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, впрыскиваемых из клапана подачи водорода и частично окисленных, размещается в выпускном канале двигателя ниже по потоку клапана подачи углеводорода, катализатор на основе драгоценных металлов содержится на поверхности протекания выхлопных газов катализатора очистки выхлопных газов, и вокруг катализатора на основе драгоценных металлов формируется базовая часть поверхности протекания выхлопных газов предусматривается средство образования водорода для задания богатого состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, и формирования водорода в выхлопном газе; катализатор очистки выхлопных газов имеет свойство восстановления NO_X, содержащегося в выхлопном газе, если углеводороды впрыскиваются с предварительно определенным периодом подачи из клапана подачи углеводорода в состоянии, в котором состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, поддерживается бедным, и имеет свойство увеличения накопленного объема NO_X, содержащегося в выхлопном газе, при увеличении периода подачи углеводородов относительно предварительно определенного периода подачи; катализатор очистки выхлопных газов также имеет свойство формирования аммиака, если водород подается в состоянии, в котором состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, является богатым; катализатор избирательного восстановления NO_X, который адсорбирует и удерживает аммиак, сформированный в катализаторе очистки выхлопных газов, размещается в выпускном канале двигателя; во время работы двигателя углеводороды впрыскиваются из клапана подачи углеводорода с вышеуказанным предварительно определенным интервалом подачи при поддержании бедного состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов; состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, является временно богатым, и в выхлопном газе формируется водород с интервалами, превышающими предварительно определенный интервал подачи, при помощи средства формирования водорода, и тем самым NO_X, который содержится в выхлопном газе, восстанавливается в катализаторе очистки выхлопных газов, и NO_X, который не может быть восстановлен в катализаторе очистки выхлопных газов, восстанавливается при помощи аммиака, который адсорбируется в катализаторе избирательного восстановления NO_X.

Преимущества изобретения

Посредством восстановления NO_X, который содержится в выхлопном газе в катализаторе очистки выхлопных газов, и дополнительного восстановления NO_X, который не восстановлен в катализаторе очистки выхлопных газов, в катализаторе избирательного восстановления 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 изменения в составе смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор очистки выхлопных газов, и т.д.

Фиг.9 является видом скорости очистки от NO_X.

Фиг.10 является видом для пояснения реакции для формирования аммиака в катализаторе очистки выхлопных газов.

Фиг.11 является видом, показывающим регулирование впрыска топлива.

Фиг.12 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа для выполнения управления очисткой от NO_X согласно настоящему изобретению.

Фиг.13 является блок-схемой последовательности операций способа для выполнения управления очисткой выхлопных газов, показанного на фиг.12.

Фиг.14 является видом, показывающим карту объема Q подачи углеводорода.

Фиг.15 является видом, показывающим накопленный объем восстанавливающего промежуточного соединения.

Фиг.16 является временной диаграммой, показывающей изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа для выполнения другого варианта осуществления управления очисткой от NO_X согласно настоящему изобретению.

Фиг.17 является блок-схемой последовательности операций способа для выполнения управления очисткой выхлопных газов, показанного на фиг.16.

Фиг.18 является частичным укрупненным видом в поперечном сечении другого катализатора для удаления NO_X.

Фиг.19 является частичным укрупненным видом в поперечном сечении другого катализатора для удаления NO_X.

Фиг.20 является видом для пояснения катализатора окисления малого размера.

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 проход 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 проходе 6, размещается дроссельный клапан 10, приводимый 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. Выпускное отверстие турбины 7b, приводимой во вращение выхлопными газами, соединяется через выхлопную трубу 12 с катализатором 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 катализатором 15 избирательного восстановления NO_X, который может адсорбировать и удерживать аммиак, содержащийся 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, в котором топливо сжигается при бедном составе смеси "воздух-топливо". В этом случае, из клапана 16 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 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 23 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. Выходные сигналы этих температурных датчиков 24 и 25 и детектора 8 объема всасываемого воздуха надлежащим образом 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 возбуждения 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 серебра Ag или меди Cu или другого подобного переходного металла, содержится на носителе 50 катализатора, состоящем из оксида алюминия.

С другой стороны, фиг.2(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 50 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.

С другой стороны, фиг.4 показывает изменения в отношении (A/F)in в 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 во время изменения отношения (A/F)in в смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, к примеру, показанного на фиг.4, для различных температур TC катализатора для катализатора 14 очистки выхлопных газов. Авторы изобретения провели исследования очистки от NO_X в течение длительного периода времени, и в процессе исследования они 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, с поясняемыми более определенными временными интервалами 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 выполняет центральную роль в получении высокой скорости очистки от NO_X. Далее это поясняется со ссылкой на фиг 6(A) и (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), как показано на фиг.4, 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".

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), сформированный 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 принудительного задания (посредством сформированного 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, и необходимо удерживать достаточный объем восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂ для принудительного формирования (посредством 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, в этом варианте осуществления согласно настоящему изобретению, чтобы вызывать принудительную 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. Чтобы удерживать сформированное восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ в катализаторе 14 очистки выхлопных газов, вокруг катализаторов 53 и 54 на основе драгоценных металлов формируется базовая часть 26 поверхности протекания выхлопных газов. NO_X восстанавливается посредством действия восстановления восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂, удерживаемого на базовой части 26 поверхности протекания выхлопных газов. Углеводороды HC прерывисто (импульсами) подаются 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. Предварительно определенные интервалы подачи углеводородов HC становятся интервалами подачи, требуемыми для продолжения обеспечения присутствия восстанавливающего промежуточного соединения R-NCO или R-NH₂ на базовой части 56 поверхности протекания выхлопных газов.

В этом случае, когда объем подачи углеводородов становится в некоторой степени избыточным по сравнению с теоретическим объемом, требуемым для восстановления NO_X, восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ продолжает оставаться на части 56 поверхности протекания выхлопных газов. В это время, скорость очистки от NO_X становится максимальной. Следовательно, в настоящем изобретении, объем впрыска и интервал впрыска углеводородов задаются так, что объем подачи углеводородов становится в некоторой степени избыточным по сравнению с теоретическим объемом, который считается требуемым для восстановления NO_X, и, следовательно, восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ продолжает оставаться на базовой части 26 поверхности протекания выхлопных газов. В этой связи, в примере, показанном на фиг.4, интервал впрыска задается равным 3 секундам.

Если интервал подачи углеводородов HC задается превышающим вышеуказанный предварительно определенный диапазон интервалов, углеводороды HC или восстанавливающее промежуточное соединение R-NCO или R-NH₂ исчезают с поверхности базового слоя 55. В это время, на ионы NO3^- нитрата, которые сформированы на платине Pt 53, не действует движущая сила, приводящая к сокращению их в направлении восстановления ионов NO₃ ^- нитрата. Следовательно, в это время, ионы NO3^- нитрата диффундируют в базовом слое 55, как показано на фиг.7(A), и становятся нитратами. 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 случай задания отношения (A/F)in для состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор 14 очистки выхлопных газов, временно богатым непосредственно перед тем, как способность к абсорбции NO_X базового слоя 55 становится предельной. Следует отметить, что в примере, показанном на фиг.8, временной интервал этого управления с помощью богатой смеси составляет 1 минуту или более. В этом случае, NO_X, абсорбированный в базовом слое 55, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является бедным, полностью высвобождается из базового слоя 55 и восстанавливается, когда состав (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа задается временно богатым. Следовательно, в этом случае, базовый слой 55 выполняет роль абсорбента для временной абсорбции NO_X. Следует отметить, что в это время базовый слой 55 иногда 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. если соотношение воздуха и топлива (углеводородов), которые подаются во впускной канал двигателя, камеры 2 сгорания и выпускной канал выше по потоку катализатора 14 очистки выхлопных газов, называется составом смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, то в этом случае 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.

Фиг.9 показывает скорость очистки от NO_X при принудительном выполнении катализатором 14 очистки выхлопных газов функции катализатора накопления NO_X таким образом. Следует отметить, что на фиг.9 абсцисса указывает 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.9, когда температура TC катализатора составляет 300-400°C, чрезвычайно высокая скорость очистки от NO_X получается, но когда температура TC катализатора становится равной 400°C или более высокой температуре, скорость очистки от NO_X падает.

Скорость очистки от NO_X падает, если температура TC катализатора становится равной 400°C или более, поскольку если температура TC катализатора становится равной 400°C или более, нитраты термически распадаются 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 новом способе очистки от NO_X, показанном на фиг.4-6(A) и (B), как следует понимать из фиг.6(A) и (B), нитраты не формируются или даже если формируются, имеют очень небольшой объем, поэтому, как показано на фиг.5, высокая скорость очистки от NO_X может получаться, даже если температура TC катализатора является высокой.

Т.е. можно сказать, что способом очистки от NO_X, который показывается на фиг.4-6A и 6B, является новый способ очистки от NO_X, выполненный с возможностью удалять NO_X практически без формирования нитратов в случае использования катализатора очистки выхлопных газов, который содержит катализатор на основе драгоценных металлов и в котором сформирован базовый слой, который может абсорбировать NO_X. В действительности, при использовании этого нового способа очистки от NO_X, только очень небольшой объем нитратов детектируется из базового слоя 55 по сравнению со случаем использования способа очистки от NO_X с применением восстановления накопленного NO_X, показанного на фиг.7(A) и 7(B).

На настоящее время авторы изобретения изучили этот новый способ очистки от NO_X, при этом они обнаружили, что при задании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камере 2 сгорания временно богатым, из катализатора 14 очистки выхлопных газов выходит аммиак NH₃. Механизм формирования этого аммиака не обязательно является очевидным, но, вероятно, используется следующий такой механизм для того, чтобы образовать аммиак NH₃.

А именно, при задании состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камере 2 сгорания богатым, т.е. при сжигании топлива в камере 2 сгорания при недостаточном объеме кислорода формируется большой объем моноксида CO углерода. Этот моноксид углерода CO приводит к реакции образования водосодержащего газа с влагой, содержащейся в выхлопном газе, на катализаторе на основе драгоценных металлов 51 катализатора 13 очистки выхлопных газов (CO+H₂O->H₂+CO₂). В результате образуется, водород H₂. Этот водород H₂ реагирует с аминосоединением R-NH₂, которое удерживается на базовом слое 53 катализатора 13 очистки выхлопных газов, как показано на фиг.10, следовательно, образуется аммиак NH₃. Дополнительно, вследствие этого водорода H₂ промотируется гидролиз изоцианатного соединения R-NCO, которое удерживается на базовом слое 53, следовательно, образуется аммиак NH₃.

Т.е. когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа является бедным, даже если водород H₂ присутствует в выхлопном газе, то этот водород H₂ реагирует в первую очередь с кислородом в выхлопном газе по сравнению с базовым промежуточным соединением R-NCO или R-NH₂, и, следовательно, аммиак NH₃ вообще не формируется. Однако, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа задается богатым, если образуется водород H₂, этот водород H₂ появляется в выхлопном газе богатого состава смеси "воздух-топливо", в котором кислород практически не присутствует. Следовательно, в это время, водород H₂, с одной стороны, реагирует с аминосоединением R-NH₂, в то время как, с другой стороны, промотирует гидролиз изоцианатного соединения R-NCO, и таким образом, образуется аммиак NH₃.

Таким образом, чтобы таким образом формировать аммиак NH₃ в катализаторе 14 очистки выхлопных газов, необходимо задавать богатый состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, и принудительно формировать водород в выхлопном газе. Т.е. необходимо предусмотреть средство образования водорода для задания состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, богатым и образования водорода в выхлопном газе. Одним из этих средств образования водорода, как пояснено выше, является способ задания состава смеси "воздух-топливо" выхлопного газа в камерах 2 сгорания временно богатым. Один пример для осуществления этого способа показывается на фиг.11.

Т.е. в примере, показанном на фиг.11, в дополнение к топливу M для расходования при сгорании, в каждую камеру 2 сгорания из топливного инжектора 3 впрыскивается дополнительное топливо W, с тем, чтобы сжигать топливо в состоянии нехватки кислорода. Т.е. посредством впрыскивания дополнительного топлива W выхлопной газ в камере 2 сгорания становится богатым. Как результат, состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, становится богатым, и водород образуется за счет реакции формирования водосодержащего газа. Следует отметить, что абсцисса на фиг.11 показывает угол поворота коленчатого вала. Это дополнительное топливо W впрыскивается в то время, когда оно сжигается, но не сказывается на выходной мощности двигателя, т.е. непосредственно перед ATDC 90° после верхней мертвой точки сжатия.

Теперь, при использовании нового способа очистки от NO_X согласно настоящему изобретению, можно получать чрезвычайно высокую скорость очистки от NO_X близко к 100 процентам в широком диапазоне температур катализатора 14 очистки выхлопных газов. Однако, в этом случае, хотя говорят, что скорость очистки от NO_X является чрезвычайно высокой, она не составляет 100 процентов. Следовательно, небольшой объем NO_X выпускается из катализатора 14 очистки выхлопных газов без удаления.

Таким образом, в настоящем изобретении используется явление, обнаруженное авторами изобретения, т.е. тот факт, что аммиак NH₃ может быть образован в катализаторе 14 очистки выхлопных газов. Катализатор 15 избирательного восстановления NO_X для адсорбирования и удерживания аммиака размещается ниже по потоку катализатора 14 очистки выхлопных газов, и NO_X, который выпускается из катализатора 14 очистки выхлопных газов, восстанавливается посредством аммиака, адсорбированного в этом катализаторе 15 избирательного восстановления NO_X. В этом варианте осуществления согласно настоящему изобретению, данный катализатор 15 избирательного восстановления NO_X формируется из Fe цеолита.

В этом отношении, чтобы принудительно восстанавливать NO_X посредством катализатора 15 избирательного восстановления NO_X таким образом, нужно добиться, чтобы катализатор 15 избирательного восстановления NO_X всегда имел принудительно адсорбированный им аммиак NH₃. Следовательно, в настоящем изобретении, как следует понимать из фиг.12, показывающей изменения в составе (A/F)in смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор 14 очистки выхлопных газов, состав (A/F)in смеси "воздух-топливо"