УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
EXHAUST GAS PURIFIER AND METHOD TO PURIFY INTERNAL COMBUSTION ENGINE EXHAUST GASES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для очистки выхлопных газов и способу очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
X
X
X
Топливо и смазочное масло, применяемые в двигателе внутреннего сгорания, содержат серу, следовательно, выхлопные газы содержат оксиды серы (SO). Однако эти SO сильно снижают эксплуатационные характеристики или срок службы катализатора очистки выхлопных газов или других устройств последующей обработки, расположенных в выхлопной трубе двигателя, поэтому SO в выхлопных газах предпочтительно удаляют.
X
X
X
Следовательно, известен двигатель внутреннего сгорания, в выхлопной трубе которого расположен катализатор-ловушка SO, способный улавливать SO, содержащиеся в выхлопных газах двигателя (смотрите публикацию патента Японии (А) №2005-133610). Этот катализатор-ловушка SO обладает свойством улавливать
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
SO, содержащиеся в выхлопных газах, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор-ловушку SO, соответствует бедной смеси; это позволяет захваченным SO постепенно диффундировать внутрь катализатора-ловушки NO при повышении температуры катализатора-ловушки SO, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газы соответствует бедной смеси, и в результате будет восстанавливаться степень захвата SO. Поэтому в этом двигателе внутреннего сгорания предусмотрено устройство для оценки степени захвата SO катализатором-ловушкой SO. Когда степень захвата SO падает ниже предварительно заданной величины, температура катализатора-ловушки SO повышается при бедной смеси воздуха и топлива в выхлопных газах, и таким образом, восстанавливается степень захвата SO.
X
X
X
Однако авторы изобретения провели повторное исследование этого типа катализатора-ловушки SO. В результате разработан новый способ, обеспечивающий восстановление степени захвата SO, и обнаружено, что с использованием этого способа возможно еще лучше восстанавливать степень улавливания SO.
Раскрытие изобретения
X
Целью настоящего изобретения является предоставление устройства для очистки выхлопных газов и способа очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, разработанного с целью применения этого нового способа для того, чтобы хорошо восстанавливать степень улавливания SO.
X
X
X
X
X
X
X
X
Согласно настоящему изобретению разработано устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, скомпонованное как катализатор-ловушка SO, способный улавливать SO, содержащиеся в выхлопных газах внутри выхлопной трубы двигателя, где катализатор-ловушка SO содержит, по меньшей мере, один из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, продиффундировавших внутрь катализатора, причем температуру катализатора-ловушки SO поддерживают на уровне, когда нитрат, по меньшей мере, одного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов переходит в расплавленное состояние во время работы двигателя, таким образом, облегчается перемещение нитрата и его коагулирующее действие, где нитрат в катализаторе-ловушке SO перемещается к поверхности и коагулирует на поверхности катализатора-ловушки SO, причем перемещение нитрата и его коагулирующее действие используются для восстановления степени захвата SO и удаления SO.
X
X
X
X
X
X
X
X
Кроме того, согласно настоящему изобретению, разработан способ очистки выхлопных газов с удалением SO, содержащихся в выхлопных газах, с помощью катализатора-ловушки SO, расположенного внутри выхлопной трубы двигателя, который заключается во внесении, по меньшей мере, одного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, продиффундировавших в катализатор-ловушку SO, причем температуру катализатора-ловушки SO поддерживают на уровне, когда нитрат, по меньшей мере, одного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов переходит в расплавленное состояние во время работы двигателя, таким образом, облегчается перемещение нитрата и его коагулирующее действие, где нитрат в катализаторе-ловушке SO перемещается к поверхности и коагулирует на поверхности катализатора-ловушки SO, и использование перемещения нитрата и его коагулирующего действия для восстановления степени захвата SO и удаления SO.
Краткое описание чертежей
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Фигура 1 представляет собой общий вид двигателя внутреннего сгорания с компрессионным воспламенением. На фиг.2 представлен общий вид другого варианта осуществления двигателя внутреннего сгорания с компрессионным воспламенением. На фиг.3 представлен общий вид еще одного варианта осуществления двигателя внутреннего сгорания с компрессионным воспламенением. Фигура 4 представляет собой общий вид структуры фильтра для твердых частиц. Фигура 5 представляет собой вид в поперечном сечении части поверхности каталитического носителя катализатора для аккумулирования NO. Фигура 6 представляет собой вид в поперечном сечении части поверхности основного материала катализатора-ловушки SO. На фиг.7 показано изменение степени захвата SO. На фиг.8 показан временной цикл впрыска. На фиг.9 показано изменение степени захвата SO для стандарта. На фиг.10 показана карта улавливаемых количеств SO: SOXA и SOXB. На фиг.11 показано количественное уменьшение (RS) степени захвата SO и так далее. На фиг.12 показано количественное увеличение (IS) степени захвата SO и так далее. На фиг.13 показана зависимость между улавливаемым количеством SO-∑SOl и количеством аккумулированного SO-SO(n) для контролируемого повышения температуры и так далее. Фиг.14 представляет собой временную диаграмму, демонстрирующую изменение SO улавливаемого количества ∑SOl и так далее. Фигура 15 представляет собой блок-схему для выполнения первого варианта обработки для восстановления способности улавливать SO. На фиг.16 приведена блок-схема для выполнения первого варианта обработки для восстановления способности улавливать SO. На фиг.17 приведена временная диаграмма, демонстрирующая технологию восстановления способности улавливать
X
X
X
X
X
X
SO. На фиг.18 приведена временная диаграмма, демонстрирующая технологию восстановления способности улавливать SO. На фиг.19 приведена блок-схема для выполнения второго варианта обработки для восстановления способности улавливать SO. На фиг.20 приведена временная диаграмма, демонстрирующая контролируемое повышение температуры фильтра для твердых частиц. На фиг.21 приведена временная диаграмма, демонстрирующая контроль выделения SO. На фиг.22 показана карта аккумулированного количества NO-NOXA и т д., и фиг.23 представляет собой блок-схему для осуществления обработки катализатора, аккумулирующего NO.
Наилучший вариант осуществления изобретения
На фиг.1 приведен общий вид двигателя внутреннего сгорания с компрессионным воспламенением.
X
X
Рассмотрим фиг.1, где позицией 1 обозначен корпус двигателя, 2 - это камера сгорания каждого цилиндра, 3 - топливная форсунка с электронным управлением для впрыска топлива в каждую камеру 2 сгорания, 4 - впускной коллектор, и 5 - выпускной коллектор. Впускной коллектор 4 соединен с помощью подводящего трубопровода 6 с выходом компрессора 7а выпускного турбокомпрессора 7, в то время как впуск компрессора 7а подсоединен к воздушному фильтру 8. Внутри подводящего трубопровода 6 расположен дроссельный клапан 9, приводимый в движение шаговым двигателем. Кроме того, вокруг подводящего трубопровода 6 расположено охлаждающее устройство 10 для охлаждения всасываемого воздуха, проходящего внутри подводящего трубопровода 6. В показанном на фиг.1 варианте охлаждающая вода двигателя направляется в охлаждающее устройство 10, где охлаждающая вода двигателя используется для охлаждения всасываемого воздуха. С другой стороны, выпускной коллектор 5 подсоединен к впуску выхлопной турбины 7b выпускного турбокомпрессора 7, в то время как выпуск выхлопной турбины 7b подсоединен к входу в катализатор-ловушку SO-11. Кроме того, выход из катализатора-ловушки SO 11 подсоединен с помощью выхлопной трубы 13 к фильтру 12 для твердых частиц. К выхлопной трубе 13 подсоединен клапан 14 подачи углеводородов, например, для подачи углеводородов, например, топлива в поток выхлопных газов, проходящий внутри выхлопной трубы 13.
Выпускной коллектор 5 и впускной коллектор 4 соединены между собой с помощью трубопровода 15 для рециркуляции выхлопных газов (в дальнейшем используется сокращение "РВГ"). Внутри трубопровода 15 РВГ расположен регулирующий клапан 16 РВГ с электронным управлением. Кроме того, вокруг трубопровода 15 РВГ расположено охлаждающее устройство 17 для охлаждения газа РВГ, проходящего внутри трубопровода 15 РВГ. В показанном на фиг.1 варианте, охлаждающая вода двигателя направляется в охлаждающее устройство 17, где охлаждающая вода двигателя используется для охлаждения газа РВГ. С другой стороны, каждая топливная форсунка 3 подсоединена с помощью топливной подающей трубки 18 к общему лонжерону 19. Внутри этого общего лонжерона 19 подается топливо из переменного нагнетательного топливного насоса 20 с электронным управлением. Топливо, проходящее внутри общего лонжерона 19, подается по топливным подающим трубкам 18 в топливные форсунки 3.
X
X
Блок электронного управления 30 включает в себя цифровую вычислительную машину, в которой предусмотрены компоненты, связанные между собой двунаправленной шиной 31, такие как ROM (постоянное запоминающее устройство) 32, RAM (оперативное запоминающее устройство) 33, CPU (центральный микропроцессор) 34, порт ввода 35, и порт вывода 36. Катализатор-ловушка SO 11 связан с датчиком температуры 21 для того, чтобы регистрировать температуру катализатора-ловушки SO 11, в то время как фильтр 12 для твердых частиц связан с датчиком температуры 22 для того, чтобы регистрировать температуру фильтра 12 для твердых частиц. Выходные сигналы этих датчиков температуры 21 и 22 вводятся с помощью соответствующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 37 в порт ввода 35. Кроме того, в фильтре 12 для твердых частиц имеется датчик перепада давлений 23 для того, чтобы регистрировать перепад давлений до и после фильтра 12 для твердых частиц. Выходной сигнал этого датчика перепада давлений 23 вводится с помощью соответствующего АЦП 37 в порт ввода 35.
Педаль акселератора 40 соединена с датчиком нагрузки 41, генерирующим выходное напряжение, которое пропорционально величине нажатия вниз L педали акселератора 40. Выходное напряжение датчика нагрузки 41 вводится с помощью соответствующего АЦП в порт ввода 35. Кроме того, порт ввода 35 снабжен датчиком 42 угла поворота коленчатого вала, который генерирует выходной импульс каждый раз, когда связанный с датчиком коленчатый вал вращается, например, на 15°. С другой стороны, порт вывода 36 связан с топливными форсунками 3, дроссельным клапаном 9, который приводится в движение шаговым двигателем, клапаном подачи углеводородов 14, регулирующим клапаном 16 для РВГ и топливным насосом 20 с помощью соответствующих возбуждающих контуров 38.
На фиг.2 показан другой вариант осуществления двигателя внутреннего сгорания с компрессионным воспламенением. В этом варианте предусмотрен клапан подачи углеводородов 14 внутри трубки коллектора 5а, например, для первого цилиндра выпускного коллектора 5.
X
X
X
На фиг.3 показан еще один вариант осуществления двигателя внутреннего сгорания с компрессионным воспламенением. В этом варианте в выхлопной трубе 13 расположен датчик 24 SO для того, чтобы регистрировать концентрацию SO в выхлопных газах выходящих из катализатора-ловушки SO11.
Затем будет разъяснена структура фильтра 12 для твердых частиц со ссылками на фигуры 4(А) и (В). На фиг.4(А) приведен вид спереди фильтра 12 для твердых частиц, в то время как на фиг.4(В) приведен вид сбоку в поперечном разрезе фильтра 12 для твердых частиц. Как видно из фигур. 4(А) и (В), фильтр 12 для твердых частиц образует сотовую структуру, и в нем предусмотрено множество проходов 60, 61 для выхлопных газов, простирающихся параллельно друг другу. Эти проходы для выхлопных газов включают проходы 60 для впуска выхлопных газов, причем расположенные ниже концы закрыты заглушками 62, и проходы 61 для выпуска выхлопных газов, причем расположенные выше концы закрыты заглушками 63. Отмечается, что заштрихованные участки на фиг.4(А) соответствуют заглушкам 63. Следовательно, проходы 60 для впуска выхлопных газов и проходы 61 для выпуска выхлопных газов расположены поочередно и разделены тонкими перегородками 64. Другими словами, проходы 60 для впуска выхлопных газов и проходы 61 для выпуска выхлопных газов расположены таким образом, что каждый проход 60 для впуска выхлопных газов окружен четырьмя проходами 61 для выпуска выхлопных газов, и каждый проход 61 для выпуска выхлопных газов окружен четырьмя проходами 60 для впуска выхлопных газов.
Фильтр 12 для твердых частиц выполнен, например, из пористого материала, такого как кордиерит. Следовательно, выхлопные газы, входящие в проход 60 для впуска выхлопных газов, как показано стрелками на фиг.4(В), проходят через окружающие перегородки 64 и выходят в примыкающие проходы 61 для выпуска выхлопных газов. В то же время твердые частицы, содержащиеся в выхлопных газах, улавливаются на перегородках 64. Захваченная часть твердых частиц сжигается путем окисления на перегородках 64, в то время как оставшиеся твердые частицы осаждаются на перегородках 64.
Твердые частицы, осажденные на перегородках 64, время от времени выжигаются при повышении температуры фильтра 12 для твердых частиц, таким образом, регенерируется фильтр 12 для твердых частиц. В одном варианте осуществления настоящего изобретения на фильтр 12 для твердых частиц нанесен катализатор, способствующий окислению, таким образом, в ходе регенерации фильтра 12 для твердых частиц легко сжигаются осажденные твердые частицы.
X
X
X
Кроме того, в другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению фильтр 12 для твердых частиц включает в себя катализатор, аккумулирующий NO, для того чтобы переработать NO, содержащийся в выхлопных газах, входящих в фильтр 12 для твердых частиц. Затем будет разъяснен вариант нанесения катализатора, аккумулирующего NO, на фильтр 12 для твердых частиц.
X
X
X
X
При нанесении катализатора, аккумулирующего NO, на фильтр 12 для твердых частиц, периферические стенки проходов 60 для впуска выхлопных газов и проходов 61 для выпуска выхлопных газов, то есть две боковых поверхности перегородок 64 и мелкие отверстия во внутренних стенках в перегородках 64 содержат, например, каталитический носитель, состоящий из оксида алюминия. На фиг.5 схематически представлено поперечное сечение части поверхности этого каталитического носителя 45. Как видно из фиг.5, на поверхность каталитического носителя 45 нанесен катализатор 46, содержащий благородные металлы, диффундирующие в катализаторе. Кроме того, на поверхности каталитического носителя 45 формируется слой поглотителя NO 47. В примере, показанном на фиг.5, катализатор, аккумулирующий NO, образуется из каталитического носителя 45, катализатора 46 с благородным металлом и поглотителя NO 47.
X
Кроме того, в примере, показанном на фиг.5, в качестве катализатора 46 с благородным металлом, используется платина Pt. В качестве компонента, образующего поглотитель 47 NO, используется, например, по меньшей мере, один компонент, который выбирают из калия К, натрия Na, цезия Cs, или другого такого щелочного металла, бария Ва, кальция Са, или другого такого щелочноземельного металла, и лантана La, иттрия Y, или другого такого редкоземельного элемента.
X
X
X
Если соотношение воздуха и топлива (углеводороды), подаваемых во впускной проход двигателя, в камеры сгорания 2 и выхлопную трубу до фильтра 12 для твердых частиц, называется как "соотношение воздух-топливо в выхлопных газах", поглотитель 47 абсорбирует NO, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах соответствует бедной смеси, и выделяет поглощенный NO, когда концентрация кислорода в выхлопных газах снижается в "режиме поглощение/выделение NO".
X
2
X
3
X
X
X
2
X
2
X
3
-
-
То есть, например, при объяснении случая применения бария (Ва) в качестве компонента, образующего NO поглотитель 47, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах соответствует бедной смеси, то есть при высокой концентрации кислорода в выхлопных газах, содержащийся в выхлопных газах NO, как показано на фигуре 5, окисляется на платине Pt 46 и превращается в NO, который затем абсорбируется в NO поглотителе 47 и, в процессе связывания с оксидом бария ВаО, диффундирует в виде анионов азотной кислоты NO  внутри NO поглотителя 47. Таким образом, NO абсорбируется внутри NO поглотителя 47. Пока концентрация кислорода в выхлопных газах поддерживается высокой, на поверхности платины Pt 46 образуется NO. Пока абсорбционная способность NO поглотителя 47 не исчерпана, NO абсорбируется в NO поглотителе 47, и образуются анионы азотной кислоты NO .
3
2
3
X
2
X
X
-
-
В противоположной ситуации, при поступлении углеводородов из клапана подачи углеводородов 14 таким образом, что соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах соответствует богатой смеси или соотношение воздуха и топлива становится стехиометрическим, концентрация кислорода в выхлопных газах снижается, так что процесс протекает в противоположном направлении (NO →NO), и поэтому анионы азотной кислоты NO  в NO поглотителе 47 выделяются в виде NO из NO поглотителя 47. В последующем выделенный NO восстанавливается несгоревшими углеводородами и СО, которые содержатся в выхлопных газах.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Таким образом, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах соответствует бедной смеси, то есть когда сгорание осуществляется в бедной смеси воздуха и топлива, NO в выхлопных газах абсорбируется в NO поглотителе 47. Однако когда сгорание протекает в бедной смеси воздуха и топлива, в течение этого процесса исчерпывается абсорбционная способность NO поглотителя NO 47, который становится насыщенным, и следовательно, NO поглотитель 47 исчерпывается и уже не способен абсорбировать NO. Поэтому в вариантах осуществления согласно изобретению, до насыщения абсорбционной способности NO поглотителя 47, из клапана подачи углеводородов 14 поступают углеводороды для того, чтобы временно соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах стало богатым (то есть с избытком углеводородов), и таким образом, NO будет выделяться из NO поглотителя 47.
X
2
2
X
2
3
3
X
X
4
4
X
4
4
X
4
X
X
X
2-
Однако в выхлопных газах содержится SO, то есть SO. Если этот SO поступает в катализатор, аккумулирующий NO, то SO окисляется на платине Pt 46 и превращается в SO. Затем этот SO абсорбируется в NO поглотителе 47 и, в процессе связывания с оксидом бария ВаО, диффундирует в NO поглотителе 47 в виде анионов серной кислоты SO , с образованием стабильного сульфата BaSO. Однако NO поглотитель 47 имеет сильную основность, следовательно, этот сульфат BaSO обладает стабильностью и трудно разлагается. Как только соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах станет богатым, сульфат BaSO не сможет разлагаться и будет оставаться как таковой. Следовательно, в NO поглотителе 47, во время его эксплуатации увеличивается содержание сульфата BaSO. Поэтому с течением времени снижается количество NO, которое может абсорбироваться NO поглотителем 47. Таким образом, катализатор, аккумулирующий NO, подвергается отравлению серой.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Однако в этом случае, если соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, входящих в фильтр 12 для твердых частиц, сделать богатым в состоянии повышения температуры фильтра 12 для твердых частиц, то есть при повышении температуры катализатора, аккумулирующего NO, до температуры выделения SO, равной 600°С или выше, NO поглотитель 47 будет выделять SO. Однако в этом случае NO поглотитель 47 будет выделять небольшое количество SO в течение некоторого времени. Следовательно, для того чтобы вызвать выделение всего абсорбированного SO из NO поглотителя 47, необходимо поддерживать богатое соотношение воздуха и топлива в течение длительного времени, и поэтому существует проблема, что потребуется большое количество углеводородов. Кроме того, выделенные из NO поглотителя 47 оксиды серы (SO) выбрасываются в атмосферу. Это также нежелательно.
X
X
X
X
X
X
X
X
Поэтому в настоящем изобретении катализатор-ловушка SO 11 расположен выше (по потоку) фильтра для твердых частиц с нанесенным катализатором, аккумулирующим NO. Этот катализатор-ловушка SO 11 применяется с целью улавливания SO, содержащихся в выхлопных газах и, таким образом, предотвращается попадание SO на катализатор, аккумулирующий NO. Таким образом, за счет расположения катализатора-ловушки SO 11 выше фильтра 12 для твердых частиц предотвращается отравление серой катализатора, аккумулирующего NO.
X
X
Кроме того, это отравление серой происходит даже в указанном выше варианте осуществления, когда катализатор, стимулирующий окисление, нанесен на фильтр 12 для твердых частиц, обеспечивая легкое выжигание осажденных твердых частиц. Таким образом, в этом случае, если SO поступает в фильтр 12 для твердых частиц, катализатор, стимулирующий окисление, также страдает от отравления серой и в результате осажденные твердые частицы уже не могут легко выжигаться. Следовательно, в этом варианте осуществления, за счет размещения катализатора-ловушки SO 11 выше фильтра 12 для твердых частиц, также можно предотвратить отравление серой катализатора, стимулирующего окисление.
X
Кроме того, известны катализаторы селективного восстановления, поглотители углеводородов и различные другие устройства последующей обработки, вызывающие отравление серой. В случае этих устройств последующей обработки за счет размещения катализатора-ловушки SO 11 выше устройства последующей обработки, также можно предотвратить отравление серой устройства последующей обработки.
X
X
X
X
Затем будет рассмотрен катализатор-ловушка SO 11. Этот катализатор-ловушка SO 11 содержит, например, монолитный катализатор сотовой структуры и имеет большое количество отверстий для циркуляции выхлопных газов, которые простираются прямо в осевом направлении катализатора-ловушки SO 11. Когда катализатор-ловушка SO 11 образуется таким образом из монолитного катализатора сотовой структуры, внутренние периферические стенки отверстий для циркуляции выхлопных газов, то есть основные материалы, формируются со слоем покрытия, состоящим из агрегата частиц каталитического носителя, например, содержащего оксид алюминия. На фиг.6 схематически показано поперечное сечение слоя покрытия 51, образовавшегося на поверхности основного материала 50. Как показано на фиг.6(А), на этот слой покрытия 51 нанесен катализатор 52 с благородным металлом, диффундирующим на поверхности покрытия.
В варианте осуществления согласно изобретению в качестве катализатора 52 с благородным металлом используется платина. Внутри слоя покрытия 51, катализатор, нанесенный на каталитический носитель, распределен равномерно, как показано темными пятнами. В настоящем изобретении катализатор, равномерно диффундирующий в слой покрытия 51, содержит, по меньшей мере, один металл из щелочного и щелочноземельного металла. В варианте осуществления согласно изобретению используется, по меньшей мере, один элемент, выбранный, в частности, из лития Li, натрия Na и калия К среди щелочных металлов и, в частности, из кальция Са и магния Mg среди щелочноземельных металлов.
X
X
X
Далее будет разъяснен механизм улавливания SO в катализаторе-ловушке SO 11, выясненный при исследовании авторами этого изобретения. Ниже отмечено, что механизм улавливания SO будет разъяснен на примере случая использования калия К в качестве щелочного металла, однако механизм улавливания аналогичен в случае использования другого щелочного металла, а также щелочноземельного металла.
X
2
2
3
3
3
3
3
3
3
-
-
2-
2-
-
На фиг.6(А) показан катализатор-ловушка SO 11 в момент образования нового продукта. В этот момент калий К равномерно распределен за счет диффузии в слое покрытия 51. Кроме того, в этот момент калий К в слое покрытия 51 связывается с СО в атмосфере и превращается, образуя карбонат КСО. При эксплуатации двигателя NO, содержащийся в большом количестве в выхлопных газах, окисляется на платине Pt 52, затем он взаимодействует в слое покрытия 51, обладающего основностью, и диффундирует в виде анионов азотной кислоты NO  внутрь слоя покрытия 51. Анионы азотной кислоты NO  обладают большей кислотностью, чем анионы угольной кислоты СО , поэтому анионы угольной кислоты СО , связанные с калием К, замещаются анионами азотной кислоты NO , таким образом, в покрытии 51 образуется нитрат KNO.
X
2
4
X
X
X
4
3
2
3
3
2-
2-
-
С другой стороны, при работе двигателя SO, содержащиеся в выхлопных газах, то есть SO, окисляется на платине Pt 52, как показано на фиг.6(А), затем он переходит в слой покрытия 51, обладающего основностью, и диффундирует в виде анионов серной кислоты SO . Однако концентрация SO, содержащегося в выхлопных газах, значительно ниже, чем концентрация NO. Поэтому всюду, когда SO переходит в слой покрытия 51 в виде анионов серной кислоты SO , большое количество калия К в слое покрытия 51 превращается в нитрат KNO. Следовательно, SO переходит в слой покрытия 51, где нитрат KNO образуется в виде анионов азотной кислоты NO .
4
3
3
4
2
4
X
X
2-
-
2-
В этом случае анионы серной кислоты SO  обладают более сильной кислотностью, чем анионы азотной кислоты NO-, поэтому в этот момент анионы азотной кислоты NO , связанные с калием К, замещаются анионами серной кислоты SO , таким образом, образуется сульфат KSO вблизи поверхности слоя покрытия 51. Таким образом, SO захватывается в катализаторе-ловушке SO11.
2
4
3
X
X
X
X
X
X
2
4
X
X
Если количество сульфата KSO, образовавшегося вблизи поверхности слоя покрытия 51, возрастает, то количество нитрата NKO, способного присоединять SO вблизи поверхности слоя покрытия 51, снижается, и в результате ухудшается способность улавливать SO. Здесь, если отношение SO, захваченных в катализаторе-ловушке SO 11, к SO, содержащихся в выхлопных газах, называется степень захвата SO, и если количество сульфата KSO, образовавшегося вблизи поверхности слоя покрытия 51, возрастает, то при этом степень захвата SO снижается. Поэтому, как показано на фиг.7(А), степень захвата ловушки SO постепенно убывает с течением времени.
X
3
3
X
X
X
В этой ситуации авторы изобретения провели повторное исследование и в результате обнаружили, что, если поддерживать температуру катализатора-ловушки SO 11 в точке, когда нитрат, по меньшей мере, одного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, например, KNO, переходит в расплавленное состояние во время работы двигателя, нитрат KNO в катализаторе-ловушке SO 11 перемещается к поверхности катализатора-ловушки SO 11 и быстро коагулирует там, то есть в поверхностном слое покрытия 51, как показано на фиг.6(В), и таким образом, восстанавливается степень захвата SO.
X
4
3
3
3
2-
Таким образом, если SO захватывается вблизи поверхности слоя покрытия 51 в виде анионов серной кислоты SO , то кислотность вблизи поверхности слоя покрытия 51 становится сильнее. Поэтому, если нитрат KNO поддерживается в расплавленном состоянии, то нитрат KNO перемещается в направлении поверхности слоя покрытия 51 и коагулирует вблизи слоя покрытия 51. Если нитрат KNO коагулирует вблизи поверхности слоя покрытия 51 таким образом, то поступающий
X
4
2
4
X
2-
SO сразу же принимает форму анионов серной кислоты SO , затем захватывается в слое покрытия 51 в форме сульфата KSO. Поэтому, если нитрат, по меньшей мере, одного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов поддерживается в расплавленном состоянии, то степень захвата SO может восстанавливаться практически на 100 процентов.
3
X
3
3
X
X
Считается, что нитрат KNO немного перемешается в направлении поверхности слоя покрытия 51, даже если он не переходит в расплавленное состояние. Поэтому, строго говоря, в настоящем изобретении за счет поддержания температуры катализатора-ловушки SO 11 при температуре, когда нитрат KNO переходит в расплавленное состояние во время работы двигателя, облегчается перемещение и коагуляция нитрата KNO в катализаторе-ловушке SO 11 к поверхности слоя покрытия 51, то есть стимулируется перемещение нитрата и его коагулирующее действие. Благодаря этому перемещению нитрата и коагулирующему действию, степень захвата SO восстанавливается.
Значения температуры плавления типичных карбонатов, нитратов и сульфатов щелочных металлов, применяемых в настоящем изобретении будут показаны ниже в следующей таблице.
Карбонат
Температура плавления
Нитрат
Температура плавления
Сульфат
Температура плавления
Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
618°С
LiNO<sub>3</sub>
261°С
Li<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
860°С
Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
851°С
NaNO<sub>3</sub>
308°С
Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
884°С
К<sub>2</sub>СО<sub>3</sub>
891С
KNO<sub>3</sub>
333°C
K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
1069°С
X
Из приведенной выше таблицы, можно понять, что значения температуры плавления нитратов щелочных металлов находятся приблизительно между 260°С и 340°С, то есть значительно ниже, чем температура плавления карбонатов и сульфатов. Поэтому во время работы двигателя можно легко поддерживать температуру катализатора-ловушки SO 11 при температуре, когда нитрат переходит в расплавленное состояние.
3
2
3
2
С другой стороны, когда катализатор диффундирует в слой покрытия 51, также могут быть использованы кальций Са, магний Mg или другой щелочноземельный металл. Поскольку выхлопные газы содержат влагу, нитрат щелочноземельного металла превращается в гидрат. Среди гидратов щелочноземельных металлов имеются такие, которые плавятся при температуре 100°С или ниже. Например, тетрагидрат нитрата кальция Са(NO) имеет температуру плавления около 43°С, в то время как гексагидрат нитрата магния Mg(NO) имеет температуру плавления около 95°С.
X
Таким образом, среди гидратов нитратов щелочноземельных металлов имеются такие, которые плавятся при низкой температуре. Поэтому при использовании кальция Са или магния Mg в качестве катализатора, диффундирующего в слой покрытия 51, нитрат щелочноземельного металла будет перемещаться и коагулировать на поверхности слоя покрытия 51 даже при столь низкой температуре, как 100°С или ниже. Следовательно, степень захвата SO будет восстанавливаться при низкой температуре. Отмечается, что в настоящем изобретении в качестве катализатора, диффундирующего в слой покрытия 51, может быть использована смесь щелочного металла и щелочноземельного металла.
X
X
3
X
3
X
На фиг.7(В) показаны изменения степени захвата SO ловушкой при использовании калия К в качестве катализатора, нанесенного на катализатор-ловушку SO 11. Как показано в таблице выше, температура плавления нитрата калия KNO равна 333°С, поэтому, как показано на фиг.7(В), когда температура ТС катализатора-ловушки SO 11 превышает температуру плавления нитрата калия KNO, стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие и восстанавливается степень захвата ловушки SO.
X
2
3
2
X
X
2
2
Отмечается, что для стимулирования перемещения нитрата и коагулирующего действия необходимо, чтобы слой покрытия 51 захватил SO. В связи с этим необходимо окислять SO в SO. Это окислительное превращение SO хорошо осуществляется вплоть до температуры ТС катализатора-ловушки SO 11 около 500°С, но постепенно становится хуже, когда температура превышает 500°С. Следовательно, существует область температур катализатора-ловушки SO 11, в которой стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие. Нижний предел температуры этой области представляет собой температуру плавления нитрата, по меньшей мере, одного щелочного металла и щелочноземельного металла, в то время как можно сказать, что верхний предел температуры этой области представляет собой верхний предел температуры, при которой SO может окисляться в катализаторе-ловушке SO11.
X
X
X
X
На фиг.7(В), область I соответствует случаю, где температура ТС катализатора-ловушки SO 11 только вошла в диапазон температур, где стимулируется перемещение нитрата и его коагулирующее действие во время работы двигателя. В это время восстанавливается степень захвата NO. Однако, если температура ТС катализатора-ловушки SO 11 не соответствует диапазону температур, где стимулируется перемещение нитрата и его коагулирующее действие во время работы двигателя, тогда степень захвата SO ловушкой продолжает снижаться.
X
X
X
X
X
Поэтому в варианте осуществления согласно изобретению, как показано в области II на фиг.7(В), например, когда SO степень захвата ловушкой снижается на 1 процент во время работы двигателя, осуществляется контролируемое повышение температуры катализатора-ловушки SO 11, и таким образом, температура ТС катализатора-ловушки SO 11 поддерживается в диапазоне, где стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие. То есть в варианте осуществления согласно изобретению, за счет того, что время от времени температура катализатора-ловушки SO 11 поддерживается в диапазоне, где стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие во время работы двигателя, время от времени может восстанавливаться степень захвата ловушки SO.
X
Поэтому способ повышения температуры катализатора-ловушки SO 11 будет разъяснен со ссылкой на фиг.8.
X
m
m
X
Одним из способов эффективного повышения температуры катализатора-ловушки SO 11 является метод задержки впрыска топлива во временном цикле до сжатия в верхней мертвой точке или позднее. То есть обычно основное количество топлива Q впрыскивается вблизи верхней мертвой точки при сжатии, что показано как (I) на фиг.8. Согласно изобретению в случае, показанном как (II) на фиг.8, если временной цикл впрыска основного количества топлива Q задерживается, период дожига становится длиннее, и поэтому температура выхлопных газов повышается. Если температура выхлопных газов повышается, то температура катализатора-ловушки SO 11 также повышается.
X
m
v
v
v
X
Кроме того, с целью повышения температуры катализатора-ловушки SO 11, как показано положением (III) на фиг.8, в дополнение к основному топливу Q, также можно впрыскивать вспомогательное топливо Q вблизи верхней мертвой точки при всасывании. Таким образом, при дополнительном впрыскивании вспомогательного топлива Q количество сжигаемого топлива увеличивается в точности на количество вспомогательного топлива Q, так что температура выхлопных газов повышается и, следовательно, возрастает температура катализатора-ловушки SO 11.
v
С другой стороны, при впрыскивании вспомогательного топлива Q вблизи верхней мертвой точки при всасывании, в этом случае в ходе такта сжатия теплота сжатия будет приводить к образованию альдегидов, кетонов, пероксидов, моноксида углерода или других промежуточных продуктов из этого вспомогательного топлива
v
m
m
m
X
Q. Эти промежуточные продукты вызовут ускоренное сгорание основного топлива Q. Следовательно, в этом случае, показанном как (III) на фиг.8, даже при сильной задержке временного цикла впрыска основного топлива Q, реализуется хорошее сгорание, причем пропуски вспышки отсутствуют. Таким образом, временной цикл впрыска основного топлива Q может быть сильно задержан этим способом, так что температура выхлопных газов становится существенно выше, и поэтому температуру катализатора-ловушки SO 11 можно быстро повысить.
X
m
p
p
X
Кроме того, с целью повышения температуры катализатора-ловушки SO 11, как показано в случае (IV) на фиг.8, в добавление к основному топливу Q можно впрыскивать вспомогательное топливо Q в ходе такта расширения или такта выпуска. Таким образом, в этом случае большое количество вспомогательного топлива Q без сгорания выбрасывается в виде несгоревших углеводородов в выхлопную трубу. Эти несгоревшие углеводороды окисляются на катализаторе-ловушке SO 11 под действием избытка кислорода. Благодаря теплоте процесса окисления в этот момент повышается температура катализатора-ловушки
X
SO 11.
X
X
С другой стороны, в двигателе внутреннего сгорания, показанном на фиг.2, также может быть предусмотрен клапан 14 подачи углеводородов и использование тепла процесса окисления углеводородов с целью повышения температуры катализатора-ловушки SO 11. Кроме того, также возможно регулирование впрыска по любому из режимов, показанных вариантами (II)-(IV) на фиг.8 и подача углеводородов с помощью клапана 14 подачи углеводородов. Отмечено, что независимо от использованного метода повышения температуры, соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, входящих в катализатор-ловушку SO 11, соответствует бедной смеси, причем она не становится богатой смесью.
X
Далее будет разъяснен способ оценки степени захвата SO ловушкой, со ссылкой на фигуры от 9 до 12.
X
X
X
X
X
X
X
На фиг.9 показана стандартная SO степень захвата TRAPO. Эта стандартная SO степень захвата TRAPО означает степень захвата SO, которая становится стандартной, когда завершается восстанавливающее действие на степень захвата SO ловушкой благодаря перемещению нитрата и коагулирующему действию. Эта стандартная SO степень захвата TRAPO сохраняется на уровне около 100 процентов, когда улавливаемое количество SO-∑SO1, захваченное катализатором-ловушкой
X
X
X
X
X
SO 11, имеет определенное значение или меньше этого значения. То есть, когда SO улавливаемое количество ∑SO1 равно или меньше определенного значения, если завершается восстанавливающее действие на степень захвата SO ловушкой благодаря перемещению нитрата и коагулирующему действию, степень захвата SO ловушкой восстанавливается приблизительно на 100 процентов.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Однако когда SO улавливаемое количество SSO1 становится равным или больше определенного значения, даже при наличии восстанавливающего действия на степень захвата SO благодаря перемещению нитрата и коагулирующему действию степень захвата SO ловушкой уже не будет восстанавливаться до 100 процентов. Чем больше увеличивается SO улавливаемое количество SSO1, тем больше снижается уровень восстановления степени захвата SO ловушкой. Следовательно, как показано на фиг.9, стандартная SO степень захвата TRAPO быстро снижается, если SO улавливаемое количество SSO1 становится равным или больше определенного значения.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Улавливаемое количество SO-∑SO1, показанное на фиг.9, рассчитывается по данным карт, показанных на фигурах 10(А) и (В). То есть топливо содержит определенное количество серы. Поэтому количество SO, содержащихся в выхлопных газах, то есть SO количество, захваченное катализатором-ловушкой SO 11, будет пропорционально количеству впрыскиваемого топлива. Это количество впрыскиваемого топлива является функцией требуемого вращающего момента и скорости двигателя, следовательно, SO количество, захваченное катализатором-ловушкой SO 11, также будет зависеть от требуемого вращающего момента и скорости двигателя. В варианте осуществления согласно изобретению SO улавливаемое количество SOA, захваченное в катализаторе-ловушке SO 11 за единицу времени, аккумулируется в зависимости от требуемого вращающего момента TQ и скорости двигателя N в виде карты, как показано на фиг.10(А), заблаговременно введенной в ROM 32.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Кроме того, смазочное масло также содержит определенное количество серы. Количество смазочного масла, сгоревшего в камерах сгорания 2, то есть количество захваченного SO, содержащегося в выхлопных газах и захваченного в катализаторе-ловушке SO 11, также становится функцией требуемого вращающего момента и скорости двигателя. В варианте осуществления согласно изобретению SO количество SOB, содержащееся в смазочном масле и захваченное в катализаторе-ловушке SO 11 за единицу времени, аккумулируется в зависимости от требуемого вращающего момента TQ и скорости двигателя N в виде карты, как показано на фиг.10(В), заблаговременно введенной в ROM 32. С помощью интегрального добавления суммы SO улавливаемого количества SOXA и SO улавливаемого количества SOB, рассчитывается SO улавливаемое количество ∑SO1, захваченное в катализаторе-ловушке SO 11.
X
X
X
X
1
2
3
i
С другой стороны, на фиг.11(А) показано количественное уменьшение (RS) степени захвата SO ловушкой, которая становится стандартной за единицу времени. Это количественное уменьшение RS становится больше по мере увеличения улавливаемого количества SO-∑SO1. С другой стороны, это количественное уменьшение RS становится больше по мере увеличения количества выхлопных газов, то есть увеличения количества всасываемого воздуха Ga, и становится меньше по мере увеличения температуры ТС катализатора-ловушки SO 11. Эта взаимосвязь, то есть поправочный коэффициент К в связи с количественным уменьшением RS, показана на фиг.11 (В). Отмечается, что этот поправочный коэффициент К становится меньше в ряду K, К, К…K.
X
В противоположность этому, на фиг.12(А) и (В) показано количественное увеличение IS и скорость увеличения KS степени захвата SO ловушкой за единицу времени при осуществлении перемещения нитрата и коагулирующего действия.
1
X
2
2
3
X
1
2
X
X
Обратимся к фиг.12(А), где TC означает температуру плавления нитрата, по меньшей мере, одного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, нанесенных на катализатор-ловушку SO 11, ТС означает верхний предел температуры, при котором SO может хорошо окисляться, и значение ТС составляет приблизительно 600°С, то есть температура регенерации фильтра 12 для твердых частиц. Чем выше температура ТС катализатора-ловушки SO 11, тем ниже вязкость расплавленного нитрата, поэтому в интервале между TC и ТС, по мере увеличения температуры ТС катализатора-ловушки SO 11, возрастает количественное увеличение IS степени захвата SO ловушкой.
2
3
X
X
X
X
X
1
3
1
1
2
С другой стороны, в интервале между ТС и ТС, с повышением температуры ТС катализатора-ловушки SO 11 ослабляется окисляющее действие SO, поэтому, чем выше температура ТС катализатора-ловушки SO 11, тем больше снижается величина IS количественного увеличения степени захвата SO ловушкой. В варианте осуществления согласно изобретению, когда должно осуществляться перемещение нитрата и коагулирующее действие, значение температуры ТС катализатора-ловушки SO 11 поддерживается между температурой плавления TC и температурой регенерации ТС фильтра 12 для твердых частиц. Предпочтительно значение ТС поддерживается между температурой плавления TC и температурой TC, при которой SO может эффективно окисляться.
X
X
X
С другой стороны, с увеличением времени, прошедшего с момента перехода нитрата в расплавленное состояние, нитрат больше приближается к поверхности слоя покрытия 51, поэтому возрастает количественное увеличение IS степени захвата SO ловушкой за единицу времени. Следовательно, как показано на фиг.12(В), чем больше времени прошло с момента перехода нитрата в расплавленное состояние, тем больше возрастает скорость увеличения KS степени захвата SO ловушкой. Путем умножения этой скорости увеличения KS на количественное увеличение IS определяется окончательное количественное увеличение степени захвата SO ловушкой за единицу времени.
X
X
X
Таким образом, количественное уменьшение степени захвата SO ловушкой за единицу времени находят путем умножения поправочного коэффициента К, рассчитанного по данным фиг.11(В), на стандартное количественное уменьшение RS, рассчитанное по данным фиг.11(А). Кроме того, количественное увеличение степени захвата SO ловушкой за единицу времени за счет перемещения нитрата и коагулирующего действия находят путем умножения скорости увеличения KS, рассчитанного по данным фиг.12(В), на количественное увеличение IS, рассчитанное по данным фиг.12(А). С другой стороны, стандартную SO степень захвата TRAPO находят из фиг.9. Следовательно, количественное уменьшение RS-K степени захвата
X
X
X
X
X
SO ловушкой за единицу времени можно вычесть из стандартной SO степени захвата TRAPO, и количественное увеличение IS степени захвата SO-KS за единицу времени можно прибавить к стандартной SO степени захвата TRAPO для того, чтобы найти степень захвата SO ловушкой.
X
X
X
X
X
В одном варианте осуществления согласно изобретению оценивается возможность снижения рассчитанной таким образом степени захвата SO ловушкой до предварительно заданной степени захвата SO для перемещения нитрата и коагулирующего действия. Когда был сделан вывод, что степень захвата SO ловушкой снижается до заданной степени захвата SO для перемещения нитрата и коагулирующего действия, температура катализатора-ловушки SO 11 повышается до диапазона температур, в котором стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие, и поддерживают температуру в этом диапазоне.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Кроме того, как уже разъяснялось в связи с фиг.9, когда SO улавливаемое количество ∑SO1 становится равным или меньше определенной величины, при завершении восстанавливающего действия на степень захвата SO благодаря перемещению нитрата и коагулирующему действию, степень захвата SO ловушкой восстанавливается приблизительно на 100 процентов. Однако, если SO улавливаемое количество ∑SO1 становится равным или больше определенного значения, даже при осуществлении восстанавливающего действия на степень захвата SO, благодаря перемещению нитрата и коагулирующему действию, степень захвата SO ловушкой уже не будет восстанавливаться до 100 процентов, и, как показано на фиг.9, стандартная SO степень захвата TRAPO быстро снижается.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Таким образом, если SO улавливаемое количество ∑SO1 становится равным или больше определенного значения, концентрация SO вблизи поверхности слоя покрытия 51 повышается, и в результате снижается степень захвата SO. Однако, если повысить температуру катализатора-ловушки SO 11 приблизительно до 600°С, т.е. температуры стимулированной диффузии SO при бедной смеси воздуха и топлива в выхлопных газах, то сконцентрированные вблизи поверхности слоя покрытия 51 оксиды серы SO будут диффундировать вглубь слоя покрытия 51, так что установится однородная концентрация SO в слое покрытия 51. Если оксиды серы SO, находящиеся вблизи поверхности слоя покрытия 51, диффундируют вглубь слоя покрытия 51 таким образом, тогда концентрация SO вблизи поверхности слоя покрытия 51 будет падать, и поэтому при завершении контролируемого повышения температуры катализатора-ловушки SO 11, степень захвата SO будет восстанавливаться почти до 100 процентов.
X
X
X
X
X
Следовательно, в варианте осуществления согласно изобретению даже при осуществлении восстанавливающего действия на степень захвата SO благодаря перемещению нитрата и коагулирующему действию, когда степень захвата SO уже больше не восстанавливается до заданного значения, с целью восстановления степени захвата SO температура катализатора-ловушки SO повышается до температуры стимулированной диффузии SO при бедной смеси воздуха и топлива в выхлопных газах.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Отмечается, что таким образом, при повышении температуры катализатора-ловушки SO 11, если соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах соответствует богатой смеси, иногда SO может выделяться из катализатора-ловушки SO 11. Поэтому при повышении температуры катализатора-ловушки SO 11, предпочтительно соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах не является богатым. Кроме того, если концентрация SO вблизи поверхности слоя покрытия 51 становится повышенной, даже без повышения температуры катализатора-ловушки SO 11, при соотношении воздуха и топлива в выхлопных газах, соответствующем богатой смеси, иногда может заканчиваться выделение SO из катализатора-ловушки SO 11. Поэтому в варианте осуществления согласно изобретению, когда температура катализатора-ловушки SO 11 равна или выше температуры выделения SO, соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор-ловушку SO 11, не должно быть богатым.
X
X
X
X
X
X
X
X
В настоящем изобретении, главным образом, рассматривается применение катализатора-ловушки SO 11 как есть, без замены от момента покупки транспортного средства до сдачи в лом. В частности, в последние годы, снижено количество серы, содержащейся в топливе, поэтому, если объем катализатора-ловушки SO 11 является достаточно большим, то можно использовать катализатор-ловушку SO 11 без замены до сдачи в лом транспортного средства. Например, если принять, что величина пробега транспортного средства должна быть 500000 км, то объем катализатора-ловушки SO 11 делают равным объему, обеспечивающему непрерывное улавливание SO с высокой степенью захвата SO без контролируемого повышения температуры для диффузии SO внутрь слоя покрытия 41, до величины пробега приблизительно 250000 км. В этом случае контролируемое повышение температуры для диффузии SO начинают проводить впредь до величины пробега около 250000 км.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
В варианте осуществления согласно изобретению, как показано на фиг.13, заблаговременно вводится зависимость между SO улавливаемым количеством SSO1 и заданным количеством улавливаемого SO-SO(n), когда температуру катализатора-ловушки SO 11 необходимо повышать для обеспечения диффузии SO. Когда SO улавливаемое количество ∑SO1 превышает заранее установленный уровень SO(n) (n=1, 2, 3, …), температуру катализатора-ловушки SO 11 повышают для обеспечения диффузии SO. Отмечается, что на фиг.13, n означает число обработок с повышением температуры. Как можно понять из фиг.13, когда увеличивается число обработок n с повышением температуры для восстановления степени захвата SO, тогда заранее установленное количество SO(n) возрастает. Относительный рост этого заранее установленного количества SO(n) уменьшается по мере увеличения числа операций n. То есть относительное увеличение SO(3) по сравнению с SO(2) является меньше, чем относительное увеличение SO(2) по сравнению с SO(1).
X
X
X
X
Таким образом, как показано на временной диаграмме фиг.14, SO улавливаемое количество ∑SO1, захваченное в катализаторе-ловушке SO 11, с течением времени продолжает возрастать до допустимого значения МАХ. Отмечено, что на фиг.14 время, когда ∑SO1=МАХ, соответствует времени, когда величина пробега приближается или равняется 500000 км.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
С другой стороны, на фиг.14 показана концентрация SO вблизи поверхности катализатора-ловушки SO 11. Как можно понять из фиг.14, если концентрация SO вблизи поверхности катализатора-ловушки SO 11 превышает допустимое значение SOZ, то осуществляется контролируемое повышение температуры с целью повышения температуры ТС катализатора-ловушки SO 11 до температуры стимулированной диффузии SO в условиях бедной смеси воздуха и топлива (A/F) в выхлопных газах. Когда осуществляется контролируемое повышение температуры, снижается концентрация SO вблизи поверхности катализатора-ловушки SO 11, однако это количественное уменьшение концентрации SO становится меньше каждый раз, когда проводится контролируемое повышение температуры, поэтому время между смежными операциями контролируемого повышения температуры становится все меньше, каждый раз, когда выполняется контролируемое повышение температуры.
X
X
X
Отмечается, что показанный на фиг.14 факт достижения SO(1), SO(2), … улавливаемого количества SSOl означает, что концентрация SO вблизи поверхности катализатора-ловушки SO 11 достигла допустимого значения SOZ.
X
На фиг.15 и фиг.16 показана программа выполнения первого варианта обработки ловушки для восстановления способности улавливать SO. Эта программа выполняется с перерывом в каждый заранее установленный момент времени.
X
X
X
X
X
Рассмотрим фиг.15 и фиг.16, сначала, на стадии 100, SO улавливаемые количества оксидов серы SOA и SOMB, захваченных за единицу времени, взяты из фиг.10(А), (В). На следующей стадии 101 сумма этих количеств SOA и SOMB добавляется к SO улавливаемому количеству ∑SO1.
X
X
X
X
X
На следующей стадии 102 оценивается, имеет ли место температурный контроль II для диффузии SO внутрь слоя покрытия 51. Когда температурный контроль II не имеет места, программа приступает к выполнению стадии 103, на которой оценивается, достигло ли SO улавливаемое количество ∑SO1 заранее установленной величины SO(n) (n=1, 2, 3, …), показанной на фиг.13. Если SO улавливаемое количество ∑SO1 не достигло заранее установленной величины SO(n), программа приступает к выполнению стадии 104.
X
X
X
X
X
На стадии 104 рассчитывают стандартную SO степень захвата TRAPO по данным зависимости, показанной на фиг.9. На следующей стадии 105 количественное уменьшение RS степени захвата SO ловушкой за единицу времени рассчитывается по данным фиг.11(А), в то время как поправочный коэффициент К рассчитывают по данным фиг.11(В). На следующей стадии 106 величину произведения RS-K количественного уменьшения RS степени захвата SO и поправочного коэффициента К прибавляют к совокупному количественному уменьшению ARS. На следующей стадии 107 это совокупное количественное уменьшение ARS вычитают из стандартной SO степени захвата TRAPO для того, чтобы рассчитать степень захвата SO ловушкой.
X
X
X
X
X
X
На следующей стадии 108 оценивается, упала ли степень захвата SO ловушкой до заранее установленной SO степени захвата TRAPO-0,99 для перемещения нитрата и коагулирующего действия. В первом варианте осуществления этот заранее установленный уровень степени захвата SO составляет 99 процентов от стандартной SO степени захвата TRAPO. То есть на стадии 108 оценивается, упала ли степень захвата SO ловушкой на 1 процент от стандартной величины SO степени захвата TRAPO. Когда на стадии 108 установлено, что TRAP≥TRAPO·0,99, программа приступает к выполнению стадии 110. В противоположность этому, когда установлено, что TRAP<TRAPO·0,99, осуществляется контролируемое повышение температуры I для стимулирования перемещения нитрата и коагулирующего действия. Затем программа приступает к выполнению стадии 110.
На стадии 110 оценивается, находится ли температура ТС катализатора-ловушки
X
1
3
1
2
X
SO 11 в диапазоне температур, стимулирующем перемещение нитрата и коагулирующее действие. Этот диапазон температур, как обсуждалось выше, представляет собой ТС<ТС<ТС и предпочтительно, как описано на стадии 110, представляет собой TC<TC<TC. Когда температура ТС катализатора-ловушки SO 11 находится внутри диапазона температур, в котором стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие, программа приступает к выполнению стадии 111.
X
X
X
X
X
На стадии 111 количественное увеличение IS степени захвата SO ловушкой за единицу времени рассчитывается по данным фиг.12(А), и скорость увеличения KS степени захвата SO ловушкой рассчитывается по данным фиг.12(В). На следующей стадии 112 величина произведения IS·KS количественного увеличения IS степени захвата SO и скорости увеличения KS вычитается из совокупного количественного уменьшения ΔRS. На следующей стадии 113 оценивается, становится ли величина совокупного количественного уменьшения ΔRS отрицательной, то есть восстанавливается ли степень захвата SO ловушкой до стандартной SO степени захвата TRAPO. В случае ΔRSO, программа приступает к выполнению стадии 114, где уменьшение ΔRS доводится до нуля. На следующей стадии 115 оценивается, происходит ли контролируемое повышение температуры I. Когда происходит контролируемое повышение температуры I, программа приступает к выполнению стадии 116, на которой прекращается контролируемое повышение температуры.
X
X
X
X
С другой стороны, когда на стадии 103 установлено, что SO улавливаемое количество ∑SO1 достигло заранее установленного значения SO(n), программа приступает к выполнению стадии 117, на которой выполняется контролируемое повышение температуры II для диффузии SO. В ходе выполнения контролируемого повышения температуры II, программа от стадии 102 переходит к выполнению стадии 117. На следующей стадии 118, когда установлено, что контролируемое повышение температуры II завершено, программа приступает к выполнению стадии 119, на которой совокупное количественное уменьшение ARS доводится до нуля, и стандартная SO степень захвата TRAPO восстанавливается на 100 процентов.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
На фигурах 17-19 показан второй вариант осуществления технологии восстановления способности улавливать SO. В этом варианте осуществления, как показано на фиг.3, SO датчик 24 расположен ниже (по ходу потока) катализатора-ловушки SO 11. Этот SO датчик 24 регистрирует концентрацию SO в выхлопных газах, выходящих из катализатора-ловушки SO 11. Таким образом, в этом втором варианте осуществления, который показан на фиг.17, когда концентрация SO в выхлопных газах, регистрируемая SO датчиком 24, превышает заранее установленную концентрацию SOY1 для перемещения нитрата и коагулирующего действия, тогда осуществляется контролируемое повышение температуры I, с целью повышения температуры катализатора-ловушки SO 11 до диапазона температур, в котором стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие.
X
X
X
X
X
Кроме того, в этом втором варианте осуществления, который показан на фиг.18, когда концентрация SO в выхлопных газах, регистрируемая SO датчиком 24, превышает заранее установленное значение концентрации SOY2, которое будет стимулироваться с целью восстановления степени захвата SO, тогда осуществляется контролируемое повышение температуры II для того, чтобы увеличить температуру катализатора-ловушки SO 11 до температуры стимулированной диффузии SO при бедной смеси воздуха и топлива в выхлопных газах.
X
На фиг.19 представлена программа обработки для восстановления способности улавливать SO при выполнении этого второго варианта изобретения.
X
X
X
X
2
X
Рассмотрим фиг.19, сначала, на стадии 200 регистрируется выходной сигнал SO датчика 24, например, выходное напряжение V. На следующей стадии 201 оценивается, имеет ли место температурный контроль II для диффузии SO внутрь слоя покрытия 51. Когда температурный контроль II не имеет места, программа приступает к выполнению стадии 103, на которой оценивается, превышает ли выходное напряжение V датчика 24 SO уставку VX2, то есть превышает ли концентрация SO в выхлопных газах заранее установленную концентрацию SOY2. Когда V≤VX, то есть когда концентрация SO в выхлопных газах не превышает заранее установленную концентрацию SOY2, программа приступает к выполнению стадии 203.
X
1
X
1
2
X
X
0
X
X
0
X
X
На стадии 203 оценивается, выполняется ли контролируемое повышение температуры I для стимулирования перемещения нитрата и коагулирующего действия. Когда контролируемое повышение температуры I не имеет места, программа приступает к выполнению стадии 204, на которой оценивается, превышает ли выходное напряжение V датчика 24 SO уставку VX, то есть превышает ли концентрация SO в выхлопных газах заранее установленную концентрацию SOY1. Когда V>VX(<VX), то есть, когда концентрация SO в выхлопных газах превышает заранее установленную концентрацию SOY1(<SOY2), программа приступает к выполнению стадии 205, на которой выполняется контролируемое повышение температуры I. В то время как проводится контролируемое повышение температуры I, программа переходит от стадии 203 к выполнению стадии 206. На стадии 206 оценивается, упало ли выходное напряжение V датчика 24 SO ниже установленной целевой восстановленной величины V, то есть восстанавливается ли степень захвата SO катализатором-ловушкой SO 11. Когда V≤V, то есть, когда SO степень захвата SO восстанавливается, программа приступает к выполнению стадии 209, на которой прекращается контролируемое повышение температуры I.
2
X
X
С другой стороны, когда на стадии 202 оценивается, что V>VX, то есть, что концентрация SO в выхлопных газах превышает заранее установленный уровень SOY2, программа приступает к выполнению стадии 208, на которой выполняется контролируемое повышение температуры II для обеспечения диффузии SO. В то время как происходит контролируемое повышение температуры II, программа от стадии 201 переходит к выполнению стадии 208, на которой продолжается выполнение контролируемого повышения температуры II.
X
Затем, со ссылкой на фигуры 20-23, будет объяснена обработка катализатора, аккумулирующего NO, нанесенного на фильтр 12 для твердых частиц.
X
X
X
X
X
X
X
X
В варианте осуществления согласно изобретению, NO количество NOXA, аккумулированное в NO катализаторе за единицу времени, накапливается в зависимости от требуемого вращающего момента TQ и скорости двигателя N в виде карты, изображенной на фиг.22(А), заблаговременно введенной в ROM 32. Путем совокупного добавления этого NO количества NOXA рассчитывается NO количество SNOX, аккумулированное в NO катализаторе. В варианте осуществления согласно изобретению, который показан на фиг.20, соотношение воздуха и топлива A/F в выхлопных газах, поступающих в фильтр 12 для твердых частиц, временно делается богатым каждый раз, когда это NO количество ΣNOX доходит до допустимого значения NX, и таким образом, аккумулирующий NO катализатор выделяет NO.
X
X
X
X
X
X
Отмечается, что при получении богатой смеси воздуха и топлива (соотношение A/F) в выхлопных газах, поступающих в фильтр 12 для твердых частиц, предпочтительно поддерживают бедное соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор-ловушку SO 11. Поэтому в варианте изобретения, где на фильтр для твердых частиц 12 нанесен катализатор, аккумулирующий NO, как показано на фиг.1 и фиг.3, клапан 14 подачи углеводородов расположен в выхлопной трубе, между катализатором-ловушкой SO 11 и фильтром 12 для твердых частиц. Когда необходимо, чтобы катализатор, аккумулирующий NO, выделял NO, этот клапан 14 подает углеводороды в выхлопную трубу, и таким образом, соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор, аккумулирующий NO, временно соответствует богатой смеси.
С другой стороны, твердые частицы, содержащиеся в выхлопных газах, то есть измельченные частицы захватываются на фильтре 12 для твердых частиц и эффективно окисляются. Однако, если количество захваченных измельченных частиц становится больше, чем количество окисленных измельченных частиц, эти твердые частицы постепенно осаждаются на фильтре 12 для твердых частиц. В этом случае, если количество осажденных измельченных частиц возрастает, то происходит падение мощности двигателя. Поэтому в случае увеличения количества осажденных измельченных частиц необходимо удалять эти осажденные твердые частиц. В этом случае за счет повышения температуры фильтра 12 для твердых частиц приблизительно до 600°С в избытке воздуха, осажденные твердые частицы окисляются и удаляются.
X
X
X
Следовательно, в варианте осуществления согласно изобретению, когда количество измельченных частиц, осажденных на фильтре 12, превышает допустимое количество, повышают температуру фильтра 12 для твердых частиц, и таким образом, осажденные твердые частицы удаляются за счет окисления в бедной смеси воздуха и топлива в выхлопных газах. Говоря конкретно, когда в варианте осуществления согласно изобретению перепад давления ΔР до и после фильтра 12 для твердых частиц, регистрируемый датчиком 23 перепада давления, превышает допустимое значение РХ, как показано на фиг.20, делается оценка, что количество осажденных твердых частиц превышает допустимое количество. В этот момент времени осуществляется контролируемое повышение температуры Т фильтра 12 для твердых частиц, и в то же время поддерживается бедное соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в фильтр 12 для твердых частиц. Отмечается, что если температура Т фильтра 12 для твердых частиц становится выше, то захваченное NO количество ΣNOX уменьшается благодаря выделению NO из катализатора, аккумулирующего NO.
X
X
Даже при нанесении катализатора, стимулирующего окисление, на фильтр для твердых частиц 12 или при нанесении катализатора, аккумулирующего NO, при регенерации фильтра 12 для твердых частиц, углеводороды подаются из любого из клапанов 14 подачи углеводородов, которые показаны на фигурах 1-3, в условиях поддержания бедного соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах, или топливо впрыскивается в любом из режимов (II)-(IV), показанных на фиг.8. Когда начинается регенерация фильтра 12 для твердых частиц, температура фильтра 12 для твердых частиц становится равной или больше 600°С, но в то же время температура катализатора-ловушки SO 11 поддерживается несколько ниже чем 600°С, то есть в области температур, в которой стимулируется перемещение нитрата и коагулирующее действие.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
С другой стороны, когда степень захвата SO катализатором-ловушкой SO 11 составляет 100 процентов, на катализатор, аккумулирующий NO, вовсе не поступает SO, поэтому в этом случае отсутствует какая-либо опасность накопления SO в катализаторе, аккумулирующем NO. В альтернативном случае, когда SO степень захвата SO отличается от 100 процентов, даже если степень захвата SO близка к 100 процентам, SO накапливается в катализаторе, аккумулирующем NO. Однако в этом случае количество SO в катализаторе, аккумулирующем NO, накопленное за единицу времени, является весьма незначительным. Это справедливо, если в течение длительного времени накопилось большое количество SO в катализаторе, аккумулирующем NO. Если накопилось большое количество SO, необходимо освободиться от аккумулированного SO.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Как объяснено выше, для того, чтобы побудить выделение SO из катализатора, аккумулирующего NO, необходимо поднять температуру катализатора, аккумулирующего NO, до температуры выделения и создать богатое соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор, аккумулирующий NO. Поэтому в варианте осуществления согласно изобретению, который показан на фиг.21, когда SO количество ∑SO2, накопленное в катализаторе, аккумулирующем NO, доходит до допустимого значения SX2, температура ТС катализатора, аккумулирующего NO, повышается до температуры ТХ, при которой выделяется NO, и соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор, аккумулирующий NO, соответствует богатой смеси. Отмечается, что SO количество SOXZ, накопленное за единицу времени в катализаторе, аккумулирующем NO, накапливается в зависимости от требуемого вращающего момента TQ и скорости двигателя N в виде карты, изображенной на фиг.22(В), заблаговременно введенной в ROM 32. Путем совокупного добавления этого SO количества SOXZ, рассчитывается аккумулированное SO количество ∑SO2.
X
X
X
X
X
X
X
X
Когда из катализатора, аккумулирующего NO, побуждается выделение SO, нежелательно, чтобы соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор-ловушку SO 11, соответствовало богатой смеси. Поэтому в варианте осуществления согласно изобретению, когда необходимо выделить SO из катализатора, аккумулирующего NO, во-первых, как показано на фиг.1 и фиг.3, углеводороды подаются из клапана подачи углеводородов 14 ниже (по потоку) катализатора-ловушки SO 11, в то время как поддерживается бедное соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор-ловушку SO 11 для того, чтобы вызвать подъем температуры ТС катализатора, аккумулирующего NO, до температуры ТХ, при которой выделяется
X
X
X
X
SO; затем количество углеводородов, поступающих из клапана 14 подачи углеводородов, увеличивается, в то время как соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в катализатор-ловушка SO 11, соответствует бедной смеси для того, чтобы увеличить количество поданных углеводородов и создать богатое соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих на катализатор, аккумулирующий NO. Отмечается, что в этом случае соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих на катализатор, аккумулирующий NO, может переключаться попеременно между богатой и бедной смесью.
X
На фиг.23 показана программа обработки катализатора, аккумулирующего NO.
X
X
X
X
X
Рассмотрим фиг.23, сначала, на стадии 300, NO количество NOXA, аккумулированное за единицу времени, рассчитывают с помощью карты, показанной на фиг.22(А). На следующей стадии 301 это количество NOXA добавляют к NO количеству ΣNOX, накопленному в катализаторе, аккумулирующем NO. На следующей стадии 302 оценивается, превышает ли аккумулированное NO количество ∑NOX допустимое значение NX. Когда ∑NOX>NX, программа приступает к выполнению стадии 303, на которой осуществляется обработка богатой смесью за счет временного переключения соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах, подаваемых на катализатор, аккумулирующий NO, с бедной смеси на богатую, и катализатор очищается от ∑NOX.
На следующей стадии 304 датчик перепада давлений 23 регистрирует перепад давлений ΔР до и после фильтра 12 для твердых частиц. На следующей стадии 305 оценивается, не превышает ли перепад давления ΔР допустимое значение PX. Когда ΔР>РХ, программа приступает к выполнению стадии 306, на которой осуществляется контролируемое повышение температуры фильтра 12 для твердых частиц. Это контролируемое повышение температуры выполняется путем подачи углеводородов из клапана подачи углеводородов 14, в то время как поддерживается бедное соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, поступающих в фильтр 12 для твердых частиц.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
На следующей стадии 307 по данным, показанным на фиг.22(В), рассчитывается SO количество SOXZ, аккумулированное за единицу времени. На следующей стадии 308, это количество SOXZ добавляется к SO количеству ∑SO2, накопленному в катализаторе, аккумулирующем NO. На следующей стадии 309 оценивается, превышает ли аккумулированное SO количество ∑SO2 допустимое значение SX2. Когда ∑SO2>SX2, программа приступает к выполнению стадии 310, на которой осуществляется контролируемое повышение температуры ТС катализатора, аккумулирующего NO, до значения ТХ, при котором выделяется SO. На следующей стадии 111, осуществляется обработка богатой смесью путем создания богатого соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах, подаваемых на катализатор, аккумулирующий NO, и катализатор очищается от ∑SO2.
X
X
Когда на фильтр 12 для твердых частиц не нанесен катализатор, аккумулирующий NO, и нанесен только катализатор, стимулирующий окисление, тогда достаточно провести только обработку для регенерации фильтра 12 для твердых частиц, поэтому в программе, показанной на фиг.23, выполняются только стадии от 304 до 306. В этом случае, как показано на фиг.2, за счет подачи углеводородов из клапана 14 подачи углеводородов, расположенного выше (по потоку) катализатора-ловушки SO 11, можно осуществить повышение температуры фильтра 12 для твердых частиц.