專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)內(nèi)燃機(jī)的廢氣進(jìn)行凈化的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
以往，例如在專利文獻(xiàn)1中公開了一種排氣凈化裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī) 的排氣口串聯(lián)配置有碳除去器，具有進(jìn)行碳的除去的催化劑層；三 元催化劑器，具有進(jìn)行氮氧化物NOX、碳化氫HC、 一氧化碳CO的氧
化還原的三元催化劑層。根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，能夠?qū)θ煞?NOx、 HC、 CO)和主要包含碳的粒子狀物質(zhì)PM進(jìn)行凈化。
另外，作為與本發(fā)明相關(guān)的文獻(xiàn)，申請(qǐng)人除了上述文獻(xiàn)之外，還 知道下述文獻(xiàn)。
專利文獻(xiàn)l:日本實(shí)開平4-34426號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本實(shí)開昭64-3017號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本特開昭60-43113號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在配置于內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的排氣凈化裝置中，例如為了降低 冷起動(dòng)的排氣排放物，對(duì)催化劑的暖機(jī)性能要求較高。但是，上述以 往的排氣凈化裝置，對(duì)于兼顧通過確保催化劑的暖機(jī)性能而帶來的排 氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去這一點(diǎn)，沒有給予任何考慮。 關(guān)于該點(diǎn)，上述現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)現(xiàn)能夠良好地兼顧排氣排放物的減少和 粒子狀物質(zhì)PM的除去的方面仍然留有探討的余地。
本發(fā)明為了解決上述課題而做出，其目的在于提供一種能夠良好地兼顧排氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈 化裝置。
第一發(fā)明的特征在于，具備微粒過濾器，配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣 通路中，捕集廢氣中所含有的粒子狀物質(zhì)；上游側(cè)三元催化劑，配置
在所述微粒過濾器的上游側(cè)的排氣通路中；以及下游側(cè)三元催化劑， 配置在所述微粒過濾器的下游側(cè)的排氣通路中，具有氧吸貯能力，所 述上游側(cè)三元催化劑不具有氧吸貯能力或具有比所述下游側(cè)三元催化 劑小的氧吸貯能力。
此外，第二發(fā)明如第一發(fā)明所述，其特征在于，還具備空燃比 傳感器，配置在所述下游側(cè)三元催化劑的下游側(cè)的排氣通路中，取得 與排氣空燃比相關(guān)的信息；以及反饋單元，基于所述空燃比傳感器的 輸出進(jìn)行燃料噴射量的校正，所述下游側(cè)三元催化劑是接受所述反饋 單元對(duì)氧供給量的調(diào)整的催化劑。
此外，第三發(fā)明如第二發(fā)明所述，其特征在于，還具備上游側(cè)空 燃比傳感器，所述上游側(cè)空燃比傳感器配置在所述上游側(cè)三元催化劑 的上游側(cè)的排氣通路中，取得與排氣空燃比相關(guān)的信息，所述反饋單 元包括主反饋單元，基于所述上游側(cè)空燃比傳感器的輸出，校正燃 料噴射量以使所述上游側(cè)三元催化劑的上游的排氣空燃比變?yōu)槟繕?biāo)空 燃比；以及副反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出，對(duì)由所述主 反饋單元進(jìn)行的所述校正實(shí)施修正。
第四發(fā)明如第一至第三發(fā)明中任一項(xiàng)所述，其特征在于，所述下 游側(cè)三元催化劑的容量比所述上游側(cè)三元催化劑的容量大。
第五發(fā)明如第一至第四發(fā)明中任一項(xiàng)所述，其特征在于，所述上 游側(cè)三元催化劑的長(zhǎng)度為20 50mm。此外，第六發(fā)明的特征在于，具備帶催化劑的微粒過濾器，配 置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中，具有捕集廢氣中所含有的粒子狀物質(zhì)的功 能和三元催化劑功能；以及下游側(cè)三元催化劑，配置在所述帶催化劑 的微粒過濾器的下游側(cè)的排氣通路中，具有氧吸貯能力，所述帶催化 劑的微粒過濾器不具有氧吸貯能力或具有比所述下游側(cè)三元催化劑小 的氧吸貯能力。
此外，第七發(fā)明如第六發(fā)明所述，其特征在于，還具備空燃比 傳感器，配置在所述下游側(cè)三元催化劑的下游側(cè)的排氣通路中，取得 與排氣空燃比相關(guān)的信息；以及反饋單元，基于所述空燃比傳感器的 輸出進(jìn)行燃料噴射量的校正，所述下游側(cè)三元催化劑是接受所述反饋 單元對(duì)氧供給量的調(diào)整的催化劑。
此外，第八發(fā)明如第七發(fā)明所述，還具備上游側(cè)空燃比傳感器， 該上游側(cè)空燃比傳感器配置在所述帶催化劑的微粒過濾器的上游側(cè)的 排氣通路中，取得與排氣空燃比相關(guān)的信息，所述反饋單元包括主 反饋單元，基于所述上游側(cè)空燃比傳感器的輸出，校正燃料噴射量以 使所述帶催化劑的微粒過濾器的上游的排氣空燃比變?yōu)槟繕?biāo)空燃比； 以及副反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出，對(duì)由所述主反饋單 元進(jìn)行的所述校正實(shí)施修正。
此外，第九發(fā)明如第六至第八發(fā)明中的任一項(xiàng)所述，所述下游側(cè) 三元催化劑的容量比所述帶催化劑的微粒過濾器中具有三元催化劑功 能的部位的容量大。
此外，第十發(fā)明的特征在于，具備微粒過濾器，配置在內(nèi)燃機(jī) 的排氣通路中，捕集廢氣中所含有的粒子狀物質(zhì)；三元催化劑，配置 在所述微粒過濾器的下游側(cè)的排氣通路中，具有氧吸貯能力；空燃比 傳感器；配置在所述三元催化劑的下游側(cè)的排氣通路中，取得與排氣 空燃比相關(guān)的信息；以及反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量的校正，所述三元催化劑是接受所述反饋單元 對(duì)氧供給量的調(diào)整的催化劑。
此外，第十一發(fā)明如第十所述，其特征在于，還具備上游側(cè)空燃 比傳感器，所述上游側(cè)空燃比傳感器配置在所述微粒過濾器的上游側(cè) 的排氣通路中，取得與排氣空燃比相關(guān)的信息，所述反饋單元包括 主反饋單元，基于所述上游側(cè)空燃比傳感器的輸出，校正燃料噴射量 以使所述微粒過濾器的上游的排氣空燃比變?yōu)槟繕?biāo)空燃比；以及副反 饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出，對(duì)由所述主反饋單元進(jìn)行的 所述校正實(shí)施修正。
發(fā)明效果
根據(jù)第一發(fā)明，通過在廢氣流動(dòng)的最上游側(cè)配置上游側(cè)三元催化 劑，能夠充分地確保起動(dòng)時(shí)的該上游側(cè)三元催化劑的暖機(jī)性能。此外， 通過在接著上游側(cè)三元催化劑的上游側(cè)位置上配置微粒過濾器，能夠 將該微粒過濾器暴露在高溫廢氣中的環(huán)境下放置。進(jìn)而，由于考慮到 了使得配置在微粒過濾器的上游側(cè)的上游側(cè)三元催化劑的氧吸貯能力 比下游側(cè)三元催化劑小，因此能夠?qū)崿F(xiàn)易于向微粒過濾器供氧的環(huán)境。 因此，能夠良好地除去該過濾器所捕集到的粒子狀物質(zhì)PM。此外，通 過在微粒過濾器的下游側(cè)配置具有氧吸貯能力的下游側(cè)三元催化劑，
能夠適當(dāng)?shù)卮_保三元成分(特別是NOx)的減少能力。這樣，根據(jù)本 發(fā)明，能夠良好地兼顧排氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。
根據(jù)第二發(fā)明，在下游側(cè)三元催化劑的上游側(cè)配置微粒過濾器， 所述下游側(cè)三元催化劑是具有氧吸貯能力的催化劑，并利用空燃比傳 感器接受氧供給量的調(diào)整。因此，在下游側(cè)三元催化劑接受了這樣的 氧供給量的調(diào)整的狀況下，能夠?qū)崿F(xiàn)可進(jìn)一步向微粒過濾器供氧的環(huán)
境(即實(shí)現(xiàn)能夠更好地除去粒子狀物質(zhì)PM的環(huán)境)，并且能夠減少排 氣排放物(特別是NOx)。這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠更好地兼顧排氣 排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。根據(jù)第三發(fā)明，在執(zhí)行利用了上游側(cè)空燃比傳感器的主反饋控制 和利用了空燃比傳感器(下游側(cè))的副反饋控制的狀況下，對(duì)在該2 個(gè)傳感器之間配置的上游側(cè)三元催化劑、微粒過濾器及下游側(cè)三元催 化劑，進(jìn)行了上述第一或第二發(fā)明中的考慮，由此能夠更好地兼顧排 氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。
根據(jù)第四發(fā)明，在良好地凈化NOx的基礎(chǔ)上確保有效的氧吸貯能 力，能夠良好地抑制NOx排出量，由此能夠使排氣排放物的減少和粒 子狀物質(zhì)PM的除去進(jìn)一步充實(shí)化而得到兼顧。
根據(jù)第五發(fā)明，能夠良好地確保上游側(cè)三元催化劑的暖機(jī)性能。 此外，根據(jù)本發(fā)明，在上游側(cè)三元催化劑具有氧吸貯能力的情況下， 能夠針對(duì)在該上游側(cè)三元催化劑的下游側(cè)配置的微粒過濾器，供給更 充分量的氧。
根據(jù)第六發(fā)明，通過在廢氣流動(dòng)的最上游側(cè)配置具有三元催化劑 功能的帶催化劑的微粒過濾器，能夠充分地確保起動(dòng)時(shí)的該帶催化劑 的微粒過濾器的三元催化劑的暖機(jī)性能，并且能夠?qū)⒃撐⒘＿^濾器暴 露在高溫廢氣的環(huán)境下放置。進(jìn)而，由于考慮了到使得帶催化劑的微 粒過濾器所含有的三元催化劑的氧吸貯能力比下游側(cè)三元催化劑小， 因此能夠?qū)崿F(xiàn)易于向微粒過濾器供氧的環(huán)境。因此，能夠良好地除去
粒子狀物質(zhì)PM。此外，通過在帶催化劑的微粒過濾器的下游側(cè)配置具 有氧吸貯能力的下游側(cè)三元催化劑，能夠適當(dāng)?shù)卮_保三元成分(特別 是NOx)的減少能力。這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠良好地兼顧排氣排放 物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。
根據(jù)第七發(fā)明，在下游側(cè)三元催化劑的上游側(cè)配置帶催化劑的微 粒過濾器，所述下游側(cè)三元催化劑是具有氧吸貯能力的催化劑，并且 利用空燃比傳感器接受氧供給量的調(diào)整。因此，即使在下游側(cè)三元催化劑接受這樣的氧供給量的調(diào)整的狀況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)可進(jìn)一步向帶 催化劑的微粒過濾器供氧的環(huán)境(即，實(shí)現(xiàn)能夠更好地除去粒子狀物 質(zhì)PM的環(huán)境)，減少排氣排放物(特別是NOX)。這樣，根據(jù)本發(fā)
明，能夠更好地兼顧排氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。
根據(jù)第八發(fā)明，在執(zhí)行利用了上游側(cè)空燃比傳感器的主反饋控制 和利用了空燃比傳感器(下游側(cè))的副反饋控制的狀況下，針對(duì)在該2 個(gè)傳感器之間配置的帶催化劑的微粒過濾器及下游側(cè)三元催化劑，進(jìn) 行上述第六或第七發(fā)明中的考慮，由此能夠更加良好地兼顧排氣排放
物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。
根據(jù)第九發(fā)明，在良好地凈化NOx的基礎(chǔ)上充分地確保有效的氧 吸貯能力，能夠良好地抑制NOx排出量，由此，能夠使排氣排放物的 減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去進(jìn)一步充實(shí)化而得到兼顧。
根據(jù)第十發(fā)明，通過將微粒過濾器配置在三元催化劑的上游側(cè)， 能夠?qū)⒃撐⒘＿^濾器暴露在高溫的廢氣環(huán)境下而放置。由此，能夠良 好地除去粒子狀物質(zhì)PM。此外，根據(jù)本發(fā)明，在三元催化劑的上游側(cè) 配置微粒過濾器，所述三元催化劑是具有氧吸貯能力的催化劑，并且 利用空燃比傳感器接受氧供給量的調(diào)整。因此，即使在三元催化劑接 受這樣的氧供給量的調(diào)整的狀況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)可進(jìn)一步向微粒過濾 器供氧的環(huán)境(即，實(shí)現(xiàn)能夠更好地除去粒子狀物質(zhì)PM的環(huán)境)，能 夠減少排氣排放物(特別是NOx)。這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠良好地 兼顧排氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。
根據(jù)第十一發(fā)明，在執(zhí)行利用了上游側(cè)空燃比傳感器的主反饋控 制和利用了空燃比傳感器(下游側(cè))的副反饋控制的狀況下，針對(duì)在 該2個(gè)傳感器之間配置的微粒過濾器及三元催化劑，進(jìn)行了上述第十 發(fā)明中的考慮，由此能夠更好地兼顧排氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì) PM的除去。


圖1是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式一的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的圖。
圖2是通過與上游側(cè)三元催化劑的長(zhǎng)度之間的關(guān)系表示起動(dòng)后的 暖機(jī)性能的圖。
圖3是通過與NOX排出量之間的關(guān)系表示上游側(cè)三元催化劑和下 游側(cè)三元催化劑的容量比的圖。
圖4是表示在將排氣空燃比在富燃和貧燃之間交替切換時(shí)從三元 催化劑流出的廢氣中的各種成分(氧02、 THC、 CO、 NOx)的形態(tài)的圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式二的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的圖。
圖6用于說明是本發(fā)明實(shí)施方式三的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的圖。
標(biāo)號(hào)說明
10 內(nèi)燃機(jī) 12排氣歧管 14排氣管
16主線性A/F傳感器
18上游側(cè)三元催化劑
20 微粒過濾器(PM過濾器)
22下游側(cè)三元催化劑
24 副02傳感器
30 ECU (Electronic Control Unit:電子控制單元)
40 帶催化劑的PM過濾器 50三元催化劑
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式一
圖1是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式一的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的 圖。如圖1所示，本實(shí)施方式的排氣凈化裝置配置在內(nèi)燃機(jī)10的排氣
通路中。在此，本實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)io是以汽油為燃料的火花點(diǎn)火式
的內(nèi)燃機(jī)。
內(nèi)燃機(jī)10的排氣通路具備排氣歧管12，與內(nèi)燃機(jī)的各氣缸相 連接；以及排氣管14，連接在排氣歧管12上。從缸內(nèi)排出的廢氣被排 氣歧管12收集，并經(jīng)由排氣歧管12排出至排氣管14。在排氣歧管12 上配置有用于在該位置檢測(cè)排氣空燃比的主線性A/F傳感器(以下簡(jiǎn) 略稱為"A/F傳感器")16。 A/F傳感器16是相對(duì)于廢氣的空燃比發(fā) 出幾乎線性的輸出的傳感器。
在A/F傳感器16的下游側(cè)、換言之排氣歧管12的正下方的排氣 管14中，配置有能夠凈化廢氣中所含有的三元成分(NOx、 HC、 CO) 的上游側(cè)三元催化劑18。該上游側(cè)三元催化劑18作為不包含氧化鈰等 氧吸貯放出材料(以下簡(jiǎn)稱為"OSC (Oxygen Storage Capacity:儲(chǔ)氧 能力)材料")的三元催化劑構(gòu)成。也就是說，上游側(cè)三元催化劑18 作為不具有氧吸貯能力的三元催化劑而構(gòu)成。此外，上游側(cè)三元催化 劑18構(gòu)成為其長(zhǎng)度(廢氣流動(dòng)方向的長(zhǎng)度)為20 50mm。
在上游側(cè)三元催化劑18的下游側(cè)配置有能夠捕集并除去廢氣中 所含有的粒子狀物質(zhì)PM的微粒過濾器(以下稱為"PM過濾器")20。 PM過濾器20所捕集的PM在PM過濾器20被置于高溫環(huán)境下時(shí)被燃 燒除去。該P(yáng)M過濾器20的容量構(gòu)成為內(nèi)燃機(jī)10的排氣量的0.1 0.5 倍。此外，在PM過濾器20上涂敷有Pt系的貴金屬。若如上所述那樣 在PM過濾器20上涂敷貴金屬，則與不進(jìn)行涂敷的情況相比，例如能 夠降低50。C左右的PM的燃燒溫度，與不進(jìn)涂敷的情況相比，可從PM 過濾器20的床溫比較低的溫度起(例如55(TC左右)燃燒除去PM。在PM過濾器20的下游側(cè)配置有能夠凈化廢氣中所含有的上述三 元成分的下游側(cè)三元催化劑22。該下游側(cè)三元催化劑22不同于上游側(cè) 三元催化劑18，作為包含有氧化鈰等OSC材料的三元催化劑構(gòu)成。也 就是說，下游側(cè)三元催化劑22作為具有氧吸貯能力的三元催化劑而構(gòu) 成。此外，下游側(cè)三元催化劑22的容量是上游側(cè)三元催化劑18的容 量的1.5 2.5倍。
在下游側(cè)三元催化劑22的下游側(cè)配置有副02傳感器24，該副 02傳感器發(fā)出與該位置的空燃比是富燃還是貧燃相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
本實(shí)施方式的系統(tǒng)具備ECU (Electronic Control Unit:電子控制 單元)30。在ECU30上連接有上述A/F傳感器16、副02傳感器24， 并且還連接有用于控制內(nèi)燃機(jī)10的各種傳感器(省略圖示)。此外， 在ECU30上連接有節(jié)流閥、燃料噴射閥、點(diǎn)火活塞等的各種致動(dòng)器(省 略圖示)。
在具備以上說明的本實(shí)施方式的排氣凈化裝置的內(nèi)燃機(jī)10的系 統(tǒng)中，基于上游側(cè)的A/F傳感器16的輸出執(zhí)行主反饋控制。并且，基 于下游側(cè)的副02傳感器24的輸出執(zhí)行副反饋控制。在主反饋控制中， 進(jìn)行燃料噴射量的控制，以使流入上游側(cè)三元催化劑18的廢氣的空燃 比與控制目標(biāo)空燃比一致。此外，在副反饋控制中，主反饋控制的內(nèi) 容被修正，以使流向下游側(cè)三元催化劑22的下游的廢氣的空燃比變?yōu)?理論空燃比。通過進(jìn)行這樣的反饋控制(特別是利用下游側(cè)的副02傳 感器24的反饋控制)，ECU30能夠調(diào)整對(duì)下游側(cè)三元催化劑22的氧 供給量。
在以上說明的本實(shí)施方式的排氣凈化裝置中，考慮到了下面的3 個(gè)觀點(diǎn)，即，對(duì)三元催化劑(上游側(cè)三元催化劑18)的暖機(jī)性能提高 的考慮、對(duì)PM的除去的考慮以及對(duì)NOx排出抑制的考慮，由此，能夠同時(shí)良好地減少?gòu)U氣中所含有的三元成分(NOx、 HC、 CO)和PM。 以下，對(duì)考慮的情況分別進(jìn)行詳細(xì)的說明。
(1) 對(duì)三元催化劑(上游側(cè)三元催化劑18)的暖機(jī)性能提高的
考慮
在作為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)10中要求減少冷起動(dòng)的排氣排放物 (特別是HC)。在本實(shí)施方式中，如上所述，在PM過濾器20的上 游側(cè)配置上游側(cè)三元催化劑18。通過這樣的配置，能夠使從缸內(nèi)排出 的廢氣所具有的熱能最初直接給予上游側(cè)三元催化劑18，能夠確保上 游側(cè)三元催化劑18的充分的暖機(jī)性能。
圖2是通過與上游側(cè)三元催化劑的長(zhǎng)度之間的關(guān)系表示起動(dòng)后的 暖機(jī)性能的圖。根據(jù)圖2可判斷在上游側(cè)三元催化劑18的長(zhǎng)度短于 20mm時(shí)，起動(dòng)時(shí)的暖機(jī)性能差。其原因在于，若催化劑的長(zhǎng)度不充分， 則在催化劑內(nèi)部不能夠進(jìn)行充分的催化劑反應(yīng)，使得不能夠?qū)⒆銐虻?反應(yīng)熱用于催化劑的暖機(jī)。在本實(shí)施方式中，如上所述那樣，上游側(cè) 三元催化劑18的長(zhǎng)度被設(shè)為20 50mm，這一點(diǎn)也有利于上游側(cè)三元 催化劑18的暖機(jī)性能的提高。
(2) 對(duì)PM除去的考慮(包括對(duì)能夠良好地向PM過濾器20供 氧的考慮)
首先，在本實(shí)施方式中，為了PM過濾器20的配置部位盡量為上 游側(cè)，如上所述，緊接著在最上游位置配置的上游側(cè)三元催化劑18， 在靠近內(nèi)燃機(jī)10的燃燒室的位置配置PM過濾器20。 PM過濾器20 所捕集的PM能夠如上所述通過達(dá)到55(TC以上而被燃燒除去。通過配 置這樣的PM過濾器20，能夠使PM過濾器20暴露在盡可能高溫的廢 氣中，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)可連續(xù)地燃燒除去PM的環(huán)境。其結(jié)果，能夠抑 制因PM的堆積所引起的排氣管14內(nèi)的壓力損失的變動(dòng)。
此外，為了通過將PM過濾器20放置在高溫環(huán)境下而燃燒除去
15PM，在PM過濾器20的氣氛中存在氧是前提所在。 一般而言，對(duì)于在
被控制以變?yōu)槔碚摽杖急鹊臓顟B(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)的作為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)
10，不同于一般在空氣過剩的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)，基本上通過燃燒
消耗掉所有的氧氣。因此，成為在從缸內(nèi)排出的廢氣中很難有氧存在
的狀況。因此，為了能夠在這樣的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中良好地除去PM，實(shí)現(xiàn) 能夠向PM過濾器20供氧的環(huán)境這一點(diǎn)是很重要的。
在本實(shí)施方式中，為了實(shí)現(xiàn)可進(jìn)一步向PM過濾器20供氧的環(huán)境， 第一，使得在PM過濾器20的上游側(cè)配置的上游側(cè)三元催化劑18中如 上所述那樣不含有OSC材料，而使得在PM過濾器20的下游側(cè)配置的 下游側(cè)三元催化劑22中包含OSC材料。由此，能夠容易地將氧供給至 PM過濾器20。
進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，為了實(shí)現(xiàn)可進(jìn)一步向PM過濾器20供氧 的環(huán)境，在根據(jù)配置于下游側(cè)三元催化劑22的下游側(cè)的副02傳感器 24的輸出來調(diào)整氧供給量的下游側(cè)三元催化劑22(及副02傳感器24) 的上游側(cè)配置PM過濾器20。在利用了副02傳感器24的反饋控制中， 進(jìn)行燃料噴射量的反饋控制，以使副02傳感器24的輸出逆轉(zhuǎn)為富燃 輸出時(shí)排氣空燃比變?yōu)樨毴迹送飧?2傳感器24的輸出逆轉(zhuǎn)為貧燃 輸出時(shí)排氣空燃比變?yōu)楦蝗?。因此，假設(shè)即使在下游側(cè)三元催化劑22 這樣含有OSC材料的三元催化劑的下游側(cè)配置PM過濾器時(shí)從缸內(nèi)排 出的廢氣的空燃比與理論空燃比相比處于貧燃狀態(tài)(即含氧較多的狀 態(tài))，在含有OSC材料的三元催化劑的氧吸貯能力存在富余的期間， 氧也不會(huì)向該三元催化劑的下游流出。
其結(jié)果，很難確保將該三元催化劑的下游側(cè)的PM過濾器暴露在 含氧廢氣(貧燃?xì)夥?的時(shí)間。與此相對(duì)，根據(jù)本實(shí)施方式的配置順 序，在下游側(cè)三元催化劑22的上游側(cè)配置PM過濾器20，所述下游側(cè) 三元催化劑22是含有OSC材料的催化劑，且利用副02傳感器24進(jìn) 行反饋控制。因此，即使在執(zhí)行了這樣的反饋控制的狀況下(進(jìn)一步說，即使在執(zhí)行了利用A/F傳感器16的主反饋控制以及利用副02傳 感器的副反饋控制的狀況下)，也能夠?qū)崿F(xiàn)可進(jìn)一步向PM過濾器20 供氧的環(huán)境。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，通過將PM過濾器20配置在 暴露于盡可能高溫的廢氣中的位置以及如上所述那樣實(shí)現(xiàn)供氧環(huán)境， 而控制成基本上變?yōu)槔碚摽杖急?，從而即使是難以對(duì)于PM過濾器20 確保氧的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，也能夠良好的除去PM。
(3) 對(duì)NOx排出抑制的考慮
在本實(shí)施方式中，如上所述，從廢氣的上游側(cè)起依次配置PM過 濾器20、含有OSC材料且利用副02傳感器24被控制氧供給量的下游 側(cè)三元催化劑以及副02傳感器24，從而能夠良好地兼顧向PM過濾器 20供氧的環(huán)境的實(shí)現(xiàn)和排氣排放物(特別是NOx)的排出減少。
圖3是通過與NOx排出量之間的關(guān)系表示上游側(cè)三元催化劑18 和下游側(cè)三元催化劑22的容量比的圖。另外，圖3是表示將上游側(cè)三 元催化劑18和下游側(cè)三元催化劑22的容量比為1/1時(shí)的NOx排出量 作為100的情況下該容量比和NOx排出量(相對(duì)比)之間的關(guān)系的圖。
根據(jù)圖3，若下游側(cè)三元催化劑22的容量比上游側(cè)三元催化劑18 的容量大，則判斷與它們?nèi)萘勘葹?/1的情況相比NOx排出量是否減 少。在本實(shí)施方式中，設(shè)定下游側(cè)三元催化劑22的容量為上游側(cè)三元 催化劑18的容量的1.5 2.5倍。由此，能夠適當(dāng)?shù)亟档蚇Ox排出量。 此外，在三元催化劑18、 22中進(jìn)行的NOx的還原反應(yīng)與其他的氧化反 應(yīng)相比需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。因此，根據(jù)設(shè)定為上述的容量比的下游 側(cè)三元催化劑22，能夠在良好地凈化NOx的基礎(chǔ)上充分地確保有效的 氧吸貯能力，能夠良好地抑制NOx排出量。
(4) 其他效果通過使三元催化劑中含有OSC材料而獲得的氧吸貯能力能夠作 為表示三元催化劑的劣化程度的指標(biāo)來進(jìn)行使用。根據(jù)本實(shí)施方式的
結(jié)構(gòu)，通過使下游側(cè)三元催化劑22中包含OSC材料，能夠確保利用了 氧吸貯能力的催化劑的劣化檢測(cè)性(OBD檢測(cè)性)。
(5)總結(jié)
如上所述說明，根據(jù)本實(shí)施方式的排氣凈化裝置，即使是在排氣 管14內(nèi)難于確保氧的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，也能夠適當(dāng)?shù)丶骖櫰饎?dòng)時(shí)的三元催 化劑(上游側(cè)三元催化劑18)的暖機(jī)性能的確保、PM的除去、NOx 等的排氣排放物的減少。
然而，在上述實(shí)施方式一中，使得在上游側(cè)三元催化劑18中不含 有OSC材料(即，使得上游側(cè)三元催化劑18不具有氧吸貯能力)，但 是在本發(fā)明中，對(duì)于為了確保向PM過濾器20的供氧而賦予上游側(cè)三 元催化劑和下游側(cè)三元催化劑的氧吸貯能力的考慮，并不限于上述方 法。即，只要與下游側(cè)三元催化劑的氧吸貯能力相對(duì)上游側(cè)三元催化 劑的氧吸貯能力小，可以是使得上游側(cè)三元催化劑中含有比下游側(cè)三 元催化劑少的量的OSC材料。
此外，如上所述，在使上游側(cè)三元催化劑中含有OSC材料的情況 下，如上述實(shí)施方式一所述，將上游側(cè)三元催化劑的長(zhǎng)度設(shè)定為20 50mm (50mm以下)有助于通過以下的理由實(shí)現(xiàn)可確保向PM過濾器 20供氧的環(huán)境。圖4是表示在富燃和貧燃之間交替切換排氣空燃比時(shí) 從三元催化劑流出的廢氣中的各種成分(氧02、 THC、 CO、 NOx)的 形態(tài)的圖。另外，圖4 (B)所示的試驗(yàn)結(jié)果是準(zhǔn)備了如圖4 (A)所示 的催化劑長(zhǎng)度為20mm、 53mm及85mm的3種三元催化劑而得到的。 此外，在圖4 (B)中，分別以實(shí)線表示20mm時(shí)的波形，以細(xì)的虛線 表示53mm時(shí)的波形，以粗的虛線表示85mm時(shí)的波形。
根據(jù)圖4 (B)的試驗(yàn)結(jié)果，在三元催化劑暴露在富燃?xì)夥?氧不足狀態(tài))中的情況下，若催化劑長(zhǎng)度超過50mm，則可判斷在該富燃?xì)?氛之前的貧燃?xì)夥諣顩r下，吸貯在三元催化劑中的氧通過與HC或CO 之間的反應(yīng)而消失。因此，從抑制這樣的耗氧的方面而言，將上游側(cè) 三元催化劑的催化劑的長(zhǎng)度設(shè)定為20 50mm (大約50mm以下)，能 夠有效地實(shí)現(xiàn)可進(jìn)一步向上游側(cè)三元催化劑的下游側(cè)的PM過濾器20 供氧的環(huán)境。
另外，在上述的實(shí)施方式一中，副02傳感器24相當(dāng)于所述第二 發(fā)明的"空燃比傳感器"，并且通過ECU30執(zhí)行主反饋控制及副反饋 控制來實(shí)現(xiàn)所述第二發(fā)明的"反饋單元"。
此外，主線性A/F傳感器16相當(dāng)于所述第三發(fā)明的"上游側(cè)空燃 比傳感器"，并且通過ECU30利用主線性A/F傳感器16的輸出來執(zhí) 行主反饋控制，從而實(shí)現(xiàn)所述第三發(fā)明的"主反饋單元"，通過ECU30 利用副02傳感器24的輸出執(zhí)行副反饋控制來實(shí)現(xiàn)所述第三發(fā)明的"副 反饋單元"。
實(shí)施方式2.
接著，參照?qǐng)D5說明本發(fā)明的實(shí)施方式2。
圖5是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的 圖。另外，在圖5中，對(duì)于與上述圖1所示的構(gòu)成要素相同的要素標(biāo) 注相同的標(biāo)記并省略其說明或者簡(jiǎn)要說明。
圖5所示的排氣凈化裝置將與上述實(shí)施方式一的上游側(cè)三元催化 劑18和PM過濾器20相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)要素一體化，并作為具有三元催化劑 的功能和PM過濾器的功能的帶催化劑的PM過濾器40來構(gòu)成，除此 之外，與上述的實(shí)施方式一相同。具體而言，帶催化劑的PM過濾器 40在PM過濾器20中載持有三元催化劑。艮P，在本實(shí)施方式中，從廢氣的上游側(cè)依次配置帶催化劑的PM
過濾器40、下游側(cè)三元催化劑22，此外，利用在下游側(cè)三元催化劑22 的下游側(cè)配置的副02傳感器24調(diào)整對(duì)下游側(cè)三元催化劑22的氧供給 量。此外，下游側(cè)三元催化劑22構(gòu)成為其容量比帶催化劑的PM過濾 器40中具有三元催化劑功能的部位的容量大。另外，與上述的實(shí)施方
式一的變形例相同，在帶催化劑的PM過濾器40中只要是比下游側(cè)三 元催化劑22少的量，也可以含有OSC材料。
根據(jù)以上說明的本實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)也能夠達(dá)到與上述實(shí)施方式 一相同的效果。
實(shí)施方式3.
接著，參照?qǐng)D6說明本發(fā)明的實(shí)施方式3。
圖6是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的 圖。另外，在圖6中，對(duì)與上述圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同的要素標(biāo)注 相同的標(biāo)號(hào)，并省略其說明或簡(jiǎn)要說明。
圖6所示的排氣凈化裝置在PM過濾器20的上游側(cè)不具備不含有 OSC材料的上游側(cè)三元催化劑18，除此之外，與上述實(shí)施方式一結(jié)構(gòu) 相同。S卩，在本實(shí)施方式中，從廢氣的上游側(cè)依次配置PM過濾器20、 含有OSC材料(即具有氧吸貯能力)的三元催化劑50，此外，利用在 三元催化劑50的下游側(cè)配置的副02傳感器24，調(diào)整向三元催化劑50 的氧供給量。
根據(jù)以上說明的本實(shí)施方式3的結(jié)構(gòu)，PM過濾器20配置在三元 催化劑50的上游側(cè)，從而能夠使PM過濾器20暴露在盡可能高溫的廢 氣中。并且，根據(jù)本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，在三元催化劑50的上游側(cè)配置 PM過濾器20，三元催化劑50為包含OSC材料的催化劑并利用副02 傳感器24進(jìn)行了反饋控制。因此，即使在執(zhí)行了這樣的反饋控制的狀況下，基于上面已經(jīng)描述過的理由，能夠?qū)崿F(xiàn)可進(jìn)一步向PM過濾器 20供氧的環(huán)境。
由此，根據(jù)本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，即使是通過基本控制成變?yōu)槔碚?br> 空燃比也難以對(duì)PM過濾器20確保氧的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，也能夠良好地兼 顧PM的除去和排氣排放物(特別是NOx)的排出減少。此外，其他， 通過使三元催化劑50含有OSC材料，也能夠確保利用氧吸貯能力的催 化劑的劣化檢測(cè)性(OBD檢測(cè)性)。
然而，在上述的實(shí)施方式一至三中，在配置在排氣管14中的1個(gè) 殼體內(nèi)配置上游側(cè)三元催化劑18、 PM過濾器20、下游側(cè)三元催化劑 22等多個(gè)催化劑、微粒過濾器，但只要按照本發(fā)明中的催化劑、微粒 過濾器的配置順序，則可以配置在1個(gè)殼體內(nèi)，例如也可以是各個(gè)催 化劑、微粒過濾器分別配置在各個(gè)殼體內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，具有微粒過濾器，配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中，捕集廢氣中所含有的粒子狀物質(zhì)；上游側(cè)三元催化劑，配置在所述微粒過濾器的上游側(cè)的排氣通路中；和下游側(cè)三元催化劑，配置在所述微粒過濾器的下游側(cè)的排氣通路中，具有氧吸貯能力，所述上游側(cè)三元催化劑不具有氧吸貯能力或具有比所述下游側(cè)三元催化劑小的氧吸貯能力。
2. 如權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，還具有空燃比傳感器，配置在所述下游側(cè)三元催化劑的下游側(cè)的排氣通 路中，取得與排氣空燃比相關(guān)的信息；和反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出進(jìn)行燃料噴射量的校正，所述下游側(cè)三元催化劑是接受所述反饋單元對(duì)氧供給量的調(diào)整的 催化劑。
3. 如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于， 還具有上游側(cè)空燃比傳感器，所述上游側(cè)空燃比傳感器配置在所述上游側(cè)三元催化劑的上游側(cè)的排氣通路中，取得與排氣空燃比相關(guān) 的信息，所述反饋單元包括-主反饋單元，基于所述上游側(cè)空燃比傳感器的輸出，校正燃料噴射量以使所述上游側(cè)三元催化劑的上游的排氣空燃比變?yōu)槟繕?biāo)空燃 比；和副反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出，對(duì)由所述主反饋單 元進(jìn)行的所述校正實(shí)施修正。
4. 如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，所述下游側(cè)三元催化劑的容量比所述上游側(cè)三元催化劑的容量大。
5. 如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其 特征在于，所述上游側(cè)三元催化劑的長(zhǎng)度為20 50mm。
6. —種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，具有 帶催化劑的微粒過濾器，配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中，具有捕集廢氣中所含有的粒子狀物質(zhì)的功能和三元催化劑功能；和下游側(cè)三元催化劑，配置在所述帶催化劑的微粒過濾器的下游側(cè)的排氣通路中，具有氧吸貯能力，所述帶催化劑的微粒過濾器不具有氧吸貯能力或具有比所述下游側(cè)三元催化劑小的氧吸貯能力。
7. 如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，還具有空燃比傳感器，配置在所述下游側(cè)三元催化劑的下游側(cè)的排氣通路中，取得與排氣空燃比相關(guān)的信息；和反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出進(jìn)行燃料噴射量的校正， 所述下游側(cè)三元催化劑是接受所述反饋單元對(duì)氧供給量的調(diào)整的催化劑。
8. 如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于， 還具有上游側(cè)空燃比傳感器，所述上游側(cè)空燃比傳感器配置在所述帶催化劑的微粒過濾器的上游側(cè)的排氣通路中，取得與排氣空燃比 相關(guān)的信息，所述反饋單元包括主反饋單元，基于所述上游側(cè)空燃比傳感器的輸出，校正燃料噴 射量以使所述帶催化劑的微粒過濾器的上游的排氣空燃比變?yōu)槟繕?biāo)空 燃比；和副反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出，對(duì)由所述主反饋單 元進(jìn)行的所述校正實(shí)施修正。
9. 如權(quán)利要求6 8中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其 特征在于，所述下游側(cè)三元催化劑的容量比所述帶催化劑的微粒過濾器中具 有三元催化劑功能的部位的容量大。
10. —種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，具有微粒過濾器，配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中，捕集廢氣中所含有的粒子狀物質(zhì)；三元催化劑，配置在所述微粒過濾器的下游側(cè)的排氣通路中，具 有氧吸貯能力；空燃比傳感器，配置在所述三元催化劑的下游側(cè)的排氣通路中， 取得與排氣空燃比相關(guān)的信息；和反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射 量的校正，所述三元催化劑是接受所述反饋單元對(duì)氧供給量的調(diào)整的催化劑。
11. 如權(quán)利要求IO所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于， 還具有上游側(cè)空燃比傳感器，所述上游側(cè)空燃比傳感器配置在所述微粒過濾器的上游側(cè)的排氣通路中，取得與排氣空燃比相關(guān)的信息， 所述反饋單元包括主反饋單元，基于所述上游側(cè)空燃比傳感器的輸出，校正燃料噴 射量以使所述微粒過濾器的上游的排氣空燃比變?yōu)槟繕?biāo)空燃比；和副反饋單元，基于所述空燃比傳感器的輸出，對(duì)由所述主反饋單 元進(jìn)行的所述校正實(shí)施修正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其目的在于兼顧排氣排放物的減少和粒子狀物質(zhì)PM的除去。在內(nèi)燃機(jī)(10)的排氣歧管(12)的正下方的排氣管(14)上配置不含有OSC材料的上游側(cè)三元催化劑(18)。在上游側(cè)三元催化劑(18)的下游側(cè)配置捕集廢氣中所含有的粒子狀物質(zhì)PM的微粒過濾器(PM過濾器)(20)。在PM過濾器(20)的下游側(cè)配置含有OSC材料的下游側(cè)三元催化劑(22)。
文檔編號(hào)F01N3/28GK101617106SQ20088000575
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者河合將昭, 藤原孝彥 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社