой, трудно получать высокую скорость очистки от NO_X. Тем не менее, в первом способе очистки от NO_X, показанном на фиг.4-6(A), 6(B), как должно пониматься из фиг.6(A) и 6(B), 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 от NO_X.

Т.е. можно сказать, что первый способ очистки от NO_X, показанный на фиг.4-6(A) и 6(B) является новым способом очистки от NO_X, который удаляет NO_X практически без формирования нитратов при использовании катализатора очистки выхлопных газов, который содержит катализатор на основе драгоценных металлов и в котором сформирован базовый слой, который может поглощать NO_X. В действительности, при использовании этого первого способа очистки от NO_X, количество нитратов, которые определяются по базовому слою 53, становится намного меньшим по сравнению со случаем с использованием второго способа очистки от NO_X.

С другой стороны, чтобы использовать первый способ очистки от NO_X, чтобы удалять NO_X, необходимо подавать определенное количество или более углеводородов с коротким периодом, даже когда концентрация NO_X в выхлопном газе является низкой. Следовательно, когда концентрация NO_X выхлопного газа является низкой, эффективность очистки от NO_X снижается. В отличие от этого, во втором способе очистки от NO_X, когда концентрация NO_X в выхлопном газе является низкой, время до тех пор, пока объем ∑NOX накопленного NO_X не достигает допустимого значения MAX, становится более длительным, и тем самым период, протекающий до момента, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа нужно сделать богатым, становится более длительным. Соответственно, эффективность очистки от NO_X не становится низкой. Следовательно, когда концентрация NO_X в выхлопном газе является низкой, можно сказать, что предпочтительно использовать второй способ очистки от NO_X, а не первый способ очистки от NO_X.

Т.е. то, какой из первого способа очистки от NO_X и второго способа очистки от NO_X должен быть использован, варьирует в рабочем режиме двигателя. Следовательно, в настоящем изобретении, в катализаторе 14 очистки выхлопных газов, содержатся катализаторы 53 и 54 на основе драгоценных металлов, и формируется базовый слой 55, и катализатор 14 очистки выхлопных газов имеет свойство восстанавливать NO_X, который содержится в выхлопном газе, когда углеводороды впрыскиваются из клапана 16 подачи углеводорода с предварительно определенными интервалами подачи при поддержании бедного состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, и имеет свойство увеличивать накопленный объем NO_X, который содержится в выхлопном газе, когда интервалы подачи углеводородов задаются превышающими предварительно определенные интервалы подачи. Во время работы двигателя в соответствии с рабочим режимом двигателя избирательно используются первый способ очистки от NO_X, в котором впрыскивают углеводороды из клапана 16 подачи углеводорода с предварительно определенными интервалами подачи при поддержании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, бедным, с тем, чтобы удалять NO_X, содержащийся в выхлопном газе, и второй способ очистки от NO_X, в котором состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 14 очистки выхлопных газов, переключают с бедной на богатую смесь с интервалами, превышающими предварительно определенные интервалы подачи, так чтобы удалять NO_X.

Далее, со ссылкой на фиг.12-15, поясняется характерный вариант осуществления согласно настоящему изобретению.

Фиг.12(A) показывает объем QE подачи углеводорода из клапана 16 подачи углеводорода, в то время как фиг.12(B) показывает объем W дополнительного топлива, который подается в камеру 2 сгорания. Объем QE подачи углеводорода заранее сохраняется в ROM 32 в виде функции от нагрузки QE двигателя и частоты N вращения двигателя в форме карты, к примеру, показанной на фиг.12(A). Объем W дополнительного топлива также заранее сохраняется в ROM 32 в качестве функции от нагрузки QE двигателя и частоты N вращения двигателя в форме карты, к примеру, показанной на фиг.12(B).

Фиг.13(A) показывает скорость NOXD расхода накопленного NO_X, который расходуется из катализатора 14 очистки выхлопных газов, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является бедным. Как пояснено выше, NO_X, который накапливается в форме нитратов, распадается за счет тепла и расходуется, если температура TC катализатора 14 очистки выхлопных газов повышается. В это время, скорость NOXD расхода NO_X, т.е. объем NOXD NO_X, который расходуется в единицу времени, быстро повышается, если температура TC катализатора 14 очистки выхлопных газов превышает темпера