专利名称：内燃发动机的排气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机的排气净化系统。
背景技术：
在设有NOx储存还原催化剂的内燃发动机的排气净化系统中，其中，当流入排气的空燃比稀时，该NOx储存还原催化剂储存排气中包含的NOx，并且当流入排气的空燃比变成化学计量空燃比或变浓时，该NOx储存还原催化剂还原并净化储存的NOx，当还原并净化储存的NOx时，有时候伴随着N2和O2生成N20。已知当N2O释放到大气中时，会由于与CO2 相类似的机制而产生温室效应，所以期望抑制N2O的排放从而抑制全球变暖。本领域中已知这样的内燃发动机的排气净化系统，其设计成在当还原和净化存储的NOx时的N2O预计量为预定量或更高时、提高催化剂温度并对还原和净化NOx进行处理， 以抑制N2O的排放量(见日本专利公开(A)No. 2004-211676)。然而，提高催化剂温度的处理需要额外的燃料。从燃料经济性角度看，额外的燃料越少越好。具体地，当排气的温度低时，用于提高温度所需的燃料增加是不符合期望的。
发明内容
考虑到上述问题而提出本发明，并且本发明的目的在于提出在抑制N2O生成量的同时抑制额外使用的燃料量的、内燃发动机的排气净化系统。在本发明的第一方面，提供了一种内燃发动机的排气净化系统，所述内燃发动机的排气净化系统在发动机排气通道中布置有NOx储存还原催化剂，当流入排气的空燃比稀时，所述NOx储存还原催化剂储存排气中含有的NOx，并且当所述流入排气的空燃比变成化学计量空燃比或变成浓时，所述NOx储存还原催化剂还原并净化储存的NOx，所述内燃发动机的排气净化系统设有NOx生成量减少装置，所述NOx生成量减少装置用于减少因所述发动机的燃烧状态变化而在燃烧室中生成的NOx的生成量，并且，至少当预期在所述NOx储存还原催化剂处生成的N2O的量超过容许量时，所述内燃发动机的排气净化系统通过所述NOx 生成量减少装置暂时减少NOx的生成量。此外，在本发明的第二方面中，提供了一种内燃发动机的排气净化系统，该内燃发动机的排气净化系统在发动机排气通道中布置有NOx储存还原催化剂，当流入排气的空燃比稀时，NOx储存还原催化剂储存排气中包含的NOx，并且当流入排气的空燃比变成化学计量空燃比或变成浓时，NOx储存还原催化剂还原并净化储存的N0x，所述内燃发动机的排气净化系统设有NOx生成量减少装置，所述NOx生成量减少装置用于减少因发动机的燃烧状态变化而在燃烧室中生成的NOx生成量，并且至少在流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀转浓的时期以及其由稀转浓的时期、至少当NOx储存还原催化剂的催化剂温度处于N2O生成温度范围内时，所述内燃发动机的排气净化系统通过NOx生成量减少装置暂时减少NOx的生成量。即，在本发明的第一和第二方面中，作为抑制N2O生成量的方法，采用了减少作为其生成原因之一的NOx生成量的方法。因此，能够实现抑制N2O生成量的方法，该方法抑制了如常规方法那样提高催化剂温度所需额外使用的燃料量，并且在燃料消耗角度非常符合期望。注意，供给到发动机进气通道、燃烧室和NOx储存还原催化剂上游的排气通道中的空气和燃料(碳氢化合物)之经称为“排气空燃比”。此外，在本发明的第三方面中，提供了如本发明第二方面所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，在流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀转浓的时期至其由浓转稀的时期、当NOx储存还原催化剂的催化剂温度处于N2O生成温度范围内时，NOx生成量减少装置暂时减少NOx的生成量。此外，在本发明的第四方面中，提供了如本发明第二方面所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，在流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀转浓的时期以及其由浓转稀的时期、当NOx储存还原催化剂的催化剂温度处于N2O生成温度范围内时，NOx生成量减少装置暂时减少NOx的生成量，并且在这些时期之间，NOx生成量减少装置并不暂时减少NOx的生成量。此外，在本发明的第五方面中，提供了如本发明第一至第四方面中任一项所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，该系统还设有进气流调节装置，进气流调节装置用于调节流入燃烧室内的进气流并在燃烧室内形成与发动机运转状态相应的最佳气体扰动，并且 NOx生成量减少装置控制进气流调节装置以形成与最佳气体扰动不同的扰动，从而减少在燃烧室中生成的NOx生成量。S卩，在本发明的第五方面中，如果在燃烧室中形成与最佳气体扰动不同的扰动，则与形成最佳气体扰动的情况相比，燃烧将变得不完全。其结果是，与形成最佳气体扰动的情况相比，燃烧时的最高温度也变低，抑制了 NOx的生成，并且能够抑制N2O的生成量。这是因为NOx的生成量越高，燃烧时的最高温度越高。此外，在本发明的第六方面中，提供了如本发明第五方面所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，该系统还在发动机排气通道中布置有氧化催化剂和用于捕获排气中的颗粒物的颗粒过滤器，并且NOx生成量减少装置控制进气流调节装置、形成比最佳气体扰动减弱的扰动、并通过颗粒过滤器捕获排气中由于在该扰动下的燃烧而有所增加的颗粒物。即，在本发明的第六方面中，使用比最佳气体扰动减弱的扰动来进行燃料燃烧。其结果是，由于较小的扰动，燃烧所需要的氧气不足，并且与形成最佳气体扰动的情况相比， 燃烧时的最高温度变低。其结果是，抑制了 NOx的生成，并且能够抑制N2O的生成量。然而， 与此同时，排气中包含的颗粒物的量增加。在这种情况下，在排气通道中布置有颗粒过滤器，从而防止颗粒物被排放到大气中。此外，在本发明的第七方面中，提供了如本发明第六方面所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，当氧化催化剂为活性时，NOx生成量减少装置控制进气流调节装置、形成比最佳气体扰动增强的扰动、并通过氧化催化剂氧化排气中由于在该扰动下的燃烧而有所增加的碳氢化合物。即，在本发明的第七方面中，使用比最佳气体扰动增强的扰动来进行燃料燃烧。其结果是，由于过大的扰动，燃烧变得不稳定。与形成最佳气体扰动的情况相比，燃烧时的最高温度也变低。其结果是，抑制了 NOx的生成，并且能够抑制N2O的生成量。然而，与此同时，排气中包含的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的量增加。在这种情况下，通过在排气通道中布置氧化催化剂，这些HC和CO被氧化并且防止了 HC和CO排放到大气中。此外，在本发明的第八方面中，提供了如本发明第一至第七方面中任一项所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，该系统还设有排气再循环通道，排气再循环通道用于将发动机排气通道中的排气的一部分再循环到发动机进气通道，并且NOx生成量减少装置减少因再循环到燃烧室的排气量增加而在燃烧室中生成的NOx的生成量。S卩，在本发明的第八方面中，由于再循环的排气的量增加，所以燃烧时的最高温度也变低，最终也抑制了流入NOx储存还原催化剂的NOx的量，并且能够抑制N2O的生成量。此外，在本发明的第九方面中，提供了如本发明第一至第八方面中任一项所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，该系统还设有用于将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射装置和用于调节燃料喷射装置的燃料喷射压力的喷射压力调节装置，并且NOx生成量减少装置控制喷射压力调节装置并降低燃料喷射压力从而减少在燃烧室中生成的NOx的生成量。即，在本发明的第九方面中，通过降低燃料喷射压力，燃料变得不完全雾化。其结果是，与通过通常燃料喷射压力进行喷射的情况相比，燃烧变得不完全。其结果是，燃烧时的最高温度也降低，抑制了 NOx的生成，并且也能够抑制N2O的生成量。此外，在根据本发明的第十方面中，提供了如本发明第一至第九方面所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，该系统还设有用于将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射装置和用于将燃料喷射装置对于每个发动机循环应喷射的燃料分割成多次喷射的分割调节装置，并且NOx生成量减少装置通过控制分割调节装置并将为每个发动机循环所要喷射的燃料分割成多次喷射而减少燃烧室内生成的NOx的生成量。S卩，在本发明的第十方面中，通过将用于喷射的燃料分割成多次喷射，使得与通过一次喷射来喷射燃料的情况相比，燃烧时间变长。其结果是，燃烧时的最高温度变低，抑制了 NOx的生成，并且能够抑制队0的生成量。
从参照附图对优选实施方式的以下描述中，本发明的上述和其它目的和特征将变得更加明显，在附图中图1是内燃发动机的总图；图2是NOx储存还原催化剂的催化剂载体的表面部分的横截面图；图3是示出不同成分的浓度变化的试验结果的视图；图4是示出流入NOx储存还原催化剂中的排气的空燃比与用于执行NOx生成量减少控制的时期之间的关系的视图；图5是进气口、进气支管和涡流控制阀的示意图；图6a和图6b是进气口、进气支管和涡流控制阀的示意图；图7是示出存储的NOx量NOXA的映射的视图；
图8是NOx还原净化操作的流程图；图9是浓化处理操作的流程图；图10是浓化处理操作的流程图11是内燃发动机的总图；图12是浓化处理操作的流程图；以及图13a和图13b是示出针阀提升量的变化的视图。
具体实施例方式以下将参照附图描述本发明的排气净化系统。在以下示出的实施方式中，示出了本发明应用于压燃式内燃发动机的情况。然而，本发明也能够应用于点火式内燃发动机。参见图1，1指示发动机体，2指示气缸体，3指示气缸盖，4指示活塞，5指示燃烧室，6指示电控燃料喷射器，7指示进气门，8指示进气口，9指示排气门，10指示排气口。进气口 8通过对应的进气支管11连接至稳压罐12。稳压罐12通过进气管13连接至排气涡轮增压器14的压缩机15。在进气管13内部布置有由节气门驱动致动器16驱动的节气门17。另外，在进气管13周围布置有冷却装置18，用于冷却流过进气管13内部的吸入空气。在图1所示的内燃发动机中，发动机冷却水被引导到冷却装置18内，并且该发动机冷却水用于冷却吸入空气。另一方面，排气口 10通过排气歧管19和排气管20连接至排气涡轮增压器14的排气涡轮21。排气涡轮21的出口通过排气管22a连接至氧化催化剂23的入口。氧化催化剂 23的出口通过排气管22b连接至NOx储存还原催化剂24的入口。NOx储存还原催化剂24 的出口连接至颗粒过滤器25的入口。氧化催化剂23、NOx储存还原催化剂24和颗粒过滤器25分别附接有用于检测温度Tc、Tn和Tp的温度传感器26a、26b和26c。另外，排气管 22a和22b附接有用于检测空燃比的空燃比传感器27a和27b。排气歧管19和稳压罐12通过排气再循环(以下称为“EGR” )通道28彼此连接。 在ERG通道28内部布置有电控EGR控制阀29。另外，在ERG通道28周围布置有EGR气体冷却装置30，用于冷却流过ERG通道28内部的EGR气体。在图1所示的内燃发动机中，发动机冷却水被引入到EGR气体冷却装置30中，在EGR气体冷却装置30中所述发动机冷却水被用于冷却EGR气体。另一方面，各个燃料喷射器6通过燃料供给管6a连接至燃料储存器，即共轨31。 该共轨31被供给有来自电控可变排量燃料泵32的燃料。供给到共轨31内的燃料通过燃料供给管6a被供给到燃料喷射器6。共轨31附接有燃料压力传感器33，用于检测共轨31 中的燃料压力。基于燃料压力传感器33的输出信号，燃料泵32的排出速度受到控制，使得共轨31内的燃料压力变成目标燃料压力。在进气支管11内，还布置有由涡流控制阀驱动致动器34驱动的涡流控制阀 (SCV)35。电子控制单元(ECU) 40由数字计算机构成，该数字计算机设有通过双向总线41彼此连接的部件，这些部件例如为ROM (只读存储器)42、RAM (随机存取存储器)43,CPU (微处理器)44、输入端口 45和输出端口 46。温度传感器26a、26b和26c、空燃比传感器27a和 27b、以及燃料压力传感器33的输出信号通过对应的AD转换器47输入到输入端口 45。加速器踏板49连接有负载传感器50，用于产生与加速器踏板49的下压量成比例的输出电压。负载传感器50的输出电压通过对应的AD转换器47输入到输入端口 45。另外，输入端口 45连接有曲轴转角传感器51，用于在每次曲轴转过例如30°时产生输出脉冲。另一方面，输出端口 46通过对应的驱动电路48连接至燃料喷射器6、节气门驱动致动器16、EGR控制阀29、燃料泵32以及涡流控制阀驱动致动器34。首先将描述图1中所示的NOx储存还原催化剂24。该NOx储存还原催化剂24具有例如由铝制成的催化剂载体。图2示出了该催化剂载体55的表面部分的横截面图。如图2所示，在催化剂载体55的表面上，载有分散的贵金属催化剂56。另外，在催化剂载体 55的表面上，形成有一层NOx吸收剂57。在根据本发明的实施方式中，采用钼Pt作为贵金属催化剂56。例如，可使用选自钾K、钠Na、铯Cs及其它这类碱性金属、钡Ba、钙Ca及其它这类碱土、以及镧La、钇Y及其它这类稀土中的至少一种成分。如果将供给到发动机进气通道、燃烧室5以及NOx储存还原催化剂24上游的排气通道中的空气与燃料(碳氢化合物)之比称为排气空燃比，则对于NOx吸收和释放作用来说，NOx吸收剂57在排气空燃比稀时吸收NOx，并在排气空燃比浓时还原并释放吸收的NOx。 然而，如果在稀空燃比情况下持续燃烧燃料，则NOx吸收剂57的NOx吸收能力最终变得饱和而终止，并且NOx吸收剂57不再能够吸收NOx。因此，在本发明的该实施方式中，在NOx 吸收剂57的吸收能力变饱和之前，暂时地使排气的空燃比变浓，从而使NOx吸收剂57还原并释放NOx。因此，如上所述，在还原和净化由NOx储存还原催化剂储存的NOx的同时，有时候会伴随着N2和O2产生N20。具体地，已得知当满足以下三个条件时，部分NOx转变成N2O, 产生的N2O的量增加并超过容许量，这三个条件为(1)排气空燃比为化学计量空燃比或接近化学计量空燃比的浓空燃比；⑵催化剂温度为相对较低的温度(200°C至350°C )；以及 (3)流入NOx量相对较大(以下称为"N2O产生条件”)。图3示出了显示在还原和净化存储在NOx储存还原催化剂中的NOx的同时、不同成分的浓度变化的试验结果。这示出了以下情况在使NOx储存还原催化剂的温度为条件 (2)的相对较低的温度(200°C至350°C )(以下将该温度范围称为"N2O生成温度范围”)时， 并且在这种状态下，使流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀变浓，并保持之，然后使其由浓变稀。横坐标绘出时间(单位秒[s])，而纵坐标绘出浓度(单位[ppm])。示出了随着时间推移流入NOx储存还原催化剂的CO的量、以及从NOx储存还原催化剂流出的NO量和 N2O量的量。CO增加的时期示出了当改变燃烧状态以增加未燃烧燃料HC且排气的空燃比变浓时的状态。如果参见图3，在时期I和时期II中，N2O量的量增加并超过容许量，其中在时期I中流入NOx储存还原催化剂的CO迅速增加，即在时期I中排气空燃比由稀转浓； 而在时期II中流入NOx储存还原催化剂的CO迅速减少，即在时期II中排气空燃比由稀转浓。因此，至少在时期I和II中，有必要抑制N2O的量。如上所述，以往已经实践了通过提高催化剂温度来抑制N2O的量，从而防止上述条件(2)被满足，但是为此需要额外的燃料，所以从燃料经济性的角度看，这并不令人满意。因此，在本发明中，如果预计N2O的量将超过容许量，则减少上述条件(3)的流入 NOx储存还原催化剂的NOx的量，即因燃烧室中的燃烧而产生的NOx的量，从而抑制N2O的
生成量。
图4示出了流入NOx储存还原催化剂24中的排气的空燃比、与用于执行NOx生成量减少控制的时期之间的关系的视图，其中该NOx生成量减少控制用于减少NOx的生成量， 如下所述。从图3中所示的试验结果中可知，在流入NOx储存还原催化剂24的排气的空燃比由稀转浓的时期I和其由稀转浓的时期II中，超过了容许量，所以用于NOx生成量减少控制的时期执行为至少包括上述两时期在内的时期。即，如图4中所示的NOx生成量减少时期1中所示，下述NOx生成量减少控制可执行为分割成包括空燃比转变的时期，如图3中所示的时期I和时期II。换言之，在这些时期I和II之间，不执行NOx生成量减少控制。 另外，如NOx生成量减少时期2所示，其可在使排气空燃比变浓的整个时期中执行。以下将如图4所示的使排气空燃比暂时变浓的处理称为“浓化处理”。该“浓化处理”主要通过喷射燃料以调节燃烧的膨胀冲程期间的排气空燃比来实现，其中该燃烧通过在压缩上止点附近执行燃料喷射而实现，用于获得来自内燃发动机的输出。另外，将通常进行的不考虑NOx生成量的浓化处理称为“通常浓化处理”，而执行NOx生成量减少控制并抑制N2O量的处理将称为"N2O生成抑制浓化处理”。在图4所示的NOx生成量减少时期1或 NOx生成量减少时期2中的N2O生成抑制浓化处理期间，执行NOx生成量减少控制。以下将详细描述根据本发明的NOx生成量减少控制和N2O生成抑制浓化处理。在图1所示的第一实施方式中，由于NOx生成量减少控制，燃烧室中的进气流受到控制并且燃烧室中的气体扰动受到调节，以减少NOx量。在燃烧时，燃烧室中需要有适当的扰动，用于形成空气燃料混合物并促进燃烧。如果形成与燃烧室中的最佳气体扰动不同的扰动，则与形成最佳气体扰动的情况相比，燃烧变得不完全。其结果是，与形成最佳气体扰动的情况相比，燃烧时的最高温度也变低，减少了 NOx的生成，并且能够抑制N2O的生成量。在本实施方式中，为了调节燃烧室中的气体扰动，采用调节涡流比(曲轴每旋转一周时的涡流回旋数)的方法。为此，首先将参照图5、图6a和6b描述用于改变涡流比的涡流控制阀35。图5是连接于一个气缸的进气口 8和进气支管11的示意图。参照图5，进气支管 11在其下游侧分成两个分支管Ila和lib。分支管Ila和lib与单独的进气口 8连通。此外，与分支管Ila和lib相连通的两个进气口 8与同一个气缸连通。在分支管Ila和lib中的一个中，即，在分支管lib中，设置有涡流控制阀35。涡流控制阀35能够控制通过分支管lib内部的空气的流率，因此能够调节在燃烧室5中形成的涡流(旋涡流动)的强度。图6a示出了当完全打开涡流控制阀35时流入燃烧室5的空气流，而图6b示出了当完全关闭涡流控制阀35时流入燃烧室5的空气流。在图中，箭头标志示出了空气流。如图6a所示，当涡流控制阀35完全打开时，空气流入两个分支管Ila和11b，并且因此大约相同量的气流从两个进气口 8中流入燃烧室5。这时，从一个进气口 8流入的空气与从另一个进气口 8流入的空气相干涉，所以在燃烧室5中几乎不会产生涡流。另一方面，如图6b所示，当涡流控制阀35完全关闭时，空气不流入分支管lib。因此，空气仅从不设有涡流控制阀35的分支管Ila流入燃烧室5。流入燃烧室5的空气趋于沿着燃烧室5的内壁流动，所以在燃烧室5内，产生了如图6b所示的空气回转流，即涡流。此外，从图6b中可知，如果关闭涡流控制阀35，则空气仅能流过两个分支管Ila和 lib之一，即分支管11a。因此，空气所能够经过的通道变窄。即，通过改变涡流控制阀35的开度，改变经过进气支管11的空气流率，从而改变供给到燃烧室5中的吸入空气量。具体地，在该实施方式中，能够在完全打开和完全关闭位置之间连续地控制涡流控制阀35，所以通过控制涡流控制阀35的开度，能够连续地改变供给到燃烧室5中的吸入空气量，即涡流比(曲轴每旋转一周时的涡流回旋数)。通常，基于由发动机转速、发动机负载等示出的映射根据运转状态而预先确定涡流比，并且涡流控制阀35被控制成理想涡流比。因此，在本实施方式中，通过将该涡流比改变成与理想涡流比不同的值，而减少由燃烧室中的燃烧所生成的NOx量。S卩，在相对于运转状态而言的理想涡流比情况下，喷入燃烧室的燃料与氧气完全反应，并且燃烧时的最高温度变得更高。燃烧时的最高温度意味着燃烧生成的NOx量更大， 所以优选地尽可能降低该最高温度。为此，将涡流控制阀35控制成将涡流比从理想涡流比提高或降低到不引起熄火的程度等。因此，不实现良好燃烧，并且燃烧时的最高温度降低。此外，例如，如果将涡流比从理想值降低，则吸入空气量减少，所以燃烧所需的氧气量不足，并且燃烧时的最高温度降低。然而，其结果是，排气中的颗粒物增多，但它们由颗粒过滤器25捕获，所以防止了排气性能劣化。另一方面，如果将涡流比从理想值提高，则燃烧室5中的气体流动变快，因此点火变难，并且燃烧时的最高温度降低。然而，其结果是，未燃烧的HC和CO增加，但是当氧化催化剂23为活性时，它们被氧化催化剂23氧化，所以防止了排气性能劣化。由于以上原因，通过提高或降低涡流比，使得能够降低燃烧时的最高温度并减少 NOx的生成量。这时，能够判断是否要根据氧化催化剂23的活化状态而提高或降低涡流比。 即，能够在不考虑氧化催化剂23的活化状态的情况下降低涡流比，因为如果通过颗粒过滤器来捕获排气中有所增加的颗粒物，则能够保持排气性能。然而，如果提高涡流比，如果氧化催化剂23不处于活化状态，则未燃烧的HC将会被排放到大气中，这并不可取。因此，仅能够在氧化催化剂23为活性时提高涡流比。作为用于调节涡流比的另一种装置，例如可采用可变气门正时机构。即，两个进气门7之一——例如位于分支管lib侧的进气门7——以与图5、图6a和6b所示涡流控制阀 35相同的方式设置有可变气门正时机构。这里，气门打开操作例如通过提升量、气门打开时期(作用角)和气门打开起始时刻中的一个或多个来确定。由于能够使用任何已知的机构，所以将不再详细描述本实施方式的该机构。另外，例如，通过利用可变气门正时机构来调节分支管lib侧的进气门7的提升量并降低吸入空气量，使得能够产生与图6b中的箭头所示涡流类似的涡流。通过调节提升量来确定涡流比。因此，当还原和净化储存的NOx时，空燃比将不可避免地改变，如图4所示，所以生成N2O的可能性最大。因此，接下来将就储存在NOx储存还原催化剂24中的NOx的还原和氧化的使用情况，来描述根据本发明的N2O生成抑制浓化处理。在根据本发明的实施方式中，以图7中所示映射的形式，每单位时间储存到NOx 储存还原催化剂24中的NOx量NOXA作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数预先存储在 R0M42中。通过累加该NOx量Ν0ΧΑ，计算出NOx储存还原催化剂24中储存的NOx量Σ Ν0Χ。 每当该NOx量Σ NOX达到容许量NX时执行浓化处理，从而由NOx储存还原催化剂24还原并净化NOx。
图8是用于还原并净化储存在NOx储存还原催化剂M中的NOx的NOx还原净化操作的流程图。该操作执行为通过由电子控制单元(ECU)40每过预定的设定时间间隔进行中断而执行的程序。首先，在步骤100，由图7所示的映射计算每单位时间储存的NOx量Ν0ΧΑ。然后在步骤101，将步骤100计算出的NOXA加到储存在NOx储存还原催化剂M中的NOx量Σ NOX 上。接下来在步骤102，判断储存的NOx量Σ NOX是否超过允许值NX。当储存的NOx量Σ NOX 为允许值NX或更小时，程序结束而不执行浓化处理。另一方面，当储存的NOx量Σ NOX大于允许值NX时，程序进行到步骤103，在步骤103执行下述的浓化处理，并且程序结束。图9是浓化处理操作的流程图。进行该操作作为在图8所示NOx还原净化操作的步骤103处执行的程序，但是也可以在其它情况——根据发动机运转状态、预期流入NOx储存还原催化剂M的排气空燃比将暂时变浓的情况——下进行该操作。首先，在步骤200，读取氧化催化剂23的催化剂温度Tc和NOx储存还原催化剂M 的催化剂温度Τη。然后，在步骤201，判断队0生成条件是否成立。通过下述浓化处理来满足上述队0生成条件的条件(1)。因此，当在步骤200读取的NOx储存还原催化剂M的催化剂温度Tn处于N2O生成温度范围(条件(2))、并且由图7所示映射计算出的NOx量NOXA 为允许值NL或更高(条件(3))时，N2O生成条件成立。在步骤201，当N2O生成条件不成立时，即，当NOx储存还原催化剂M的催化剂温度Tn不处于队0生成温度范围和/或NOx量NOXA小于允许值NL时，程序进行到步骤202。 接下来在步骤202，执行通常浓化处理而不执行队0生成抑制浓化处理，并且程序结束。另一方面，在步骤201，当N2O生成条件成立时，S卩，当NOx储存还原催化剂M的催化剂温度Tn处于队0生成温度范围、且NOx量NOXA为允许值NL或更高时，程序进行到步骤203。接下来在步骤203，判断氧化催化剂23的催化剂温度Tc是否小于活化温度Τχ。当在步骤203处氧化催化剂23的催化剂温度Tc小于活化温度Tx时，程序进行到步骤204。然后在步骤204，将涡流比从对于N2O生成抑制浓化处理而言的理想值降低，并且程序结束。在浓化处理期间排气中增加的颗粒物由颗粒过滤器25捕获。另一方面，当在步骤203处氧化催化剂23的催化剂温度Tc为活化温度Tx或更高时，程序进行到步骤205。然后在步骤205，将涡流比从对于队0生成抑制浓化处理而言的理想值提高，并且程序结束。在浓化处理期间排气中有所增加的HC在氧化催化剂23中被氧化。如上所述，从排放性能的角度看，无论氧化催化剂23的活化状态如何，均能使用降低涡流比以减少NOx生成量的方法。因此，如图10所示，部分地改变图9所示浓化处理操作的一部分，当在步骤301处N2O生成条件成立时，接下来在步骤303将涡流比从对于N2O 生成抑制浓化处理而言的理想值降低，并且程序结束。注意在本实施方式中，为了调节燃烧室5中的气体扰动，利用涡流控制阀35来控制涡流比，但是也可以采用其它装置，只要能够调节燃烧室5中的气体扰动并且能够一定程度地控制供给到燃烧室5的吸入空气量(即，只要能够用作文丘里装置)即可。对于这种装置，例如可以考虑滚流控制阀等。当使用其它装置时，本实施方式中的涡流比的提高或降低对应于扰动的增强或减弱。接下来将描述图11中所示的第二实施方式。除了不具有涡流控制阀驱动致动器和涡流控制阀以外，本实施方式中所示的压燃式内燃发动机构造成与图1所示的第一实施方式相同。在第二实施方式中，作为NOx生成量减少控制，增加再循环到燃烧室5的EGR气体量以减少NOx量。通常，在浓化处理中，再循环的EGR气体量减少或停止以防止因含有大量碳氢化合物等的排气而在EGR通道28和电控EGR控制阀29中形成主要为固态碳的沉积。 然而，在本实施方式中，至少在流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀转浓的时期和其由浓转稀的时期——即图4中所示的NOx生成量减少时期1，EGR气体增加并且NOx生成量减少。在图2中所示的NOx生成量减少时期2中同样，当预期生成大量N2O等时，也能够因为生成沉积而以抑制N2O的量为优先，增加EGR气体，并减少NOx的量。图12是浓化处理操作的流程图。进行该操作作为在图8所示NOx还原净化操作的步骤103处执行的程序，但是也可以在根据发动机运转状态、预期流入NOx储存还原催化剂24的排气空燃比将暂时变浓的情况下进行该操作。首先，在步骤400，读取NOx储存还原催化剂24的催化剂温度Τη。然后，在步骤 401，判断N2O生成条件是否成立。通过下述浓化处理来满足上述N2O生成条件的条件(1)。 因此，当在步骤400读取的NOx储存还原催化剂24的催化剂温度Tn处于N2O生成温度范围(条件(2))、并且由图7所示映射计算出的NOx量NOXA为允许值NL或更高(条件(3)) 时，N2O生成条件成立。在步骤401，当N2O生成条件不成立时，即，当NOx储存还原催化剂24的催化剂温度Tn不处于N2O生成温度范围和/或NOx量NOXA小于允许值NL时，程序进行到步骤402。 接下来在步骤402，执行通常浓化处理而不执行N2O生成抑制浓化处理，并且程序结束。另一方面，在步骤401，当N2O生成条件成立时，S卩，当NOx储存还原催化剂24的催化剂温度Tn处于N2O生成温度范围、且NOx量NOXA为允许值NL或更高时，程序进行到步骤403。接下来在步骤403，增加EGR气体以进行N2O生成抑制浓化处理，并且程序结束。接下来将描述第三实施方式。本实施方式中示出的压燃式内燃发动机与图11中所示的第二实施方式相同。在第三实施方式中，作为NOx生成量减少控制，用于为每个发动机循环喷射的燃料以分割成几次喷射的方式喷射，从而降低燃烧时的最高温度并减少NOx生成量。关于这一点，图13a和13b示出了在队0生成抑制浓化处理时针阀的提升量变化，其中针阀用于调节由燃料喷射器6喷射的燃料喷射量。图13a示出了在通常浓化处理时针阀的提升量变化。在图中，喷射时期i中的喷射为第一子喷射，用于在燃烧室中预先产生空气燃料混合物从而有助于燃烧；喷射时期ii中的喷射为主喷射，其中燃料主要在压缩的上止点附近被喷射从而获得内燃发动机的输出；喷射时期iii中的喷射为第二子喷射，其中主要在由主喷射引起的燃烧的膨胀冲程期间喷射燃料，从而调节排气的空燃比并使排气空燃比变浓。图13b示出了本实施方式中N2O生成抑制浓化处理中的针阀提升量的变化。与图 13a中所示的通常浓化处理中的情况相比，用于在主喷射中喷射的燃料被分割并且分成若干次喷射喷出。即，通过分割地喷射燃料，主喷射的燃烧期间变长，并且因此，与一次喷射所有燃料的通常主喷射相比，燃烧时的最高温度变低。其结果是，能够抑制NOx生成量。此外，通过将主喷射分割成多次喷射，还具有以下优点即使在由喷射时期ii中的P所示的主喷射中，初次喷射主要用于在燃烧室内产生火花，而主喷射的后续喷射用于改善第二子喷射中的点火性，并通过在燃烧室内的扩散而促进燃烧。本实施方式可利用与第二实施方式中所述的、图12中所示的浓化处理操作相类似的操作。即，对于步骤403的N2O生成抑制浓化处理，根据本实施方式将待喷射的燃料进行分割来喷射，以进行N2O生成抑制浓化处理。接下来将描述第四实施方式。本实施方式中所示的压燃式内燃发动机构造成与图 11所示的第二实施方式相同。在第四实施方式中，作为NOx生成量减少控制，降低从燃料喷射器喷射的燃料的喷射压力，从而降低燃烧时的最高温度并减少NOx生成量。即，如果降低燃料的喷射压力， 则与通常喷射压力相比，燃料变得不完全雾化。其结果是，与通过通常燃料喷射压力进行的喷射相比，燃烧变得不完全，并且燃烧时的最高温度也降低。因此，减少了 NOx生成并且能够抑制N2O的生成量。注意通过控制燃料泵32的排出速率来调节燃料喷射压力。本实施方式可采用与第二实施方式中所描述的、图12中所示浓化处理操作相类似的操作。即，作为在步骤403的N2O生成抑制浓化处理，根据本实施方式降低燃料喷射压力来喷射，以进行N2O生成抑制浓化处理。注意在每个上述实施方式中，为了可靠地抑制N2O的生成，还可以将NOx量NOXA的允许值NL——即N2O生成条件之一——设成零。此外，还可以以任意组合的方式来应用上述四个实施方式。在上述实施方式中，作为减少因燃烧室中的燃烧而生成的NOx量、以抑制N2O生成的方法，描述了主要包括降低燃烧时的最高温度的多个方法。然而，在本发明中，也可以采用其它能够被用来降低最高温度以减少NOx量的方法，或者采用除了通过减少NOx量来降低最高温度以外的方法。注意已经基于具体实施方式
详细描述了本发明，但是本领域技术人员能够进行多种修改和变化等而不偏离本发明的权利要求和理念。此外，提交本申请的同时一起要求了基于2008年11月7日提交的日本专利申请 No. 2008-286426的优先权，该基础申请的全部内容通过参引而并入本说明书中。
权利要求
1.一种内燃发动机的排气净化系统，所述内燃发动机的排气净化系统在发动机排气通道中布置有NOx储存还原催化剂，当流入排气的空燃比稀时，所述NOx储存还原催化剂储存排气中含有的NOx，并且当所述流入排气的空燃比变成化学计量空燃比或变成浓时，所述 NOx储存还原催化剂还原并净化储存的NOx，所述内燃发动机的排气净化系统设有NOx生成量减少装置，所述NOx生成量减少装置用于减少因所述发动机的燃烧状态变化而在燃烧室中生成的NOx的生成量，并且，至少当预期在所述NOx储存还原催化剂处生成的N2O的量超过容许量时，所述内燃发动机的排气净化系统通过所述NOx生成量减少装置暂时减少NOx 的生成量。
2.如权利要求1所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有进气流调节装置，所述进气流调节装置用于调节流入燃烧室内的进气流并在所述燃烧室内形成与发动机运转状态相应的最佳气体扰动，并且所述NOx生成量减少装置控制所述进气流调节装置以形成与所述最佳气体扰动不同的扰动，从而减少在所述燃烧室中生成的NOx的生成量。
3.如权利要求2所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统在所述发动机排气通道中还布置有氧化催化剂和用于捕获排气中的颗粒物的颗粒过滤器，并且，所述NOx 生成量减少装置控制所述进气流调节装置、形成比所述最佳气体扰动减弱的扰动、并通过所述颗粒过滤器捕获排气中由于在该扰动下的燃烧而有所增加的颗粒物。
4.如权利要求3所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，当所述氧化催化剂为活性时，所述NOx生成量减少装置控制所述进气流调节装置、形成比所述最佳气体扰动增强的扰动、并通过所述氧化催化剂氧化排气中由于在该扰动下的燃烧而有所增加的碳氢化合物。
5.如权利要求1所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有排气再循环通道，所述排气再循环通道用于使所述发动机排气通道中的排气的一部分再循环到发动机进气通道，并且，所述NOx生成量减少装置减少因再循环到所述燃烧室的排气量增加而在所述燃烧室中生成的NOx的生成量。
6.如权利要求1所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有用于将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射装置和用于调节所述燃料喷射装置的燃料喷射压力的喷射压力调节装置，并且，所述NOx生成量减少装置控制所述喷射压力调节装置并降低所述燃料喷射压力从而减少在所述燃烧室中生成的NOx的生成量。
7.如权利要求1所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有用于将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射装置和用于将所述燃料喷射装置对于每个发动机循环应喷射的燃料分割成多次喷射的分割调节装置，并且，所述NOx生成量减少装置通过控制所述分割调节装置并将每个发动机循环所要喷射的燃料分割成多次喷射而减少所述燃烧室内生成的NOx的生成量。
8.一种内燃发动机的排气净化系统，所述内燃发动机的排气净化系统在发动机排气通道中布置有NOx储存还原催化剂，当流入排气的空燃比稀时，所述NOx储存还原催化剂储存排气中含有的NOx，并且当所述流入排气的空燃比变成化学计量空燃比或变成浓时，所述 NOx储存还原催化剂还原并净化储存的NOx，所述内燃发动机的排气净化系统设有NOx生成量减少装置，所述NOx生成量减少装置用于减少因所述发动机的燃烧状态变化而在燃烧室中生成的NOx的生成量，并且，至少在流入所述NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀转浓的时期以及其由浓转稀的时期、当所述NOx储存还原催化剂的催化剂温度处于N2O生成温度范围内时，所述内燃发动机的排气净化系统通过所述NOx生成量减少装置暂时减少 NOx的生成量。
9.如权利要求8所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，从流入所述NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀转浓的时期至其由浓转稀的时期、当所述NOx储存还原催化剂的催化剂温度处于N2O生成温度范围内时，所述NOx生成量减少装置暂时减少NOx的生成量。
10.如权利要求8所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，在流入所述NOx储存还原催化剂的排气的空燃比由稀转浓的时期以及其由浓转稀的时期、当所述NOx储存还原催化剂的催化剂温度处于N2O生成温度范围内时，所述NOx生成量减少装置暂时减少NOx的生成量，并且在这些时期之间，所述NOx生成量减少装置并不暂时减少NOx的生成量。
11.如权利要求8所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有进气流调节装置，所述进气流调节装置用于调节流入燃烧室内的进气流并在所述燃烧室内形成与发动机运转状态相应的最佳气体扰动，并且，所述NOx生成量减少装置控制所述进气流调节装置以形成与所述最佳气体扰动不同的扰动从而减少在所述燃烧室中生成的NOx的生成量。
12.如权利要求11所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统在所述发动机排气通道中还布置有氧化催化剂和用于捕获排气中的颗粒物的颗粒过滤器，并且，所述NOx 生成量减少装置控制所述进气流调节装置、形成比所述最佳气体扰动减弱的扰动、并通过所述颗粒过滤器捕获排气中由于在该扰动下的燃烧而有所增加的颗粒物。
13.如权利要求12所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，当所述氧化催化剂为活性时，所述NOx生成量减少装置控制所述进气流调节装置、形成比所述最佳气体扰动增强的扰动、并通过所述氧化催化剂氧化排气中由于在该扰动下的燃烧而有所增加的碳氢化合物。
14.如权利要求8所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有排气再循环通道，所述排气再循环通道用于使所述发动机排气通道中的排气的一部分再循环到发动机进气通道，并且，所述NOx生成量减少装置减少因再循环到所述燃烧室的排气量增加而在所述燃烧室中生成的NOx的生成量。
15.如权利要求8所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有用于将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射装置和用于调节所述燃料喷射装置的燃料喷射压力的喷射压力调节装置，并且，所述NOx生成量减少装置控制所述喷射压力调节装置并降低所述燃料喷射压力从而减少在所述燃烧室中生成的NOx的生成量。
16.如权利要求8所述的内燃发动机的排气净化系统，其中，所述系统还设有用于将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射装置和用于将所述燃料喷射装置对于每个发动机循环应喷射的燃料分割成多次喷射的分割调节装置，并且，所述NOx生成量减少装置通过控制所述分割调节装置并将每个发动机循环所要喷射的燃料分割成多次喷射而减少所述燃烧室内生成的NOx的生成量。
全文摘要
一种内燃发动机的排气净化系统，其在发动机排气通道中布置有NOx储存还原催化剂，当流入排气的空燃比稀时，NOx储存还原催化剂储存排气中包含的NOx，并且当流入排气的空燃比变成化学计量空燃比或变成浓时，NOx储存还原催化剂还原并净化储存的NOx，该系统设有NOx生成量减少装置，所述NOx生成量减少装置用于减少因发动机的燃烧状态变化而在燃烧室中生成的NOx的生成量，并且当预期从NOx储存还原催化剂流出的N2O的量超过容许量时，所述内燃发动机的排气净化系统通过NOx生成量减少装置暂时减少NOx的生成量。
文档编号F01N3/08GK102227551SQ20098014782
公开日2011年10月26日 申请日期2009年11月2日 优先权日2008年11月7日
发明者中田有香, 吉田耕平, 梅本寿丈, 浅沼孝充, 西冈宽真 申请人:丰田自动车株式会社