CN104704214A - 火花点火式内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火花点火式内燃机的排气净化装置，其在内燃机排气通道内配置具有储氧功能的三元催化剂(20)、和排气净化催化剂(22)。在内燃机中进行负载运转时，将燃烧室(5)内的空燃比的过稀的程度增大以使三元催化剂(20)的储氧量增大至最大储氧量，并且在三元催化剂(20)的储氧量到达了最大储氧量之后仍使燃烧室(5)内的空燃比维持在过稀而在此后返回至过浓，燃烧室(5)内的空燃比过浓时的贵金属催化剂的中毒量越大，则将此时燃烧室(5)内的空燃比被维持于过稀的时间设定得越长。

Description

火花点火式内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种火花点火式内燃机的排气净化装置。
背景技术
已知一种如下的内燃机，即，在内燃机排气通道内配置三元催化剂，并且在三元催化剂下游的内燃机排气通道内配置在所流入的废气的空燃比过稀时对废气中的NOX进行吸留并在所流入的废气的空燃比被设为过浓时将所吸留的NOX释放的NOX吸留催化剂，并且根据内燃机的运转状态而将内燃机的运转模式切换为，在过稀空燃比的条件下实施燃烧的过稀空燃比运转模式和在理论空燃比的条件下实施燃烧的理论空燃比运转模式中的任意一种(例如参照专利文献1)。
在这种内燃机中，与在理论空燃比的条件下实施燃烧的情况相比，在过稀空燃比的条件下实施燃烧的情况下的燃料消耗量较少，因此，在这种内燃机中，通常在尽可能较宽的运转区域中在过稀空燃比的条件下实施燃烧。然而，如果在内燃机负载增高时在过稀空燃比的条件下实施燃烧，则NOX吸留催化剂的温度将升高，其结果为，因NOX吸留催化剂的NOX吸留能力下降而会使NOX净化率下降。因此，在这种内燃机中，为了不使NOX净化率下降，于内燃机负载升高时，将运转模式从过稀空燃比运转模式切换为理论空燃比运转模式。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-38890号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，如果以这种方式，在内燃机负载升高时在理论空燃比的条件下实施燃烧，则会发生被负载于三元催化剂上的贵金属催化剂中毒，其结果会产生NOX净化率下降这样的问题。
用于解决课题的方法
根据本发明，为了解决上述问题，提供一种火花点火式内燃机的排气净化装置，所述火花点火式内燃机的排气净化装置在内燃机排气通道内配置具有储氧功能的三元催化剂，并将燃烧室内的空燃比反馈控制为理论空燃比且在三元催化剂中对废气中所含有的HC、CO以及NOX同时进行净化，以使三元催化剂的储氧量成为零与最大储氧量之间的值，其中，在成为了燃烧室内的空燃比被反馈控制为理论空燃比时被负载于三元催化剂上的贵金属催化剂的中毒量逐渐增大的内燃机运转状态时、或者贵金属催化剂的中毒量增大而超过了预先规定的容许量时，将燃烧室内的空燃比的过稀的程度与空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大以使三元催化剂的储氧量增大至最大储氧量，并且三元催化剂的储氧量到达了最大储氧量之后仍使燃烧室内的空燃比维持在过稀而在此后返回至过浓，燃烧室内的空燃比过浓时的贵金属催化剂的中毒量越大，则将此时燃烧室内的空燃比被维持于过稀的时间设定得越长。
发明效果
在火花点火式内燃机中，即使内燃机负载升高，也能够确保较高的NOX净化率。
附图说明
图1为内燃机的整体图。
图2为以图解的方式表示三元催化剂的基体的表面部分的图。
图3A及图3B为以图解的方式表示排气净化催化剂的催化剂载体的表面部分等的图。
图4A、图4B及图4C为用于对三元催化剂中的净化作用进行说明的图。
图5A、图5B及图5C为用于对三元催化剂中的中毒作用进行说明的图。
图6A、图6B、图6C及图6D为表示三元催化剂中的中毒量以及燃烧室内的空燃比被维持于过稀的时间的图。
图7A、图7B、图7C及图7D为表示三元催化剂中的中毒量以及将燃烧室内的空燃比设定为过浓的时间的图。
图8A、图8B及图8C为表示燃料喷射时间等的图。
图9A及图9B为用于实施内燃机的运转控制的流程图。
图10A及图10B为对排气净化催化剂中的吸附反应等进行说明的图。
图11A及图11B为对排气净化催化剂中的氧化还原反应进行说明的图。
图12为表示NOX释放控制的图。
图13为表示排出NOX量NOXA的映射表的图。
图14为表示NOX净化率的图。
图15表示从空燃比的过稀向过浓的切换周期ΔTL与NOX净化率之间的关系的图。
图16为表示NOX净化率的图。
图17A及图17B为用于对NOX吸收能力及NO吸附能力进行说明的图。
图18A及图18B为用于对NOX吸收能力及NO吸附能力进行说明的图。
图19A、图19B及图19C为表示从内燃机被排出的废气的空燃比的变化的时序图。
图20为表示向三元催化剂及排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的时序图。
图21为表示内燃机的运转区域的图。
图22为表示内燃机运转时的燃料喷射量等的变化的时序图。
图23为用于实施内燃机的运转控制的流程图。
具体实施方式
在图1中，示出了作为燃料而使用了汽油的火花点火式内燃机的整体图。
如参照图1，则1表示内燃机主体，2表示气缸体，3表示气缸盖，4表示活塞，5表示燃烧室，6表示火花塞，7表示进气阀，8表示进气口，9表示排气阀，10表示排气口。如图1所示，各气缸具备，由用于向燃烧室2内喷射燃料即汽油的电子控制式燃料喷射阀11、和用于向进气口8内喷射燃料即汽油的电子控制式燃料喷射阀12构成的一对燃料喷射阀。各气缸的进气口8经由进气歧管13而与浪涌调整槽14连结，浪涌调整槽14经由进气导管15而被连结于空气滤清器16上。在进气导管15内配置有吸入空气量检测器17、和由作动器18a进行驱动的节气门18。
另一方面，各气缸的排气口10经由排气歧管19而与具有储氧功能的三元催化剂20的入口连结，三元催化剂20的出口经由排气管21而与排气净化催化剂22的入口连结。排气净化催化剂22的出口与NOX选择还原催化剂23连结。另一方面，排气管21和浪涌调整槽14经由废气再循环(以下，称为“EGR”)通道24而被相互连结。在EGR通道24内配置有电子控制式EGR控制阀25，并且在EGR通道24的周围配置有用于对在EGR通道24内流动的废气进行冷却的冷却装置26。在如图1所示的实施例中，内燃机冷却水被引导至冷却装置26内，并通过内燃机冷却水而对废气进行冷却。
电子控制单元30由数字式计算机构成，并具备通过双向母线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(微型中央处理器)34、输入端口35及输出端口36。在三元催化剂20的上游处安装有用于对从内燃机被排出的废气的空燃比进行检测的空燃比传感器27，并且在三元催化剂20的下游处安装有用于对废气中的氧浓度进行检测的氧浓度传感器28。这些空燃比传感器27、氧浓度传感器28以及吸入空气量检测器17的输出信号经由各自所对应的AD转换器37而被输入至输入端口35。此外，在加速踏板40上连接有以与加速踏板40的踩踏量L成比例的方式而产生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而被输入至输入端口35。而且，在输入端口35上连接有例如在曲轴每旋转30°时产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。另一方面，输出端口36经由对应的驱动电路38而与火花塞6、燃料喷射阀11、12、节气门驱动用作动器18a以及EGR控制阀25相连接。
图2为以图解的方式表示三元催化剂20的基体50的表面部分的图。如图2所示，在催化剂载体50上，以层叠状而形成有上部涂层51和下部涂层52。上部涂层51由铑Rh和铈Ce构成，下部涂层52由铂Pt和铈Ce构成。另外，在该情况下，上部涂层51中所含有的铈Ce的量与下部涂层52所含有的铈Ce的量相比而较少。此外，可以使上部涂层51内含有锆Zr，还可以使下部涂层52内含有钯Pd。
图3A为以图解的方式表示排气净化催化剂22的基体55的表面部分的图。如图3A所示，在排气净化催化剂22中，也在基体55上形成有涂层56。该涂层56由例如粉末的集合体构成，图3B表示该粉末的放大图。如参照图3B，在该粉末的例如由铝构成的催化剂载体60上负载有贵金属催化剂61、62，在该催化剂载体60上还形成有碱性层63，所述碱性层63包括选自钾K、钠Na、铯Cs这种碱金属、钡Ba、钙Ca这种碱土金属、镧系元素这种稀土类元素以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir这种向NOX提供电子的金属中的至少一种。由于废气沿着催化剂载体60之上而流动，因此，可以说贵金属催化剂61、62被负载于排气净化催化剂22的废气流通表面上。此外，由于碱性层63的表面呈现碱性，因此，碱性层63的表面被称为碱性的废气流通表面部分。
另一方面，在图3B中，贵金属催化剂61由铂Pt构成，贵金属催化剂62由铑Rh构成。另外，在该情况下，贵金属催化剂61、62均能够由铂Pt构成。此外，在催化剂载体60上，除了铂Pt及铑Rh之外还能够负载有钯Pd，或者能够代替铑Rh而负载有钯Pd。即，被负载于催化剂载体60上的贵金属催化剂61、62由铂Pt、铑Rh及钯Pd中的至少一种构成。
并且，当燃烧室5内在理论空燃比的条件下进行燃烧时，即、从内燃机被排出的废气的空燃比为理论空燃比时，三元催化剂20具有同时减少废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX的功能。因此，在燃烧室5内在理论空燃比的条件下进行燃烧时，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX在三元催化剂20中被净化。
另外，将燃烧室5内的空燃比完全地持续保持在理论空燃比是不可能的，因此，在实际中，从燃料喷射阀11、12喷射的喷射量基于空燃比传感器27的检测信号而被反馈控制，以使从燃烧室5被排出的废气的空燃比大致成为理论空燃比，即、以使从燃烧室5被排出的废气的空燃比以理论空燃比作为中心而进行振动。此外，在该情况下，在废气的空燃比的变动的中心从理论空燃比偏离时，基于氧浓度传感器28的输出信号而对废气的空燃比的变动的中心进行调节，以使其返回至理论空燃比。另外，即使如上所述从燃烧室5被排出的废气的空燃比以理论空燃比为中心而进行了振动，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX也会通过由铈Ce构成的三元催化剂20的储氧能力，而在三元催化剂20中被良好地净化。
接下来，参照图4A、图4B及图4C，进一步对该三元催化剂20中的净化作用进行详细说明。图4A及图4B以图解的方式表示三元催化剂20中的氧化还原反应。图4A表示废气的空燃比相对于理论空燃比而略微过浓时的情况。此时，通过铈Ce而以二氧化铈的形式被保持的氧O2从二氧化铈中被释放，由此，在铂Pt的表面上废气的空燃比成为理论空燃比。其结果为，如图4A所示，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX在三元催化剂20中同时被净化。另一方面，图4B表示废气的空燃比相对于理论空燃比而只略微过稀时的情况。此时，相对于理论空燃比而剩余的氧O2被摄入铈Ce中，由此，在铂Pt的表面上废气的空燃比成为理论空燃比。其结果为，如图4B所示，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX在三元催化剂20中同时被净化。
如此，当使废气的空燃比发生变动，以使来自二氧化铈的氧O2的释放作用以及通过铈Ce而实现的剩余的氧O2的摄入作用能够始终产生时，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX会在三元催化剂20中被良好地净化。在该情况下，为了能够始终产生来自二氧化铈的氧O2的释放作用以及通过铈Ce而实现的剩余的氧O2的摄入作用，从而如图4C所示，只要对燃烧室5内的空燃比进行控制以使三元催化剂20中的储氧量成为零与最大储氧量之间的值、优选为使三元催化剂20中的储氧量成为最大储氧量的大约一半即可。在该情况下，能够根据废气的实际的空燃比与理论空燃比之差以及吸入空气量，而计算出来自二氧化铈的氧O2的释放量以及通过铈Ce而实现的剩余的氧O2的摄入量，因此，能够对三元催化剂20的储氧量进行计算。
因此，根据本发明的实施例，由图4C可知，例如在所计算出的储氧量超过了预先规定的上限值X1时，将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为相对于理论空燃比而略微过浓，并且在所计算出的储氧量低于预先规定的下限值X2时，将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为相对于理论空燃比而只略微过稀。如以这种方式进行设置，则三元催化剂20中的储氧量将被维持在最大储氧量的大约一半，因此，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX在三元催化剂20中被良好地净化。此时，实际上，燃烧室5内的空燃比以理论空燃比为中心而进行着变动。即，根据本发明的实施例，燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比以使三元催化剂20中的储氧量成为零与最大储氧量之间的值，并由此使废气中所含有的HC、CO以及NOX在三元催化剂20中同时被净化。
接下来，参照图5A及图5B，对被负载于三元催化剂20上的贵金属催化剂的中毒作用进行说明。另外，该图5A及图5B以图解的方式示出了作为示例的、对于贵金属催化剂Pt的中毒作用。如图5A所示，当废气的空燃比成为过浓时，在贵金属催化剂Pt的表面上附着有碳氢化合物HC或碳C，其结果为，贵金属催化剂Pt的表面由于这些附着的碳氢化合物HC或碳C而成为中毒。由此，当贵金属催化剂Pt的表面中毒时，NOX净化率将会下降。
另外，当在燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比的情况下内燃机负载较低时、即燃料喷射量较少时，废气的空燃比在过浓的期间内附着在贵金属催化剂Pt的表面上的碳氢化合物HC或碳C的量较少。在该情况下，在废气的空燃比成为过稀时这些碳氢化合物HC或碳C如图5A所示通过废气中的氧O2而被氧化，因此，贵金属催化剂Pt不会中毒。然而，当在燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比的情况下内燃机负载较高时、即燃料喷射量增多时，废气的空燃比在过浓的期间内附着在贵金属催化剂Pt的表面上的碳氢化合物HC或碳C的量增多。在该情况下，在废气的空燃比成为过稀时这些碳氢化合物HC或碳C并未通过废气中的氧O2而被完全氧化，因此，由于碳氢化合物HC或碳C的附着量逐渐增大因而使贵金属催化剂Pt成为中毒。
由此，为了在贵金属催化剂Pt中毒时恢复贵金属催化剂Pt的中毒，从而需要大量的氧O2。因此，在本发明中，在应该恢复贵金属催化剂PT的中毒时，如图5C所示将燃烧室5内的空燃比(A/F)、即基准空燃比(A/F)B设为相对于理论空燃比而较大程度地过稀。即，将燃烧室5内的空燃比的过稀的程度与空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大。此时，由图5C可知，三元催化剂20中的储氧量到达最大储氧量，并且在储氧量到达了最大储氧量之后仍使燃烧室5内的空燃比维持在过稀。接下来，将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为过浓。由此，如果在三元催化剂20中的储氧量到达了最大储氧量之后仍使燃烧室5内的空燃比维持在过稀，则贵金属催化剂Pt的中毒将被恢复。
另一方面，为了使贵金属催化剂Pt的中毒恢复，则需要进行如下设定，即，燃烧室5内的空燃比(A/F)在过浓的期间内负载于贵金属催化剂Pt的表面上的碳氢化合物HC或碳C的量越多，则将燃烧室5内的空燃比(A/F)被维持于过稀的时间ΔTL设定得越长。因此，在本发明中，在使贵金属催化剂Pt的中毒恢复时，将燃烧室5内的空燃比(A/F)的过稀的程度与空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大，并且在三元催化剂20的储氧量达到了最大储氧量之后仍使燃烧室5内的空燃比(A/F)维持在过稀而在此后返回至过浓，燃烧室5内的空燃比(A/F)过浓时的贵金属催化剂的中毒量越大，则将此时燃烧室5内的空燃比(A/F)被维持于过稀的时间ΔTL设定得越长。
图6A表示在燃烧室5内的空燃比(A/F)被设为固定的期间和固定的过浓空燃比时的、由碳氢化合物HC或碳C引起的贵金属催化剂的中毒量与燃料喷射量Q之间的关系，图6B表示在燃烧室5内的空燃比(A/F)以固定的期间被设为固定的过浓空燃比时的、由碳氢化合物HC或碳C引起的贵金属催化剂的中毒量与三元催化剂20的温度TC之间的关系。此外，图6C表示贵金属催化剂的中毒的恢复所需的空燃比的过稀时间ΔTL与燃料喷射量Q之间的关系，图6D表示贵金属催化剂的中毒的恢复所需的空燃比的过稀时间ΔTL与三元催化剂20的温度TC之间的关系。
如图6A所示，燃料喷射量Q越增大，即内燃机负载越变高，则燃烧室5内的空燃比(A/F)以固定的期间被设为固定的过浓空燃比时的、废气中的碳氢化合物HC的量越增大，因此，燃料喷射量Q越增大、即内燃机负载越变高，则过浓期间内附着在贵金属催化剂Pt的表面上的碳氢化合物HC或碳C的量越增大。因此，如图6C所示，在以上述方式使贵金属催化剂的中毒恢复时，越增大燃料喷射量Q、即内燃机负载越变高，则空燃比的过稀时间ΔTL被设定得越长。
另一方面，如图6B所示，三元催化剂20的温度TC越变高，则燃烧室5内的空燃比(A/F)以固定的期间被设为固定的过浓空燃比时的、废气中的碳氢化合物HC的量越降低，因此，三元催化剂20的温度TC越高，则过浓期间内附着在贵金属催化剂Pt的表面上的碳氢化合物HC或碳C的量越降低。因此，如图6D所示，在使贵金属催化剂的中毒恢复时，三元催化剂20的温度TC越高，则将空燃比的过稀时间ΔTL设定得越短。
另外，贵金属催化剂Pt的表面不仅受到由碳氢化合物HC或碳C引起的中毒，而且如图5B所示，还受到由硫S或磷P引起的中毒。在该情况下NOX净化率也会下降。另一方面，当废气的空燃比被设定为过浓时，如图5B所示，这些硫S或磷P通过废气中所含有的HC或CO而被还原并释放，由此，由硫S或磷P引起的中毒被恢复。另外，在燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比时，废气的空燃比以较短的周期被设为过浓，因此，无论此时由硫S或磷P引起的中毒发生与否，该由硫S或磷P引起的中毒都将立即被恢复。相对于此，当燃烧室5内的空燃比维持于过稀的时间变长时，硫S或磷P的附着量将增大，因此，由硫S或磷P引起的中毒量将会增大。
在该情况下，为了恢复由硫S或磷P引起的中毒，则需要大量的HC或CO。因此，在本发明中，在应该恢复由硫S或磷P引起的中毒时，如图5C所示，将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为相对于理论空燃比而过浓。此时的燃烧室5内的空燃比的过浓的程度Δ(A/F)r与空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大。此时，由图5C可知，三元催化剂20中的储氧量降低至零，并且在储氧量成为零之后仍使燃烧室5内的空燃比维持于过浓。接下来，将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为过稀。如果以此方式在三元催化剂20中的储氧量成为零之后仍使燃烧室5内的空燃比维持于过浓，则由硫S或磷P引起的中毒将被恢复。
即，在本发明中，在燃烧室5内的空燃比被维持于过稀之后为了恢复由硫S或磷P引起的中毒而返回至过浓时的过浓程度Δ(A/F)R设定为，与空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大，以使三元催化剂20的储氧量降低至零，并且在三元催化剂20的储氧量到达了零之后仍使燃烧室5内的空燃比维持于过浓之后再返回至过稀。另外，将燃烧室5内的空燃比(A/F)维持于过稀的时间ΔTL越长，则由硫S或磷P引起的中毒量越大。因此，在本发明中，在使由硫S或磷P而引起的中毒恢复时，燃烧室5内的空燃比(A/F)被维持于过稀的时间ΔTL越长，则将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为过浓的时间ΔTR设定得越长。
图7A表示由硫S或磷P引起的中毒量与燃烧室5内的空燃比被维持于过稀的时间ΔTL之间的关系，图7B为由硫S或磷P引起的中毒量与三元催化剂20的温度TC之间的关系。此外，图7C表示由硫S或磷P引起的中毒的恢复所需的空燃比的过浓时间ΔTR与燃烧室5内的空燃比被维持于过稀的时间ΔTL之间的关系，图7D为由硫S或磷P引起的中毒的恢复所需的空燃比的过浓时间ΔTR与三元催化剂20的温度TC之间的关系。
如图7A所示，将燃烧室5内的空燃比维持于过稀的时间ΔTL越长，则由硫S或磷P引起的中毒量越增大。因此，如图7C所示，在以上述方式来恢复由硫S或磷P引起的中毒时，燃烧室5内的空燃比的过稀时间ΔTL越长，则将空燃比的过浓时间ΔTR设定得越长。另一方面，如图7B所示，三元催化剂20的温度TC越高，则由硫S或磷P引起的中毒量越会略微减少。因此，如图7D所示，在对由硫S或磷P引起的中毒进行恢复时，三元催化剂20的温度TC越高，则将空燃比的过浓时间ΔTR设定得越短。
在依据本发明而实施的实施例中，用于取得在中毒恢复时所需的过浓程度Δ(A/F)r的、来自燃料喷射阀11、12的燃料喷射量WT，作为要求负载L及内燃机转速N的函数而以图8A所示的映射图的形式被预先存储于ROM32内。此外，中毒恢复时的最佳的过稀时间ΔTL作为燃料喷射量Q及三元催化剂20的温度TC的函数而以图8B所示的映射图的形式被预先存储于ROM32内，而且，中毒恢复时的最佳的过浓时间ΔTR作为过稀时间ΔTL及三元催化剂20的温度TC的函数而以图8C所示的映射图的形式被预先存储于ROM32内。
并且，如图6A所示，燃料喷射量Q越增大、即内燃机负载越高，则由碳氢化合物HC或碳C引起的贵金属催化剂的中毒量越增大。另一方面，如图6B所示，三元催化剂20的温度TC越高、即内燃机负载越高，则由碳氢化合物HC或碳C引起的贵金属催化剂的中毒量越减少。即，虽然成为了在内燃机高负载运转时燃料喷射量Q增多而使中毒量增大的运转状态，但由于三元催化剂20成为了温度TC升高而使中毒量减少的状态，因此，此时中毒量并没有那么多。另一方面，虽然在内燃机低负载运转时，三元催化剂20成为了温度TC升高而中毒量增大的状态，但由于成为了燃料喷射量Q减少而中毒量减少的运转状态，因此，此时中毒量也没有那么多。结果而言，由碳氢化合物HC或碳C引起的贵金属催化剂的中毒量成为最高是在燃料喷射量Q较多、且三元催化剂20的温度TC比较难以升高的内燃机中负载运转时。因此，在图9A所示的实施例中，在成为了燃烧室内的空燃比被反馈控制为理论空燃比时被负载于三元催化剂上的贵金属催化剂的中毒量逐渐增大的内燃机运转状态时、即在内燃机中负载运转时，实施能够实现三元催化剂20的中毒恢复的内燃机运转。
即，如参照图9A，则首先在步骤70中，对是否处于内燃机中负载运转时进行辨别。在未处于内燃机中负载运转时，进入到步骤71，并将燃烧室5内的空燃比反馈控制为理论空燃比，以使三元催化剂20的储氧量成为零与最大储氧量之间的值。相对于此，在步骤70中被辨别为处于内燃机中负载运转时，进入到步骤72，并根据图8A、图8B及图8C而分别对燃料喷射量WT、过稀时间ΔTL以及过浓时间ΔTR进行计算，且基于这些燃料喷射量WT、过稀时间ΔTL以及过浓时间ΔTR来实施图5C所示的能够实现中毒恢复的过稀或过浓控制。
图9B表示在内燃机中负载运转时在贵金属催化剂的中毒量超过了容许量时实施能够实现三元催化剂20的中毒恢复的内燃机运转的实施例。即，如参照图9B，则首先在步骤75中，对是否处于内燃机中负载运转时进行辨别。在未处于内燃机中负载运转时进入到步骤76，并且将燃烧室5内的空燃比反馈控制为理论空燃比，以使三元催化剂20的储氧量成为零与最大储氧量之间的值。相对于此，在步骤75中被辨别为处于内燃机中负载运转时，进入到步骤77，并且对由碳氢化合物HC或碳C引起的贵金属催化剂的中毒量进行累计。
接下来，在步骤78中，对由碳氢化合物HC或碳C引起的贵金属催化剂的中毒量的累计值PX是否超过了容许量PXO进行辨别。在贵金属催化剂的中毒量的求和计算值PX未超过容许量PXO时，进入到步骤76，并将燃烧室5内的空燃比反馈控制为理论空燃比，以使三元催化剂20的储氧量成为零与最大储氧量之间的值。相对于此，在步骤78中被辨别为贵金属催化剂的中毒量的累计值PX超过了容许量PXO时，进入到步骤7，并根据图8A、图8B及图8C而分别对燃料喷射量WT、过稀时间ΔTL以及过浓时间ΔTR进行计算，且基于这些燃料喷射量WT、过稀时间ΔTL以及过浓时间ΔTR来实施图5C所示的能够实现中毒恢复的过稀或过浓控制。
由此，在本发明中，在如下的火花点火式内燃机的排气净化装置中，在内燃机排气通道内配置具有储氧功能的三元催化剂20，并将燃烧室5内的空燃比反馈控制为理论空燃比且在三元催化剂20中对废气中所包含的HC、CO以及NOX同时进行净化，以使三元催化剂20的储氧量成为零与最大储氧量之间的值，其中，在成为了燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比时被负载于三元催化剂20上的贵金属催化剂的中毒量逐渐增大的内燃机运转状态时、或者贵金属催化剂的中毒量增大而超过了预先规定的容许量时，将燃烧室5内的空燃比的过稀的程度与空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大以使三元催化剂20的储氧量到达了最大储氧量之后仍使燃烧室5内的空燃比维持在过稀而在此后返回至过浓，燃烧室5内的空燃比过浓时的贵金属催化剂的中毒量越大，则将此时燃烧室5内的空燃比被维持于过稀的时间设定得越长。
另外，在实施如图5C所示的能够实现中毒恢复的过稀或过浓控制时，在燃烧室5内的空燃比过稀时，废气中所含有的NOX从三元催化剂20流出。然而，根据本发明的实施例，此时从三元催化剂20流出的NOX在排气净化催化剂22中被净化。通过本发明者等发现，对于此时的排气净化催化剂22中的NOX的净化作用而言，朝向排气净化催化剂13的NO的吸附作用给予了较大的影响。因此接下来，对该由本发明者等所发现的NOX的净化方法进行说明。
即，由现有技术可知，于排气净化催化剂22上吸附有NO。然而，对于吸附NO的举动，迄今为止并未进行探究。因此，本发明者等探究该吸附NO的举动而发现，当利用该吸附NO的吸附特性时，在排气净化催化剂22的温度TC较低时在过稀空燃比的条件下实施燃烧时自不必说，即使在排气净化催化剂22的温度TC较高时在过稀空燃比的条件下实施燃烧，也能够维持较高的NOX净化率。由于该新型的NOX净化方法利用了NO的吸附作用，因此，将以下这种新型的NOX净化方法称为利用吸附NO的NOX净化方法。因此，首先参照图10A及图10B，对这种利用吸附NO的NOX净化方法进行说明。
图10A及10B为图3B的放大图，即图示了排气净化催化剂22的催化剂载体60的表面部分。此外，图10A表示废气的空燃比过稀时的情况，图10B表示废气的空燃比被设为过浓时的情况。并且，如图10A所示，在废气的空燃比过稀时，废气中所含有的NO解离并吸附在铂Pt61的表面上。向该铂Pt61的表面的NO的吸附量随着时间经过而增大，因此，随着时间经过，向排气净化催化剂22的NO吸附量将增大。
另一方面，当将废气的空燃比设为过浓时，成为如下情况，即，在流入排气净化催化剂22中的废气中含有大量的一氧化碳CO。如图10B所示，该一氧化碳CO解离并吸附在铂Pt61的表面上且与NO进行反应，该NO一方面成为N2，而另一方面成为还原性中间体NCO。在该还原性中间体NCO生成后暂时被持续保持或吸附在碱性层63的表面上。因此，被保持或吸附在碱性层63的表面上的还原性中间体NCO的量，随着时间的经过而逐渐增大。该还原性中间体NCO与废气中所含有的NOX进行反应，并以这种方式而使废气中所含有的NOX被净化。
由此，如图10A所示，在废气的空燃比过稀时，一方面废气中所含有NO被吸附在排气净化催化剂22上，另一方面，废气中所含有的NOX通过与被保持或吸附在碱性层63的表面上的还原性中间体NCO进行反应而被净化。相对于此，当将废气的空燃比设为过浓时，吸附在排气净化催化剂22上的NOX从排气净化催化剂22被释放从而被还原。因此，如图5C所示，当将废气的空燃比周期性地从过稀切换为过浓时，废气中所含有的NOX将在排气净化催化剂22中被净化。
并且，在过稀空燃比的条件下进行燃烧时、即废气的空燃比过稀时，如上文所述，废气中所含有的NO如图10A所示而解离并吸附在铂Pt61的表面上。然而，在从于过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始后不久，废气中所含有的NOX将被吸收到排气净化催化剂22中。因此，为了使参照图10A及图10B所说明的利用吸附NO的NOX净化方法的特征明确化，接下来，参照表示图3B的放大图的图11A及图11B，对排气净化催化剂22的NOX的吸收释放作用进行说明。
那么，在过稀空燃比的条件下进行燃烧时、即废气的空燃比过稀时，废气中的氧浓度较高，因此，如图11A所示，此时废气中所含有的NO在铂Pt61上被氧化而成为NO2。接下来，在过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始后不久，铂Pt61上的NO2被吸收于碱性层63内并以硝酸离子NO3 -的形式在碱性层63内扩散，从而成为硝酸盐。通过这种方式，废气中的NOX将以硝酸盐的形式而被吸收于碱性层63内。在过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始后不久，只要废气中的氧浓度较高则在铂Pt61的表面上将生成NO2，并且只要碱性层63的NOX吸收能力未饱和则NOX就将被吸收于碱性层63内而生成硝酸盐。
相对于此，由于在燃烧室5内的空燃比被设为过浓时、即在废气的空燃比被设为过浓时，流入排气净化催化剂22的废气中的氧浓度将降低，因此反应向相反方向(NO3 -→NO2)进行，由此被吸收于碱性层63内的硝酸盐依次成为硝酸离子NO3 -并如图11B所示而以NO2的形式从碱性层63被释放。接下来，被释放的NO2通过废气中所含有的碳氢化合物HC以及CO而被还原。
另外，在过稀空燃比的条件下实施燃烧时，如上文所述，NO将吸附在铂Pt61的表面上，因此，废气中的NO还将通过该吸附作用而被保持在排气净化催化剂22上。当将废气的空燃比设为过浓时，该吸附在铂Pt61的表面上的NO将从铂Pt61的表面脱离。因此，如作为包含吸收及吸附两者的用语而使用所谓的吸留这一用语，则碱性层63将发挥用于暂时地对NOX进行吸留的NOX吸留剂的作用。因此，当将被供给于内燃机进气通道、燃烧室5以及排气净化催化剂22上游的排气通道内的空气及燃料(碳氢化合物)之比称为废气的空燃比时，排气净化催化剂22发挥如下作用，即，当流入排气净化催化剂22的废气的空燃比过稀时对NOX进行吸留、而当流入排气净化催化剂22的废气的空燃比成为过浓时将所吸留的NOX释放。
如上文所述，在过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始后不久，废气中的NOX将开始被吸收于排气净化催化剂22中。然而，当持续实施在过稀空燃比条件下的燃烧时，在此期间排气净化催化剂22的NOX吸留能力将会饱和，其结果为，无法通过排气净化催化剂22而对NOX进行吸留。因此，在排气净化催化剂22的NOX吸留能力饱和之前，将燃烧室5内的空燃比暂时性地设为过浓，并由此将NOX从排气净化催化剂22释放。
图12表示使NOX被吸收于排气净化催化剂中的情况下的NOX释放控制。如参照图12，当已被吸留于排气净化催化剂22中的吸留NOX量ΣNOX超过了预先规定的容许NOX吸留量MAXI时，暂时性地将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为过浓。当将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为过浓时，即，当将流入排气净化催化剂22的废气的空燃比设为过浓时，在过稀空燃比的条件下实施燃烧时被吸留于排气净化催化剂22中的NOX将从排气净化催化剂22一举被释放并被还原。由此使NOX被净化。
吸留NOX量ΣNOX例如可以根据从内燃机被排出的NOX量来进行计算。根据本发明的实施例，将每单位时间内从内燃机被排出的排出NOX量NOXA作为要求负载L以及内燃机转速N的函数，而以图13所示的映射图的形式预先存储于ROM32内，并根据该排出NOX量NOXA来对吸留NOX量ΣNOX进行计算。在该情况下，将燃烧室5内的空燃比设为过浓的周期通常为1分钟以上。
图14表示图12所示的在通过排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用而对NOX进行净化的情况下的NOX净化率。另外，图14的横轴表示排气净化催化剂22的催化剂温度TC。在该情况下，由图14可知，虽然催化剂温度TC从300℃到400℃之时取得了极高的NOX净化率，但是当催化剂温度TC成为400℃以上的高温时NOX净化率将下降。NOX净化率以这种方式在催化剂温度TC成为400℃以上时下降的原因在于，当催化剂温度TC成为400℃以上时NOX难以被吸收，并且硝酸盐将进行热分解从而以NO2的形式从排气净化催化剂22被释放。即，只要以硝酸盐的形式来吸收NOX，则在催化剂温度TC较高时就将难以取得较高的NOX净化率。
相对于此，向铂Pt61的表面的NO的吸附量几乎不会受到排气净化催化剂22的温度TC的影响。因此，在排气净化催化剂22中，只要不以硝酸盐的形式吸收废气中所含有的NOX，而使其吸附在铂Pt61的表面上，则NOX的吸留量几乎不会受到排气净化催化剂22的温度TC的影响。另外，如上文所述，在过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始后不久，开始进行排气净化催化剂22的NOX吸收作用。因此，在过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始之后、向排气净化催化剂22的NOX吸收作用开始之前，当将燃烧室5内的空燃比设为过浓时，废气中所含有的NOX不会被吸收于排气净化催化剂22中，从而能够对NOX进行净化。
由此，在过稀空燃比的条件下实施的燃烧开始之后、向排气净化催化剂22的NOX吸收作用开始之前，将燃烧室5内的空燃比设为过浓，由此使废气中所含有的NOX不会被吸收于排气净化催化剂22中，从而对NOX进行净化的NOX的净化方法为，参照图10A及10B所说明的利用吸附NO的NOX净化方法。在该情况下，如上文所述，当向排气净化催化剂22流入的废气的空燃比从过稀切换为过浓的周期ΔTL(图5C)变长时，NOX以硝酸盐的形式而开始被吸收于排气净化催化剂22中。在该情况下，当向排气净化催化剂22流入的废气的空燃比从过稀向过浓的切换周期ΔTL长于5秒左右时，NOX以硝酸盐的形式而开始被吸收于碱性层63内，因此，如图15所示，当该从过稀向过浓的切换周期ΔTL长于5秒左右时，NOX净化率将下降。因此，需要将该从过稀向过浓的切换周期ΔTL设为5秒以下。另外，将图8B的曲线图所示的各过稀时间ΔTL设为5秒以下。
图16表示在通过利用吸附NO的NOX净化方法而对NOX进行净化的情况下的NOX净化率。如图16所示，可以看出在该情况下，即使排气净化催化剂22的温度TC升高而成为400℃以上的高温，NOX净化率也不会下降。
因此，在内燃机中负载运转时，如果以根据图8A所示的曲线图而被计算出的燃料喷射量WT、与根据图8B及图8C所示的曲线图而被分别计算出的过稀时间ΔTL以及过浓时间ΔTR为依据，从燃料喷射阀11、12实施燃料喷射，则会利用吸附NO的NOX净化方法来执行NOX的净化作用，此时，即使排气净化催化剂22的温度TC升高，也能够在取得较高的NOX净化率的同时使三元催化剂20的中毒恢复。
如此，在此实施例中，在三元催化剂20下游的内燃机排气通道内配置有排气净化催化剂22，在排气净化催化剂22的废气流通表面上负载有贵金属催化剂61、62，并且在贵金属催化剂61、62周围形成层有碱性的废气流通表面部分，排气净化催化剂22具有当使流入排气净化催化剂22的废气的空燃比以预先规定的范围内的周期而暂时从过稀切换到过浓时对废气中所含有的NOX进行还原的性质、并且具有当将从过稀向过浓的切换周期设为长于该预先规定的范围时对废气中所含有的NOX的吸收量增大的性质，在内燃机运转时，燃烧室5内的空燃比以该预先规定的范围内的周期而暂时从过稀切换至过浓，由此，废气中所含有的NOX被净化。
接下来，对于以如下方式进行设定的其他的实施例进行说明，即，在通常情况下，使用利用了向排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用的NOX的净化方法，并根据需要而使用利用吸附NO的NOX净化方法。在该情况下，需要考虑向排气净化催化剂22的NOX吸收能力与NO吸附能力，因此，首先对向排气净化催化剂22的NOX吸收能力与NO吸附能力进行说明。
图17A图示了在如图12所示而利用向排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用来净化NOX的情况下的NOX吸收能力与NO吸附能力。另外，在图17A中，纵轴表示作为NOX吸收能力与NO吸附能力之和的NOX的吸留能力，横轴表示排气净化催化剂22的温度TC。由图17A可知，在排气净化催化剂22的温度TC低于大致400℃时，无论排气净化催化剂22的温度TC如何，NOX吸收能力及NO吸附能力是固定的，因此，作为NOX吸收能力与NO吸附能力之和的NOX的吸留能力也无论排气净化催化剂22的温度TC如何而均为固定。
另一方面，当排气净化催化剂22的温度TC升高时，铂Pt61的表面上的NOX的氧化反应(NO→NO2)加速。然而，当排气净化催化剂22的温度TC升高时，NO2成为硝酸离子NO3 -的反应(NO2+BA(CO3)2→BA(NO3)2+CO2)延迟，其结果为，NOX难以被吸收于排气净化催化剂22中。此外，当排气净化催化剂22的温度TC升高时，硝酸盐将进行热分解从而以NO2的形式从排气净化催化剂22被释放。因此，如图17A所示，当排气净化催化剂22的温度TC升高而成为400℃以上的高温时，NOX吸收能力急剧地降低。相对于此，向铂Pt61的表面的NO的吸附量几乎不会受到排气净化催化剂22的温度TC的影响。因此，如图17A所示，即使排气净化催化剂22的温度TC升高，NO吸附能力也几乎不会发生变化。
接下来，参照图18A及18B，对在过稀空燃比的条件下实施燃烧时的废气中的氧浓度与NO吸附能力、NOX吸收能力之间的关系进行说明。最初，考虑到向铂Pt61的表面的吸附时，NO和O2竞相吸附在铂Pt61的表面上。即，废气中所含有的NO的量与O2的量相比越增多，则吸附在铂Pt61的表面上的NO的量与O2的量相比越增多，与此相反，废气中所含有的O2的量与NO的量相比而越增多，则吸附在铂Pt61的表面上的NO的量与O2的量相比越减少。因此，如图18A所示，废气中的氧浓度越高，则排气净化催化剂22中的NO吸附能力越降低。
另一方面，废气中的氧浓度越高，则废气中的NO的氧化作用越被促进，从而向排气净化催化剂22的NOX的吸收越被促进。因此，如图18B所示，废气中的氧浓度越高，则排气净化催化剂22中的NOX吸收能力越高。另外，在图18A及18B中，区域X表示在如图12所示那样利用向排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用来净化NOX的情况下，在过稀空燃比的条件下实施燃烧时的情况。此时，可以看出NO吸附能力较低，而NOX吸收能力较高。前文所述的图17A表示此时的NO吸附能力和NOX吸收能力。
并且，如参照图17A而已经说明的那样，当排气净化催化剂22的温度TC升高而成为400℃以上的高温时，NOX吸收能力急剧降低。相对于此，即使排气净化催化剂22的温度TC升高，NO吸附能力也几乎不会发生变化。因此，推测出在排气净化催化剂22的温度TC升高而成为400℃以上的高温时，当停止实施利用NOX的吸收作用的净化方法，并取代之而使用利用了NO的吸附作用的NOX净化方法，则也许能够对NOX进行净化。然而，由图17A可知，如在NO吸附能力较低，并且不会导致燃料消費量的增大的前提下利用NO的吸附作用来净化NOX，则需要使NO吸附能力增大。
在该情况下，由图18A可知，如使NO吸附能力增大，则只要使废气中的氧浓度降低即可。此时，如图18B所示，NOX吸收能力降低。在图18A及18B中，在使废气中的氧浓度降低至区域Y时的NOX吸收能力以及NO吸附能力如图17B所示。通过以这种方式使废气中的氧浓度降低，从而能够增大NO吸附能力。使废气中的氧浓度降低是指，使在过稀空燃比的条件下实施燃烧时的空燃比(基准空燃比)降低，因此，通过使基准空燃比降低从而能够增大NO吸附能力。
因此，在该实施例中，在利用NO的吸附作用来净化NOX时，即、在利用吸附NO的NOX净化方法中，以使基准空燃比降低的方式进行设定。接下来，对于该方式，参照图19A至图19C进行说明。图19A与图12所示的情况同样地，表示利用向排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用来净化NOX的情况下的燃烧室5内的空燃比(A/F)的变化。另外，在图19A中，(A/F)B表示基准空燃比，Δ(A/F)R表示空燃比的过浓程度，ΔT表示空燃比的从过稀向过浓的切换周期。另一方面，图19B表示利用NO的吸附作用来净化NOX的情况下的燃烧室5内的空燃比(A/F)的变化。另外，在图19B中，(A/F)b表示基准空燃比，Δ(A/F)r表示空燃比的过浓程度，ΔT表示空燃比的过浓周期。
对图19A和图19B进行比较可知，如图19B所示，在利用NO的吸附作用来净化NOX的情况下，在与图19A所示的利用向排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用来净化NOX的情况下的基准空燃比(A/F)B相比而较小的基准空燃比(A/F)B的条件下，实施燃烧室5内的燃烧，并且如图19A所示，以与利用向排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用来净化NOX的情况下的、用于NOX释放的空燃比的从过稀向过浓的切换周期ΔT相比而较短的周期，将燃烧室5内的空燃比从过稀切换至过浓。另一方面，图19C表示燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比的情况下的燃烧室5内的空燃比的变化。
图20表示，图19B所示的利用NO的吸附作用来净化NOX的情况下的燃烧室5内的空燃比(A/F)的变化、和流入排气净化催化剂22的废气的空燃比(A/F)in的变化。在该情况下，当将燃烧室5内的空燃比(A/F)设为过浓时，在三元催化剂20中所存储的氧被释放而使理论空燃比被维持时间T1的期间，由此，使HC、CO以及NOX同时减少。在该期间内，如图20所示，流入排气净化催化剂22的废气的空燃比(A/F)in被维持在理论空燃比。接下来，当三元催化剂20的存储氧被消耗时，流入排气净化催化剂22的废气的空燃比(A/F)in将以时间T2的期间而成为过浓。此时如图10B所示，解离吸附在铂Pt61的表面上的NO一方面成为N2，而另一方面成为还原性中间体NCO。该还原性中间体NCO在生成后不久的期间内，被持续保持或吸附在碱性层63的表面上。
接下来，当燃烧室5内的空燃比(A/F)再次返回至过稀时，这次氧被存储于三元催化剂20中。此时，在三元催化剂20的催化剂表面上空燃比在时间T3之间被维持在理论空燃比，由此，即使在此时也可以同时减少HC、CO以及NOX。接下来，在时间T4的期间，废气中所含有的NOX与被保持或吸附在碱性层63的表面上的还原性中间体NCO进行反应从而通过还原性中间体NCO而被还原。接下来，在时间T5的期间，废气中所含有的NO如图10A所示而解离并吸附在铂Pt61的表面上。
由此，如图19B所示，在利用NO的吸附作用来净化NOX的情况下，实施利用了NO的吸附作用的NOX的净化作用和利用了三元催化剂20中的储氧功能的NOX的净化作用这两个净化作用。
接下来，对内燃机的运转控制的概要进行说明。在该实施例中，如图20所示，预先设定有内燃机低负载运转侧的内燃机低负载运转区域I、内燃机高负载运转侧的内燃机高负载运转区域III、和位于内燃机低负载运转区域I以及内燃机高负载运转区域III之间的位置处的内燃机中负载运转区域II。另外，图21的纵轴L表示要求负载，横轴N表示内燃机转速。在该情况下，如图19A所示，在内燃机低负载运转区域I中，实施利用向排气净化催化剂22的NOX的吸留释放作用而对NOX进行净化的NOX的净化作用，而在内燃机中负载运转区域II中，如图19B所示，实施利用NO的吸附作用来而对NOX进行净化的NOX的净化作用。另外，在内燃机高负载运转区域III中，如图19C所示，将燃烧室5内的空燃比反馈控制为理论空燃比。
即，根据本发明的实施例，在预先规定的内燃机低负载运转区域I中于燃烧室5内在基准空燃比为过稀的条件下实施燃烧并且在应当从排气净化催化剂22释放出NOX时使燃烧室5内的空燃比被设为过浓，在预先规定的内燃机高负载运转区域III中燃烧室5内的空燃比被反馈控制为理论空燃比，在预先规定的内燃机中负载运转区域II中，在与内燃机低负载运转区域I中的基准空燃比相比而较小的基准空燃比的条件下实施燃烧室5内的燃烧，并且以与用于释放内燃机低负载运转区域I中的NOX的空燃比的过浓周期相比而较短的周期，将燃烧室5内的空燃比设为过浓。
另外，由图19A至图19C可知，内燃机中负载运转区域II中的基准空燃比为，内燃机低负载运转区域I中的基准空燃比与理论空燃比之间的中间值，在内燃机中负载运转区域II中燃烧室5内的空燃比被设为过浓时的空燃比的过浓的程度，与在内燃机低负载运转区域I中燃烧室5内的空燃比被设为过浓时的空燃比的过浓的程度相比而较小。
接下来，参照表示从低负载运转转移到高负载运转的图22，对NOX净化方法进行说明。另外，在图22中，示出了向燃烧室5内喷射的燃料喷射量的变化、燃烧室5内的空燃比(A/F)的变化和吸留NOX量ΣNOX的变化。此外，在图22中，MAXI表示容许NOX吸留量。
并且，在图22中，在内燃机低负载运转区域I中，当吸留NOX量ΣNOX超过容许NOX吸留量MAXI时，将燃烧室5内的空燃比暂时性地设为过浓。另一方面，如图19B所示，在NOX被吸留于排气净化催化剂22中的状态下，当切换为利用了NO的吸附作用的NOX的净化方法时，在刚刚切换为利用了NO的吸附作用的NOX的净化时，被吸留于排气净化催化剂22中的NOX的一部分不会被还原而被释放。因此，根据本发明的实施例，如图22所示，在内燃机的运转状态从内燃机低负载运转区域I转移到内燃机中负载运转区域II时，将燃烧室5内的空燃比(A/F)暂时性地设为过浓。
如图22所示，在内燃机中负载运转区域II中，每经过过稀时间ΔTL而将燃烧室5内的空燃比暂时性地设为过浓。此时，实施利用了吸附NO的NOX的净化作用而使三元催化剂20的中毒恢复。另一方面，如图19所示，在NOX被吸留于排气净化催化剂22中的状态下，当切换为通过向理论空燃比的反馈控制而实施的NOX的净化方法时，在刚刚切换为通过向理论空燃比的反馈控制而实施的NOX的净化方法时，被吸留于排气净化催化剂22中的NOX的一部分将不会被还原而被释放。因此，如图22所示，根据本发明的实施例，在内燃机的运转状态从内燃机中负载运转区域II转移到内燃机高负载运转区域III时，将燃烧室5内的空燃比(A/F)暂时性地设为过浓。
在内燃机高负载运转区域III中，基于空燃比传感器27的输出信号而对来自各燃料喷射阀11、12的喷射量进行反馈控制，以使三元催化剂20的储氧量成为零与最大储氧量之间的中间值。此时，将燃烧室5内的空燃比控制为理论空燃比，因此，废气中所含有的有害成分HC、CO以及NOX在三元催化剂20中同时被净化。
另外，如图22所示，当将空燃比设为过浓时，此时存在产生氨的情况。然而，在根据本发明的实施例中，这种氨被吸附于NOX选择还原催化剂23中。这种被吸附于NOX选择还原催化剂23中的氨被用于与废气中所含有的NOX进行反应，从而对NOX进行还原。
在图23中示出了运转控制程序。该程序每间隔固定时间而被执行。
如参照图23，首先，在步骤80中，对内燃机的运转状态是否为图21所示的内燃机高负载运转区域III进行辨别。在内燃机的运转状态并非内燃机高负载运转区域III时进入到步骤81，并根据图13所示的映射图而对每单位时间内的排出NOX量NOXA进行计算。接下来，在步骤82中，通过对ΣNOX与排出NOX量NOXA进行加法运算从而对吸留NOX量ΣNOX进行计算。接下来，在步骤83中，对内燃机的运转状态是否为图21所示的内燃机低负载运转区域I进行辨别。在内燃机的运转状态为图21所示的内燃机低负载运转区域I时进入到步骤84。
在步骤84中，对NOX吸留量ΣNOX是否超过了容许NOX吸留量MAXI进行辨别，在NOX吸留量ΣNOX未超过容许NOX吸留量MAXI时，进入到步骤85，并且将燃烧室5内的空燃比根据内燃机的运转状态而设为被预先规定的过稀空燃比。此时，在基准空燃比为过稀的条件下实施燃烧。相对于此，在步骤84中，在被判断为NOX吸留量ΣNOX超过了容许NOX吸留量MAXI时，进入到步骤86，并将燃烧室5内的空燃比暂时性地设为过浓，且ΣNOX被清零。此时，被吸留于排气净化催化剂22中的NOX从排气净化催化剂22被释放。
另一方面，在步骤83中，在被判断为内燃机的运转状态并非图21所示的内燃机低负载运转区域I时，即被判断为内燃机的运转状态为图21所示的内燃机中负载运转区域II时，进入到步骤87，对此时内燃机的运转状态是否已从内燃机低负载运转区域I转移到了内燃机中负载运转区域II进行辨别。在此时内燃机的运转状态已从内燃机低负载运转区域I转移到了内燃机中负载运转区域II时，进入到步骤88，并且将燃烧室5内的空燃比暂时性地设为过浓。相对于此，在内燃机的运转状态正在从内燃机低负载运转区域I向内燃机中负载运转区域II转移时，进入到步骤89。在步骤89中，根据图8A、8B以及8C而分别对燃料喷射量WT、过稀时间ΔTL以及过浓时间ΔTR进行计算，并基于这些燃料喷射量WT、过稀时间ΔTL以及过浓时间ΔTR，实施图5C所示的能够实现中毒恢复的过稀或过浓控制。此时，实施利用了NO的吸附的NOX净化作用。
另一方面，在步骤80中，在被判断为内燃机的运转状态为图21所示的内燃机高负载运转区域III时进入到步骤90，并对此时内燃机的运转状态是否已从内燃机中负载运转区域II转移到了内燃机高负载运转区域III进行辨别。在此时内燃机的运转状态已从内燃机中负载运转区域II转移到了内燃机高负载运转区域III时进入到步骤91，并且将燃烧室5内的空燃比暂时性地设为过浓。相对于此，在内燃机的运转状态正在从内燃机中负载运转区域II向内燃机高负载运转区域III转移时进入到步骤92。在步骤92中，将燃烧室5内的空燃比反馈控制为理论空燃比。
符号说明
5 燃烧室
6 火花塞
11、12 燃料喷射阀
14 浪涌调整槽
19 排气歧管
20 三元催化剂
22 排气净化催化剂。

Claims (8)

1.一种火花点火式内燃机的排气净化装置，其在内燃机排气通道内配置具有储氧功能的三元催化剂，并将燃烧室内的空燃比反馈控制为理论空燃比且在该三元催化剂中对废气中所包含的HC、CO以及NOX同时进行净化，以使该三元催化剂的储氧量成为零与最大储氧量之间的值，
其中，在成为了燃烧室内的空燃比被反馈控制为理论空燃比时被负载于三元催化剂上的贵金属催化剂的中毒量逐渐增大的内燃机运转状态时、或者该贵金属催化剂的中毒量增大而超过了预先规定的容许量时，将燃烧室内的空燃比的过稀的程度与该空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大以使三元催化剂的储氧量增大至最大储氧量，并且在三元催化剂的储氧量到达了最大储氧量之后仍使燃烧室内的空燃比维持在过稀而在此后返回至过浓，燃烧室内的空燃比过浓时的所述贵金属催化剂的中毒量越大，则将此时燃烧室内的空燃比被维持于过稀的时间设定得越长。
2.如权利要求1所述的火花点火式内燃机的排气净化装置，其中，
内燃机负载越高，则所述燃烧室内的空燃比被维持于过稀的时间被设定得越长。
3.如权利要求2所述的火花点火式内燃机的排气净化装置，其中，
三元催化剂的温度越高，则将所述燃烧室内的空燃比被维持于过稀的时间设定得越短。
4.如权利要求1所述的火花点火式内燃机的排气净化装置，其中，
将燃烧室内的空燃比被维持于过稀之后返回至过浓时的过浓程度设定为，与该空燃比被反馈控制为理论空燃比时相比而增大，以使三元催化剂的储氧量降低至零，并且在三元催化剂的储氧量到达了零之后仍使燃烧室内的空燃比维持于过浓之后返回至过稀。
5.如权利要求1所述的火花点火式内燃机的排气净化装置，其中，
贵金属催化剂的中毒量逐渐增大的内燃机运转状态为，内燃机中负载运转状态。
6.如权利要求1所述的火花点火式内燃机的排气净化装置，其中，
在所述三元催化剂下游的内燃机排气通道内配置有排气净化催化剂，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当使流入到排气净化催化剂的废气的空燃比以预先规定的范围内的周期而暂时从过稀切换到过浓时对废气中所含有的NOX进行还原的性质、并且具有当将从该过稀向过浓的切换周期设为长于该预先规定的范围时对废气中所含有的NOX的吸收量增大的性质，在内燃机运转时，在燃烧室内的空燃比以该预先规定的范围内的周期而暂时从过稀切换至过浓时，在该排气净化催化剂处废气中所含有的NOX被净化。
7.如权利要求6所述的火花点火式内燃机的排气净化装置，其中，
内燃机的运转区域由内燃机低负载运转侧的预先规定的内燃机低负载运转区域、内燃机高负载运转侧的预先规定的内燃机高负载运转区域、和位于该内燃机低负载运转区域以及该内燃机高负载运转区域之间的预先规定的内燃机中负载运转区域构成，在该预先规定的内燃机低负载运转区域中于燃烧室内在基准空燃比为过稀的条件下实施燃烧并且在应当从排气净化催化剂释放出NOX时使燃烧室内的空燃比被设为过浓，在该预先规定的内燃机高负载运转区域中燃烧室内的空燃比被反馈控制为理论空燃比，在该预先规定的内燃机中负载运转区域中，在与该内燃机低负载区域中的基准空燃比相比而较小的基准空燃比的条件下实施燃烧室内的燃烧，并且以与用于释放该内燃机低负载运转区域中的NOX的空燃比的过浓周期相比而较短的周期，将燃烧室内的空燃比设为过浓。
8.如权利要求6所述的火花点火式内燃机的排气净化装置，其中，
在排气净化催化剂的催化剂载体上负载有贵金属催化剂，并且在该催化剂载体上形成有碱性层，所述碱性层包含，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，镧族元素这样的稀土类以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir这样的可向NOX供给电子的金属中的至少一种。
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