專利名稱：內燃機的排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內燃機的排氣凈化裝置。更具體地，本發(fā)明涉及
一種其中使用NOJ及留還原催化劑的內燃機的排氣凈化裝置。
背景技術：
包括NOx吸留還原催化劑的內燃機的排氣凈化裝置在本領域是公 知的。當流入催化劑的排氣的空燃比稀時，N(X吸留還原催化劑吸留 排氣中的NOx組分，并且，當流入催化劑的排氣的空燃比濃或者是理 論空燃比時，NOx吸留還原催化劑通過利用排氣中的還原成分還原催 化劑內吸留的NOx。在此方面，本說明書中使用的術語"吸留"包括 吸附和吸收的意思。
當空燃比稀時，NOx吸留還原催化劑吸留排氣內包含的NOx組分， 其以硝酸離子形式存在于諸如BaO的吸留材料中。因此，當NOx吸留 還原催化劑內吸留的N(X量增加時，吸留材料充滿了 NOx，催化劑難 以吸留包含在排氣內的NOx。
因此，在使用NOx吸留還原催化劑的排氣凈化裝置中，每當NOx 吸留還原催化劑內吸留的NOx量增加時，執(zhí)行濃-強化(rich spike operation)操作，其中，濃空燃比的排氣供應到NOx吸留還原催化劑 達一'J、段時間，從而可以使催化劑吸留的NOx還原和凈化。例如在日 本專利公開號2600492中描述了這種濃-強化技術。
當排氣的空燃比變成理論空燃比或濃空燃比時，包含在排氣內的
諸如CO的還原成分的量和HC成分的量顯著增加。從NOx吸留還原 催化劑的吸留材料中解吸的NOx與CO、 HC等發(fā)生反應，并且還原成 N2，并且因此，在NOx吸留還原催化劑內吸留的NOx的量減少。因此， 可以使NOx吸留還原催化劑在稀空燃比的條件下再次吸留NOx。
如上所述，濃-強化操作伴隨有發(fā)動機的濃空燃比運行，并且還伴 隨有在排氣中添加燃料或還原劑，執(zhí)行濃-強化操作來還原和凈化吸留 在NOx吸留還原催化劑內的NOx (下文中，吸留在NOx吸留還原催化 劑內的NOx的這種還原和凈化被稱為"NOx吸留還原催化劑的再生")。 因此，如果NOx吸留還原催化劑的再生操作完成之后，再生操作仍舊 繼續(xù)，會增加發(fā)動機的燃料消耗，或者由于還原劑的排出，使排放變 差。
因此，需要判斷NOx吸留還原催化劑的再生已經(jīng)完成，也就是說， 需要判斷所有吸留的NOx已經(jīng)被還原和凈化，并且當再生完成時，還 需要結束再生操作。
為此目的，日本專利公開號2692380揭示了一種排氣凈化裝置， 其中，在NOx吸留還原催化劑的排氣通道的下游側設置02傳感器。02 傳感器的輸出根據(jù)排氣的空燃比是濃還是稀而變化。根據(jù)此02傳感器 的輸出，判斷N(X吸留還原催化劑再生的完成。
如上所述，在濃-強化操作時，當濃空燃比的排氣流入NOx吸留還 原催化劑時，在排氣中包含的諸如HC、 CO等成分被消耗，以便還原 在N(X吸留還原催化劑中吸留的NOx。換句話說，HC、 CO等被包含 在NOx內的氧氧化。因此，即使當濃空燃比的排氣流入NOx吸留還原 催化劑、同時NOx被NOx吸留還原催化劑還原時，HC、 CO等也被從 NOx吸留還原催化劑解吸出的氧氧化。因此，在NOx吸留還原催化劑 的下游側的排氣的空燃比保持在理論空燃比。然后，當NOx吸留還原 催化劑的再生完成并且所有的NOx均^皮還原時，包含在排氣內的HC、 CO等成分不被NOx吸留還原催化劑氧化。這使得NOx吸留還原催化 劑的下游側的排氣的空燃比變成與上游側相同的濃空燃比。
也就是說，在濃強化操作開始之后，NOx吸留還原催化劑的下游 側的排氣的空燃比不馬上變成濃空燃比，而是保持在與理論空燃比接 近的值，并且當NOx吸留還原催化劑吸留的所有N(^均被還原時，也 就是說，僅當NC^吸留還原催化劑的再生完成時，在NOx吸留還原催 化劑下游側的排氣的空燃比變成濃空燃比。
根據(jù)日本專利公開號2692380揭示的裝置，NOx吸留還原催化劑 的再生的完成判斷如下。監(jiān)視設置在NOx吸留還原催化劑的下游側的 02傳感器的輸出。在濃強化操作時，當檢測到02傳感器的輸出從理論 空燃比轉換到濃空燃比時，則判斷N(X吸留還原催化劑的再生完成。
在此方面，與CO相比，氫具有高還原能力。因此，在還原和凈 化吸留在NOx吸留還原催化劑內的N(X時，當適量的氬供應到NOJ及 留還原催化劑時，增加了 NOx吸留還原催化劑內吸留的NOx的還原速 度，并且可以有效地在短時間內還原和凈化NOx。
公知的是當空燃比濃時，發(fā)動機內燃料的燃燒產生氫。此外，如 下的方法是公知的除了普通發(fā)動機在濃空燃比運行過程中產生的氬 之外，其它來源的氫被添加到排氣中。
例如，日本未經(jīng)審查的實用新型/>開(Kokai)號2002-47919揭示 了一種方法，其中，通過利用作為強還原劑的氫的還原能力，判斷NOx 吸留還原催化劑的NOx吸留能力。
由于氫具有高還原能力，如果NOx吸留在催化劑中，流入N(X吸 留還原催化劑內的排氣中的氫成分通過與催化劑內吸留的NOx反應而 消耗，并且只要吸留在NOj及留還原催化劑內的NC^存在，氫成分便 不流到NOx吸留還原催化劑的下游側。
因此，在包含氫的濃空燃比的排氣供應到NOj及留還原催化劑的 情況下，氫開始流入NOx吸留還原催化劑的下游側的排氣內的時間點 可以看作是NOx吸留還原催化劑內吸留的所有NOJ勿被還原和凈化的 時間點。因此，從開始濃強化操作到檢測出下游側的氫成分的時間段 與NOx吸留還原催化劑內吸留的NOx的量相對應。因此，可以判斷此 時間段越長，NOx吸留還原催化劑內吸留的NOx的量越大。
曰本未經(jīng)審查的實用新型公開(Kokai) 2002-47919號揭示的技術 利用上述現(xiàn)象，判斷NOx吸留還原催化劑再生的完成。
在曰本未經(jīng)審查的實用新型公開(Kokai) 2002-47919號中，用于 檢測排氣內的氫的H2傳感器設置在NOx吸留還原催化劑的上游側和下 游側。在還原和凈化吸留的NOx時，根據(jù)從上游H2傳感器檢測氫到下 游H2傳感器檢測氫的時間差，判斷NOx吸留還原催化劑內吸留的NOx 的量是否減少，也就是說判斷NOx吸留還原催化劑是否變差。
日本未經(jīng)審查的專利^^開(Kokai)號2003-120383揭示了一種方 法，用于基于內燃機排氣內的氫成分的濃度控制空燃比。在此公開中， 為了防止在理論空燃比的濃空燃比運行時，由三元催化劑產生的氬引
起設置于三元催化劑下游側的氧傳感器的輸出錯誤的情況出現(xiàn)，并且 為了防止根據(jù)氧傳感器的輸出進行空燃比控制受該錯誤影響的情況出 現(xiàn)，在三元催化劑的下游側設置氫傳感器，并且基于由氫傳感器測量 的排氣內氫成分的濃度，校正空燃比控制。
如上所述，在通過濃強化操作對NOx吸留還原催化劑進行再生的 情況下，為了防止增加發(fā)動機的燃料消耗，需要精確地判斷NOx吸留 還原催化劑的再生已經(jīng)完成。
然而，如日本專利公開號2692380所描述的，當基于設置在NOx 吸留還原催化劑的下游側的氧傳感器的輸出，判斷N(X吸留還原催化 劑的再生完成時，在某些情況下，難以精確地判斷再生完成的時間。
如下所述，為了在濃強化操作時，由排氣內的HC、CO等還原NOx， 包含在NOx吸留還原催化劑內的諸如鉑(Pt)的催化劑成分需要用作 還原催化劑。然而，在排氣內包含大量HC成分的情況下，HC成分吸 附在催化劑的表面。因此，催化劑的表面覆蓋HC成分，催化劑成分 難以用作還原催化劑，也就是說，引起了催化劑成分被覆蓋的問題。
因此，在濃強化梯:作時，在供應到NOx吸留還原催化劑的濃空燃 比的排氣內包含大量的HC成分的情況下，吸留在NOx吸留還原催化 劑內的N(X的一部分以及包含在排氣內的HC成分的一部分彼此不反 應地流到NOx吸留還原催化劑的下游側。
當濃空燃比的排氣內包含的HC成分不與NOx反應地經(jīng)過N(X吸 留還原催化劑，并流到上述催化劑的下游側時，在催化劑的下游側設 置的氧傳感器判斷排氣的空燃比變濃。因此，如日本專利公開號 2692380所描述的，當根據(jù)設置在催化劑下游側的氧傳感器的輸出來判
斷NOx吸留還原催化劑的再生完成時，可能會出現(xiàn)問題。即，雖然再 生未實際完成，但是由氧傳感器檢測的排氣的空燃比變成濃空燃比， 而且錯誤地判斷再生已經(jīng)完成，并且終止了濃強化操作。當終止再生
操作而NOZ及留還原催化劑的再生尚沒有充分執(zhí)行時，NOx吸留還原 催化劑不得不在其NOx吸留能力未被充分再生之前重新吸留NOx。這 導致排氣凈化得不充分并且排放變差。
如上所述，對于NOx吸留還原催化劑的再生，供應氫成分是有效 的。然而，當通過將氫成分供應到NOx吸留還原催化劑來再生NOx吸 留還原催化劑時，除非4是供了適量的氫成分，否則難以充分地再生NOx 吸留還原催化劑，并且不能充分凈化排氣。
根據(jù)日本未經(jīng)審查的實用新型公開(Kokai)號2002-47919和 2003-120383揭示的技術，由&傳感器檢測排氣中的氫成分。然而， 未考慮NOx吸留還原催化劑再生時，控制供應到催化劑的排氣內包含
的H2成分的量。

發(fā)明內容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種內燃機的排氣凈化裝置， 其中，即使在排氣中包含相當大量的HC的情況下，也能適當?shù)卦偕?NOx吸留還原催化劑，從而可以充分凈化排氣。
為了達到上述目的，根據(jù)權利要求1描述的本發(fā)明，提供了一種 內燃機的排氣凈化裝置，包括設置在內燃機的排氣通道內的NOx吸 留還原催化劑，當流入催化劑的排氣的空燃比稀時，該NOj及留還原 催化劑通過吸收和吸附的其中之一，或者通過吸收和吸附，吸留包含 在排氣內的NOx，并且，當排氣的空燃比是理論空燃比或者濃空燃比
時，該NOx吸留還原催化劑利用包含在排氣內的還原成分來還原和凈 化吸留的NOx;和在NOx吸留還原催化劑的入口側和出口側的排氣通
道的至少其中之一設置的H2傳感器，用于檢測排氣的氫成分濃度，其
中該排氣凈化裝置執(zhí)行再生操作，其中，當NOx吸留還原催化劑要 還原和凈化吸留在NOx吸留還原催化劑內的NOx時，濃空燃比或理論 空燃比的排氣供應到NC^吸留還原催化劑達預定時間段，并且在再生
操作期間，該排氣凈化裝置基于由H2傳感器檢測的排氣中氫成分濃度 來控制流入N(X吸留還原催化劑的排氣的空燃比。
即，根據(jù)權利要求1描述的發(fā)明，根據(jù)設置在NOJ及留還原催化 劑的上游側和下游側的至少其中之一 的H2傳感器檢測的氬成分濃度來 控制排氣的空燃比。
例如，如下所述，當利用設置在NOx吸留還原催化劑下游側的H2 傳感器檢測的氬成分濃度時，可以判斷N(X吸留還原催化劑的再生操 作的完成時間。因此，再生操作可以在NOx吸留還原催化劑的再生操 作完成的同時終止，并且排氣的空燃比可以返回到稀空燃比。因此， 可以適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑。
排氣內的氫成分濃度根據(jù)排氣的空燃比變化。因此，當基于設置 在NOj及留還原催化劑的上游側的H2傳感器檢測的排氣中的氫成分濃 度來控制排氣的空燃比時，例如，可以將流入NOx吸留還原催化劑的 排氣內的氫成分濃度控制為合適的值，并且可以將適量的氫成分供應 到N07及留還原催化劑。因此，可以適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑。
才艮據(jù)權利要求2描述的發(fā)明，提供了一種根據(jù)權利要求1的內燃 機的排氣凈化裝置，其中，H2傳感器設置在該NOx吸留還原催化劑的
出口側的排氣通道內，并且在執(zhí)行再生操作時，才艮據(jù)由出口側H2傳感 器檢測到的排氣中的氬成分濃度判斷再生操作終止的時間。
根據(jù)權利要求2描述的發(fā)明，該H2傳感器至少設置在NOx吸留還 原催化劑的出口側(下游側)。當用于執(zhí)行NOx吸留還原催化劑的再生 的濃強化才喿作開始時，由于流入NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比 變成濃空燃比，因此排氣內的氫成分濃度增加。
然而，由于氫的還原能力很強，當氫流入NOx吸留還原催化劑時， 其可以直接還原NOx組分，而不需要輔助還原催化劑。因此，即使當 排氣內包含相當大量的HC成分并且出現(xiàn)催化劑表面覆蓋有HC的催化 劑覆蓋時，還原催化劑的功能變差，在排氣內包含的氫成分也能很好 地與N0x發(fā)生反應而消耗。
因此，即使在排氣內的HC成分引起催化劑的覆蓋的情況下，只要 NOx吸留還原催化劑的再生未完成，在催化劑的下游側的H2傳感器就 不會檢測到氫。
在本發(fā)明中，在進行濃強化操作的過程中，在通過設置在N(X吸留 還原催化劑的下游側的H2傳感器檢測到氫成分的情況下，則判斷N0X 吸留還原催化劑的再生已經(jīng)完成，并且終止再生操作。
鑒于上述說明，在本發(fā)明中，即使在排氣內包含相當大量的HC 成分的情況下，也可以精確地判斷NOx吸留還原催化劑的再生已經(jīng)完 成，并且終止再生操作。因此，可以防止如下問題的出現(xiàn)在NOx吸 留還原催化劑的再生完成之前終止再生操作時，排氣凈化能力變差。
此外，可以防止即使再生完成之后再生操作仍繼續(xù)，以及燃料消耗增
加的問題。因此，才艮據(jù)本發(fā)明，可以適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑。
根據(jù)權利要求3描述的發(fā)明，提供了一種根據(jù)權利要求1的內燃 機的排氣凈化裝置，其中，H2傳感器至少設置在NOx吸留還原催化劑 的出口側的排氣通道內，該再生操作包括如下搡作首先將濃空燃比 的排氣供應到NOx吸留還原催化劑，然后，將理論空燃比的排氣供應 到NOx吸留還原催化劑，并且，根據(jù)出口側的H2傳感器檢測到的氫成 分濃度來確定排氣的空燃比從濃空燃比轉換到理論空燃比的時間。
也就是說，根據(jù)權利要求3描述的發(fā)明，通過將空燃比切換成濃 空燃比和理論空燃比兩步驟來進行再生操作。例如，在某些情況下， 采用NOx吸留能力增強的高吸留型NOx吸留還原催化劑。高吸留型NOx 吸留還原催化劑是一種利用具有與NOx高親和力的吸留材料大幅增加 每單位體積吸留的NOx量的N(X吸留還原催化劑。在高吸留型NOj及 留還原催化劑中，由于吸留材料與NOx的親和力高，因此在再生的起 始階段解吸出大量的NOx之后，NOx解吸的速度降低。因此，為了完 全再生NOj及留還原催化劑，需要長時間進行再生操作。
因此，在高吸留型NOx吸留還原催化劑的再生梯:作中，為了抑制 燃料消耗的增加，在再生操作的起始階段，將濃空燃比的排氣供應到 N(X吸留還原催化劑中，以便解吸相當大量的NOx并且還原和凈化催 化劑。之后，排氣的空燃比轉換成理論空燃比，并且NOx吸留還原催 化劑經(jīng)過相當長的時間完全再生。
在這種情況下，在濃強化操作的起始階段，相當大量的NOx從NOx 吸留還原催化劑解吸，包含在濃空燃比排氣中的所有氫成分通過與NOx反應而消耗，然而，當起始階段的解吸完成并且NOx解吸速度降 低時，包含在排氣內的氫成分的一部分流到NOx吸留還原催化劑的下 游側，而不與NOx反應。
在本發(fā)明中，當下游側的H2傳感器檢測到氫成分時，排氣的空燃 比從濃空燃比轉換到理論空燃比。因此，即使當采用高吸留型NOx吸 留還原催化劑時，NOx吸留還原催化劑也可以適當?shù)卦偕?，而不會?再生操作時不必要地長時間繼續(xù)進行濃空燃比操作。
在此方面，當排氣的空燃比變成理論空燃比時，很少產生氫。因
此，下游側的H2傳感器4企測不到氫。
根據(jù)權利要求4描述的發(fā)明，提供了一種根據(jù)權利要求1的內燃 機的排氣凈化裝置，其中，H2傳感器設置在NOx吸留還原催化劑的入 口側的排氣通道內，并且在執(zhí)行再生操作時，控制流入NOx吸留還原 催化劑的排氣的空燃比，使得由入口側的H2傳感器檢測的排氣的氫成 分濃度可以是預定目標值。
也就是說，在權利要求4描述的發(fā)明中，NOZ及留還原催化劑的 入口側(上游側)的H2傳感器檢測流入NOj及留還原催化劑的氫成分 的濃度，并且以使得氫成分的檢測濃度變成目標值的方式，通過反饋 控制排氣的空燃比。
因此，當進行再生操作時，可以總是將適量的氬供應到NOx吸留 還原催化劑，并且可以適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑。
根據(jù)權利要求5描述的本發(fā)明，提供了一種根據(jù)權利要求4的內 燃機的排氣凈化裝置，其中，在開始再生操作時，氫成分濃度的目標 值高，然后，隨著時間的推移，該氫成分濃度的目標值逐漸降低。
也就是說，在權利要求5描述的發(fā)明中，在再生操作時，流入NOx 吸留還原催化劑的氫成分的濃度根據(jù)NOx解吸速度設置，其中，在該 NOx解吸速度下，從NOx吸留還原催化劑中解吸NOx。
在再生操:作時，當流入NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比從稀 變濃時，在空燃比剛轉換到濃空燃比之后，從NOx吸留還原催化劑解 吸的NOx的量大。然后，NOx的量隨著時間推移降^^。
因此，在再生才喿作時，在流入NOx吸留還原催化劑的排氣的氫成 分濃度在開始再生操作時設置為高，然后逐漸降低。鑒于上述說明， 可以根據(jù)從NOx吸留還原催化劑解吸的NOx的量來供應氫成分，并且 可以適當再生NOx吸留還原催化劑。
根據(jù)權利要求6描述的發(fā)明，提供了 一種根據(jù)權利要求2的內燃
機的排氣凈化裝置，其中，根據(jù)下游側的H2傳感器檢測到的氫成分的
濃度判斷從再生操作開始到再生操作結束的時間推移，判斷NOx吸留 還原催化劑的變差程度。
也就是說，在權利要求6描述的發(fā)明中，基于下游側的H2傳感器 檢測到的氫成分濃度，判斷NOx吸留還原催化劑的再生完成。此時， 根據(jù)從NOx吸留還原催化劑再生操作的開始到再生操作完成的時間推 移，判斷N(X吸留還原催化劑的變差程度。
從再生操作開始到完成所需的時間與NOx吸留還原催化劑吸留的 NOx的量相對應。當NOx吸留還原催化劑變差并且能夠被吸留的NOx 的量因此減少時，完成再生所需的時間縮短。
因此，在所需的時間縮短到預定判斷值的情況下，可以判斷NOx 吸留還原催化劑已經(jīng)變差。
鑒于上述說明，根據(jù)本發(fā)明，適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑，
可以精確地判斷NOx吸留還原催化劑的變差程度。
根據(jù)權利要求7描述的發(fā)明，提供了 一種內燃機的排氣凈化裝置， 包括設置在內燃機的排氣通道內的NOx吸留還原催化劑，當流入催化 劑的排氣的空燃比稀時，該NOx吸留還原催化劑通過吸收和吸附其中 之一，或者通過吸收和吸附來吸留包含在排氣內的NOx，并且當排氣 的空燃比是理論空燃比或者濃空燃比時，該NOx吸留還原催化劑利用 包含在排氣內的還原成分還原和凈化吸留的NOx,該內燃機的排氣凈 化裝置還包括NOx吸留還原催化劑，其彼此串聯(lián)設置在內燃機的排 氣通道的上游側和下游側；以及H2傳感器，其設置在彼此串聯(lián)的上游 側的NOx吸留還原催化劑和下游側的NOx吸留還原催化劑之間的排 氣通道內，用于檢測排氣內的氫成分濃度，其中當NOx吸留還原催 化劑要還原和凈化在發(fā)動機的稀空燃比操作過程中吸留的NOx時，在 執(zhí)行其中濃空燃比或理論空燃比的排氣供應到NOx吸留還原催化劑達 預定時間段的再生操作時,根據(jù)H2傳感器檢測到的排氣中氫成分濃度， 控制流入NOx吸留還原催化劑的上游側的排氣的空燃比。
也就是說，在權利要求7描述的發(fā)明中，兩NOx吸留還原催化劑 串聯(lián)設置在排氣通道內，并且H2傳感器設置在上游側NOx吸留還原催 化劑和下游側NOx吸留還原催化劑之間。
在所謂的串聯(lián)型催化劑中，其中，兩NOx吸留還原催化劑串聯(lián)設 置，NOx吸留還原催化劑的上游側(前級)在稀空燃比操作吸留的 NOx的量與NOx吸留還原催化劑的下游側(后級)在稀空燃比操作吸 留的NOx的量不同。此外，在NOx吸留還原催化劑的上游側(前級)
的再生操作時，再生進行的狀態(tài)與在NOx吸留還原催化劑的下游側(后
級)的不同。因此，當H2傳感器設置在后級NOx吸留還原催化劑的下
游側時，如果基于如此設置的H2傳感器檢測到的氫成分濃度控制再生
搡作，可能會出現(xiàn)問題。
在本發(fā)明中，由于H2傳感器設置在前級NOx吸留還原催化劑和后 級N(X吸留還原催化劑之間，并且由于基于如此設置的H2傳感器檢測 到的排氣內包含的氫成分濃度控制再生操作，因此可以適當?shù)卦偕?NOx吸留還原催化劑。
根據(jù)權利要求8描述的發(fā)明，提供了一種根據(jù)權利要求7的內燃 機的排氣凈化裝置，其中，上游側的NOx吸留還原催化劑的NOx吸留 能力大于下游側的NOJ及留還原催化劑的NOx吸留能力，上游側的NOx 吸留還原催化劑的02存儲能力小于下游側的NOx吸留還原催化劑的 02存儲能力，并且，承載在上游側的NOx吸留還原催化劑的鉑成分的 量大于承載在下游側的N(X吸留還原催化劑的鉑成分的量。
也就是說，根據(jù)權利要求8描述的發(fā)明，上游側的NOJ及留還原 催化劑的N07及留能力大于下游側的N(X吸留還原催化劑的NOx吸留 能力，而上游側的N(X吸留還原催化劑的02存儲能力小于下游側的 NOx吸留還原催化劑的02存儲能力。此外，承載在上游側的NOx吸留 還原催化劑的鉑成分的量大于承載在下游側的NOx吸留還原催化劑的 鉑成分的量。
此外，當上游側的NOx吸留還原催化劑的承載Pt的量增加時，包 含在排氣內的大部分NO在催化劑處氧化，并且變成N02。因此，除
了使上游側的每單位體積吸留的NOx量設置成大之外，上游側NOx吸 留還原催化劑可以有效地吸留、還原和凈化NOx。
在兩NOx吸留還原催化劑彼此串聯(lián)設置的情況下，幾乎所有的吸 留和還原凈化均通過上游側NOx吸留還原催化劑執(zhí)行。因此，通過將 上游側NOx吸留還原催化劑的NOx吸留能力(可在NOx吸留還原催化 劑內吸留的NOx的最大量)設置為大值，可以增加能夠由上游側NOx 吸留還原催化劑處理的NOx的量。此外，通過^f吏上游側NOx吸留還原 催化劑的存儲02的存儲能力降低，在再生操作過程中，包含在排氣內 的氫成分和HC及CO成分不與上游側NOx吸留還原催化劑的催化劑 內吸留的氧反應，并且在排氣內的大部分HC及CO成分用于還原NOx。
根據(jù)權利要求9描述的發(fā)明，提供了一種根據(jù)權利要求7或8的 內燃機的排氣凈化裝置，其中，在執(zhí)行再生操作時，根據(jù)H2傳感器檢 測到的排氣中氫成分濃度，判斷終止再生才喿作的時間。
根據(jù)權利要求9描述的發(fā)明，根據(jù)設置在前級和后級NOx吸留還 原催化劑之間的H2傳感器檢測到的排氣內的氫成分濃度，判斷再生操 作終止的時刻。
在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，在稀空燃比操作時，包含在排 氣內的大部分NOx在前級NOx吸留還原催化劑內吸留。因此，前級NOx 吸留還原催化劑內吸留的NOx量顯著大于后級NOx吸留還原催化劑內 吸留的NOx量。鑒于上述原因，在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，重 要的是充分地再生前級NOx吸留還原催化劑。
在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，通常給后級NOx吸留還原催化 劑設定相對較大的02存儲能力，使得后級NOx吸留還原催化劑可以具 有三元催化劑的功能。02存儲能力是下述能力當排氣的空燃比稀時 NOZ及留還原催化劑吸留氧，并且當排氣的空燃比變濃時NOx吸留還 原催化劑解吸吸留的氧。因此，即使在前級NOx吸留還原催化劑的再 生完成之后，相當大量H2成分流入后級NOx吸留還原催化劑時，氫成 分被從后級NOx吸留還原催化劑解吸的氧氧化。因此，在后級NOx吸 留還原催化劑的出口側，在排氣內檢測不到氫成分。
因此，當氫傳感器設置在后級N(X吸留還原催化劑的出口側時， 難以精確地判斷再生操作終止的時間。也就是說，盡管當前級NOx吸 留還原催化劑完成再生時，總體上已經(jīng)再生串聯(lián)型NOx吸留還原催化 劑的NOx吸留能力，但是在后級下游側的排氣中檢測不到氫成分。因 此，不能精確判斷終止再生操作的時間。
根據(jù)本發(fā)明，由于H2傳感器設置在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑的 前級催化劑和后級催化劑之間，并且基于H2傳感器的輸出判斷再生操 作終止的時間，可以適當?shù)卦偕?lián)型NOx吸留還原催化劑。
根據(jù)權利要求10描述的發(fā)明，提供了 一種根據(jù)權利要求7或8的 內燃機的排氣凈化裝置，其中，通過使流入N(X吸留還原催化劑的排 氣的空燃比為濃空燃比并且同時提高其溫度，該裝置還執(zhí)行毒化再生 處理，以便與來自NOJ及留還原催化劑的NOx—起，解吸吸留在NOx 吸留還原催化劑內的氧化硫，并且，在執(zhí)行毒化再生處理的過程中， 根據(jù)H2傳感器檢測到的排氣中氫成分濃度，控制流入上游側的NOx 吸留還原催化劑的排氣的空燃比。
也就是說，根據(jù)權利要求IO描述的發(fā)明，根據(jù)設置在前級和后級
NOx吸留還原催化劑之間的H2傳感器的輸出，執(zhí)行毒化再生處理控制。
當空燃比稀時，NOx吸留還原催化劑以與吸留NOx相同的方式吸 留排氣內的SOx。然而，由于SOx與吸留材料的親和力強， 一旦SOx 被吸留在N(X吸留還原催化劑內，則難以僅通過執(zhí)行用于NOx吸留還 原催化劑再生的濃強化操作，使SOx從NOx吸留還原催化劑中解吸。 因此， 一旦SOx被吸留在NOx吸留還原催化劑中，則SOx逐漸在催化 劑內積聚。
因此，當NOx吸留還原催化劑內吸留的SOx量增加時，能夠吸留 在N(X吸留還原催化劑內的NOx的量降低，也就是說，NOx吸留能力 降低。也就是說，引起了所謂的SOx中毒。
為了解決SOx毒化問題，需要進行毒化再生處理，其中，當流入 NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比保持在濃空燃比時，NOx吸留還原 催化劑的溫度升高。即4吏在毒化再生處理中，當氫成分供應到NOx吸 留還原催化劑時，也可增加SOx從NOx吸留還原催化劑解吸的SOx解 吸速度，并且可以在短時間內完成毒化再生處理。
在這種情況下，為了適當?shù)剡M行毒化再生處理，例如，需要以與 NOx吸留還原催化劑的再生操作相同的方式來適當?shù)嘏袛嘤糜诮K止毒 化再生處理的時刻。然而，在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，存在一 些特殊情況，例如，在前級NOx吸留還原催化劑內吸留的SOx的量與 在后級NOx吸留還原催化劑內吸留的SOx的量不同。因此，如果根據(jù)設置在NOx吸留還原催化劑下游側的H2傳感器的輸出，進行毒化再生
處理，則難以適當?shù)剡M行毒化再生處理。
根據(jù)本發(fā)明，4艮據(jù)設置在前級和后級NOx吸留還原催化劑之間的 H2傳感器的輸出，進行毒化再生處理。因此，除了 NOx吸留還原催化 劑的再生，還可以適當?shù)剡M4亍毒化再生處理。
根據(jù)權利要求11描述的發(fā)明，提供了一種根據(jù)權利要求10的內 燃機的排氣凈化裝置，其中，在執(zhí)行毒化再生處理時，根據(jù)H2傳感器 檢測到的排氣中氫成分濃度，判斷終止毒化再生處理的時間。
由于氫具有^f艮強的還原能力，在毒化再生處理時，當流入NOx吸 留還原催化劑內的排氣包含氫成分時，該氫成分立即與從NOx吸留還 原催化劑解吸的SOx反應。因此，以與濃強化操作相同的方式，即使 在毒化再生處理、SOx被解吸時，包含在排氣內的氫成分也能用于還原 SOx而被消耗。因此，沒有氫流入NOx吸留還原催化劑的下游側的排 氣中。
因此，以與判斷NOx吸留還原催化劑的再生完成相同的方式，即 使在毒化再生處理中，也可以根據(jù)設置在NOx吸留還原催化劑的下游 側的H2傳感器的輸出，判斷SOx的解吸的完成。
然而，在這種情況下，在串聯(lián)型N(X吸留還原催化劑中，包含在 排氣內的大部分SOx被吸留在前級NOx吸留還原催化劑中。因此，重 要的是前級N(X吸留還原催化劑從SOx毒化中充分再生。 在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，后級NOx吸留還原催化劑承載 相當大量的二氧化鈰(Ce)成分，以便增強其02存儲能力。因此，包 含在排氣內的SOx與在后級NOx吸留還原催化劑的二氧化鈰結合，并 且形成碌u酸鹽。在這種情況下，二氧化鈰與SOx的結合力不是非常強， SOx可以很容易地從后級NOx吸留還原催化劑中解吸出。
因此，在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑的毒化再生處理中，在前級 N(X吸留還原催化劑的毒化再生處理終止的時間點，所有的SOx均已 從后級NOx吸留還原催化劑中解吸出。因此，通過基于從前級NOx吸 留還原催化劑的SOx的解吸狀態(tài)判斷終止毒化再生處理的時刻，可更 有效地執(zhí)行毒化再生處理。
根據(jù)本發(fā)明，在毒化再生處理時，當設置在前級和后級NOx吸留 還原催化劑之間的H2傳感器檢測到排氣內的氫時，毒化再生處理被終 止。因此，不僅可以適當執(zhí)行NOx吸留還原催化劑的再生而且還可以 適當執(zhí)行SOx再生。
根據(jù)權利要求12描述的發(fā)明，提供了 一種根據(jù)權利要求8的內燃
機的排氣凈化裝置，其中，根據(jù)H2傳感器檢測到的排氣內的氫成分的
濃度，判斷從再生操作開始到再生操作結束的時間段，并根據(jù)該時間 段判斷上游側的NOJ及留還原催化劑的變差程度。
也就是說，根據(jù)權利要求12描述的發(fā)明，通過設置在前級和后級 之間的H2傳感器的輸出，判斷串聯(lián)型N(X吸留還原催化劑的前級NOx 吸留還原催化劑的變差程度。
在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，前級NOx吸留還原催化劑的NOx 吸留能力比后級NOx吸留還原催化劑的NOx吸留能力更重要。另一方 面，串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑的變差程度從前級NOx吸留還原催化 劑增強。因此，為了精確地判斷串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑的變差程 度，氫傳感器必須設置在前級和后級NOx吸留還原催化劑之間，而不 是設置在后級NOx吸留還原催化劑的下游側。在本發(fā)明中，H2傳感器 設置在前級和后級NOx吸留還原催化劑之間的位置。因此，根據(jù)本發(fā) 明，可以適當?shù)卦偕?lián)型NOx吸留還原催化劑。此時，可以精確地 判斷前級NOx吸留還原催化劑的變差程度。
從上述說明中，可以了解的是，根據(jù)在每一權利要求中描述的發(fā) 明，通過基于H2傳感器檢測到的包含在排氣內的氫成分濃度，控制 NOx吸留還原催化劑的再生操作，可適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑。


圖1為示出本發(fā)明應用到機動車用內燃機的實施例的輪廓的配置
圖2為示意地表明排氣中氫成分濃度和排氣的空燃比之間的關系 的視圖3為描述本發(fā)明的第一實施例中的NOx吸留還原催化劑的再生 操作的流程圖4為描述本發(fā)明的第二實施例中的NOx吸留還原催化劑的再生 操作的流程圖5為描述本發(fā)明的第三實施例中的NOx吸留還原催化劑的再生 操作的流程圖6為描述在本發(fā)明的第四實施例中的NOx吸留還原催化劑的再 生操作時，設定氫濃度目標值的視圖7為描述本發(fā)明的第五實施例中的NOx吸留還原催化劑的變差 判斷操作的流程圖8為類似于圖1的視圖，用于描述本發(fā)明的第六實施例的結構；
以及
圖9是描述本發(fā)明的第七實施例中的NOx吸留還原催化劑的毒化 再生處理的流程圖。
具體實施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1為示出本發(fā)明應用到機動車用內燃機的實施例的輪廓的配置圖。
圖1中，附圖標記1是機動車的內燃機。在本實施例中，發(fā)動機l 是4缸汽油發(fā)動機，具有四個汽缸#1至#4。在汽缸#1至#4中，用 于噴射燃料的燃料噴射閥111至114設置在各自汽缸的入口端。發(fā)動 機1是稀燃發(fā)動機，其能夠在從濃空燃比到稀空燃比的寬空燃比范圍 內運行，在本實施例中，在運行區(qū)域的較大部分，在稀空燃比運行。
在本實施中，汽缸#1至#4被分成兩個汽缸組。在這種情況下， 每一汽缸組包括兩個汽缸，其點火正時彼此不相鄰。例如，在圖1所
示的實施例中，點燃汽缸的點火順序是1-3-4-2。因此，汽釭#1和#4 組成一汽缸組，汽缸#2和#3組成一汽缸組。每一汽缸的排出端連接 到每一汽缸的排氣歧管。每一汽缸的排氣歧管連接到每一汽缸組的排 氣通道。
在圖1中，附圖標記21a是排氣歧管，用于將由汽缸#1和#4組 成的汽缸組的排出端連接到單獨的排氣通道2a,并且附圖標記21b是 排氣歧管，用于將由汽缸# 2和# 3組成的汽缸組的排出端連接到單獨 的排氣通道2b。在本實施例中，在單獨的排氣通道2a、 2b內，分別設 置包括三元催化劑的起始催化劑5a、 5b。單獨的排氣通道2a、 2b在起 始催化劑的下游側連"t妄到^^共排氣通道2。
在公共排氣通道2內，設置轉換器70，其中，下面將描述的NOx 吸留還原催化劑容納于殼體內。
在圖1中，附圖標記31、 33是上游側H2傳感器和下游側H2傳感 器，其分別設置在轉換器70的入口側和出口側，該轉換器設置在排氣 通道2上。這些H2傳感器檢測包含在排氣內的氫(H2)成分的濃度。
在圖1中，附圖標記30是發(fā)動機1的電子控制模塊(ECU)。在 本實施例中，ECU30是公知類型的微型計算機，包括RAM、 ROM和 CPU。 ECU30執(zhí)行發(fā)動機的基本控制，例如點火正時控制、燃料噴射 控制等等。
除了上述基本控制，本實施例的ECU30執(zhí)行再生操作，其中，每 當NOJ及留還原催化劑7內吸留的N(X的量增加到預定值，噴射閥111 至114的燃料噴射的量增加，以便使發(fā)動機在濃空燃比或理論空燃比
下運行一小段時間。這樣，NOx吸留還原催化劑7解吸吸留的NOx, 乂人而可以還原和凈^^非氣。
此外，在本實施例中，在進行上述再生操作時，根據(jù)H2傳感器31、 33檢測的NOx吸留還原催化劑7的入口或出口的排氣內的氫成分的濃 度，ECU30控制再生操:作時排氣的空燃比。
為了進行上述控制，在ECU30的輸入端輸入下列信號，所述信號 是表示發(fā)動機操作狀態(tài)的參數(shù)。輸入的信號是與發(fā)動機的入口壓力 相對應的信號，該信號從設置在發(fā)動機入口歧管(未示出)的入口壓 力傳感器41發(fā)送；與發(fā)動機的速度相對應的信號，該信號從靠近發(fā)動 機的曲軸(未示出)設置的發(fā)動機轉速傳感器43發(fā)送；以及表示剎車 踏板的壓低量(加速踏板的開啟程度)的信號，該信號從靠近發(fā)動機1 的加速踏板(未示出)設置的加速開啟程度傳感器45發(fā)送。此外，輸 入從Hb傳感器31、 33發(fā)送的、包含在NOx吸留還原催化劑7的入口
和出口的排氣內的H2濃度。
ECU30的出口端通過燃料噴射電路(未示出)連接到汽缸的燃料 噴射閥111至114,以便控制噴射到每一汽缸的燃料噴射量和燃料噴射 正時。
接下來，描述本實施例的NOx吸留還原催化劑7。
本實施例的NOx吸留還原催化劑7的組成如下。例如，采用由形 成為蜂巢狀的堇青石制成催化劑載體。在此催化劑載體的表面，設置 鋁涂層。在此鋁層上，載有從諸如鉀K、鈉Na、鋰Li和銫Cs的堿金 屬，諸如鋇Ba和4丐Ca的堿土金屬，以及諸如鑭La、鈰Ce和釔Y的 稀土金屬組成的組中選擇的一種成分，以及從諸如鉑Pt的貴金屬選擇
的一種成分。在流入NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比稀的情況下，
NOx吸留還原催化劑吸收排氣中硝酸離子NO/形式的NOx( N02， NO )。 當排氣的氧濃度被降低時，NOx吸留還原催化劑排出吸留的NOx，換 句話說，NOx吸留還原催化劑根據(jù)排氣的空燃比對NOx進行吸留和解 吸。
也就是i兌，發(fā)動沖幾1在稀空燃比下運行并且流入NOx吸留還原催 化劑的排氣處于稀空燃比的情況下，包含在排氣內的NOx (NO)被氧 化，例如在鉑Pt上，并且變成N02,再進一步氧化形成硝酸離子。在 這種情況下，例如采用BaO作為吸留材料，這些硝酸離子被吸收到吸 留材料中，并且與氧化鋇BaO結合，并且以硝酸離子N(V的形式擴散 到吸留材料中。因此，在稀薄氣氛中，包含在排氣中的N(X以硝酸鹽 的形式吸留在NOx吸留還原催化劑中。
在流入NOx吸留還原催化劑的排氣中的氧濃度降低的情況下，即， 在排氣的空燃比變成理論空燃比或濃空燃比的情況下，鉑Pt上的氮離 子產生量降低。因此，反應沿逆向進行，吸留材料中的硝酸離子N(V 以N02的形式從吸留材料解吸。在這種情況下，當諸如CO或H2的用 作還原劑的成分存在于排氣中、或在HC成分存在于排氣的情況下， N02在鉑Pt上由這些成分還原。
在稀空燃比的氣氛中，NOx吸留還原催化劑7根據(jù)上述機理通過 在吸留材料中以硝酸離子的形式吸留包含在排氣內的NOx。因此，由 于在吸留材料中的硝酸離子的濃度增加，新的硝酸離子難以被吸收進 吸留材料中，并且在排氣中的NOx凈化比降低。當NOx吸留還原催化 劑吸留的NOx量達到上限時，也就是說，吸留材料內的硝酸離子濃度 增加并且達到飽和濃度時，NOx吸留還原催化劑很難吸留包含于排氣 內的NOx。
在本實施例中，利用預先通過實驗建立的關系基于代表發(fā)動機運 行條件的參數(shù)，ECU30估計每單位時間從發(fā)動機l產生的NOx量，其 中，所述參數(shù)例如是發(fā)動機入口壓力、發(fā)動機轉速和加速踏板的開啟 程度。發(fā)動機每單位時間產生NOx的量的預定百分比與每單位時間NOx 吸留還原催化劑內吸留的NOx的量相對應。因此，可以通過結合由發(fā) 動機每單位時間產生的NOx的量的預定百分比來計算NOJ及留還原催 化劑7吸留的NOx的量。因此，被稱為NOx計數(shù)器的結合值與NOJ及 留還原催化劑7內吸留的NOx的量相對應。
此外，ECU30通過執(zhí)行濃強化操作來再生NOx吸留還原催化劑， 其中，每當此NOx計數(shù)器達到預定值，則通過在短時間在濃空燃比下 運行發(fā)動機1將濃空燃比的排氣供應到NOJ及留還原催化劑。鑒于上 述說明，NOx吸留還原催化劑7總是在吸留的NOx量^M氐的條件下吸 留NOx。因此，可以使NOx吸留還原催化劑保持高NOx凈化比。
在此方面，取代上述用NOx計數(shù)器估計NOx吸留還原催化劑7內 NOx的吸留量，通過設置NOx傳感器來檢測NOZ及留還原催化劑7的 下游側的排氣的NOx濃度，進而判斷濃-強化執(zhí)行時刻。
當NOx吸留還原催化劑7的N(X吸留量增加時，NOJ及留還原催 化劑7的N(X凈化能力降低，并且排氣內的NOx的一部分經(jīng)過NOx吸 留還原催化劑7卻不被吸留于其內。因此，在NOx吸留還原催化劑7 的下游側放置NO"專感器，當NCM專感器檢測的排氣內的NOj農度增
加并達到預定值時(即，當NOx吸留還原催化劑7內吸留的NOx量增 加時)，可以執(zhí)行濃-強化操作。
(1)第一實施例
下面參考圖2和圖3，描述本發(fā)明的第一實施例。
如上所述，在本實施例中，每當NOx吸留還原催化劑7的NOJ及 留量達到預定量時，進行濃強化操作，以使NOx吸留還原催化劑7再 生。
為了適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑，需要在NOx吸留還原催化 劑的再生完成之前，執(zhí)行濃強化操作，并且在再生完成之后，發(fā)動機 運行的空燃比返回到稀空燃比。
通常，如日本專利^^開號2692380所描述的，通過基于i殳置在NOx 吸留還原催化劑的下游側的02傳感器的輸出，判斷NOx吸留還原催化 劑再生的完成，并且在濃強化操作過程中，當02傳感器檢測的催化劑 下游側的空燃比從理論空燃比轉換到稀空燃比時，則判斷NOx吸留還 原催化劑的再生完成。當NOx吸留還原催化劑的再生完成時，排氣的 空燃比返回到稀空燃比。
然而，如上所述，當包含在排氣內的HC成分的量大時，HC成分 附著于NOx吸留還原催化劑的催化劑成分的表面，并且引起使催化功 能變差的覆蓋。當引起覆蓋時，流入N(^吸留還原催化劑內的排氣內 包含的HC成分的一部分經(jīng)過催化劑而不與NOx發(fā)生反應。因此，在 NOx吸留還原催化劑下游側，即使NOz及留還原催化劑的再生尚未完 成，空燃比變濃。
因此，當根據(jù)設置在NOx吸留還原催化劑下游側的02傳感器的輸 出判斷NOx吸留還原催化劑的再生完成時，即使催化劑的再生尚未完 成，濃強化操作也在某些情況下被終止。因此，不能充分執(zhí)行NOx吸 留還原催化劑的再生。
因此，在本實施例中，通過利用設置在N(X吸留還原催化劑下游 側的H2傳感器的輸出，當判斷NOx吸留還原催化劑的再生完成時終止 濃強化操作，來解決上述問題。
例如，當發(fā)動機的排氣的空燃比變濃時，在燃燒時產生的HC、 CO 和H20引起水氣轉換反應(CO+H20 — C02+H2)或蒸汽重整(HC+H20 —C02+H2)，并且產生氫。在通常內燃^li的情況下，在濃空燃比運行期 間，通過上述反應產生H2，然而，這些反應可進一步由三元催化劑加 速。因此，在具有三元催化劑的內燃機中，在用于NOx吸留還原催化 劑再生的濃-強化操作過程中，排氣內包含相當大量氫，其中，三元催 化劑例如是在NOx吸留還原催化劑的上游側的排氣通道內的起始催化 劑5a、 5b。
除了三元催化劑，如果可有效地產生水氣轉換反應或蒸汽重整的 制氫催化劑設置在排氣通道，也可以在發(fā)動機以濃空燃比運行的過程 中產生氫。
圖2是示出排氣的空燃比和H2產生量之間關系的曲線圖。圖2示 出了在起始催化劑5a、 5b內H2產生量和排氣的空燃比之間的關系。 如圖2所示，當空燃比稀時，在三元催化劑處的H2產生量是零。然而， 當空燃比超出理論空燃比并且變濃時，也就是說，當空燃比降低時，
在三元催化劑處的H2產生量基本上線性增加。雖然H2的實際產生量
彼此不同，但是當空燃比降低時，發(fā)動機燃燒室內的H2產生量和在使 用制H2催化劑取代三元催化劑的情況下的H2產生量基本上是線性增 加。
在如上所述進行濃強化操作時產生的氫成分具有很強的還原能
力。因此，如此產生的氫成分可以直接與NOx組分反應，而不使用諸 如Pt的催化劑成分。因此，即使當排氣內包含相當大量的HC成分并 且引起了覆蓋，并且催化劑特性變差時，在排氣內的氫成分也能很好 地與NOx吸留還原催化劑內解吸的NOx發(fā)生反應。
因此，只要NOx從NOj及留還原催化劑解吸，在排氣內包含的氫 成分便通過與N(X吸留還原催化劑上的NOx反應而消耗。因此，排氣 內包含的氫成分不流到NOx吸留還原催化劑的下游側。
因此，在進行濃強化操作時，通過設置在NOx吸留還原催化劑的 下游側的H2傳感器33檢測出排氣內包含的氫成分的情況下，可以判 斷NOx吸留還原催化劑的NOx解吸(再生)已經(jīng)完成。
在此方面，對于本實施例的142傳感器33 (31 )，例如可以使用對 氬特別敏感的Pd/Ni合金傳感器。
此類型的H2傳感器由KK Toyoda Micro System制造，并且以商標 "H2 scan"投入市場。然而，在本實施例中使用的傳感器不僅局限于 上述特定傳感器。任何傳感器可以在本實施例中使用，只要該傳感器 可快速、連續(xù)地監(jiān)視排氣內的H2濃度。
下面描述本實施例的NOx吸留還原催化劑的再生操作。
圖3為清楚地描述本實施例的NOx吸留還原催化劑的再生梯:作的
流程圖。此操作作為一種例行程序被處理，通過ECU30以固定間隔執(zhí) 行。
在圖3所示的操作中，在步驟301中，判斷再生操作執(zhí)行標志X 的值是否設定為1。，當在與ECU30分開執(zhí)行的操作(未示出)中， NOJ及留還原催化劑7的NOx吸留量增加到預定值時，該標志X的值 設定為1。如上所述，在本實施例中，通過單獨執(zhí)行的NOx吸留量估 計操作(未示出)，ECU30計算上述NOx計數(shù)器值，該值以固定間隔 表示NOx吸留還原催化劑的NOx吸留量。當此NOx計數(shù)器值達到預定 值時，再生操作執(zhí)行標志X的值設定為1。
在步驟301中，在X-l的情況下，NOx吸留還原催化劑7內的 NOx吸留量未達到預定值，因此，不需要再生NOx吸留還原催化劑7。 因此，此操作立即終止。在這種情況下，不執(zhí)行濃強化操作，并且發(fā) 動機1繼續(xù)執(zhí)行稀空燃比操作。
在步驟301中，在X-1的情況下，程序進行到步驟303，并且執(zhí) 行濃強化操作(RS)。在濃強化操作中，發(fā)動機1在預定濃空燃比下運 行。從而在發(fā)動機1和起始催化劑5a、 5b內產生氫。因此，包含氫成 分的濃空燃比的排氣流入NOx吸留還原催化劑7中。
接下來，在步驟305中，從NOx吸留還原催化劑7下游側的H2 傳感器讀入NOJ及留還原催化劑下游側的排氣內的氫成分濃度HRR。 在步驟307中，判斷氫成分濃度HRR是否不小于預定值cc。在這種情 況下，a是用于防止出現(xiàn)錯誤判斷的判斷值，并且設定為接近零的正值。
如上所述，在執(zhí)行RS操作時，從NOx吸留還原催化劑7解吸NOx， 在排氣內包含的氫成分與NOx反應并消耗。因此，由下游側的H2傳感 器33檢測的氫成分濃度HRR變?yōu)榱?。當NOx的解吸完成時，即，當 NOx吸留還原催化劑的再生完成時，下游側的H2傳感器33 #企測到氫。
在本實施例中，在步驟307中，當氫成分的濃度超出判斷值oc時， 則判斷NOx吸留還原催化劑7的再生完成，程序進行到步驟309,并 且再生操作執(zhí)行標志的值設定為零。當再生操作執(zhí)行標志的值設定為 零時，在上述NOx計數(shù)器計算操作中，NOx計數(shù)器的值返回到零。
在此操作的下一個執(zhí)行中，在步驟301之后，操作立即終止，并 且濃強化梯:作終止，并且排氣的空燃比返回到稀空燃比。
另一方面，在步驟307中，在HRIKa的情況下，判斷氫成分未流 到NOJ及留還原催化劑7的下游側，并且NOx吸留還原催化劑7的再 生未完成。因此，此操:作的執(zhí)行終止，而標志X的值保持在1。鑒于 上述說明，在本操作的下一個操作中，仍繼續(xù)步驟303的濃強化操作。
在本實施例中，根據(jù)設置在NOx吸留還原催化劑7的下游側的H2 傳感器的輸出，精確判斷NOx吸留還原催化劑7的再生完成，并且濃 強化操作終止，也就是說，排氣的空燃比返回到稀空燃比。因此，可 以精確地再生NOx吸留還原催化劑7。
在此方面，在圖1所示的配置中，H2傳感器31、 33分別設置在 N(X吸留還原催化劑7的上游側和下游側。然而，H2傳感器33當然也 可以僅設置在NOx吸留還原催化劑7的下游側。
(2)第二實施例
下面描述本發(fā)明的第二實施例。
在上述第一實施例中，在執(zhí)行濃強化操作的過程中，當設置在NOx
吸留還原催化劑7下游側的H2傳感器33檢測到排氣中的氫成分時， 濃強化操作終止，并且排氣的空燃比立即轉換到稀空燃比。然而，本 實施例的以下幾點與第一實施例不同。在本實施例中，在濃強化操作 終止后，排氣的空燃比保持在理論空燃比達預定時間段，然后該空燃 比返回到稀空燃比。
如上所述，近來采用NOx吸留能力增強的高吸留型NOx吸留還原 催化劑。在高吸留型NOx吸留還原催化劑中，吸留材料與NOx的親合 力高。因此，在濃強化操作的起始階段，在大量NOx被解吸之后，NOx 的解吸速度下降。因此，為了完全再生NOx吸留還原催化劑，需要長 時間繼續(xù)進行再生操作。然而，當發(fā)動機在濃空燃比下長時間的運行 時，會引起發(fā)動機的燃料消耗增加的問題。當在NOx解吸速度低的條 件下繼續(xù)進行濃空燃比運行時，排氣中包含的HC和CO不與NOx反 應，而是流到NOx吸留還原催化劑的下游側。因此，使排放變差。因 此，在本實施例中，在起始階段，從NOx吸留還原催化劑解吸相當大 量的NOx之后，濃強化操作完成，并且發(fā)動機運行在理論空燃比下， 并且NOx吸留還原催化劑經(jīng)過相當長的時間后，再生完成。
在本實施例中，根據(jù)設置在NOx吸留還原催化劑7下游側的H2 傳感器33的輸出，判斷濃強化操作終止的時間(空燃比轉換成理論空 燃比的時間)。
也就是說，當濃強化操作執(zhí)行時，包含氫成分的濃空燃比的排氣 流入NOx吸留還原催化劑。當,人NOx吸留還原催化劑7解吸NC^時， 包含在排氣內的氫成分與NOx反應并消耗。因此，設置在下游側的H2 傳感器33未;f企測到氫成分。
然而，在高吸留型NOx吸留還原催化劑的情況下，當在執(zhí)行濃強 化操作的過程中，NOx的起始解吸完成，并且NOx的解吸速度急劇下 降時，NOx量低。因此，包含在排氣內的氫成分的一部分不與NOx反 應便流到催化劑的下游側。
因此，在本實施例中，在執(zhí)行濃強化操作時，當設置在下游側的 H2傳感器33檢測到排氣中的NOx時，則判斷從NOx吸留還原催化劑7 的NOx起始解吸完成，并且排氣的空燃比變成理論空燃比。
圖4為描述以上所述的本實施例的N(X吸留還原催化劑的再生操 作的流程圖。此操作作為一種例行程序被處理，通過ECU30以固定間 隔執(zhí)行。
在本實施例中，除了通過利用濃強化操作執(zhí)行標志X外，還通過 利用理論空燃比保持標志Y,再生NOx吸留還原催化劑。當在上述NOx 吸留量估計操作中，N(X計數(shù)器值達到預定值時，標志Y的值與標志 X的值一起設定為1。
在圖4中，當操作開始時，在步驟401中判斷理論空燃比保持標 志Y的值是否設定為1。如下所述，在濃強化操作完成之后，當標志X 的值設定為0 (步驟411)經(jīng)過預定時間段(步驟413至步驟415 )之 后，標志Y的值設定為0 (步驟419)。因此，在步驟401中，在Y-1 的情況下，確保完成濃強化操作和濃強化操作之后的理論空燃比保持 操作。
因此，在步驟401中，在Y-1的情況下，不執(zhí)行步驟403及以后 的梯:作，本次操作立即終止。
在步驟401中，在Y=l的情況下，由于再生NOx吸留還原催化 劑，程序進行到步驟403，并且根據(jù)標志X的值，判斷再生操作的起 始階段的濃強化操作是否完成。在X-1 (未完成)的情況下，在設置 于NOx吸留還原催化劑的下游側H2傳感器33檢測到排氣中的氫成分 之前，持續(xù)進行濃空燃比操作。步驟403至411中描述的操作與圖3 所示的步驟301至309中所描述的操作相同。
另一方面，在步驟403中，在X4的情況下，這表明雖然濃強化 操作已經(jīng)完成，但是理論空燃比保持操作尚未終止。因此，程序進行 到步驟413,并且計數(shù)器CT的值加l,程序進行到步驟415,并且判 斷計數(shù)器CT增加的值是否達到預定值P。在這種情況下，(3是相應于 一時間段的計數(shù)值，其中，在濃強化操作完成之后，NOx吸留還原催 化劑應保持在理論空燃比。也就是說，P是在起始階段NOx解吸之后、 在理論空燃比下完成NOx吸留還原催化劑的再生所需的時間段。P值 根據(jù)NOx吸留還原催化劑的能力和類型而變化。因此，優(yōu)選是P值通 過實驗確定，其中，釆用實際N07及留還原催化劑。
在步驟415中，在CT〈P的情況下，NOx吸留還原催化劑的再生 尚未完成。因此，程序進行到步驟417，并且發(fā)動機在理論空燃比運行。 鑒于上述說明，理論空燃比的排氣流入NOx吸留還原催化劑7，并且 N(X吸留還原催化劑7的再生繼續(xù)，而不大幅增加發(fā)動機1的燃料消 耗。
在步驟415中，在CT》P的情況下，由于NOx吸留還原催化劑7 的再生已經(jīng)完成，程序進行到步驟419，并且標志Y和計數(shù)器CT的值 重置為0。鑒于上述說明，在下一個操作中，步驟401的操作之后，立 即終止操作。這樣，不進行NOx吸留還原催化劑的再生操作，而進行 通常的稀空燃比運行。
根據(jù)圖4所示的實施例，在再生操作過程中，當設置在NOJ及留 還原催化劑7下游側的H2傳感器33檢測到包含在排氣中的氫成分時， 濃強化操作終止，并且之后排氣保持在預定的理論空燃比。鑒于上述 說明，即使當采用高吸留型NOx吸留還原催化劑時，也可以適當?shù)卦?生NOx吸留還原催化劑7。
(3)第三實施例
下面描述第三實施例。
在上述第一和第二實施例中，通過設置在NOx吸留還原催化劑7 下游側的下游側H2傳感器33檢測到的氫濃度來判斷終止NOx吸留還 原催化劑的再生操作的時間和終止?jié)鈴娀僮鞯臅r間。
另一方面，在本實施例中，控制排氣的空燃比，從而在N(X吸留 還原催化劑7的再生操作中，設置在N(X吸留還原催化劑上游側的上 游側H2傳感器31檢測到的氫成分濃度變成預定值。
如圖2所示，排氣中的氫成分濃度才艮據(jù)排氣的空燃比變化。因此， 如果排氣的空燃比在NOx吸留還原催化劑再生才喿作時改變，則排氣中 的氫成分的濃度也改變，并且在某些情況下，供應到NOJ及留還原催 化劑的氫的量變得不足。這可能會引起N(X吸留還原催化劑的不充分 再生。
在本實施例中，基于上游側H2傳感器31的輸出，對排氣的空燃 比進行反饋控制，從而流入NOx吸留還原催化劑的排氣的氫成分濃度， 在NOx吸留還原催化劑7的再生操作時變成預定值。由于上述反饋控 制，在N07及留還原催化劑7的再生過程中，總是可以給NOx吸留還 原催化劑7供應適量的氫成分。
圖5為描述以上所述的本實施例的NOx吸留還原催化劑7的再生 操作的流程圖。此操作作為一種例行程序被處理，通過ECU30以固定 間隔執(zhí)4亍。
圖5的操作執(zhí)行如下。首先，在步驟501中，判斷再生執(zhí)行標志X 的值是否設定為1。以與第一和第二實施例相同的方式，在本實施例中， 當NOj及留還原催化劑7的NOx吸留量增加到預定值時，通過未示出 的、與ECU30分開執(zhí)行的操作，將標志X的值設定為1。
在此方面，本實施例的再生操作執(zhí)行標志X的值可以以如下方式 設置例如，在值設定為X4之后，經(jīng)過預定時間段之后，該值重置 為0?；蛘撸瑯酥綳的值可根據(jù)圖3和圖4所示的操作重置為0。
在步驟501中，在X-1的情況下(執(zhí)行再生操作)，在步驟503 執(zhí)行濃強化操作，發(fā)動機1的燃料噴射的量增加，并且發(fā)動機1在濃 空燃比下運行。鑒于上述說明，包含氫成分的濃空燃比的排氣流入NOx 吸留還原催化劑7,并且再生NOj及留還原催化劑7。
接下來，在步驟505中，從設置在NOx吸留還原催化劑7上游側 的H"專感器31讀入流入N07及留還原催化劑7的排氣內的氫成分濃 度HRF。在步驟507至509中，在濃強化操作中，發(fā)動機1的燃料噴
射的量降低(步驟509)或增加(步驟511),從而被精確測量的氫成 分濃度值HRP可以是預定目標值Y 。
氫成分濃度的目標值Y通過開始再生梯:作時NOx吸留的量和通過 NOx吸留還原催化劑的類型改變。因此，優(yōu)選是氫成分濃度的目標值 Y基于采用實際NOx吸留還原催化劑的實驗確定。
鑒于上述說明，在本實施例中，當NOx吸留還原催化劑7實際再 生時，總是可以將適量的氫供應到NOx吸留還原催化劑7中。因此， 可以適當?shù)卦偕鶱Ox吸留還原催化劑7。
在此方面，可以獨立地進行本實施例的NOx吸留還原催化劑的再 生操作，其中采用上游側H2傳感器31 (如圖l所示)。然而，如上所 述，可以采用第一或第二實施例中的下游側H2傳感器33(如圖1所示) 進行再生操作。
(4)第四實施例
下面描述本發(fā)明的第四實施例。在本實施例中，以與上述第三實 施例相同的方式，對排氣的空燃比進行反饋控制，從而上游側的H2傳 感器檢測到的排氣中的氫成分濃度變?yōu)槟繕酥礩 。
本實施例的再生操作的流程圖與第三實施例的相同(如圖5所示)。
在上述第三實施例中，流入在NOx吸留還原催化劑7的排氣中的 氫成分濃度HRF的目標值Y設定為固定值。另一方面，在本實施例中， 設定目標值Y使得其可以隨時間的推移而變化。因此，在再生操作開 始(濃強化操作)時，目標值Y設定為高，并且接著設定目標值Y使 得其隨著時間的推移而降低。本實施例僅在此點上與第三實施例不同。 圖6為示意性地示出了本實施例的氫成分目標值Y跟隨時間的變 化的曲線圖。如圖6所示，在NOx吸留還原催化劑7的再生操作開始 時，Y值高。隨著時間的推移，Y逐漸降低。
當NOx吸留還原催化劑的再生操作開始并且濃空燃比的排氣流入 NOx吸留還原催化劑時，首先，附著在NOx吸留還原催化劑上的Pt和 氧化鋁表面的NOx、和在吸留材料表面附近以離子形式存在的NOx同 時被解吸，之后，在吸留材料內吸留的NOx從吸留材料內部移動到表 面上并^皮解吸。
因此，在NOx吸留還原催化劑的再生操作的開始，相當大量的NOx 在短時間段內被解吸。之后，NOx的解吸的速度逐漸降低。因此，在 再生操作開始時，用于還原被解吸的NOx所需的氫成分的量大。之后， 還原被如此解吸的NOx所需的氫成分的量降低。
在本實施例中，如圖6所示，在再生操作過程中，根據(jù)從NOx吸 留還原催化劑解吸的NOx的解吸速度，設定排氣中的氫成分濃度。因 此，可以適當?shù)貙Ox吸留還原催化劑進^f亍再生。
(5)第五實施例
下面描述本發(fā)明的第五實施例。
在本實施例中，NOx吸留還原催化劑的變差程度根據(jù)再生操作所 需的時間來判斷。再生#:作所需的時間，即，如第一實施例所述(如 圖3所示)，終止再生才喿作的時刻才艮據(jù)下游側H2傳感器33的輸出確定。
如上所述，在第一實施例中(如圖3所示)，NOx吸留還原催化劑 7的再生完成的時間點，通過下游側的氫傳感器33 4企測。在此方面，
從再生開始到再生完成的所需時間段才艮據(jù)NOx吸留還原催化劑7內吸 留的NOx的量增加和減少。
在上述每一實施例中，根據(jù)NOx計數(shù)器值和在NOx吸留還原催化 劑下游側設置的NOj專感器的輸出，估計N(X吸留還原催化劑內吸留 的NOx的量，并且每當此NOx吸留量達到預定值時，執(zhí)行再生操作。 因此，認為在開始再生操作時，NOx吸留還原催化劑7的NOx吸留量 本身為固定值，并且從再生操作開始到結束的時間段應為基本固定的。
然而，由于NOx吸留還原催化劑7變差，因此降^f氐了 NOx吸留能 力。因此，例如，在用NOx計數(shù)器估計NOx吸留量的情況下，即使排 氣內的NOx組分濃度是固定的，由于NOx吸留還原催化劑變差，每單 位時間NOx吸留還原催化劑內吸留的NOx的量降低，并且NOx吸留還 原催化劑內吸留的實際NOx的量降低，小于NOx計數(shù)器的值。
在N(X傳感器設置在NOx吸留還原催化劑的下游側并且估計NOx 吸留量的情況下，當NOx吸留還原催化劑的吸留能力變差時，流到吸 留的NOx的下游側的NOx的量小于催化劑未變差時吸留的NOx的流出量。
因此，在催化劑變差的情況下，在根據(jù)NOx計數(shù)器開始再生操作 的情況下，以及在根據(jù)NOx傳感器的輸出開始再生操作的情況下，NOx 吸留還原催化劑的NOx吸留量在再生操作開始時降低。
再生操作開始到結束所需要的時間根據(jù)NOJ及留還原催化劑7的 吸留的NOx量增加和減少。因此，在再生搮:作開始時，當NOJ及留還 原催化劑7吸留的NOx量減少時，再生操作開始到結束所需要的時間 縮短。也就是說，由于催化劑變差，再生操作所需要的時間縮短。
本實施例中利用了上述事實。當再生操作的開始到結束所需要的
時間短于預定時間段時，判斷NOx吸留還原催化劑7已經(jīng)變差。
圖7為描述本實施例的變差判斷操作的流程圖。此操作作為 一種 例行程序凈皮處理，通過ECU30以固定間隔執(zhí)行。
在本實施例中，測量第一實施例(如圖3所示)中使用的再生操 作執(zhí)行標志X的值從0變成1的時間點到再生操作執(zhí)行標志X的值從 1變成0的時間點的時間段，并且當此值小于預定值時，判斷NOJ及 留還原催化劑7變差。
也就是說，在如圖7所示的操作中，首先，在步驟701中，判斷 目前的標志X的值是否設定為1。如上所述，通過單獨由ECU30執(zhí)行 的操作，當再生操作開始時，標志X設定為1。
在步驟701中，在X-1的情況下，接下來執(zhí)行步驟703，判斷執(zhí) 行標志XS的值設定為1，并且在步驟705中再生計時器CN的值增加 △ t。
在這種情況下，判斷執(zhí)行標志XS是用于在完成再生操作之后執(zhí)行 步驟711至715僅一次的判斷操作的標志。
再生計時器CN是表示從再生操作開始的時間推移的計數(shù)器。在 這種情況下，在步驟705中的計數(shù)器增量At是圖7所示的循環(huán)操作的 間隔(時間)。在不進行再生操作的情況下，計數(shù)器CN的值總是在步 驟717中清除。因此，在步驟705中計算的計數(shù)器CN的值等于從步 驟701建立的X=l的時間推移。
在步驟701中，在X^1的情況下，也就是說，在未執(zhí)行NOx吸 留還原催化劑7再生的情況下，程序進行到步驟707，并且才艮據(jù)標志 XS的值判斷此次操作的執(zhí)行是否是再生操作完成(從X^0的時間) 后的首次執(zhí)行。
在X=l的情況下，標志XS在步驟703總是設定為XS=1,在X* l后的操作的首次執(zhí)行時，在步驟709中，標志XS設定為XS二O。
因此，在步驟707中，在XS-1的情況下，這是從再生操作完成的 操作的首次執(zhí)行。因此，在這種情況下，計數(shù)器CN的值等于從NOx 吸留還原催化劑7的再生開始到結束所需的時間。
因此，在步驟707中，在X-1的情況下，在步驟711判斷再生操 作所需時間CN是否短于預定判斷值5。
在CN<5的情況下，可以判斷NOx吸留能力由于催化劑的變差而 降低，并且再生操作所需的時間縮短。因此，在步驟713中，變差標 志XF的值設定為1 (變差)。
在步驟711中，在CN》S的情況下，在步驟715中標志XF的值 設定為0 (正常)。
在這種情況下，在NOx吸留能力由于催化劑變差而變差的情況下， S是再生操作所需的時間，從而在實踐中可能會引起問題。因此，優(yōu)選 是S值通過采用實際催化劑的實驗確定。
在步驟711至715執(zhí)行判斷之后，計數(shù)器CN的值被清除并且此次 操作終止。在此方面，由于在步驟709中XS的值設定為0，在NOx吸留還原催化劑7的再生操作完成之后，立即執(zhí)行步驟711至715的 判斷操作一次。之后，在步驟707之后，直接進行步驟717。
如上所述，才艮據(jù)本實施例，適當?shù)貓?zhí)行N(X吸留還原催化劑7的 再生操作，可以精確地判斷NOx吸留還原催化劑7是否已經(jīng)變差。
本實施例的變差判斷操作與第一實施例(如圖3所示)的再生操 作一起執(zhí)行。此外，當同時執(zhí)行上述第三實施例(如圖5所示)，并且 在再生操作過程中，控制包含在流入NOx吸留還原催化劑7的排氣內 氫成分濃度為預定值時，可以進一步增強變差判斷精度。
(6)第六實施例
下面描述本發(fā)明的第六實施例。
圖8是類似于圖1的示圖，示出了本實施例的配置。
圖8配置的以下幾點上與圖1的配置不同。在圖8的配置中，采 用所謂的串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑，其中在排氣通道中，設置彼此 串聯(lián)的兩個N(X吸留還原催化劑71、 73，取代圖1的N(X吸留還原催 化劑7。
本實施例的串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑以如下方式組成前級NOx 吸留還原催化劑71和后級NOx吸留還原催化劑73設置在殼體70內， 同時在二者之間留出適當?shù)拈g隔。在前級和后級之間形成的空間中， 設置與圖2中的H2傳感器31、 33相同的H2傳感器35。
在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，當前級NOx吸留還原催化劑的 特性與后級NOx吸留還原催化劑的特性不同時，串聯(lián)型NOx吸留還原 催化劑的排氣凈化性能從單級NOx吸留還原催化劑的性能增強。
例如，在本實施例的串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，前級NOx吸 留還原催化劑71的NOj及留能力大于后級NOx吸留還原催化劑73的 NOx吸留能力，并且前級NOx吸留還原催化劑71的02存儲能力小于 后級N07及留還原催化劑73的02存儲能力。此外，前級NOx吸留還 原催化劑71的Pt催化劑承載量大于后級NOx吸留還原催化劑73的Pt 催化劑承載量。
在兩個NOx吸留還原催化劑彼此串聯(lián)設置的情況下，NOx首先在 前級NOx吸留還原催化劑內吸留。由于前級的02存儲能力設定為一小 值，即使在進行再生操作時，包含在排氣內的氫成分和HC、 CO成分 也不與包含在催化劑的氧發(fā)生反應，并且氫成分和HC、 CO成分的大 部分用于降低NOx。
由于前級催化劑承載的Pt量增加，在排氣內包含的大部分NO在 前級催化劑被氧化，并且變成N02。因此，前級的每單位體積的NOx 吸留量增加。因此，除了前級NOx吸留還原催化劑的吸留能力增加的 設置外，前級NOx吸留還原催化劑71可以有效地實現(xiàn)NOx的吸留和還 原。
另一方面，在后級NOx吸留還原催化劑73中，02存儲能力設定 為相對較高。因此，例如，即使在執(zhí)行再生操作時，經(jīng)過前級NOx吸 留還原催化劑的排氣的空燃比變濃時，后級NOx吸留還原催化劑73可 以保持在接近理論空燃比的氣氛中。由于NOx吸留還原催化劑具有在 與理論空燃比相鄰的三元催化劑的功能，在串聯(lián)型NOx吸留還原催化 劑中，在再生時，后級NOx吸留還原催化劑73用作利用從02存儲器 排出的氧的三元催化劑。因此，即使在前級解吸的NOx因為相同原因
未被還原并且流入后級NOx吸留還原催化劑73時，NOx也可以在后級 NOx吸留還原催化劑73處被還原和凈化。
如上所述，在串聯(lián)型NOJ及留還原催化劑中，特性彼此不同的NOx 吸留還原催化劑分別設置在前級和后級，從而增強排氣凈化效率。但 是，作為采用上述結構的結果，在進行與上述每一實施例相同的控制 的情況下，如果H2傳感器設置在后級NOx吸留還原催化劑73的下游 側，可能會引起問題。
例如，通過與第一實施例相同的方式，根據(jù)H2傳感器的輸出判斷 終止再生操作的時間的情況下，如果H2傳感器設置在后級NOx吸留還 原催化劑73的下游側，很難判斷終止再生操作的時間。
原因描述如下。在上述串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，后級NOx 吸留還原催化劑73具有相對較大的02存儲能力。因此，即使在執(zhí)行 再生操作時前級NOJ及留還原催化劑71完成再生操作并且氫成分包含 在前級NOj及留還原催化劑71的出口的排氣內，當這些氫成分經(jīng)過后 級NOJ及留還原催化劑73時，這些氫成分與從后級NOx吸留還原催化 劑73排出的氧發(fā)生反應。因此，這些氫成分不流到后級NOx吸留還原 催化劑73的下游側。
因此，當H2傳感器設置在后級NOx吸留還原催化劑73的下游側， 并且基于H2傳感器的輸出判斷終止再生操作的時間時，除非后級NOx 吸留還原催化劑73內吸留的所有氧均被排出，否則4艮難精確判斷終止 再生操作的時間。
然而，實際上，在串聯(lián)NOx吸留還原催化劑中，幾乎所有的NOx 吸留和還原凈化都在前級NOx吸留還原催化劑71中4丸行，后級NOx
吸留還原催化劑73 4又起輔助作用。因此，吸留的NOx的量遠小于前級。 因此，在完成前級NOj及留還原催化劑71的再生之后，不需要繼續(xù)進 行再生操作。當在后級NOx吸留還原催化劑的下游側的排氣內檢測到 氬成分之前，持續(xù)進行再生操作時，會增加發(fā)動機的燃料消耗。
因此，在本實施例中，根據(jù)設置在前級NOx吸留還原催化劑71和 后級NOx吸留還原催化劑73之間形成的空間內的H2傳感器的輸出， 判斷前級NOx吸留還原催化劑71的再生完成的時間，以便結束再生操 作。
由于本實施例的再生操作基本上與第一實施例(如圖3所示)的 相同，在此省略其詳細描述。
在此方面，如本實施例所描述的，當前級NOx吸留還原催化劑71 的再生操作完成時，串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑的再生操作終止，在 后級NOx吸留還原催化劑73內吸留的NOx的量增加，而不被再生。然 而，如上所述，在后級NOx吸留還原催化劑73內吸留的NOx的量非常 小，以至于不必要經(jīng)常進行后級NOx吸留還原催化劑73的再生操作。 實際上，當以如下方式進行再生操作時，不會出現(xiàn)問題發(fā)動機1連 續(xù)在理論空燃比下運行達一定時間段，并且在此期間自然進行后級 NOJ及留還原催化劑73的再生操作。
(7)第七實施例
如上所述，在NOx吸留還原催化劑中，當流入NOx吸留還原催化 劑的排氣包含S(X時，在稀空燃比的條件下，SOx與NC^—起吸留在 NOx吸留還原催化劑內。
在這種情況下，NOx吸留還原催化劑內吸留的NOx可以通過執(zhí)行 再生操作而相對簡單地從NOx吸留還原催化劑7解吸，然而，由于SOx 與吸留的NOx親和力強并且產生穩(wěn)定的化合物，因此一旦SOx吸留在 NOx吸留還原催化劑內時，不能僅通過NOx吸留還原催化劑的簡單再 生操作，從NOx吸留還原催化劑解吸出SOx。因此，SOx逐漸積聚在催 化劑內，并且NOx吸留還原催化劑受SOx的影響，也就是說，引起SOx 中毒。
因此，通常，當采用NOx吸留還原催化劑時，每當在催化劑內吸 留的SOx的量增加到一定值時，便進行毒化再生處理，以便從NOx吸 留還原催化劑中解吸SOx。
在毒化再生處理中，在濃空燃比高排氣溫度的操作條件下運行發(fā) 動機，使得NC^吸留還原催化劑在濃空燃比氣氛中保持高溫。即使在 這種情況下，當排氣中包含氬成分時，也可以大幅縮短毒化再生處理 時間。
在毒化再生處理中，當NOx吸留還原催化劑溫度升高時，產生的 硫酸鹽分解，以便從催化劑中解吸SOx。當NOx吸留還原催化劑保持 在濃空燃比時，防止被解吸出的SOx再次被吸留在NOx吸留還原催 化劑中。然而，實際上，如上所述由于SOx與吸留的NOx親和力強， 因此即使保持濃空燃比，從NOx吸留還原催化劑的上游部分解吸的SOx 在下游部分被再次吸留。因此，當反復解吸和吸留時，從NOx吸留還 原催化劑的上游部分解吸的SOx逐漸移動到下游側。因此，使SOx完 全從催化劑解吸需要相當長的時間。
因此，毒化再生處理需要相當長的時間，并且使發(fā)動機的燃料消
耗惡化。此外，NOx吸留還原催化劑長時間暴露于高溫下使得催化劑
沐g 又左。
然而，由于氫的還原能力很強，其便于使SOx從NOx吸留還原催 化劑解吸，并且另外，氫與曾被解吸的SOx反應，并且防止曾被解吸 的SOx再次被吸留到NOx吸留還原催化劑中。因此，在毒化再生處理 中，將H2供應到NOx吸留還原催化劑中，以便在短時間段內將SOx 從NOx吸留還原催化劑完全解吸出。
在這種情況下，以與NOx吸留還原催化劑的再生操作相同的方式， 當SOx從NOx吸留還原催化劑解吸出時，包含在排氣中的氫成分通過 與SOx反應而消耗。因此，氫成分不流到N(X吸留還原催化劑的下游 側。在所有的SOx都被解吸之后，也就是說，在毒化再生處理完成之 后，氫成分第一次流到NOx吸留還原催化劑的下游側。
因此，通過與判斷終止再生操作的時間相同的方法，也可以精確 地判斷終止毒化再生處理的時間。
然而，在采用串聯(lián)型N(X吸留還原催化劑的情況下，當H2傳感器 設置在后級NOx吸留還原催化劑的下游側時，可能出現(xiàn)與終止再生操 作的時間判斷中所產生的問題相同的問題。因此，難以精確地判斷終 止毒化再生處理的時間。因此，可能會引起此問題盡管毒化再生操 作未實際完成，但是高溫的排氣在濃空燃比下長時間供應到NOx吸留 還原催化劑。因此，當H2傳感器設置在后級NOx吸留還原催化劑的下 游側以判斷終止串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑的毒化再生處理時間時，
發(fā)動機的燃料消耗由于發(fā)動機的不必要的濃空燃比運行而增加。此外，
當催化劑長時間暴露于高溫下時，NOx吸留還原催化劑變差。
為了增加02存儲能力，后級NOx吸留還原催化劑承載相當大量的 二氧化鈰(Ce)。雖然二氧化鈰易于與SOx結合并且易于形成硫酸鹽， 但是，在毒化再生處理過程中，二氧化鈰與SOx結合力很小，以至于 可以容易地在短期內解吸。
因此，在本實施例中，通過利用設置在前級和后級之間的空間內 的H2傳感器35 (如圖8所示)判斷終止毒化再生的時間。
圖9是描述本實施例的毒化再生處理的流程圖。圖9所示的操作 基本上與第一實施例(如圖3所示)的再生操作的流程圖的操作相同。 圖9的操作僅在如下三點上與圖3的操作不同。第一，取代標記X， 采用毒化再生處理執(zhí)行標記S。第二，在步驟903中，取代圖3的步驟 303的濃強化操作，執(zhí)行毒化再生操作，其中，發(fā)動機在高排氣溫度的 條件下執(zhí)行濃空燃比運行。第三，在步驟905、 907中，釆用設置在前 級和后級之間的H2傳感器35的輸出HRM。因此，此處省略了圖9的 詳細說明。
如上所述，根據(jù)設置在前級NOx吸留還原催化劑和后級NOx吸留 還原催化劑之間的H2傳感器檢測到的氫成分濃度，判斷終止毒化再生 處理的時間。鑒于上述說明，可以防止燃料消耗的增加，以及NOx吸 留還原催化劑的變差。
(8)第八實施例
下面描述本發(fā)明的第八實施例。
在本實施例中，當根據(jù)設置在如圖8所示的串聯(lián)型NOj及留還原 催化劑前級和后級之間的H2傳感器的輸出，判斷NOx吸留還原催化劑 的再生操作的終止時間時，前級NOx吸留還原催化劑71的變差程度根 據(jù)從再生操作的開始到結束所需的時間判斷。
在此方面，判斷變差程度的特定方法與圖7所示的第五實施例的 方法相同。因此，此處省略了其詳細描述。
如上所述，在串聯(lián)型NOx吸留還原催化劑中，NOx的吸留和還原 凈化主要通過前級N(X吸留還原催化劑71進行。因此，需要精確地判 斷前級NOx吸留還原催化劑71的變差程度。
在本實施例中，前級NOx吸留還原催化劑71的變差程度^f艮據(jù)設置 在串聯(lián)型NOj及留還原催化劑的前級和后級之間的H2傳感器35判斷。 鑒于上述說明，適當?shù)卦偕?lián)型NC^吸留還原催化劑，可以判斷前 級NOj及留還原催化劑71的變差程度。
權利要求
1、一種內燃機的排氣凈化裝置，包括設置在內燃機的排氣通道內的NOx吸留還原催化劑，當流入催化劑的排氣的空燃比稀時，該NOx吸留還原催化劑通過吸收和吸附其中之一，或者通過吸收和吸附來吸留包含在排氣內的NOx，并且當排氣的空燃比是理論空燃比或者濃空燃比時，該NOx吸留還原催化劑利用包含在排氣內的還原成分還原和凈化吸留的NOx；和設置在NOx吸留還原催化劑的入口側和出口側的排氣通道的至少其中之一內的H2傳感器，其用于檢測排氣的氫成分濃度，其中該排氣凈化裝置執(zhí)行再生操作，在該再生操作中，當NOx吸留還原催化劑要還原和凈化吸留在NOx吸留還原催化劑內的NOx時，濃空燃比或理論空燃比的排氣供應到NOx吸留還原催化劑達預定時間段，并且在再生操作期間，該排氣凈化裝置基于由H2傳感器檢測到的排氣中氫成分濃度來控制流入NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比。
2、 如權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述H2 傳感器設置在N0X吸留還原催化劑的出口側的排氣通道內，并且在執(zhí)行所述再生操作時，根據(jù)由出口側H2傳感器檢測到的排氣中的氫成分濃度來判斷終止再生操作的時間。
3、 如權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述H2 傳感器至少設置在NOx吸留還原催化劑的出口側的排氣通道內，所述 再生操作包括如下操作首先將濃空燃比的排氣供應到N0J及留還原 催化劑，然后將理論空燃比的排氣供應到NOx吸留還原催化劑，并且 根據(jù)由出口側的H2傳感器檢測到的氫成分濃度來確定排氣的空燃比從 濃空燃比轉換到理論空燃比的時間。
4、 如權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，H2傳感器 設置在NOx吸留還原催化劑的入口側的排氣通道內，并且在執(zhí)行再生 操作時，流入NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比被控制使得由入口側的H2傳感器檢測到的排氣中的氫成分濃度可以是預定目標值。
5、 如權利要求4所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在開始再 生操作時，氫成分濃度的目標值高，然后隨著時間的推移，該氬成分 濃度的目標值逐漸降低。
6、 如權利要求2所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，根據(jù)依照 下游側的H2傳感器檢測到的排氣中的氫成分濃度判斷得出的從再生操 作開始到再生操作結束的時間推移，判斷NOx吸留還原催化劑的變差 程度。
7、 一種內燃機的排氣凈化裝置，包括設置在內燃機的排氣通道內 的NOj及留還原催化劑，當流入該催化劑的排氣的空燃比稀時，該NOx 吸留還原催化劑通過吸收和吸附其中之一，或者通過吸收和吸附來吸 留包含在排氣內的NOx，并且當排氣的空燃比是理論空燃比或者濃空 燃比時，該N(^吸留還原催化劑利用包含在排氣內的還原成分還原和 凈化吸留的N(X，該內燃機的排氣凈化裝置還包括NOx吸留還原催化劑，其彼此串聯(lián)設置在內燃機的排氣通道的上 游側和下游側；以及H2傳感器，其設置在彼此串聯(lián)的上游側的NOx 吸留還原催化劑和下游側的NOx吸留還原催化劑之間的排氣通道內，用于檢測排氣內的氫成分濃度，其中當NOx吸留還原催化劑要還原和凈化在發(fā)動機的稀空燃比操作過 程中吸留的NOx時，在執(zhí)行其中濃空燃比或理論空燃比的排氣供應到 NOj及留還原催化劑達預定時間段的再生操作時，根據(jù)H2傳感器檢測 到的排氣中氫成分濃度，控制流入上游測的NOx吸留還原催化劑的排 氣的空燃比。
8、 如權利要求7所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，上游側的 NOx吸留還原催化劑的NOj及留能力大于下游側的NOx吸留還原催化 劑的NOx吸留能力，上游側的NOJ及留還原催化劑的02存儲能力小于 下游側的NOx吸留還原催化劑的02存儲能力，并且承載在上游側的 NOx吸留還原催化劑的鉑成分的量大于承載在下游側的NOx吸留還原 催化劑的鉑成分的量。
9、 如權利要求7或8所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在執(zhí)行所述再生操作時，根據(jù)H2傳感器檢測到的排氣中氫成分濃度，判斷終止再生操作的時間。
10、 如權利要求7或8所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，通 過使流入NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比為濃空燃比，并且同時 提高其溫度，該裝置還執(zhí)行毒化再生處理，以便從NOx吸留還原催化 劑中，解吸吸留在NOx吸留還原催化劑內的氧化硫和NOx，并且 其中，在執(zhí)行毒化再生處理的過程中，根據(jù)H2傳感器檢測到的排氣中氫成分濃度，控制流入上游側的NOx吸留還原催化劑的排氣的空燃比。
11、 如權利要求IO所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在執(zhí)行毒化再生處理時，根據(jù)H2傳感器檢測到的排氣中氫成分濃度，判斷終止毒化再生處理的時間。
12、 如權利要求8所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，根據(jù)H2 傳感器檢測到的排氣內的氫成分濃度，判斷從再生操作開始到再生操 作結束的時間段，根據(jù)該時間段判斷上游側的NOx吸留還原催化劑的 變差程度。
全文摘要
在發(fā)動機(1)的排氣通道(2)內設置NO_x吸留還原催化劑(7)，以便吸留、還原和凈化包含在排氣內的NO_x。H₂傳感器(33)設置在NO_x吸留還原催化劑(7)的下游側的排氣通道內，并且排氣的氫成分濃度被檢測。當NO_x吸留還原催化劑內吸留的NO_x量增加到預定值時，發(fā)動機的電子控制模塊(ECU)(30)在濃空燃比下運行發(fā)動機，并且通過將濃空燃比排氣供應到NO_x吸留還原催化劑，執(zhí)行再生操作，以便還原和凈化吸留在NO_x吸留還原催化劑內的NO_x。在執(zhí)行再生操作時，當H₂傳感器(33)檢測到排氣中氫成分時，ECU(30)結束再生操作。鑒于上述說明，可以精確地判斷NO_x吸留還原催化劑的再生操作的終止時間。
文檔編號F01N3/08GK101099033SQ200680001688
公開日2008年1月2日 申請日期2006年5月1日 優(yōu)先權日2005年5月19日
發(fā)明者加藤健治, 廣岡重正 申請人:豐田自動車株式會社