Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания

Система очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

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

Список библиографических ссылок

Патентные документы

[0003] PTL 1. WO2011/114501

Сущность изобретения

Техническая задача

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

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

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

Решение проблемы

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

Преимущественные эффекты изобретения

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

Краткое описание чертежей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Подробное описание вариантов осуществления

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[0033] В варианте осуществления согласно настоящему изобретению, чтобы иметь возможность очищать NO_x с помощью этого нового способа очистки NO_x, в выхлопном канале двигателя размещается клапан 15 подачи углеводородов для подачи углеводородов, каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов размещается в выхлопном канале двигателя ниже по потоку от клапана 15 подачи углеводородо