CN104246157B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。在内燃机中，在排气通路内配置有排气净化催化剂以及烃供给阀。在应该使流入排气净化催化剂的废气的空燃比变浓时进行使从燃烧室排出的废气的空燃比变浓的浓空燃比控制。为了防止烃供给阀堵塞而以喷射间隔ΔtCB进行从烃供给阀喷射烃的防堵塞喷射。排气净化催化剂具有储氧能力。在浓空燃比控制的初期以短的喷射间隔ΔtCS进行防堵塞喷射。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
公知有一种如下所述的内燃机的排气净化装置：在内燃机排气通路内配置NOx吸留催化剂并且在NOx吸留催化剂上游的内燃机排气通路内配置烃供给阀，为了从NOx吸留催化剂释放并净化NOx，进行使从燃烧室排出的废气的空燃比变浓的浓空燃比控制，为了防止烃供给阀堵塞而在浓空燃比控制中进行从烃供给阀喷射烃的防堵塞喷射（例如参照专利文献1）。在该排气净化装置中，在浓空燃比控制中NOx释放速度高时、即在浓空燃比控制的中期进行防堵塞喷射。其中，该排气净化装置的NOx吸留催化剂中含有二氧化铈，因此NOx吸留催化剂具有储氧能力。
【专利文献1】日本特开2009－174445号公报
然而，在NOx吸留催化剂具有储氧能力的情况下，在从浓空燃比控制开始起的短暂期间，所储藏的氧会从NOx吸留催化剂释放出，在氧被释放的期间几乎不进行NOx的释放。换言之，从浓空燃比控制开始到实质开始NOx的释放为止需要时间。因此，难以迅速结束浓空燃比控制，存在燃料消耗量增大的可能性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够在可靠地防止烃供给阀发生堵塞的同时能够缩短浓空燃比控制所需要的时间的内燃机的排气净化装置。
根据本发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置排气净化催化剂并且在排气净化催化剂上游的内燃机排气通路内配置烃供给阀，在应该使流入排气净化催化剂的废气的空燃比变浓时进行使从燃烧室排出的废气的空燃比变浓的浓空燃比控制，为了防止烃供给阀堵塞而以预先决定的喷射间隔进行从烃供给阀喷射烃的防堵塞喷射，其中，排气净化催化剂具有储氧能力，在浓空燃比控制的初期以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行防堵塞喷射。
能够在可靠地防止烃供给阀发生堵塞的同时缩短浓空燃比控制所需要的时间。
附图说明
图1是压缩点火式内燃机的整体图。
图2是以图解方式表示催化剂载体的表面部分的图。
图3是用于对排气净化催化剂中的氧化反应进行说明的图。
图4是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的图。
图5是表示NOx净化率的图。
图6A以及6B是用于对排气净化催化剂中的氧化还原反应进行说明的图。
图7A以及7B是用于对排气净化催化剂中的氧化还原反应进行说明的图。
图8是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的图。
图9是表示NOx净化率的图。
图10是表示烃的喷射周期△T与NOx净化率之间的关系的图。
图11是表示烃的喷射量的映射。
图12是表示NOx释放控制的图。
图13是表示排出NOx量NOXA的映射的图。
图14是表示燃料喷射定时的图。
图15是表示燃料供给量WR的映射的图。
图16是用于对本发明涉及的实施例进行说明的时间图。
图17是用于进行NOx净化控制的流程图。
图18是用于执行第二NOx净化方法的流程图。
图19是用于执行防堵塞喷射控制的流程图。
图20是用于对本发明涉及的其他实施例进行说明的时间图。
图21是用于执行本发明涉及的其他实施例的第二NOx净化方法的流程图。
图22是用于对本发明涉及的再一个实施例进行说明的时间图。
图23是用于执行本发明涉及的再一个实施例的防堵塞喷射控制的流程图。
图24是用于对本发明涉及的再一个实施例进行说明的时间图。
具体实施方式
图1中表示了压缩点火式内燃机的整体图。
参照图1，1表示内燃机主体，2表示各气缸的燃烧室，3表示用于分别向各燃烧室2内喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气歧管，5表示排气歧管。进气歧管4经由进气管道6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连结，压缩机7a的入口经由进气量检测器8与空气过滤器9连结。在进气管道6内配置有被致动器驱动的节气门10，并且在进气管道6周围配置有用于对在进气管道6内流过的进气进行冷却的冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置11内，进气被内燃机冷却水冷却。
另一方面，排气岐管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口连结，排气涡轮7b的出口经由排气管12与排气净化催化剂的入口连结。在本发明涉及的实施例中，该排气净化催化剂13由NOx吸留催化剂构成。排气净化催化剂13的出口经由排气管12b与颗粒过滤器14连结。在排气净化催化剂13上游的排气管12a内配置有用于供给烃的烃供给阀15，该烃由被用作压缩点火式内燃机的燃料的轻油等燃料构成。在图1所示的实施例中，作为从烃供给阀15供给的烃，使用了轻油。此外，本发明也能够应用于在稀空燃比的基础上进行燃烧的火花点火式内燃机。该情况下，从烃供给阀15供给由作为火花点火式内燃机的燃料而使用的汽油等燃料构成的烃。
另一方面，排气岐管5和进气岐管4经由废气再循环(以下称为“EGR”)通路16相互连结，在EGR通路16内配置有电子控制式EGR控制阀17。另外，在EGR通路16的周围配置有用于对在EGR通路16内流过的EGR气体进行冷却的冷却装置18。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置18内，EGR气体被内燃机冷却水冷却。各燃料喷射阀3经由燃料供给管19与共轨20连结，该共轨20经由电子控制式的喷出量可变的燃料泵21与燃料贮藏罐22连结。燃料贮藏罐22内贮藏的燃料通过燃料泵21被供给至共轨20内，供给到共轨20内的燃料经由各燃料供给管19被供给至燃料喷射阀3。
电子控制单元30由数字计算机构成，具备通过双向性总线31相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35和输出端口36。在排气净化催化剂13下游的排气管12b中安装有用于对从排气净化催化剂13流出的废气的温度进行检测的温度传感器24。从排气净化催化剂13流出的废气的温度表示排气净化催化剂13的温度。另外，在排气管12b中安装有用于对从排气净化催化剂13流出的废气的空燃比进行检测的空燃比传感器25。并且，对颗粒过滤器14安装有用于检测颗粒过滤器14的前后压差的压差传感器26。这些温度传感器24、空燃比传感器25、压差传感器26以及进气量检测器8的输出信号分别经由对应的AD转换器37被输入至输入端口35。另外，加速器踏板40连接着产生与加速器踏板40的踩踏量成比例的输出电压的负载传感器41，负载传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37被输入至输入端口35。并且，输入端口35连接着曲轴转角传感器42，该曲轴转角传感器42在曲轴每当旋转例如15°时就产生输出脉冲。另一方面，输出端口36经由对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节气门10的驱动用致动器、烃供给阀15、EGR控制阀17及燃料泵21连接。
图2对图1所示的排气净化催化剂13的基体上担载的催化剂载体的表面部分进行了图解表示。在该排气净化催化剂13中，如图2所示，例如在由氧化铝构成的催化剂载体50上担载有由铂Pt构成的贵金属催化剂51，并且在该催化剂载体50上形成有含有从如钾K、钠Na、铯Cs那样的碱金属、如钡Ba、钙Ca那样的碱土类金属、如镧系元素那样的稀土类以及如银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir那样的能够对NOx供给电子的金属中选择出的至少一个的碱性层53。该碱性层53内含有氧化铈CeO2，因此排气净化催化剂13具有储氧能力。另外，在排气净化催化剂13的催化剂载体50上除了铂Pt之外还可以担载铑Rh或钯Pd。其中，由于废气沿着催化剂载体50上流动，所以可以说贵金属催化剂51被担载于排气净化催化剂13的废气流通表面上。另外，由于碱性层53的表面呈碱性，所以碱性层53的表面被称为碱性的废气流通表面部分54。
如果从烃供给阀15向废气中喷射烃，则该烃在排气净化催化剂13中被重整。在本发明中，此时使用被重整后的烃，在排气净化催化剂13中对NOx进行净化。图3对此时在排气净化催化剂13中进行的重整作用进行了图解表示。如图3所示，从烃供给阀15喷射出的烃HC通过贵金属催化剂51而成为碳数少的自由基状的烃HC。
图4表示了来自烃供给阀15的烃的供给定时与向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比（A/F）in的变化。其中，由于该空燃比（A/F）in的变化依赖于流入排气净化催化剂13的废气中的烃的浓度变化，所以也可以说图4所示的空燃比（A/F）in的变化表示了烃的浓度变化。不过，由于如果烃浓度变高则空燃比（A/F）in变小，所以在图4中空燃比（A/F）in越为浓空燃比侧，则烃浓度越高。
图5针对排气净化催化剂13的各催化剂温度TC，表示了通过使流入排气净化催化剂13的烃的浓度周期性变化，来如图4所示那样使向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比（A/F）in周期性变浓时的由排气净化催化剂13实现的NOx净化率。经过长期间不断进行与NOx净化相关的研究，结果获知：如果使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先决定的范围内的振幅以及预先决定的范围内的周期进行振动，则如图5所示那样，即使在400℃以上的高温区域中也能获得极高的NOx净化率。
并且获知：此时含有氮及烃的大量还原性中间体被保持或持续吸附在碱性层53的表面上、即被保持或持续吸附在排气净化催化剂13的碱性废气流通表面部分54上，该还原性中间体在获得高NOx净化率上起到核心的作用。接下来，参照图6A及6B对此进行说明。其中，该图6A以及6B对排气净化催化剂13的催化剂载体50的表面部分进行了图解表示，这些图6A及6B中表示了在使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先决定的范围内的振幅以及预先决定的范围内的周期进行振动时推测产生的反应。
图6A表示了流入排气净化催化剂13的烃的浓度低时，图6B表示了被从烃供给阀15供给烃，向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比（A/F）in变浓时、即流入排气净化催化剂13的烃的浓度变高时。
由于从图4可知，流入排气净化催化剂13的废气的空燃比除了一瞬之外被维持为稀空燃比，所以流入排气净化催化剂13的废气通常处于氧过剩的状态。此时废气中含有的NO的一部分附着在排气净化催化剂13上，废气中含有的NO的一部分如图6A所示那样在铂51上被氧化而成为NO2，接着，该NO2被进一步氧化而成为NO3。另外，NO2的一部分变成NO2 －。因此，在铂Pt51上生成NO2 －和NO3。附着在排气净化催化剂13上的NO以及在铂Pt51上生成的NO2 -和NO3活性强，因此以下将这些NO、NO2 -以及NO3称为“活性NOx*”。
另一方面，如果从烃供给阀15供给烃、向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比（A/F）in变浓，则该烃在排气净化催化剂13的整体上依次附着。这些附着的烃的大部分依次与氧反应而燃烧，附着的烃的一部分依次如图3所示那样在排气净化催化剂13内被重整，成为自由基。因此，如图6B所示那样，活性NOx*周围的烃浓度变高。不过，在生成了活性NOx*之后，如果活性NOx*周围的氧浓度高的状态持续一定时间以上则活性NOx*被氧化，以硝酸离子NO3 -的形式被吸收到碱性层53内。但是，如果在该一定时间经过之前活性NOx*周围的烃浓度变高，则如图6B所示，活性NOx*在铂51上与自由基状的烃HC反应，由此生成还原性中间体。该还原性中间体附着或被吸附在碱性层53的表面上。
其中，此时可以认为最初生成的还原性中间体是硝基化合物R-NO2。如果生成该硝基化合物R-NO2，则成为腈化合物R-CN，但由于该腈化合物R-CN在该状态下只能瞬间存续，所以立即成为异氰酸盐化合物R-NCO。该异氰酸盐化合物R-NCO如果水解，则成为胺化合物R-NH2。不过在该情况下，认为被水解的是异氰酸盐化合物R-NCO的一部分。因此，可以认为如图6B所示那样在碱性层53的表面上保持或者吸附的还原性中间体的大部分是异氰酸盐化合物R-NCO以及胺化合物R-NH2。
另一方面，当在图6B所示那样生成的还原性中间体的周围附着有烃HC时，还原性中间体被烃HC阻隔而不再进行反应。该情况下，流入排气净化催化剂13的烃的浓度降低，接着附着在还原性中间体的周围的烃被氧化而消失，若由此还原性中间体周围的氧浓度变高，则还原性中间体与废气中的NOx、活性NOx*反应，或与周围的氧反应，或者自分解。由此，还原性中间体R-NCO、R-NH2如图6A所示转换成N2、CO2、H2O，这样NOx被净化。
这样，在排气净化催化剂13中，通过提高流入排气净化催化剂13的烃的浓度来生成还原性中间体，在使流入排气净化催化剂13的烃的浓度降低后，当氧浓度变高时还原性中间体与废气中的NOx、活性NOx*、氧反应，或者自分解，由此对NOx净化。即，为了利用排气净化催化剂13对NOx进行净化，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度周期性变化。
总之，该情况下为了生成还原性中间体而需要将烃的浓度提高到足够高的浓度，为了使生成的还原性中间体与废气中的NOx、活性NOx*、氧反应，或者进行自分解而需要将烃的浓度降低到足够低的浓度。即，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先规定的范围内的振幅振动。其中，该情况下，在生成的还原性中间体R-NCO、R-NH2与废气中的NOx、活性NOx*、氧反应之前，或者自分解之前，必须将这些还原性中间体保持在碱性层53上、即碱性废气流通表面部分54上，因此设置了碱性的废气流通表面部分54。
另一方面，如果延长烃的供给周期，则在被供给烃之后到下一次被供给烃的期间，氧浓度变高的期间增长，因此，活性NOX*不生成还原性中间体而以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。为了避免该情况，需要使流入排气处理催化剂13的烃的浓度以预先决定的范围内的周期振动。
鉴于此，在本发明涉及的实施例中，为了使废气中所含的NOx与重整后的烃反应来生成含有氮以及烃的还原性中间体R-NCO、R-NH2，在排气净化催化剂13的废气流通表面上担载有贵金属催化剂51，为了将生成的还原性中间体R-NCO、R-NH2保持在排气净化催化剂13内，在贵金属催化剂51周围形成有碱性的废气流通表面部分54，保持在碱性的废气流通表面部分54上的还原性中间体R-NCO、R-NH2被转换成N2、CO2、H2O，烃浓度的振动周期成为为了持续生成还原性中间体R-NCO、R-NH2所必要的振动周期。因此，在图4所示的例子中，喷射间隔被设为3秒。
如果使烃浓度的振动周期、即来自烃供给阀15的烃HC的喷射周期比上述的预先规定的范围内的周期长，则还原性中间体R-NCO、R-NH2从碱性层53的表面上消失，此时在铂Pt53上生成的活性NOx*如图7A所示那样以硝酸离子NO3 -的形式扩散到碱性层53内，成为硝酸盐。即，此时废气中的NOx以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。
另一方面，图7B表示了在NOx如此以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内时，流入排气净化催化剂13内的废气的空燃比被设为理论空燃比或者浓空燃比的情况。该情况下，由于废气中的氧浓度降低，所以反应向相反方向（NO3 -→NO2）进行，这样一来，被吸收到碱性层53内的硝酸盐依次成为硝酸离子NO3 -，如图7B所示那样被以NO2的形式从碱性层53释放出。接下来，释放出的NO2被废气中含有的烃HC以及CO还原。
图8表示了在碱性层53的NOx吸收能力饱和稍微之前，使流入排气净化催化剂13的废气的空燃比（A/F）in暂时变浓的情况。其中，在图8所示的例子中，该浓空燃比控制的时间间隔为1分钟以上。该情况下，废气的空燃比（A/F）in为稀空燃比时被吸收到碱性层53内的NOx在废气的空燃比（A/F）in暂时变浓时从碱性层53一气释放出而被还原。因此，该情况下，碱性层53起到用于暂时吸收NOx的吸收剂的作用。
此外，此时还存在碱性层53暂时吸附NOx的情况，因此，如果作为包括吸收以及吸附双方的用语而使用吸留这一用语，则此时碱性层53起到用于暂时吸留NOx的NOx吸留剂的作用。即，该情况下，如果将向内燃机进气通路、燃烧室2以及排气净化催化剂13上游的排气通路内供给的空气与燃料（烃）之比称为废气的空燃比，则排气净化催化剂13在废气的空燃比为稀空燃比时吸留NOx，如果废气中的氧浓度降低，则作为将吸留的NOx释放出的NOx吸留催化剂发挥功能。
图9的实线表示了使排气净化催化剂13如此作为NOx吸留催化剂发挥功能时的NOx净化率。其中，图9的横轴表示了排气净化催化剂13的催化剂温度TC。在使排气净化催化剂13如此作为NOx吸留催化剂发挥功能的情况下，如在图9中用实线所示那样，当催化剂温度TC为300℃到400℃时，可获得极高的NOx净化率，但如果催化剂温度TC成为400℃以上的高温，则NOx净化率降低。其中，在图9中，图5所示的NOx净化率被以虚线表示。
这样当催化剂温度TC变为400℃以上时NOx净化率降低的原因在于，如果催化剂温度TC变为400℃以上，则硝酸盐热分解，以NO2的形式被从排气净化催化剂13释放出。即，只要以硝酸盐的形式吸留了NOx，在催化剂温度TC高时便难以得到高的NOx净化率。但是，在图4～图6B所示的新的NOx净化方法中，由图6A、6B可知不生成硝酸盐或者即便生成量也极其微量，这样一来，即使在如图5所示那样催化剂温度TC高时，也能获得高的NOx净化率。
在本发明涉及的实施例中，为了能够使用该新的NOx净化方法来对NOx进行净化，将用于供给烃的烃供给阀15配置在内燃机排气通路内，在烃供给阀15下游的内燃机排气通路内配置排气净化催化剂13，在排气净化催化剂13的废气流通表面上担载有贵金属催化剂51，并且在贵金属催化剂51周围形成有碱性的废气流通表面部分54，排气净化催化剂13具有当使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先决定的范围内的振幅以及预先决定的范围内的周期振动使将废气中含有的NOx还原的性质，并且具有当使烃浓度的振动周期比该预先决定的范围长时废气中含有的NOx的吸留量增大的性质，在内燃机运转时，从烃供给阀15以预先规定的范围内的周期喷射烃，由此将废气中含有的NOx在排气净化催化剂13中还原。
即，可以说图4～图6B所示的NOx净化方法是在使用了形成有担载贵金属催化剂且能够吸留NOx的碱性层的排气净化催化剂时，几乎不形成硝酸盐地对NOx进行净化的新的NOx净化方法。实际上，在采用了该新的NOx净化方法的情况下，与使排气净化催化剂13作为NOx吸留催化剂发挥功能的情况相比，从碱性层53检测出的硝酸盐极微量。其中，以下将该新的NOx净化方法称为第一NOx净化方法。
如前述那样，如果来自烃供给阀15的烃的喷射周期△T变长，则在被喷射烃之后，在接下来喷射烃的期间，活性NOX*周围的氧浓度变高的期间增长。该情况下，在图1所示的实施例中，如果烃的喷射周期△T比5秒程度长，则活性NOx*开始以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内，因此，如图10所示那样，如果烃浓度的振动周期△T比5秒程度长，则NOx净化率降低。因此，在图1所示的实施例中，需要烃的喷射周期△T为5秒以下。
另一方面，在本发明涉及的实施例中，如果烃的喷射周期△T大致为0.3秒以下，则被喷射的烃开始在排气净化催化剂13的废气流通表面上堆积，因此如图10所示那样，如果烃的喷射周期△T大致为0.3秒以下，则NOx净化率降低。鉴于此，在本发明涉及的实施例中，烃的喷射周期为0.3秒至5秒之间。
在本发明涉及的实施例中，通过使来自烃供给阀15的烃喷射量以及喷射正时变化，来控制成使向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比（A/F）in以及喷射周期△T成为与内燃机的运转状态对应的最佳值。该情况下，在本发明涉及的实施例中，正在进行基于第一NOx净化方法的NOx净化作用时的最佳的烃喷射量W作为加速器踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数，被以图11所示那样的映射的形式预先存储到ROM32内，另外，此时的最佳的烃的喷射周期△T也作为加速器踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数，被以映射的形式预先存储到ROM32内。
接着，参照图12至图15对使排气净化催化剂13作为NOx吸留催化剂发挥功能时的NOx净化方法具体进行说明。以下将如此使排气净化催化剂13作为NOx吸留催化剂发挥功能时的NOx净化方法称为第二NOx净化方法。
在该第二NOx净化方法中，如图12所示，当被碱性层53吸留的吸留NOx量∑NOX超过了预先决定的允许量MAX时，流入排气净化催化剂13的废气的空燃比（A/F）in暂时变浓。如果废气的空燃比（A/F）in变浓，则当废气的空燃比（A/F）in为稀空燃比时被吸留到碱性层52内的NOx从碱性层53一气地释放出而被还原。由此，NOx被净化。
吸留NOx量∑NOX例如可以根据从内燃机排出的NOx量来计算。在本发明涉及的实施例中，从内燃机每单位时间排出的排出NOx量NOXA作为加速器踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数，以图13所示那样的映射的形式被预先存储在ROM32内，可以根据该排出NOx量NOXA计算出吸留NOx量∑NOX。该情况下，如前所述废气的空燃比（A/F）in变浓的周期通常为1分钟以上。
在该第二NOx净化方法中，如图14所示那样除了从燃料喷射阀3向燃烧室2内给与燃烧用燃料Q，还喷射追加的燃料WR，由此流入排气净化催化剂13的废气的空燃比（A/F）in变浓。其中，图14的横轴表示了曲柄角。该追加的燃料WR在虽然燃烧但没有成为内燃机输出而展现的时期、即在压缩上止点后ATDC为90°的稍微近前被喷射。该燃料量WR作为加速器踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数，以图15所示那样的映射的形式被预先存储在ROM32内。
在本发明涉及的实施例中，基于第一NOx净化方法的NOx净化作用与基于第二NOx净化方法的NOx净化作用被选择性地进行。进行基于第一NOx净化方法的NOx净化作用与基于第二NOx净化方法的NOx净化作用中的哪一个例如如下述那样决定。即，进行了基于第一NOx净化方法的NOx净化作用时的NOx净化率如图5所示那样，若排气净化催化剂13的温度TC变为极限温度TX以下则开始迅速降低。与此相对，如图9所示那样，进行了基于第二NOx净化方法的NOx净化作用时的NOx净化率在排气净化催化剂13的温度TC降低时比较缓慢地降低。因此，在本发明涉及的实施例中，当排气净化催化剂13的温度TC比极限温度TX高时进行基于第一NOx净化方法的NOx净化作用，当排气净化催化剂13的温度TC比极限温度TX低时进行基于第二NOx净化方法的NOx净化作用。
然而，如果进行浓空燃比控制，则从燃烧室2排出的废气的温度变高，因此烃供给阀15暴露在高温的废气中。因此，如果在烃供给阀15的喷口残留烃，则由该烃形成堆积物，有可能因堆积物而在喷口发生堵塞。鉴于此，在本发明涉及的实施例中，从烃供给阀15反复喷射烃以防止烃供给阀15堵塞。如果将这样的喷射称为“防堵塞喷射”，则通过防堵塞喷射而喷射的烃的量微少，比进行第一NOx净化方法时的喷射量少得多。另外，防堵塞喷射被以预先决定的喷射间隔进行，该预先决定的喷射间隔被决定为加速器踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数。
如上所示，在正进行第二NOx净化方法时，为了从排气净化催化剂13释放并净化NOx，进行使从燃烧室2排出的废气的空燃比变浓的浓空燃比控制。在本发明涉及的实施例中，通过向燃烧室2内喷射追加的燃料WR来进行浓空燃比控制。该情况下，进行浓空燃比控制以使从排气净化催化剂13流出的废气的空燃比（A／F）out成为目标浓空燃比。因此，图15所示的追加的燃料量WR是将从排气净化催化剂13流出的废气的空燃比（A／F）out设为目标浓空燃比所需要的燃料量。
另一方面，如上所述，排气净化催化剂13具有储氧能力。因此，在从浓空燃比控制开始起的短暂期间，从排气净化催化剂13释放出所储藏的氧，在正释放氧的期间，几乎不进行NOx的释放。换言之，从浓空燃比控制开始到实质开始释放NOx需要时间。
鉴于此，在本发明涉及的实施例中，在浓空燃比控制的初期进行防堵塞喷射，并且使该情况的防堵塞喷射以比前述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行。接下来，参照图16对在该浓空燃比控制的初期进行的防堵塞喷射加以说明。其中，在图16中标志XR在应该进行浓空燃比控制时被设置，在除此之外的时候被复位。即，在本发明涉及的实施例中，如果吸留NOx量ΣNOX超过允许值MAX则设置标志XR。
参照图16，在比时间ta1靠前的标志XR被复位时、即在不进行浓空燃比控制时，以预先决定的喷射间隔ΔtCB来进行防堵塞喷射。
接下来，如果在时间ta1设置了标志XR，则开始浓空燃比控制。另外，与浓空燃比控制几乎同时开始防堵塞喷射。该情况下，防堵塞喷射以比喷射间隔ΔtCB短的喷射间隔ΔtCS进行。其结果，自排气净化催化剂13流出的废气的空燃比（A／F）out从稀空燃比降低。在从排气净化催化剂13正释放所储藏的氧的期间，流出废气的空燃比（A／F）out近似被维持为理论空燃比AFS。
如果氧从排气净化催化剂13的释放结束，则流出废气的空燃比（A／F）out切换为浓空燃比。鉴于此，如果在时间ta2流出废气的空燃比（A／F）out切换为浓空燃比，则以短的喷射间隔ΔtCS进行的防堵塞喷射被停止。
若如此在浓空燃比控制的初期以短的喷射间隔ΔtCS进行防堵塞喷射，则能够防止烃供给阀15堵塞，并且能够促进氧从排气净化催化剂13的释放。因此，NOx从排气净化催化剂13的释放迅速开始，浓空燃比控制迅速结束。换言之，能够缩短浓空燃比控制所需要的时间。另外，也能够利用从烃供给阀15内的燃料通路通过的燃料对烃供给阀15预先进行冷却。因此，可抑制在进行了浓空燃比控制时烃供给阀15的温度因高温的废气而提高的情况。
如果浓空燃比控制的初期的防堵塞喷射停止，则在随后的浓空燃比控制中停止防堵塞喷射。由此，能够在浓空燃比控制中将流出废气的空燃比（A／F）out准确地维持为目标浓空燃比。另外，能够减少从排气净化催化剂13流出的烃的量。如果浓空燃比控制结束，则以喷射间隔ΔtCB再次开始防堵塞喷射。
图17表示了用于执行本发明涉及的实施例的NOx净化控制方法的程序。该程序根据每隔一定时间的中断而执行。
参照图17，首先在步骤100中决定进行基于第一NOx净化方法的NOx净化作用与基于第二NOx净化方法的NOx净化作用中的哪一个。接下来，在步骤101中判别是否应该进行基于第一NOx净化方法的NOx净化作用。在应该进行基于第一NOx净化方法的NOx净化作用时进入步骤102，进行基于第一NOx净化方法的NOx净化作用。即，从烃供给阀15以根据内燃机的运转状态而预先决定的喷射周期ΔT喷射图11所示的喷射量W的烃。
当在步骤101中判别为应该进行基于第二NOx净化方法的NOx净化作用时，进入步骤103来执行用于进行基于第二NOx净化方法的NOx净化作用的程序。该程序被表示于图18。
图18表示了在图17的步骤103中进行的执行基于第二NOx净化方法的NOx净化作用的程序。
参照图18，首先在步骤120中判别是否设置了标志XR。在没有设置标志XR时，接下来进入步骤121，根据图13所示的映射计算出每单位时间的排出NOx量NOXA。接下来，在步骤122中通过对ΣNOX加上排出NOx量NOXA来计算出吸留NOx量ΣNOX。接下来，在步骤123中判别吸留NOx量ΣNOX是否超过了允许值MAX。如果ΣNOX＞MAX，则进入步骤124，设置标志XR（XR＝1）。
如果设置了标志XR，则从步骤120进入步骤125，进行浓空燃比控制。即，根据图15所示的映射来计算追加的燃料量WR，进行追加的燃料的喷射作用。接下来，在步骤126中判别是否应该结束浓空燃比控制。在应该结束浓空燃比控制时，接下来进入步骤127，将ΣNOX清零。接下来，在步骤128中将标志XR复位（XR＝0）。
图19表示了用于执行本发明涉及的实施例的防堵塞喷射控制的程序。该程序根据每隔一定时间的中断而执行。
参照图19，首先在步骤200中判别是否设置了标志XR。在没有设置标志XR时，接下来进入步骤201，以喷射间隔ΔtCB进行防堵塞喷射。另一方面，在设置了标志XR时，从步骤200进入步骤202，判别从排气净化催化剂13流出的废气的空燃比（A／F）out是否小于理论空燃比AFS、即是否是浓空燃比。在（A／F）out≥ASF时，接下来进入步骤203，以短的喷射间隔ΔtCS进行防堵塞喷射。如果在步骤202中（A／F）out＜ASF，则从步骤202进入步骤204，停止防堵塞喷射。
图20表示了本发明涉及的其他实施例。
参照图20，如果在时间tb1设置了标志XR，则在停止浓空燃比控制的状态下，保持以短的喷射间隔ΔtCS开始防堵塞喷射。接下来，如果在时间tb2经过了预先决定的设定时间ΔtD，则开始浓空燃比控制。
即，在应该开始浓空燃比控制时，首先以短的喷射间隔ΔtCS开始防堵塞喷射，接下来开始浓空燃比控制。由此，能够促进氧从排气净化催化剂13的释放，能够缩短浓空燃比控制所需要的时间。
接下来，如果在时间tb3流出废气的空燃比（A／F）out切换成浓空燃比，则停止以短的喷射间隔ΔtCS进行的防堵塞喷射。
图21表示了执行本发明涉及的其他实施例的基于第二NOx净化方法的NOx净化作用的程序。该程序被在图17的步骤103中执行。
参照图21，首先在步骤120中判别是否设置了标志XR。在没有设置标志XR时，接下来进入步骤121，根据图13所示的映射计算出每单位时间的排出NOx量NOXA。接下来，在步骤122中通过对ΣNOX加上排出NOx量NOXA来计算出吸留NOx量ΣNOX。接下来，在步骤123中判别吸留NOx量ΣNOX是否超过允许值MAX。如果ΣNOX＞MAX，则进入步骤124，设置标志XR（XR＝1）。
如果设置了标志XR，则从步骤120进入步骤125a，判别从以短的喷射间隔ΔtCS开始防堵塞喷射起是否经过了设定时间ΔtD。在经过了设定时间ΔtD时，从步骤125a进入步骤125，进行浓空燃比控制。即，根据图15所示的映射计算出追加的燃料量WR，进行追加的燃料的喷射作用。接下来，在步骤126中判别是否应该结束浓空燃比控制。在应该结束浓空燃比控制时，接下来进入步骤127，将ΣNOX清零。接下来，在步骤128中将标志XR复位（XR＝0）。
图22表示了本发明涉及的再一个实施例。
参照图22，如果在时间tc1标志XR被复位，则结束浓空燃比控制。另外，以短的喷射间隔ΔtCS开始防堵塞喷射。接下来，如果在时间tc2烃供给阀15的温度TFV比阈值TFVX低，则停止以短的喷射间隔ΔtCS进行的防堵塞喷射。换言之，在浓空燃比控制结束时暂时进行以短的喷射间隔ΔtCS执行的防堵塞喷射。接下来，再次开始以喷射间隔ΔtCB进行的防堵塞喷射。其中，烃供给阀15的温度TFV由设于烃供给阀15的温度传感器检测得到。
由此，烃供给阀15被喷射的烃冷却，能够在防止烃供给阀15堵塞的同时，使烃供给阀15的温度TFV急剧降低。其结果，能够防止当在浓空燃比控制之后例如立刻进行内燃机加速运转而使得废气的温度变高时，烃供给阀15的温度超过允许上限。
图23表示了用于执行本发明涉及的再一个实施例的防堵塞喷射控制的程序。该程序根据每隔一定时间的中断而执行。
参照图23，首先在步骤200中判别是否设置了标志XR。在没有设置标志XR时，接下来进入步骤201a，判别烃供给阀15的温度TFV是否为阈值TFVX以下。在TFV＞TFVX时，接下来进入步骤203，以短的喷射间隔ΔtCS进行防堵塞喷射。与此相对，在TFV≤TFVX时，接下来进入步骤201，以喷射间隔ΔtCB进行防堵塞喷射。另一方面，在设置了标志XR时，从步骤200进入步骤202，判别从排气净化催化剂13流出的废气的空燃比（A／F）out是否小于理论空燃比AFS、即是否是浓空燃比。在（A／F）out≥ASF时，接下来进入步骤203，以短的喷射间隔ΔtCS进行防堵塞喷射。如果在步骤202中（A／F）out＜ASF，则从步骤202进入步骤204，停止防堵塞喷射。
在此前叙述的本发明涉及的实施例中，如果浓空燃比控制的初期的防堵塞喷射被停止，则在随后的浓空燃比控制中停止防堵塞喷射。在本发明涉及的再一个实施例中，在浓空燃比控制的初期的防堵塞喷射被停止之后的浓空燃比控制中，以比预先决定的喷射间隔ΔtCB长的喷射间隔进行防堵塞喷射。由此，能够在防止烃供给阀15堵塞的同时减少因防堵塞喷射引起的燃料的影响。
即，如图24所示，在比时间td1靠前的不进行浓空燃比控制时，以预先决定的喷射间隔ΔtCB进行防堵塞喷射。接下来，如果在时间td1开始浓空燃比控制，则开始防堵塞喷射。该情况下，防堵塞喷射以比喷射间隔ΔtCB短的喷射间隔ΔtCS进行。接下来，如果在时间td2流出废气的空燃比（A／F）out切换成浓空燃比，则停止以短的喷射间隔ΔtCS进行的防堵塞喷射。在随后的浓空燃比控制中，以长的喷射间隔ΔtCL进行防堵塞喷射。换言之，防堵塞喷射的喷射间隔被从ΔtCS延长到ΔtCL。接下来，如果浓空燃比控制结束，则以喷射时间ΔtCB进行防堵塞喷射。
此外，作为其他实施例，也能够在排气净化催化剂13上游的内燃机排气通路内配置用于使烃重整的氧化催化剂。
附图标记说明
4-进气歧管；5-排气歧管；12a、12b-排气管；13-排气净化催化剂；15-烃供给阀；24-温度传感器；25-空燃比传感器。
Claims (19)
1.一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置排气净化催化剂并且在排气净化催化剂上游的内燃机排气通路内配置烃供给阀，在应该使流入排气净化催化剂的废气的空燃比变浓时进行使从燃烧室排出的废气的空燃比变浓的浓空燃比控制，为了防止烃供给阀堵塞而以预先决定的喷射间隔进行从烃供给阀喷射烃的防堵塞喷射，其中，排气净化催化剂具有储氧能力，在浓空燃比控制的初期以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行防堵塞喷射，
当浓空燃比控制初期的防堵塞喷射被停止时，在随后的浓空燃比控制中停止防堵塞喷射，或者执行以比所述预先决定的喷射间隔长的喷射间隔进行的防堵塞喷射。
2.一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置排气净化催化剂并且在排气净化催化剂上游的内燃机排气通路内配置烃供给阀，在应该使流入排气净化催化剂的废气的空燃比变浓时进行使从燃烧室排出的废气的空燃比变浓的浓空燃比控制，为了防止烃供给阀堵塞而以预先决定的喷射间隔进行从烃供给阀喷射烃的防堵塞喷射，其中，排气净化催化剂具有储氧能力，在浓空燃比控制的初期以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行防堵塞喷射，
当从排气净化催化剂流出的废气的空燃比被切换为浓空燃比时，停止以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射。
3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在应该开始浓空燃比控制时，浓空燃比控制和以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射几乎同时开始。
4.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在应该开始浓空燃比控制时，浓空燃比控制和以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射几乎同时开始。
5.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在应该开始浓空燃比控制时，首先开始以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射，接下来开始浓空燃比控制。
6.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在应该开始浓空燃比控制时，首先开始以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射，接下来开始浓空燃比控制。
7.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
当从排气净化催化剂流出的废气的空燃比被切换为浓空燃比时，停止以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射。
8.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，
当从排气净化催化剂流出的废气的空燃比被切换为浓空燃比时，停止以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射。
9.根据权利要求5所述的内燃机的排气净化装置，其中，
当从排气净化催化剂流出的废气的空燃比被切换为浓空燃比时，停止以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在浓空燃比控制被结束时，以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔暂时进行防堵塞喷射。
11.根据权利要求10所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在烃供给阀的温度变得比预先决定的设定温度低时，停止以比所述预先决定的喷射间隔短的喷射间隔进行的防堵塞喷射。
12.根据权利要求1至9、11中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，
排气净化催化剂由作为NOx吸留催化剂发挥功能的催化剂构成，为了从排气净化催化剂释放并净化NOx，使流入排气净化催化剂的废气的空燃比变浓。
13.根据权利要求10所述的内燃机的排气净化装置，其中，
排气净化催化剂由作为NOx吸留催化剂发挥功能的催化剂构成，为了从排气净化催化剂释放并净化NOx，使流入排气净化催化剂的废气的空燃比变浓。
14.根据权利要求1至9、11、13中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在排气净化催化剂的废气流通表面上担载有贵金属催化剂并且在该贵金属催化剂周围形成有碱性的废气流通表面部分，该排气净化催化剂具有当使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先决定的范围内的振幅以及预先决定的范围内的周期振动时将废气中所含的NOx还原的性质，并且具有当使该烃浓度的振动周期比该预先决定的范围长时废气中所含的NOx的吸留量增大的性质，在所述内燃机的排气净化装置中进行第二NOx净化方法，所述第二NOx净化方法是通过使流入排气净化催化剂的废气的空燃比以比该预先决定的周期长的周期变浓来从排气净化催化剂释放吸留NOx而对NOx加以净化的方法。
15.根据权利要求10所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在排气净化催化剂的废气流通表面上担载有贵金属催化剂并且在该贵金属催化剂周围形成有碱性的废气流通表面部分，该排气净化催化剂具有当使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先决定的范围内的振幅以及预先决定的范围内的周期振动时将废气中所含的NOx还原的性质，并且具有当使该烃浓度的振动周期比该预先决定的范围长时废气中所含的NOx的吸留量增大的性质，在所述内燃机的排气净化装置中进行第二NOx净化方法，所述第二NOx净化方法是通过使流入排气净化催化剂的废气的空燃比以比该预先决定的周期长的周期变浓来从排气净化催化剂释放吸留NOx而对NOx加以净化的方法。
16.根据权利要求12所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在排气净化催化剂的废气流通表面上担载有贵金属催化剂并且在该贵金属催化剂周围形成有碱性的废气流通表面部分，该排气净化催化剂具有当使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先决定的范围内的振幅以及预先决定的范围内的周期振动时将废气中所含的NOx还原的性质，并且具有当使该烃浓度的振动周期比该预先决定的范围长时废气中所含的NOx的吸留量增大的性质，在所述内燃机的排气净化装置中进行第二NOx净化方法，所述第二NOx净化方法是通过使流入排气净化催化剂的废气的空燃比以比该预先决定的周期长的周期变浓来从排气净化催化剂释放吸留NOx而对NOx加以净化的方法。
17.根据权利要求14所述的内燃机的排气净化装置，其中，
第二NOx净化方法和通过从烃供给阀以所述预先决定的周期喷射烃对废气中所含的NOx进行净化的第一NOx净化方法被选择性地使用。
18.根据权利要求15所述的内燃机的排气净化装置，其中，
第二NOx净化方法和通过从烃供给阀以所述预先决定的周期喷射烃对废气中所含的NOx进行净化的第一NOx净化方法被选择性地使用。
19.根据权利要求16所述的内燃机的排气净化装置，其中，
第二NOx净化方法和通过从烃供给阀以所述预先决定的周期喷射烃对废气中所含的NOx进行净化的第一NOx净化方法被选择性地使用。
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