[发明专利]发动机废气净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种装有一种催化剂的发动机废气净化装置，更具体地说，涉及一种用于废气净化装置使用催化剂的特定氧吸收/释放特性把在催化转换器中的空气燃料比率保持在化学计量下的控制装置。

背景技术

由日本专利局在1997年出版的JP-A-H9-228873公开了一种技术，其中根据发动机吸气量和流入催化剂中的废气的空气燃料比率估计存储在三元催化剂中的氧量(下文“氧存储量”)，和其中进行发动机空气燃料比率控制，从而催化剂的氧存储量基本上保持恒定。

为了把三元催化剂的NOx(氮氧化物)、CO及HC(碳氢化合物)转换效率保持在最大值或最佳值处，催化剂气氛必须保持在化学计量空气燃料比率。通过把催化剂的氧存储量保持为恒定，当流入催化剂中的废气的空气燃料比率向贫乏移动时，在废气中的氧存储在催化剂中，而当流入催化剂中的废气的空气燃料比率向丰富移动时，释放存储在催化剂中的氧，所以能把催化剂气氛确定地保持在化学计量空气燃料比率。

在进行这种控制的废气净化装置中，催化剂的转换效率取决于催化剂的氧存储量。因此，为了把氧存储量控制到希望恒定值和把催化剂的转换效率保持在一个高/最佳值下，必须精确地计算氧存储量。

然而，这种系统具有这样的缺陷，已经证明，难以使用至今已经开发的计算方法精确地计算催化剂的氧存储量。

发明内容

相信这种缺陷产生于这样的事实：在由诸如氧化铈之类的氧存储材料缓慢地存储和释放的同时，由包含在催化剂中的贵金属(例如铂Pt)存储和释放氧，及在先技术中没有以考虑这种因素的方式计算存储的氧量。

因此，作为一种解决该问题的手段，提出借助于如下方法提高精度：通过单独计算一个高速分量/量和一个低速分量/量确定氧存储量，并因而更准确地匹配实际的吸收/释放特性。另外，提出主要根据高速分量和以把催化转换效率保持在高值下的方式保持催化剂气氛。这通过控制发动机的空气燃料比率实现，从而把高速分量基本上保持在一个目标值处恒定。

然而，如果在高速分量的存储量有效地是零时，从发动机发射和供给到催化剂的废气的空气燃料比率强烈地移入贫乏区域，或者在高速分量的存储量已经达到其最大容量时发动机空气燃料比率大大地变到丰富，即如果没有任何限制地改变空气燃料比以保持高速分量恒定，则可驱动性和燃料经济性降低。另一方面，当催化剂的氧存储容量最大时，Nox排出量往往增大，并且在这时，氧存储量必须迅速地降低到最佳量。

因此本发明旨在借助于良好的响应把存储在催化剂中的氧量控制到一个适当量，从而能把空气燃料比率控制到这样的程度，以致于催化剂的氧存储量基本上恒定，同时避免由空气燃料比率的过大变化造成的可驱动性和燃料成本性能的下降。

为了实现以上目的，本发明的一个第一方面提供一种用于发动机的废气净化装置，该装置包括：一种催化剂，提供在发动机的一个排气管中；一个前部传感器，用来检测流入催化剂中的废气的空气燃料比率；及一个处理器(例如微处理器)装置，响应检测的空气/燃料比率。在这种装置中，催化剂包含这样一种(或多种)材料，这样的材料以高速分量的形式存储氧，其中迅速地吸收和从材料释放氧，并且这样的材料以低速分量的形式存储氧，其中缓慢地吸收和从材料释放氧。把处理器编程成，根据检测的废气空气燃料比率计算材料的高速氧存储量，并且计算要供给到发动机(1)的目标空气燃料比率，从而在废气中的氧量把在材料中的高速氧存储量保持在一个预定目标值，把该目标值选择成能够在瞬态时段期间按要求吸收或释放氧，并且使催化剂周围的气氛能保持在提高有害成分有效转换的空气燃料比率。

本发明的另一个方面在于，一种控制在可操作地与一个内燃机相连的一个催化剂转换器中的气氛的空气燃料比率的方法，该方法包括步骤：把氧存储在催化剂转换器中迅速吸收和释放氧的一种第一材料上；把氧存储在催化剂转换器中比第一材料吸收和释放氧缓慢的一种第二材料上；及控制进入催化转换器的废气的空气燃料比率，以把在第一材料上吸收的氧量控制到一个比能吸收到第一材料上的最大氧量小的预定目标量。

在这种方法中，控制废气的空气燃料比率的步骤能包括：把废气的空气燃料比率控制在上和下空气燃料比率极限内；确定第一材料是否用氧饱和；及临时减小较低空气燃料比率极限以使空气燃料混合物丰富而把存储在第一材料中的氧量向目标值迅速降低，该目标值如上述那样选择成在能由第一材料存储的氧的最大与最小量之间，并因而允许以能够快速响应进来气体的空气燃料比率波动的方式迅速存储或从第一材料释放氧。