CN104541029B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气净化装置，在内燃机中，在排气通道内配置有排气净化催化剂(13)以及碳氢化合物供给阀(15)。选择性地使用第一NOx净化方法和第二NOx净化方法，其中，所述第一NOx净化方法为，通过以预先规定的周期从碳氢化合物供给阀喷射碳氢化合物，从而对废气中所含有的NOx进行净化的方法，所述第二NOx净化方法为，通过以与预先规定的周期相比而较长的周期使流入到排气净化催化剂中的废气的空燃比成为过浓，从而使吸留的NOx从排气净化催化剂中释放并对NOx进行净化的方法。并且对在排气净化催化剂中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。在判断为产生了堵塞时使用第二NOX净化方法。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。
背景技术
公知一种如下的内燃机的排气净化装置(例如参照专利文献1)，其在如下条件下，选择性地使用第一NOx净化方法和第二NOx净化方法，所述条件为，在内燃机排气通道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道内配置碳氢化合物供给阀，在排气净化催化剂的废气流通表面上负载有贵金属催化剂并且在贵金属催化剂周围形成有碱性的废气流通表面部分，排气净化催化剂具有，在使流入到排气净化催化剂中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的振幅以及预先规定的范围内的周期而进行振动时对废气中所含有的NOX进行还原的性质，并且具有在使碳氢化合物浓度的振动周期与该预先规定的范围相比而较长时使废气中所含有的NOX的吸留量增大的性质，其中，所述第一NOX净化方法为，通过以预先规定的范围内的周期从碳氢化合物供给阀喷射碳氢化合物，从而对废气中所含有的NOX进行净化的方法，所述第二NOX净化方法为，通过以与预先规定的范围内的周期相比而较长的周期使流入到排气净化催化剂中的废气的空燃比成为过浓，从而使吸留的NOX从排气净化催化剂中释放并对NOX进行净化的方法。在此排气净化装置中，例如在排气净化催化剂的温度较高时实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用，在排气净化催化剂的温度较低时实施通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/114501号
发明内容
本发明所要解决的课题
另外，虽然从内燃机排出的废气中包含各种微粒，但是通常这些微粒会穿过排气净化催化剂，因此通常这些微粒不会堆积于排气净化催化剂的上游侧端面上或者排气净化催化剂内。但是，当实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化时，由于在排气净化催化剂中，除了从内燃机排出的微粒之外，从碳氢化合物供给阀喷射的碳氢化合物也以较高的频度而流入，因此存在这些微粒和碳氢化合物逐渐堆积于排气净化催化剂的上游侧端面上的可能性。即，如果将从内燃机排出的微粒以及从碳氢化合物供给阀喷射的碳氢化合物称作废气中的微粒，则在实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时，废气中的微粒将堆积于排气净化催化剂的上游侧端面上。而且，在后文中将进行详细叙述，当废气中的微粒持续流入到排气净化催化剂的上游侧端面上时，将会产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。
当在排气净化催化剂的上游侧端面上产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，流入到排气净化催化剂内的碳氢化合物的量将会减少。此时，为了生成还原性中间体而使用的碳氢化合物量将会减少。因此当流入到排气净化催化剂中的碳氢化合物的量减少时，还原性中间体的生成量将会减少，其结果为，NOX净化率将会降低。因此，当在排气净化催化剂的上游侧端面上产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，如果实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用，则存在无法切实地对NOX进行净化的可能性。
本发明的目的在于，提供一种内燃机的异常检测装置，所述内燃机的异常检测装置即使在排气净化催化剂中产生了堵塞时也能够切实地对NOX进行净化。
用于解决本课题的方法
根据本发明，提供一种内燃机的排气净化装置，其在如下条件下，选择性地使用第一NOX净化方法和第二NOX净化方法，并对排气净化催化剂中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断，在判断为排气净化催化剂中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，实施通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用，其中，所述条件为，在内燃机排气通道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道内配置碳氢化合物供给阀，且在该排气净化催化剂的废气流通表面上负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，在使流入到排气净化催化剂中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的振幅以及预先规定的范围内的周期而进行振动时对废气中所含有的NOX进行还原的性质，并具有在使该碳氢化合物浓度的振动周期长于该预先规定的范围时使废气中所含有的NOX的吸留量增大的性质，所述第一NOX净化方法为，通过以该预先规定的范围内的周期从碳氢化合物供给阀喷射碳氢化合物，从而对废气中所含有的NOX进行净化的方法，所述第二NOX净化方法为，通过以与该预先规定的范围内的周期相比而较长的周期使流入到排气净化催化剂中的废气的空燃比成为过浓，从而使吸留的NOX从排气净化催化剂中释放并对NOX进行净化的方法。
发明效果
即使在排气净化催化剂中产生了堵塞时也能够切实地对NOX进行净化。
附图说明
图1为压缩点火式内燃机的整体图。
图2为图解表示催化剂载体的表面部分的图。
图3为用于对排气净化催化剂中的氧化反应进行说明的图。
图4为表示向排气净化催化剂流入的流入废气的空燃比的变化的图。
图5为表示NOX净化率的图。
图6A以及6B为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为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为表示向排气净化催化剂流入的流入废气的空燃比的变化的图。
图9为表示NOX净化率的图。
图10为表示碳氢化合物的喷射周期ΔT与NOX净化率之间的关系的图。
图11为表示碳氢化合物的喷射量的映射图。
图12为表示NOX释放控制的图。
图13为表示排出NOX量NOXA的映射图的图。
图14为表示燃料喷射正时的图。
图15为表示燃料供给量WR的映射图的图。
图16A以及16B为图1所示的排气净化催化剂周围的放大图。
图17A以及17B为表示其他实施例的排气净化催化剂周围的放大图。
图18为表示排气管内的压力与颗粒过滤器的前后差压的变化的图。
图19为用于实施NOX净化控制的流程图。
图20为用于判断堵塞的流程图。
图21为用于执行第二NOX净化方法的流程图。
图22A以及22B为表示堵塞判断的其他实施例的图。
图23A以及23B为根据本发明而实施的其他实施例中的排气净化催化剂周围的放大图。
图24A以及24B为表示其他实施例的排气净化催化剂周围的放大图。
图25为表示端面闭塞率与每单位截面面积的流量的变化的图。
图26A以及26B为表示空燃比传感器的输出值的变化的图。
图27为表示空燃比传感器的输出值的变化的图。
图28为用于判断堵塞的流程图。
图29为表示空燃比传感器的输出值的变化的图。
图30为用于对堵塞进行检测的流程图。
图31为用于对堵塞进行检测的流程图。
图32为用于实施NOX净化控制的流程图。
具体实施方式
在图1中图示了压缩点火式内燃机的整体图。
当参照图1时，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而被连结于排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，压缩机7a的入口经由吸入空气量检测器8而被连结于空气滤清器9。在进气管道6内配置有通过作动器而被驱动的节气门10，在进气管道6周围配置有用于对流过进气管道6内的吸入空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至冷却装置11内，吸入空气通过内燃机冷却水而被冷却。
另一方面，排气歧管5被连结于排气涡轮增压器7的排气汽轮机7b的入口，排气汽轮机7b的出口经由排气管12a而被连结于排气净化催化剂13的入口。在根据本发明而实施的实施例中，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而被连结于颗粒过滤器14上。在排气净化催化剂13上游的排气管12a内配置有碳氢化合物供给阀15，所述碳氢化合物供给阀15用于供给由作为压缩点火式内燃机的燃料而使用的轻油及其他燃料组成的碳氢化合物。在图1所示的实施例中，作为从碳氢化合物供给阀15供给的碳氢化合物而使用了轻油。另外，本发明还能够应用于在过稀空燃比下实施燃烧的火花点火式内燃机中。此时，从碳氢化合物供给阀15供给有由作为火花点火式内燃机的燃料而使用的汽油及其他燃料组成的碳氢化合物。
另一方面，排气歧管5与进气歧管4经由废气再循环(以下称作“EGR”)通道16而被相互连结，在EGR通道16内配置有电子控制式EGR控制阀17。此外，在EGR通道16的周围配置有冷却装置18，所述冷却装置18用于对流过EGR通道16内的EGR气体进行冷却。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入至冷却装置18内，并通过内燃机冷却水而对EGR气体进行冷却。各燃料喷射阀3经由燃料供给管19而被连结于共轨20上，该共轨20通过电子控制式的喷出量可变的燃料泵21而被连结于燃料罐22上。燃料罐22内所储存的燃料通过燃料泵21而被供给至共轨20内，被供给至共轨20内的燃料经由各燃料供给管19而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，其具备通过双向性主线31而被相互连接在一起的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(中央处理器)34、输入端口35以及输出端口36。在排气净化催化剂13的下游处安装有温度传感器24，所述温度传感器24用于对从排气净化催化剂13中流出的废气的温度进行检测。从排气净化催化剂13中流出的废气的温度表示排气净化催化剂13的温度。此外，在排气净化催化剂13上游的排气管12a上安装有用于对排气管12a内的压力进行检测的压力传感器25，而且在颗粒过滤器14上安装有用于对颗粒过滤器14的前后差压进行检测的的差压传感器26。这些温度传感器24、压力传感器25、差压传感器26以及吸入空气量检测器8的输出信号各自经由所对应的AD转换器37被输入至输入端口35。此外，在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踩踏量L成比例的输出电压的负载传感器，负载传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37而被输入至输入端口35。在输入端口35上还连接有曲轴转角传感器42，所述曲轴转角传感器42在曲轴每旋转例如15°时产生输出脉冲。另一方面，输出端口36经由对应的驱动电路38而被连接于燃料喷射阀3、节气门10的驱动用作动器、碳氢化合物供给阀15、EGR控制阀17以及燃料泵21上。
图2图解表示了被负载于图1所示的排气净化催化剂13的基体上的催化剂载体的表面部分。在该排气净化催化剂13中，如图2所示，在例如由铝构成的催化剂载体50上负载有由铂Pt构成的贵金属催化剂51，而且在该催化剂载体50上还形成有碱性层53，所述碱性层53包含选自钾K、钠NA、铯Cs这样的碱金属，钡BA、钙CA这样的碱土类金属，镧系元素这样的稀土类金属以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir这样能够向NOX供应电子的金属中的至少一种。在该碱性层53内含有二氧化铈(CeO2)，因此排气净化催化剂13具有氧储存能力。此外，在排气净化催化剂13的催化剂载体50上除了铂Pt之外还能够负载有铑Rh或钯Pd。另外，由于废气沿着催化剂载体50上流动，因此也可以说贵金属催化剂51被负载于排气净化催化剂13的废气流通表面上。此外，由于碱性层53的表面呈碱性，因此碱性层53的表面被称作“碱性的废气流通表面部分54”。
当碳氢化合物从碳氢化合物供给阀15被喷射到废气中时，该碳氢化合物将在排气净化催化剂13中被重整。在本发明中使用此时被重整了的碳氢化合物而对排气净化催化剂13中NOX进行净化。图3图解表示了此时排气净化催化剂13中所实施的重整作用。如图3所示，从碳氢化合物供给阀15被喷射的碳氢化合物HC通过贵金属催化剂51而成为了碳数较少的基状的碳氢化合物HC。
图4图示了从碳氢化合物供给阀15供给的碳氢化合物的供给正时与向排气净化催化剂13流入的流入废气的空燃比(A/F)in的变化。另外，由于该空燃比(A/F)in的变化依存于流入到排气净化催化剂13中的废气中的碳氢化合物的浓度变化，因此也可以说图4所示的空燃比(A/F)in的变化表示了碳氢化合物的浓度变化。但是，由于当碳氢化合物浓度变高时空燃比(A/F)in将变小，因此在图4中空燃比(A/F)in越成为过浓侧则碳氢化合物浓度越增高。
图5图示了相对于排气净化催化剂13的各催化剂温度TC的、如下情况下的排气净化催化剂13的NOX净化率，所述排气净化催化剂13的NOX净化率为，通过使流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度周期性地变化，从而如图4所示，在向排气净化催化剂13流入的流入废气的空燃比(A/F) in周期性地设为过浓时的排气净化催化剂13所实现的NOX净化率。而且，通过长时间的与NOX净化相关的研究，结果发现，当使流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的振幅以及预先规定的范围内的周期而进行振动时，如图5所示，即使在400℃以上的高温区域中也能够获得极高的NOX净化率。
而且发现，此时包含氮以及碳氢化合物的大量的还原性中间体被保持或持续吸附于碱性层53的表面上、即排气净化催化剂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净化率的方面发挥了核心的作用。接下来，参照图6A以及6B对这种情况进行说明。另外，这些图6A以及6B图解表示了排气净化催化剂13的催化剂载体50的表面部分，在这些图6A以及6B中图示了，推测为在流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的振幅以及预先规定的范围内的周期进行振动时将会产生的反应。
图6A图示了流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度较低时的情况，图6B图示了从碳氢化合物供给阀15供给碳氢化合物从而将向排气净化催化剂13流入的流入废气的空燃比(A/F)in设为过浓时、即流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度变高时的情况。
而且，从图4可知，由于流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比除了一瞬间以外均被维持为过稀，因此流入到排气净化催化剂13中的废气通常处于氧过剩状态。此时废气中所包含的NO的一部分附着于排气净化催化剂13上，废气中所包含的NO的一部分如图6A所示在铂51上被氧化而成为NO2，接着该NO2进一步被氧化而成为NO3。此外，NO2的一部分成为NO2 －。因此在铂PT51上生成有NO2 －和NO3。附着于排气净化催化剂13上的NO以及在铂PT51上生成的NO2 －与NO3活性变强，因此以下将这些NO、NO2 －以及NO3称作活性NOX ＊。
另一方面，当从碳氢化合物供给阀15供给有碳氢化合物并且向排气净化催化剂13流入的流入废气的空燃比(A/F)in被设为过浓时，该碳氢化合物将遍及排气净化催化剂13的整体而依次附着。这些附着的碳氢化合物的大部分依次与氧反应并燃烧，所附着的碳氢化合物的一部分依次如图3所示而在排气净化催化剂13内被重整而成为基。因此，如图6B所示，活性NOX ＊周围的碳氢化合物浓度将变高。但是在生成了活性NOX ＊之后，当活性NOX ＊周围的氧气浓度较高的状态持续固定时间以上时活性NOX ＊将会被氧化，并以硝酸离子NO3 －的形态被吸收至碱性层53内。但是在经过该固定时间之前当活性NOX ＊周围的碳氢化合物浓度被设为较高时，如图6B所示，活性NOX ＊将在铂51上与基状的碳氢化合物HC反应，并由此生成还原性中间体。该还原性中间体被附着或吸附于碱性层53的表面上。
另外，此时认为第一次生成的还原性中间体为硝基化合物R－NO2。虽然在该硝基化合物R－NO2被生成时将会变成腈化合物R－CN，但是由于该腈化合物R－CN在该状态下只能瞬间存在，因此立即就会变成异氰酸酯化合物R－NCO。当该异氰酸酯化合物R－NCO加水分解时将变为胺化合物R－NH2。但是此时，认为被加水分解的是异氰酸酯化合物R－NCO的一部分。因此如图6B所示，认为被保持或吸附于碱性层53的表面上的还原性中间体的大部分为异氰酸酯化合物R－NCO以及胺化合物R－NH2。
另一方面，如图6B所示，在所生成的还原性中间体的周围附着有碳氢化合物HC时，还原性中间体将被碳氢化合物HC阻挡而不进一步进行反应。此时，流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度将会下降，接着附着于还原性中间体的周围的碳氢化合物因被氧化而消失，由此当还原性中间体周围的氧气浓度变高时，还原性中间体将与废气中的NOX和活性NOX ＊反应、或与周围的氧气反应、或者自体分解。由此，还原性中间体R－NCO和R－NH2如图6A所示而被转换为N2、CO2、H2O，进而使NOX被净化。
如此，在排气净化催化剂13中，通过使流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度变高，从而生成了还原性中间体，在减小流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度之后，在氧气浓度变高时还原性中间体将与废气中的NOX、活性NOX ＊和氧气反应、或者自体分解，由此对NOX进行净化。即，利用排气净化催化剂13对NOX进行净化，需要使流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度周期性地变化。
当然，在这种情况下，在生成还原性中间体中需要使碳氢化合物的浓度提高至足够高的浓度，而在使所生成的还原性中间体与废气中的NOX、活性NOX ＊和氧气反应、或者进行自体分解时，需要使碳氢化合物的浓度降低至足够低的浓度。即，需要使流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的振幅而进行振动。另外，在这种情况下，所生成的还原性中间体R－NCO和R－NH2在与废气中的NOX、活性NOX ＊和氧气反应之前、或者自体分解之前，必须使这些还原性中间体保持于碱性层53上、即碱性废气流通表面部分54上，为此而设置了碱性的废气流通表面部分54。
另一方面，当使碳氢化合物的供给周期变长时，在供给了碳氢化合物之后接着供给碳氢化合物的期间内，氧气浓度变高的期间将会变长，因此活性NOX ＊不生成还原性中间体而是以硝酸盐的形态被吸收至碱性层53内。为了避免这种情况，需要使流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的周期进行振动。
因此，在本发明的实施例中，为了使废气中所含有的NOX与被重整的碳氢化合物反应而生成包含氮以及碳氢化合物的还原性中间体R－NCO和R－NH2从而在排气净化催化剂13的废气流通表面上负载有贵金属催化剂51，为了将所生成的还原性中间体R－NCO和R－NH2保持于排气净化催化剂13内从而在贵金属催化剂51周围形成有碱性的废气流通表面部分54，被保持于碱性的废气流通表面部分54上的还原性中间体R－NCO和R－NH2被转换为N2、CO2、H2O，碳氢化合物浓度的振动周期被设为，持续生成还原性中间体R－NCO和R－NH2所需的振动周期。顺便提及，在图4所示的示例中喷射间隔被设为3秒。
在使碳氢化合物浓度的振动周期、即从碳氢化合物供给阀15的碳氢化合物HC的喷射周期长于上述的预先规定的范围内的周期时，还原性中间体R－NCO和R－NH2将从碱性层53的表面上消失，此时在铂PT53上生成的活性NOX ＊如图7A所示，以硝酸离子NO3 －的形态扩散至碱性层53内，并成为硝酸盐。即，在这种情况下废气中的NOX以硝酸盐的形态被吸收至碱性层53内。
另一方面，图7B图示了在NOX如此以硝酸盐的形态被吸收至碱性层53内时流入到排气净化催化剂13内的废气的空燃比被设为理论空燃比或过浓时的情况。在这种情况下，由于废气中的氧气浓度降低从而使反应向反方向(NO3 －→NO2)进行，进而使被吸收至碱性层53内的硝酸盐依次变成硝酸离子NO3 －并如图7B所示以NO2的形态从碱性层53中被释放。接着被释放出的NO2通过废气中所包含的碳氢化合物HC以及CO而被还原。
图8图示了在碱性层53的NOX吸收能力饱和的稍前将流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)in暂时性地设为过浓时的情况。另外，在图8所示的示例中该过浓控制的时间间隔为一分钟以上。在这种情况下，在废气的空燃比(A/F)in过稀时被吸收至碱性层53内的NOX会在废气的空燃比(A/F)in被暂时性地设为过浓时从碱性层53中被一举释放并还原。因此在这种情况下，碱性层53发挥用于暂时性地吸收NOX的吸收剂的作用。
另外，此时也存在碱性层53暂时性地吸附NOX的情况，因此当作为包括吸收以及吸附的双方的用语而使用吸留这样的用语时，此时碱性层53发挥用于暂时性地吸留NOX的NOX吸留剂的作用。即，在这种情况下，当将被供给至内燃机进气通道、燃烧室2以及排气净化催化剂13上游的排气通道内的空气以及燃料(碳氢化合物)的比称作“废气的空燃比”时，排气净化催化剂13作为NOX吸留催化剂而发挥功能，所述NOX吸留催化剂在废气的空燃比过稀时吸留NOX，而当废气中的氧气浓度降低时释放所吸留的NOX。
图9的实线表示以这种方式使排气净化催化剂13作为NOX吸留催化剂而发挥功能时的NOX净化率。另外，图9的横轴表示排气净化催化剂13的催化剂温度TC。在以这种方式使排气净化催化剂13作为NOX吸留催化剂而发挥功能的情况下，如图9中实线所示，在催化剂温度TC从300℃至400℃时能够获得极高的NOX净化率，但是当催化剂温度TC为400℃以上的高温时NOX净化率将会降低。另外，在图9中通过虚线来表示图5所示的NOX净化率。
如此，当催化剂温度TC变为400℃以上时NOX净化率降低的原因在于，当催化剂温度TC为400℃以上时硝酸盐会加热分解并以NO2的形态从排气净化催化剂13中被释放。即，仅以硝酸盐的形态而吸留NOX，在催化剂温度TC较高时获得较高的NOX净化率是比较困难的。但是在图4至图6B所示的新NOX净化方法中，从图6A、6B可以看出，未生成硝酸盐或者即使生成也为极少量，这样如图5所示，即使在催化剂温度TC较高时也能够获得较高的NOX净化率。
在本发明的实施例中，为了能够使用该新NOX净化方法来对NOX进行净化，从而在内燃机排气通道内配置了用于供给碳氢化合物的碳氢化合物供给阀15，在碳氢化合物供给阀15下游的内燃机排气通道内配置了排气净化催化剂13，在排气净化催化剂13的废气流通表面上负载有贵金属催化剂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具有在使流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的振幅以及预先规定的范围内的周期而进行振动时对废气中所含有的NOX还原的性质，并具有在使碳氢化合物浓度的振动周期长于该预先规定的范围时使废气中所含有的NOX的吸留量增大的性质，在内燃机运转时以预先规定的范围内的周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，由此在排气净化催化剂13中对废气中所含有的NOX进行还原。
即，可以说图4至图6B所示的NOX净化方法为，在使用负载有贵金属催化剂且形成有能够吸收NOX的碱性层的排气净化催化剂的情况下，在几乎不形成硝酸盐的条件下对NOX进行净化的新NOX净化方法。实际上，在使用该新NOX净化方法的情况下，与使排气净化催化剂13作为NOX吸留催化剂而发挥功能的情况相比，从碱性层53中检测出的硝酸盐为极少量。另外，以下将该新NOX净化方法称作“第一NOX净化方法”。
首先，如前文所述，当来自碳氢化合物供给阀15的碳氢化合物的喷射周期ΔT变长时，在喷射了碳氢化合物之后接着喷射碳氢化合物的期间内，活性NOX ＊周围的氧气浓度变高的期间将会变长。此时，在图1所示的实施例中，当碳氢化合物的喷射周期ΔT长于5秒程度时活性NOX ＊以硝酸盐的形态开始被吸收至碱性层53内，因此如图10所示，当碳氢化合物浓度的振动周期ΔT长于5秒程度时NOX净化率将会降低。因此在图1所示的实施例中，需要将碳氢化合物的喷射周期ΔT设为5秒以下。
另一方面，在本发明的实施例中，当碳氢化合物的喷射周期ΔT变为大致0.3秒以下时所喷射的碳氢化合物将开始堆积于排气净化催化剂13的废气流通表面上，因此如图10所示，当碳氢化合物的喷射周期ΔT变为大致0.3秒以下时NOX净化率将会降低。因此，在本发明的实施例中，碳氢化合物的喷射周期被设为0.3秒至5秒之间。
首先，在本发明的实施例中，通过使来自碳氢化合物供给阀15的碳氢化合物喷射量以及喷射正时变化从而使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)in以及喷射周期ΔT被控制为与内燃机的运转状态相对应的最佳值。此时，在本发明的实施例中，实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时的最佳的碳氢化合物喷射量W，作为加速踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数而以图11所示的这种映射图的形式被预先存储于ROM32内，此外，此时的最佳的碳氢化合物的喷射周期ΔT也作为加速踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数而以映射图的形式被预先存储于ROM32内。
接下来，参照图12至图15对使排气净化催化剂13作为NOX吸留催化剂而发挥功能的情况下的NOX净化方法进行具体说明。如此，以下将使排气净化催化剂13作为NOX吸留催化剂而发挥功能的情况下的NOX净化方法称作“第二NOX净化方法”。
在该第二NOX净化方法中，如图12所示，在碱性层53所吸留的吸留NOX量ΣNOX超过预先规定的容许量MAX时，流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)in被暂时性地设为过浓。在废气的空燃比(A/F)in被设为过浓时，废气的空燃比(A/F)in过稀时被吸留于碱性层53内的NOX从碱性层53中被一举释放并还原。由此使NOX被净化。
吸留NOX量ΣNOX例如根据从内燃机排出的NOX量而被计算出。在依据本发明而实施的实施例中，从内燃机每单位时间排出的排出NOX量NOXA作为加速踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数而以图13所示的这种映射图的形式被预先存储于预先ROM32内，根据该排出NOX量NOXA来对吸留NOX量ΣNOX进行计算。在这种情况下，如前文所述，废气的空燃比(A/F)in被设为过浓的周期通常为一分钟以上。
在该第二NOX净化方法中，如图14所示，通过从燃料喷射阀3向燃烧室2内喷射燃烧用燃料Q和追加的燃料WR，从而使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)in被设为过浓。另外，图14的横轴表示曲轴转角。在该追加的燃料WR虽然进行燃烧但并未作为内燃机输出来表现的正时，即在压缩上止点之后且ATDC90°的稍靠前处被喷射。该燃料量WR作为加速踏板40的踩踏量L以及内燃机转速N的函数而以图15所示的这种映射图的形式被预先存储于ROM32内。当然，在这种情况下，通过使来自碳氢化合物供给阀15的碳氢化合物的喷射量增大，也能够将废气的空燃比(A/F)in设为过浓。
首先，在依据本发明而实施的实施例中，选择性地实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用和通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用。例如以如下的方式来决定实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用与通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用中的哪一个。即，实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时的NOX净化率如图5所示，当排气净化催化剂13的温度TC为边界温度TX以下时开始急速地下降。相对于此，如图所示，实施通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用时的NOX净化率在排气净化催化剂13的温度TC下降时相对缓慢地降低。因此在本发明的实施例中，在排气净化催化剂13的温度TC与边界温度TX相比而较高时实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用，在排气净化催化剂13的温度TC与边界温度TX相比而较低时实施通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用。
而且，虽然从内燃机排出的废气中包含有各种微粒，但是通常这些微粒会穿过排气净化催化剂13，因此通常不会出现这些微粒堆积于排气净化催化剂13的上游侧端面上、或者排气净化催化剂13内的情况。但是，在实施前文所述的新NOX净化方法、即通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化时，由于除了从内燃机排出的微粒之外，在排气净化催化剂13中还以较高的频度而流入有从碳氢化合物供给阀15所喷射的碳氢化合物，因而这些微粒和碳氢化合物将逐渐堆积在排气净化催化剂13的上游侧端面上。另外，在这种情况下，如果将从内燃机排出的微粒以及从碳氢化合物供给阀15所喷射的碳氢化合物称作“废气中的微粒”，则在实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时，在排气净化催化剂13的上游侧端面上将会堆积废气中的微粒。
但是，一般而言，由于内燃机排气***的结构等的影响，废气并非相对于排气净化催化剂13的上游侧端面而同样地流入，更何况从内燃机排出的微粒和从碳氢化合物供给阀15所喷射的碳氢化合物、即废气中的微粒通常就更不会相对于排气净化催化剂13的上游侧端面而同样地流入。即，废气中的微粒通常会偏向排气净化催化剂13的上游侧端面的一部分的区域而流入。如此，当在排气净化催化剂13的上游侧端面的一部分的区域中废气中的微粒持续偏向流入时将会产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。接下来，参照图16A以及16B对这种情况进行说明。
图16A图示了图1的排气净化催化剂13的放大图，图16B图示了图16A的立体图。在本发明的实施例中，如图16A以及16B所示，排气净化催化剂13被收纳于筒状的外壳60内，在外壳60的内部后端形成有具有与排气净化催化剂13的下游侧端面相同的直径的传感器配置空间61。从图16A以及16B可知，在该传感器配置空间61内配置有温度传感器24。此外，从图16A以及16B可知，在本发明的实施例中，排气净化催化剂13由具有在排气净化催化剂13的轴线方向上延伸的多个排气流通道的连续流型催化剂形成，从排气净化催化剂13的上游侧端面流入到排气净化催化剂13中的废气沿着排气净化催化剂13的轴线而径直流入到排气净化催化剂13内的排气流通道内，并从排气净化催化剂13的下游侧端面流出。
而且，在废气中的微粒较多的情况下，将会偏向排气净化催化剂13的上游侧端面的周边区域的某一部分而流入。图16A以及16B表示如下的情况，即废气中的微粒偏向排气净化催化剂13的上游侧端面周边部的下方区域CL而流入，其结果为，在排气净化催化剂13的上游侧端面周边部的下方区域CL中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。通常，当内燃机排气***的结构和碳氢化合物供给阀15的安装位置确定时，与此相对应，排气净化催化剂13的上游侧端面中的堵塞区域CL也将必然确定。图17A以及17B图示了如下的具体示例，即排气管12a在排气净化催化剂13的上游侧端面的近前处被弯曲90度以上，并在与该弯曲部相比靠上游处安装有碳氢化合物供给阀15。在该具体的示例中，能够容易地理解到，在与排气管12a延伸的方向相反的方向上的排气净化催化剂13的上游侧端面的周边部处，形成了堵塞区域CL。
如此，在排气净化催化剂13的上游侧端面周边部中可能会产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞的、有限的一部分区域CL是能够预测的。因此，在本发明的实施例中，将在排气净化催化剂13的上游侧端面周边部处可能会产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞的、有限的一部分区域CL预先预测为微粒堆积区域。在这种情况下，实际上该微粒堆积区域CL是通过实验而求取的。
此外，在本发明的实施例中，排气净化催化剂13由具有在排气净化催化剂13的轴线方向上延伸的多个排气流通道的连续流型的催化剂构成，因此，在图16B以及17B中，从微粒堆积区域CL流入到排气净化催化剂13的排气流通道内的废气，从在排气净化催化剂13的长边轴线上位于与微粒堆积区域CL相反的一侧的排气净化催化剂13的下游侧端面上的对应区域DL流出。
而且，在实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时，从碳氢化合物供给阀15所喷射的碳氢化合物的大部分在排气净化催化剂13内为了消耗氧气而被使用，仅剩余一部分的碳氢化合物用于生成还原性中间体而被使用。此时，即使流入到排气净化催化剂13内的碳氢化合物的量减小，但为了消耗氧气而被使用的碳氢化合物的量也不会发生变化，此时，用于生成还原性中间体而被使用的碳氢化合物量将会减少。因此当流入到排气净化催化剂13中的碳氢化合物的量减少时，还原性中间体的生成量将会减少，其结果为，NOX净化率将会降低。
并且，当在排气净化催化剂13的上游侧端面的一部分的区域、即微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，流入到排气净化催化剂13内的碳氢化合物的量将会减少。其结果为，如上所述，还原性中间体的生成量将会减少，NOX净化率将会降低。如此，在实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时，当流入到排气净化催化剂13内的碳氢化合物的量稍微减少时，NOX净化率将会较大程度地下降，因此当在排气净化催化剂13的上游侧端面的小部分的区域中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，NOX净化率将会较大程度地下降。
即，在排气净化催化剂13中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，存在即使实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用也不能切实地对NOX进行净化的可能性。此外，存在为了NOX净化而不能有效地利用从碳氢化合物供给阀15喷射的碳氢化合物的可能性。而且，还存在废气中的微粒向形成堵塞的微粒的附着被促进，从而使排气净化催化剂13中产生的堵塞扩大的可能性。
因此，在本发明的实施例中，对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断，并在判断为排气净化催化剂13中产生了堵塞时实施通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用。
但是，在催化剂温度TC相当高时，从图9可知，通过第二NOX净化方法而获得较高的NOX净化率是较为困难的。因此，在本发明的实施例中，在判断为排气净化催化剂13中产生了堵塞时，对催化剂温度TC是否低于预先规定的设定温度进行判断，在判断为催化剂温度TC低于设定温度时实施通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用。另一方面，在判断为催化剂温度TC高于设定温度时，实施用于去除堆积于排气净化催化剂13中的微粒的端面再生处理。其结果为，排气净化催化剂13的堵塞被去除。因此，容许发挥通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用，并能够切实地对NOX进行净化。
在端面再生处理中，实施在使排气净化催化剂13的上游侧端面的温度上升之后维持为500℃以上、优选为600℃以上的升温控制。在本发明的一个实施例中，通过以使废气的空燃比(A/F)in暂时性地成为过浓的方式而从燃料喷射阀3喷射追加的燃料、或者从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，从而实施升温控制。其结果为，废气的温度被升高，并使排气净化催化剂13的上游侧端面的温度通过高温的废气而被升高。换言之，在该示例中基于过浓空燃比来实施升温控制。接着，当升温控制结束时，废气的空燃比(A/F)in恢复为过稀。其结果为，在高温的排气净化催化剂13中被供给有大量的氧气，如此形成堵塞的微粒将会被氧化去除。另外，由于在该示例的升温控制中废气的空燃比(A/F)in被设为过浓，因此排气净化催化剂13所吸留的NOX被释放。
在依据本发明而实施的另一实施例中，通过以将废气的空燃比(A/F)in维持为过稀的方式从燃料喷射阀3喷射追加的燃料、或者从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，从而实施升温控制。换言之，在过稀空燃比的条件下实施升温控制。在此另外的示例中形成堵塞的微粒也被氧化去除。但是，当在过浓空燃比下实施上升温处理时，与在过稀空燃比下实施升温控制相比能够使排气净化催化剂13的温度迅速地升高。
在依据本发明而实施的实施例中，由于在催化剂温度TC高于设定温度时实施端面再生处理，因此能够使排气净化催化剂13的上游侧端面的温度迅速地升高。
另一方面，在依据本发明而实施的实施例中，根据排气净化催化剂13上游的排气管12a内的压力PCu以及颗粒过滤器14的前后差压ΔPF，来对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。参照图18对这种情况进行说明。
图18图示了排气管12a内的压力PCu以及颗粒过滤器14的前后差压ΔPF的变化。如图18中实线所示，排气管12a内的压力PCu在车辆行驶距离较短且排气净化催化剂13中未产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞时一点一点地增加，而在车辆行驶距离变长从而排气净化催化剂13中产生了堵塞时急剧增大。相对于此，即使车辆的行驶距离变长，颗粒过滤器14的前后差压ΔPF仍以大致固定的比例而增加。因此，当排气净化催化剂13中产生了堵塞时，排气管12a内的压力PCu与颗粒过滤器14的前后差压ΔPF之差d(＝PCu-ΔPF)将会急剧增大。
因此，在依据本发明而实施的实施例中，在差d大于容许上限值时判断为排气净化催化剂13中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞，在差d小于容许上限值时判断为排气净化催化剂13未产生由微粒的堆积所导致的堵塞。另外，在图18中虚线图示了排气净化催化剂13中未产生堵塞的情况下的排气管12a内的压力PCu。
颗粒过滤器14通常具备差压传感器26，因此能够通过仅设置压力传感器25而对排气净化催化剂13中是否产生了由微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。
图19图示了用于执行依据本发明而实施的实施例的NOX净化控制方法的NOX净化控制程序，该程序以每固定时间的间隔而被执行。
当参照图19时，首先在步骤100中决定实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用与通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用中的哪一个。接着在步骤101中对是否应该实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用进行判断。在应该实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时进入步骤102，并执行排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞的判断程序。该程序如图20所示。接着在步骤103中对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。在判断为排气净化催化剂13中未产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞时，进入步骤104并实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用。即，根据内燃机的运转状态而以预先规定的喷射周期ΔT从碳氢化合物供给阀15喷射图11所示的喷射量W的碳氢化合物。
另一方面，在步骤103中，在判断为排气净化催化剂13中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞时，进入步骤105并对催化剂温度TC是否低于设定温度TC1进行判断。在TC≥TC1时，进入步骤106并实施端面再生控制。相对于此，在TC＜TC1时，进入步骤107并执行如下的程序，即执行通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用的程序。该程序如图21所示。
在步骤101中应该执行通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用时也进入步骤107。
图20图示了在图19的步骤102中所执行的堵塞判断程序。
当参照图20时，首先在步骤120中对差d(＝PCu-ΔPF)进行计算。接着在步骤121中对差d是否大于容许上限值Ud进行判断。在d≤Ud时进入步骤122并判断为排气净化催化剂13中未产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。相对于此，在d＞Ud时进入步骤123并判断为排气净化催化剂13中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。
图21图示了在图19的步骤107中所执行的执行通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用的程序。
当参照图21时，首先在步骤150中根据图13所示的映射图来对每单位时间的排出NOX量NOXA进行计算。接着在步骤151中通过在ΣNOX上加上排出NOX量NOXA从而对吸留NOX量ΣNOX进行计算。接着在步骤152中对吸留NOX量ΣNOX是否超过容许值MAX进行判断。当ΣNOX＞MAX时进入步骤153并根据图15所示的映射图来对追加的燃料量WR进行计算，且实施追加的燃料的喷射作用。此时，流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)in被设为过浓。接着在步骤154中ΣNOX被清零。
接下来，对用于判断排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞的其他实施例进行说明。
当排气净化催化剂13中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞时，排气净化催化剂13的前后差压将会变大。因此，对排气净化催化剂13的前后差压是否超过了容许上限进行判断，在判断为排气净化催化剂13的前后差压超过了容许上限时判断为排气净化催化剂13中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。相对于此，在判断为排气净化催化剂13的前后差压小于容许上限时判断为排气净化催化剂13中未产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。
为了对排气净化催化剂13的前后差压进行检测，在图22A所示的实施例中，分别设置有对排气净化催化剂13上游的排气管12a内的压力进行检测的压力传感器25以及对排气净化催化剂13下游的排气管12b内的压力进行检测的压力传感器27，在图22B所示的实施例中设置有对排气净化催化剂13的前后差压进行检测的差压传感器28。
另外，在图1所示的实施例中也可以认为，在排气管12a内的压力PCu与颗粒过滤器14的前后差压ΔPF之差d(＝PCu－ΔPF)大于容许上限值Ud时，排气净化催化剂13的前后差压大于容许上限，而在差d小于容许上限值Ud时，排气净化催化剂13的前后差压小于容许上限。
接下来，对用于对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断的又一其他实施例进行说明。
在堵塞判断的又一其他实施例中，在排气净化催化剂13下游配置有空燃比传感器23。即，在与图16A以及16B相对应的图23A以及23B所示的示例中，在传感器配置空间61内配置有温度传感器24并且配置有空燃比传感器23。此外，在与图17A以及17B相对应的图24A以及24B所示的示例中，在传感器配置空间61内也配置有空燃比传感器23。而且，在排气净化催化剂 13的下游侧端面上的对应区域DL的紧下游处配置有空燃比传感器23。即，在堵塞判断的其他实施例中，在排气净化催化剂13的下游侧端面周边部的下游处，在沿着排气净化催化剂13的长边轴线观察时位于微粒堆积区域CL的下游侧的废气流通区域内配置有空燃比传感器23。
而且，在堵塞判断的又一其他实施例中，根据排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率来对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。具体而言，在排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率为固定率之前判断为排气净化催化剂13中未产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞，而在排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率为固定率时判断为排气净化催化剂13中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。参照图25对这种情况进行说明。
图25图示了排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率相对于车辆的行驶距离的变化、以及从微粒堆积区域CL的下游的排气净化催化剂13的下游侧端面的每单位截面面积的流出流量的变化。如图25所示，随着车辆的行驶距离增大，排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率最初一点一点地增大，而在超过某时间点R时开始迅速地增大。在堵塞判断的又一其他实施例中，在排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率达到了该R点时，判断为排气净化催化剂13中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。
但是，即使在排气净化催化剂13的上游侧端面的一部分的区域、即微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的轻微堵塞，排气净化催化剂13的前后差压也几乎不会发生变化，排气净化催化剂13的前后差压变大并能够对排气净化催化剂13的上游侧端面的堵塞进行检测是在堆积于排气净化催化剂13的上游侧端面上的微粒的量变得相当多时。另外，在图25中图示了能够通过排气净化催化剂13的前后差压来对排气净化催化剂13的上游侧端面的堵塞进行检测的检测边界。根据图25，R点的排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率与能够根据排气净化催化剂13的前后差压而进行检测的闭塞率相比而相当低，因此，不能根据排气净化催化剂13的前后差压来对排气净化催化剂13的上游侧端面的闭塞率是否达到了R点进行判断。
另一方面，在图25中，GX表示微粒未完全堆积于排气净化催化剂13的上游侧端面上时的、从排气净化催化剂13的下游侧端面的每单位截面面积的流出流量，GA以及GB如图23A至图24B所示，表示在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞的情况下的从排气净化催化剂13的下游侧端面的每单位截面面积的流出流量。另外，GA表示从排气净化催化剂13的长边轴线上位于与未堆积微粒的上游侧端面区域相反的一侧的排气净化催化剂13的下游侧端面上的对应区域的流出流量、即图23A至图24B中A点处的流出流量，GB表示从排气净化催化剂13的长边轴线上位于与微粒堆积区域CL相反的一侧的排气净化催化剂13的下游侧端面上的对应区域DL的流出流量、即图23A至图24B中B点处的流出流量。
从图25可知，即使车辆的行驶距离变长并产生了由排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中的微粒的堆积所导致的堵塞，图23A至图24B的A点处的流出流量GA相对于流出流量GX也只会稍微增大，相对于此，图23A至图24B的B点处的流出流量GB相对于流出流量GX大幅度地减少。此时，当使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时，根据流出流量相对于流出流量GX的偏离，而在从排气净化催化剂13中流出的废气的空燃比的变化中产生差异。即，如图23A至图23B的A点所示在流出流量GA相对于流出流量GX几乎未偏离的情况下，在使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时，图23A至图24B的A点处的废气的空燃比将会瞬时性地变化。相对于此，如图23A至图24B的B点所示，当流出流量GB相对于流出流量GX大幅度地减少时，即使使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化，图23A至图24B的B点处的废气的空燃比也不会瞬时性地变化。
即，图23A至图24B的A点处的废气的空燃比，在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞的情况下与未产生的情况下，在使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时均会瞬时性地变化。因此，根据使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时的图23A至图24B的A点处的废气的空燃比的变化的方式，无法判断出在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中是否产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。
另一方面，图23A至图24B的B点处的废气的空燃比在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中未产生由微粒的堆积所导致的堵塞的情况下，在使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时将瞬时性地变化。相对于此，图23A至图24B的B点处的废气的空燃比在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞的情况下，在使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时不会瞬时性地变化。因此，根据使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时的图23A至图24B的B点处的废气的空燃比的变化的方式，能够判断出在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中是否产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。
因此，在堵塞判断的又一其他实施例中，为了能够对图23A至图24B的B点的废气的空燃比的变化进行检测，从而在排气净化催化剂13的长边轴线上、位于与微粒堆积区域CL相反的一侧的排气净化催化剂13的下游侧端面上的对应区域DL的下游处，配置了空燃比传感器23，并根据该空燃比传感器23的输出值的变化，来对在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中是否产生了由微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。接下来，对于使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时的空燃比传感器23的输出值的变化的方式进行说明，但是在此之前分别参照图26A以及26B，来对堵塞判断的其他实施例中所使用的两种空燃比传感器23的特性进行简单说明。
图26A图示了边界电流型的空燃比传感器的输出电流I与废气的空燃比之间的关系。如图26A所示，该边界电流型的空燃比传感器的输出电流I随着废气的空燃比变大而增大。另外，实际上该输出电流I的变化从空燃比传感器23以电压的变化的形式被读取至电子控制单元30内。另一方面，图26B图示了被称作氧气浓度传感器的空燃比传感器的输出电压V与废气的空燃比之间的关系。如图26B所示，当废气的空燃比大于理论空燃比时该空燃比传感器的输出电压V成为0.1(V)左右的较低的电压V1，而当废气的空燃比小于理论空燃比时成为0.9(V)左右的较高的电压V2。
图27图示了作为空燃比传感器23而使用具有图26A所示的输出特性的边界电流型的空燃比传感器，并使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)瞬时性地变化时的空燃比传感器23的输出电压的变化，另外，在图27中，VO表示在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中未产生由微粒的堆积所导致的堵塞时的空燃比传感器23的输出电压的变化， VX表示在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时的空燃比传感器23的输出电压的变化。
从图27可知，在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中未产生由微粒的堆积所导致的堵塞时，当流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时，空燃比传感器23的输出电压VO也将瞬时性地变化，在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，当流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时，空燃比传感器23的输出电压VX相对于流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比的瞬时的变化而具有延迟并以缓慢的速度而变化。在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2如上所述而变慢的原因在于，从排气净化催化剂13向空燃比传感器23流出的废气的流量如图25的GB所示而减少。
即，当排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中开始产生了由微粒的堆积所导致的堵塞，从而使在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL下游的排气净化催化剂13内流过的废气的流量减少时，在空燃比变化了的废气从排气净化催化剂13的下游侧端面流出之前需要一些时间，其结果为，如图27所示，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2变慢。此外，当排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL由于微粒的堆积而完全堵塞时，空燃比变化了的废气在从排气净化催化剂13的下游侧端面流出之后过一会儿后才环绕到空燃比传感器23的周围。因此，在这种情况下，在空燃比变化了的废气到达空燃比传感器23之前也需要一些时间，其结果为，如图27所示，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2变慢。总之，当在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2将会变慢。
因此，在堵塞判断的又一其他实施例中设定为，在空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2减小时，判断为在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。即，在堵塞判断的又一其他实施例中，在内燃机排气通道内配置排气净化催化剂13，并且在排气净化催化剂13上游的内燃机排气通道内配置碳氢化合物供给阀15，排气净化催化剂13由具有在排气净化催化剂13的长边轴线方向上延伸的多个排气流通道的连续流型的催化剂形成，在排气净化催化剂13的上游侧端面周边部可能产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞的有限的一部分的区域被预测为微粒堆积区域CL，并且在排气净化催化剂13的下游侧端面周边部的下游处，在沿着排气净化催化剂13的长边轴线观察时位于微粒堆积区域CL的下游侧的废气流通区域内，配置空燃比传感器23，在使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时，当在排气净化催化剂13的上游侧端面周边部的微粒堆积区域CL中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞时，与未产生由微粒的堆积所导致的堵塞的情况相比，空燃比传感器23的输出值的变化速度减小，在对排气净化催化剂13的上游侧端面周边部的微粒堆积区域CL中是否产生了由废弃中的微粒所导致的堵塞进行判断时，使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化，此时在空燃比传感器23的输出值的变化速度减小时，判断为在排气净化催化剂13的上游侧端面周边部的微粒堆积区域CL中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞。
在这种情况下，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度能够通过对空燃比传感器23的输出电压VX在图27中从VX1变化为VX2时的空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1进行计算来求取，此外，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度能够通过对空燃比传感器23的输出电压VX在图27中从VX2变化为VX1时的空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV2进行计算来求取。而且，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度还能够通过对空燃比传感器23的输出电压VX在图27中从VX1变化为VX2之前的时间t1进行计算来求取，此外，空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度还能够通过对空燃比传感器23的输出电压VX在图27中从VX2变化为VX1之前的时间t2进行计算来求取。
即，在使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化时，空燃比传感器23的输出值的变化速度是否减小能够根据此时的空燃比传感器23的输出电压降低所需的时间t1、空燃比传感器23的输出电压的降低速度dV1、空燃比传感器23的输出电压上升所需的时间t2、以及空燃比传感器23的输出电压的上升速度dV2中的任意一个来进行判断。如此，虽然空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度能够通过各种方法来求取，但是以下以通过对空燃比传感器23的输出电压VX在图27中从VX1变化为VX2之前的时间t1进行计算来求取空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度的情况为例，对堵塞判断的其他实施例进行说明。
图28图示了执行堵塞判断的又一其他实施例的程序。该程序在图19的步骤102中被执行。
当参照图28时，首先在步骤220中，实施使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地变化的空燃比变更控制。此时，在堵塞判断的其他实施例中，如图27所示，通过向燃烧室2内供给追加的燃料、或者通过从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，从而使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)暂时性地向过浓侧变化。接着在步骤221中，读取空燃比传感器23的输出电压VX。接着在步骤222中，对空燃比传感器23的输出电压VX在图27中从VX1变化为VX2所需的时间t1进行计算。接着在步骤223中，对时间t1是否超过了预先规定的基准时间Mt进行判断。
在步骤223中，在判断为时间t1未超过预先规定的基准时间Mt时，进入步骤224，并判断为在排气净化催化剂13中并未由于废气中的微粒的堆积而产生堵塞。相对于此，在判断为时间t1超过了预先规定的基准时间Mt时，进入步骤225，并判断为产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。
图29以及图30图示了作为空燃比传感器23而使用具有图26B所示的输出特性的空燃比传感器的情况下的其他实施例。图29图示了在这种情况下使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)暂时性地从过稀变化为过浓时的空燃比传感器23的输出电压的变化。另外，在图29中，VO表示在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中未产生由微粒的堆积所导致的堵塞时的空燃比传感器23的输出电压的变化，VX表示在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时的空燃比传感器23的输出电压的变化。
根据图29，在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中未产生由微粒的堆积所导致的堵塞时，当流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比瞬时性地从过稀变化为过浓时，空燃比传感器23的输出电压VO瞬时性地从V1上升至VS，接着空燃比传感器23的输出电压VO被维持为VS。该VS如图26B所示，表示废气的空燃比为理论空燃比时的空燃比传感器23的输出电压V。即，在排气净化催化剂13具有氧气储存能力的情况下，当使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比从过稀变化为过浓时，在排气净化催化剂13所储存的氧气被消耗之前的期间内，从排气净化催化剂13中流出的废气的空燃比被维持为理论空燃比。因此，如图29所示，当使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比从过稀变化为过浓时，在排气净化催化剂13所储存的氧气被消耗之前的期间内，即，时间tS的期间内，空燃比传感器23的输出电压VO被维持为VS。接着空燃比传感器23的输出电压VO上升至V2。
另一方面可以看出，在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，当使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比从过稀变化为过浓时，空燃比传感器23的输出电压VX相对于流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比的瞬时的变化而具有延迟并以缓慢的速度上升，当流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比从过浓变化为过稀时，空燃比传感器23的输出电压VX相对于流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比的瞬时的变化具有延迟而以缓慢的速度dV2下降。
此外，在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，在流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比从过稀被暂时性地切换为过浓时，空燃比传感器23的输出电压VX从V1上升至VS所需的时间t1以及空燃比传感器23的输出电压VX从V2下降至V1所需的时间t2增大。在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，如上所述空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2将变慢且时间t1、t2增大的原因在于，如前文所述，从排气净化催化剂13向空燃比传感器23流出的废气的流量如图25的GB所示而减少了。
因此，在本发明的第一示例中，在空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2减小时、或者时间t1、t2增大时，判断为在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。
此外，在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，如图29所示，在使流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比从过稀变化为过浓时，空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS增大。即，在这种情况下，由于从排气净化催化剂13向空燃比传感器23流出的废气的流量减少，因此消耗所储存的氧气需要一些时间。其结果为，空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS增大。因此，在这种情况下，在空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS增大了时，能够判断为在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。
另外，当排气净化催化剂13劣化时氧气储存能力将会下降，其结果为，空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS将减少。即，在排气净化催化剂13劣化时空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS并不增大，空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS增大是在上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞之时。因此，根据空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS的变化，能够可靠地检测出在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞的情况。
因此，在本发明的第二示例中，在空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度dV1、dV2减小或者时间t1、t2增大，并且空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS增大了时，判断为在排气净化催化剂13的上游侧端面的微粒堆积区域CL中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。
接下来，以如下情况为例对堵塞判断的又一其他实施例进行说明，即，作为空燃比传感器23而使用图26B所示的输出特性的空燃比传感器，并通过对空燃比传感器23的输出电压VX在图25中从V1变化为VS之前的时间t1进行计算，从而求取空燃比传感器23的输出电压VX的变化速度的情况。另外，在该堵塞判断中，在为了使NOX从排气净化催化剂13中释放而将流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比设为过浓时，对在排气净化催化剂13的上游侧端面周边部的微粒堆积区域CL中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。
图30图示了执行堵塞判断的又一其他实施例的程序的第一例。该程序在图19的步骤102中被执行。
当参照图30时，首先在步骤320中，实施用于将流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比设为过浓的过浓控制。即，根据图15所示的映射图来对追加的燃料量WR进行计算，并实施追加的燃料的喷射作用。此时，从燃烧室2排出的废气的空燃比被设为过浓，流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)in被设为过浓。接着在步骤321中，读取空燃比传感器23的输出电压V。接着在步骤322中，对空燃比传感器23的输出电压VX在图29中从V1变化为VS所需的时间t1进行计算。接着在步骤323中，对时间t1是否超过了预先规定的基准时间Mt进行判断。
在步骤323中，在判断为时间t1未超过预先规定的基准时间Mt时，进入步骤324，并判断为在排气净化催化剂13中并未由于微粒的堆积而产生堵塞。接着跳转至步骤326。相对于此，在步骤323中，在判断为时间t1超过了预先规定的基准时间Mt时，进入步骤325，并判断为产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。接着进入步骤326。在步骤326中，ΣNOX被清零。
图31图示了执行堵塞判断的又一其他实施例的程序的第二例。该程序在图19的步骤102中被执行
当参照图31时，首先在步骤420中，实施用于将流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比设为过浓的过浓控制。即，根据图15所示的映射图来对追加的燃料量WR进行计算，并实施追加的燃料的喷射作用。此时，流入到排气净化催化剂13中的废气的空燃比(A/F)in被设为过浓。接着在步骤421中，读取空燃比传感器23的输出电压V。接着在步骤422中，对空燃比传感器23的输出电压VX在图29中从V1变化为VS所需的时间t1进行计算。接着在步骤423中，对空燃比传感器23的输出电压VX被维持为VS的时间tS进行计算。
接着在步骤424中，对时间t1是否超过了预先规定的基准时间Mt进行判断。在步骤424中，在判断为时间t1未超过预先规定的基准时间Mt时，进入步骤426，并判断为未由于微粒的堆积而产生堵塞。接着跳转至步骤428。相对于此，在步骤424中，在判断为时间t1超过了预先规定的基准时间Mt时，进入步骤425，并对时间tS是否超过了预先规定的基准时间MS进行判断。在步骤425中，在判断为时间tS未超过预先规定的基准时间MS时，进入步骤426，并判断为未由于微粒的堆积而产生堵塞。接着跳转至步骤428。
相对于此，在步骤425中，在判断为时间tS超过了预先规定的基准时间MS时，进入步骤427，并判断为产生了由微粒的堆积所导致的堵塞。接着，进入步骤428。在步骤428中，ΣNOX被清零。
接下来，参照图32对NOX净化控制的其他实施例进行说明。
在图19所示的实施例中，首先对是否实施第一NOX净化方法进行判断，在应该实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。
相对于此，在图32所示的实施例中，首先对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断，在判断为未产生堵塞时对是否实施第一NOX净化方法进行判断。
图32图示了用于执行依据本发明而实施的其他实施例的NOX净化控制方法的NOX净化控制程序，该程序以每固定时间的间隔而被执行。
当参照图32时，首先在步骤200中，执行排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞的判断程序。该程序例如如图20所示。接着在步骤201中对排气净化催化剂13中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。在判断为排气净化催化剂13中并未产生由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞时，进入步骤202，并对实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用与通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用中的哪一个进行决定。接着在步骤203中，对是否应该实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用进行判断。在应该实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用时，进入步骤204，并实施通过第一NOX净化方法而实现的NOX净化作用。即，图11所示的喷射量W的碳氢化合物根据内燃机的运转状态以预先规定的喷射周期ΔT从碳氢化合物供给阀15被喷射。在步骤203中，在应该执行通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用时，进入步骤205并执行如下的程序，该程序为执行通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用的程序。该程序如图21所示。
在步骤201中，在判断为排气净化催化剂13中产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞时，进入步骤206，并对催化剂温度TC是否低于设定温度TC1进行判断。在TC＜TC1时，进入步骤205，并执行用于执行通过第二NOX净化方法而实现的NOX净化作用的程序。相对于此，在TC≥TC1时，进入步骤207并实施端面再生控制。
另外，作为其他实施例，还能够在排气净化催化剂13上游的内燃机排气通道内配置用于使碳氢化合物重整的氧化催化剂。
符号说明
4…进气歧管；
5…排气歧管；
12a、12b…排气管；
13…排气净化催化剂；
14…颗粒过滤器；
15…碳氢化合物供给阀；
25…压力传感器；
26…差压传感器。

Claims (5)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
内燃机排气通道；
排气净化催化剂，其在内燃机排气通道内进行配置并且具有废气流通表面，且在该排气净化催化剂的废气流通表面上负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，在使流入到排气净化催化剂中的碳氢化合物的浓度以预先规定的范围内的振幅以及预先规定的范围内的周期而进行振动时对废气中所含有的NOx进行还原的性质，并具有在使该碳氢化合物浓度的振动周期长于该预先规定的范围时使废气中所含有的NOx的吸留量增大的性质；
碳氢化合物供给阀，其被配置在排气净化催化剂上游的内燃机排气通道内；
电子控制单元，
电子控制单元选择性地使用第一NOx净化方法和第二NOx净化方法，并且电子控制单元对排气净化催化剂中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断，在判断为排气净化催化剂中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，实施通过第二NOx净化方法而实现的NOx净化作用，所述第一NOx净化方法为，通过以该预先规定的范围内的周期从碳氢化合物供给阀喷射碳氢化合物，从而对废气中所含有的NOx进行净化的方法，所述第二NOx净化方法为，通过以与该预先规定的范围内的周期相比而较长的周期使流入到排气净化催化剂中的废气的空燃比成为过浓，从而使吸留的NOx从排气净化催化剂中释放并对NOx进行净化的方法。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在判断为排气净化催化剂中产生了由微粒的堆积所导致的堵塞时，对排气净化催化剂的温度是否低于预先规定的设定温度进行判断，在判断为排气净化催化剂的温度低于设定温度时，实施通过第二NOx净化方法而实现的NOx净化作用。
3.如权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在判断为排气净化催化剂的温度高于设定温度时，实施用于去除排气净化催化剂中所堆积的微粒的端面再生控制。
4.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
设置有对排气净化催化剂上游的排气通道内的压力进行检测的压力传感器、和对被配置于排气净化催化剂下游的排气通道内的颗粒过滤器的前后差压进行检测的差压传感器，并且根据该排气净化催化剂上游的排气通道内的压力以及颗粒过滤器的前后差压，来对排气净化催化剂中是否产生了由废气中的微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。
5.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在排气净化催化剂下游的排气通道内配置有空燃比传感器，流入到排气净化催化剂中的废气的空燃比被瞬时性地改变，根据此时的空燃比传感器的输出而对排气净化催化剂中是否产生了由微粒的堆积所导致的堵塞进行判断。
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