内燃机的排气净化装置制造方法
【专利摘要】本发明降低在还原被吸藏还原型NOX催化剂吸藏的NOX时从内燃机排出的NOX量。一种内燃机的排气净化装置，具备：吸藏还原型NOX催化剂，其设置在内燃机的排气通路中，吸藏排气中的NOX，在理论空燃比以下时还原NOX；空燃比控制部，其使内燃机的空燃比变化；和EGR装置，其将内燃机的排气通路和吸气通路连接，将排气的一部分作为EGR气体向吸气通路供给，所述内燃机的排气净化装置还具备EGR率控制部，所述EGR率控制部，在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOX催化剂吸藏的NOX的情况下，控制EGR装置，使得目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率。
【专利说明】内燃机的排气净化装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机的排气净化装置。
【背景技术】
[0002]已知在内燃机的排气通路中配置吸藏还原型NOx催化剂(以下也称作NSR催化剂)的技术。该NSR催化剂在流入的排气的氧浓度高时吸藏排气中的NOx，在流入的排气的氧浓度降低且存在还原剂时还原所吸藏的N0X。为了使向NSR催化剂流入的排气的氧浓度降低且向NSR催化剂供给还原剂，实施使内燃机暂时地在理论空燃比以下运转的RichSpike (短时间浓燃烧；短暂燃料过量供给)。
[0003]而且，已知如下技术:在将NSR催化剂吸藏的^,还原时，通过在将EGR率提高到规定值后增加燃料喷射量使得变为理论空燃比附近，来使排气中的氧浓度降低(例如参照专利文献I)。在该技术中，通过考虑EGR气体的响应延迟，抑制了燃烧室的空燃比的变动。
[0004]另外，已知如下技术:在排气空燃比浓于理论空燃比时判定为存在点火延迟的情况下，使EGR率成为15%左右来抑制点火延迟(例如参照专利文献2)。
[0005]另外，已知如下技术:在要求的喷射量增大时，使实际的喷射量逐渐增大，并且使EGR阀逐渐打开(例如参照专利文献3)。
[0006]另外，已知如下技术:在实施着后喷射时使反馈控制的目标空燃比降低而使排气回流量增大，另一方面，在从该后喷射的实施的开始起的规定期间减小反馈操作量(例如参照专利文献4)。
[0007]可是，当在以稀空燃比运转的内燃机中实施RichSpike时，由于燃料量的增加，燃烧温度变高，因此能够增加NOx的排出量。即，尽管想要还原被NSR催化剂吸藏的NO x，但是有可能从内燃机排出的NOx量增加。因此，有可能在NSR催化剂中处理不完NO x，有可能NOx穿过NSR催化剂。即使如以往那样将EGR率提高到规定值，也有可能NOx没有充分地降低。
[0008]在先技术文献
[0009]专利文献1:日本特开2001-123858号公报
[0010]专利文献2:日本特开2010-203421号公报
[0011]专利文献3:日本特开2000-130202号公报
[0012]专利文献4:日本特开2001-329887号公报
【发明内容】
[0013]本发明是鉴于如上述那样的问题而完成的，其目的在于，降低在还原被吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NO x时从内燃机排出的NO x量。
[0014]为了解决上述课题，本发明的内燃机的排气净化装置，具备:
[0015]吸藏还原型NOjJf化剂，其设置在内燃机的排气通路中，吸藏排气中的NO x，在理论空燃比以下时还原NOx;
[0016]空燃比控制部，其使所述内燃机的空燃比变化；和
[0017]EGR装置，其将所述内燃机的排气通路和吸气通路连接，将排气的一部分作为EGR气体向吸气通路供给，
[0018]所述内燃机的排气净化装置还具备EGR率控制部，所述EGR率控制部，在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NO ,的情况下，控制所述EGR装置，使得目标空燃比低时的内燃机的吸气中的EGR气体的比例即EGR率高于目标空燃比高时的EGR率。
[0019]在此，当使内燃机的空燃比变化而成为例如理论空燃比以下时，能够还原被吸藏还原型NOx催化剂(NSR催化剂)吸藏的N0X。而且，当使目标空燃比接近于浓时，燃烧温度变高，变得容易产生N0X。与此相对，通过提高EGR率，能够抑制发生。S卩，通过控制EGR装置，使得目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率，能够抑制NOx的发生。再者，也可以是目标空燃比越低越提高EGR率。另外，也可以是目标空燃比越低越阶段性地提高EGR率。即，在目标空燃比降低的情况下，只要目标空燃比变化前的EGR率变为目标空燃比变化后的EGR率以上即可。另外，目标空燃比与EGR率的关系，既可以是线性的，也可以是非线性的。目标空燃比是能够在吸藏还原型NOx催化剂中还原空燃比，可以设为理论空燃比以下的空燃比。
[0020]在本发明中，所述EGR率控制部，能够在作为浓空燃比的规定空燃比以上的情况下，使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率，能够在小于所述规定空燃比的情况下，使目标空燃比低时的EGR率低于目标空燃比高时的EGR率。
[0021]在此，当目标空燃比过低时，有可能在供给EGR气体时不发火(失火)。另一方面，在这样的空燃比低的状态下，燃烧温度低，因此能抑制发生。因此，也可以使EGR率降低。为此，在目标空燃比小于规定空燃比的情况下，也可以使目标空燃比低时的EGR率低于目标空燃比高时的EGR率。而且，限于目标空燃比为规定空燃比以上的情况，也可以使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率。规定空燃比是当变得比其浓时，如不降低EGR率就会不发火的空燃比。另外，规定空燃比，也可以设为当使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率时就会不发火的空燃比的上限值。再者，也可以具有某种程度的富余地设定规定空燃比，使得在小于规定空燃比的情况下即使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率也不立即不发火。这样，能够抑制目标空燃比低时的不发火。
[0022]在本发明中，所述EGR率控制部，能够在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的途中使所述内燃机的空燃比进一步变化的情况下，控制成为与还原该途中的最高的空燃比相应的EGR率。
[0023]再者，也可以在还原被NSR催化剂吸藏的NOx的途中从内燃机使理论空燃比以下的气体排出。在此时，有时在理论空燃比以下的范围内使空燃比变化。例如，在NSR催化剂中吸藏着氧的期间几乎不进行还原，因此最初使空燃比较低来使被NSR催化剂吸藏的氧释放。而且，在其后使空燃比较高来进行叽的还原。在此时，也可以根据变化的目标空燃比来使EGR率变化。
[0024]但是，也有由于EGR气体的响应延迟而导致EGR气体的增减来不及的情况。在这样的情况下，在实际使空燃比变化之前求出目标空燃比的推移。而且，根据在其中最高的空燃比来设定EGR率。假如根据低的空燃比来设定EGR率，则有可能在低的空燃比时EGR气体变得过量而不发火。另一方面，通过根据高的空燃比来设定EGR率，能够抑制在低的空燃比时EGR气体变得过量，因此能够抑制不发火。再者，“最高的空燃比”可以设为使被NSR催化剂吸藏的^,还原的空燃比。另外，比最高的空燃比低的空燃比，可以设为使被NSR催化剂吸藏的氧释放的空燃比。再者，也仅在排出量不成为问题的程度的短期间使目标空燃比较高的情况下的空燃比可以除外来考虑。
[0025]在本发明中，所述EGR率控制部，在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的途中使所述内燃机的空燃比进一步变化的情况下，能够控制成为与还原该NOx的途中的空燃比的平均值相应的EGR率。
[0026]在该情况下，也在实际使空燃比变化之前求出NSR催化剂的目标空燃比的推移。而且，根据还原被吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NO x时的目标空燃比的平均值来设定EGR率。由此，能够实现呢的排出量的降低以及不发火的抑制。再者，仅在NOx的排出量不成为问题的程度的短期间使目标空燃比较高的情况、在不发火不成为问题的程度的短期间使目标空燃比较低的情况下的空燃比可以除外来考虑。
[0027]在本发明中，所述EGR率控制部，能够相比于使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NOx的期间，使下述期间较短，所述期间是使所述目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间。
[0028]这样，通过使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间相对短，能够抑制由EGR气体的过量供给而引起的燃烧状态的恶化。另外，在NSR催化剂的下游具备选择还原型NOx催化剂(以下也称作SCR催化剂)的情况下，能够如以下那样向SCR催化剂供给还原剂。
[0029]即，在本发明中，在所述吸藏还原型NOx催化剂的下游侧的排气通路中具备选择性地还原NOx的选择还原型NO x催化剂，所述EGR率控制部，能够在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的期间内、且使所述目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间外，相比于使所述目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间，使EGR率减少或停止EGR气体的供给。
[0030]在该情况下，在本发明中，所述EGR率控制部，能够通过在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NO ,的途中使EGR率减少或停止EGR气体的供给，而使NOxW内燃机排出并在所述吸藏还原型NO x催化剂中生成NH 3，通过向所述选择还原型NOx催化剂供给该NH 3而在该选择还原型NO x催化剂中使NO x还原。
[0031 ]即，在还原被NSR催化剂吸藏的呢时，使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率，但也可以在途中变更为比该EGR率低的EGR率。在此，若没有从内燃机排出N0X，则在NSR催化剂中几乎不生成NH3,因此有可能在选择还原型NOx催化剂(以下也称作SCR催化剂)中还原剂不足。于是，难以在SCR催化剂中还原从NSR催化剂流出的N0X。即，若使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率，则有可能在SCR催化剂中还原剂不足。
[0032]与此相对，通过在还原被NSR催化剂吸藏的呢的途中使EGR率减少或停止EGR气体的供给，能够使呢从内燃机排出。利用该NO x能在NSR催化剂中生成NH 3。而且，该NH3在SCR催化剂中成为还原剂。由此，能够在SCR催化剂中还原N0X。再者，可以决定使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间，使得SCR催化剂的NOx净化率成为容许范围内。另外，也可以决定减少之后的EGR率，使得SCR催化剂的NOx净化率成为容许范围内。
[0033]另外，在本发明中，所述EGR率可以根据燃烧极限来设定。
[0034]即，在使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率时，可以将EGR率提高到燃烧极限。燃烧极限可以设为是否发生不发火的边界。另外，可以将EGR率设定为相对于燃烧极限具有富余的值。这样，通过根据燃烧极限来设定EGR率，能够尽可能地提高EGR率。由此，能够更抑制发生。
[0035]在本发明中，所述EGR率控制部，能够按照预先确定的关系从气缸内的新气体量(新鲜空气量)与燃料量之比即空燃比求出气缸内的气体量与燃料量之比即气体燃料比的目标值，并控制成为与该气体燃料比的目标值相应的EGR率。
[0036]再者，也能够按照预先确定的关系，由空燃比求出EGR率。这样，通过按照预先确定的关系来设定EGR率，EGR气体的调整变得容易。
[0037]在本发明中，所述EGR率控制部，能够在所述吸藏还原型NOx催化剂的活性状态为规定的活性状态的情况下使EGR率减少或停止EGR气体的供给。
[0038]所谓规定的活性状态，是吸藏还原型NOJf化剂的温度为活性温度以下的情况、或吸藏还原型NOx催化剂的劣化的程度超过容许范围的情况等，是指在吸藏还原型NO x催化剂中不能够得到所希望的净化率的情况。在这样的情况下，相比于减少从内燃机排出的NOx量，使对内燃机的燃料供给量增加来谋求催化剂的温度上升的效果大。即，通过使EGR率减少、或停止EGR气体的供给而使燃料量增加，从内燃机排出的NOx量增加，但能够在催化剂中净化更多的N0X，因此能够减少从催化剂流出的呢量。
[0039]根据本发明，能够在还原被吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NOx时降低从内燃机排出的^\量。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1是表示实施例1、2涉及的内燃机和其吸气系统以及排气系统的概略构成的图。
[0041 ] 图2是按各EGR率示出了空燃比与从内燃机排出的排气中的叽量的关系的图。
[0042]图3是表示目标空燃比与目标EGR率的关系的图。
[0043]图4是表不目标空燃比与目标EGR率的关系的另一图。
[0044]图5是表示空燃比(A/F)与气体燃料比(G/F)的关系的图。
[0045]图6是表示从RichSpike实施前到实施后的转矩、空燃比(A/F)、EGR率、向内燃机供给的燃料量、新气体量、EGR量、从内燃机排出的气体中的NOx浓度、从NSR催化剂排出的气体中的NOx浓度的推移的时间图。
[0046]图7是表示实施例1涉及的RichSpike控制的流程的流程图。
[0047]图8是表示在RichSpike的途中改变目标空燃比的情况下的从RichSpike实施前到实施后的空燃比(A/F)、EGR率、向内燃机供给的燃料量、新气体量、EGR量的推移的时间图。
[0048]图9是表示在RichSpike的途中改变目标空燃比且不改变目标EGR率的情况下的从RichSpike实施前到实施后的空燃比(A/F)、EGR率、向内燃机供给的燃料量、新气体量、EGR量的推移的时间图。
[0049]图10是表示实施例3涉及的内燃机和其吸气系统以及排气系统的概略构成的图。
[0050]图11是表示在RichSpike的途中改变了目标EGR率的情况下的从RichSpike实施前到实施后的空燃比(A/F)、EGR率、EGR量的推移的时间图。
[0051]图12是表示实施例3涉及的RichSpike控制的流程的流程图。
[0052]图13是表示实施例4涉及的内燃机转速、内燃机的转矩和目标空燃比(A/F)以及目标EGR率的关系的图。
【具体实施方式】
[0053]以下，参照附图基于实施例来例示性地详细说明用于实施本发明的方式。但是，该实施例中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别记载，并不将本发明的范围限定于此。
[0054]实施例1
[0055]图1是表示本实施例涉及的内燃机和其吸气系统以及排气系统的概略构成的图。图1所示的内燃机I是汽油机，但也可以是柴油机。内燃机I例如装载在车辆中。
[0056]在内燃机I上连接有吸气通路2以及排气通路3。在排气通路3的途中具备吸藏还原型NOx催化剂4 (以下称作NSR催化剂4)。该NSR催化剂4在排气中的氧浓度高时吸藏排气中的NOx，在排气中的氧浓度降低且存在还原剂时还原所吸藏的N0X。再者，“排气中的氧浓度高时”可以设为稀空燃比时。另外，“排气中的氧浓度降低且存在还原剂时”可以设为理论空燃比以下时。作为向NSR催化剂4供给的还原剂，能够利用从内燃机I排出的未燃燃料HC或CO。
[0057]在吸气通路2中，设置有节气门6，所述节气门6通过调整该吸气通路2的通路截面积来调整内燃机I的吸入空气量。
[0058]另外，在内燃机I中，具备将在排气通路3中流通的排气的一部分作为EGR气体向吸气通路2供给的EGR装置20。该EGR装置20具备用于将NSR催化剂4的上游的排气通路3和节气门6的下游的吸气通路2连接的EGR通路21、以及用于调节EGR通路21的通路截面积的EGR阀22。
[0059]另外，在NSR催化剂4的上游的排气通路3中，安装有测量排气的空燃比的空燃比传感器11。利用该空燃比传感器11，能够测量从内燃机I排出的气体的空燃比、或向NSR催化剂4流入的排气的空燃比。另外，在节气门6的上游的吸气通路2中，安装有测量内燃机I的吸入空气量的空气流量计12。
[0060]另外，在内燃机I中设置有向气缸内供给燃料的喷射阀5。
[0061]在如以上叙述的那样构成的内燃机I中，同时设置有用于控制该内燃机I的电子控制装置ECU10。该ECUlO根据内燃机I的运转条件、驾驶员的要求来控制内燃机I。
[0062]另外，在E⑶10上，除了上述传感器之外，经由电配线连接有油门开度传感器14以及曲轴位置传感器15，所述油门开度传感器14输出与驾驶员踏下油门踏板13的量相应的电信号并检测内燃机负荷，所述曲轴位置传感器15检测内燃机转速，这些各种传感器的输出信号被输入到E⑶10中。
[0063]另一方面，在E⑶10上，经由电配线连接有喷射阀5、节气门6、EGR阀22，利用该E⑶10来控制喷射阀5的开闭正时、节气门6的开度、EGR阀22的开度。
[0064]例如，E⑶10根据内燃机I的运转状态设定目标空燃比。再者，在本实施例涉及的内燃机I中，实施使目标空燃比为稀空燃比的稀燃运转。但是，在高负荷运转时等，也有时在理论空燃比附近运转内燃机I。另外，ECUlO根据由油门开度传感器14测量到的油门开度和由曲轴位置传感器15测量到的内燃机转速决定要求吸入空气量。而且，控制节气门6的开度，使得由空气流量计12检测到的吸入空气量变为要求吸入空气量。另外，ECUlO决定从喷射阀5喷射的燃料量，使得气缸内的空燃比变为目标空燃比。节气门6的开度或从喷射阀5喷射的燃料量可以被反馈控制，使得由空燃比传感器11测量到的排气的空燃比变为目标空燃比。
[0065]另外，E⑶10实施用于还原被NSR催化剂4吸藏的处理。在还原被NSR催化剂4吸藏的NOx时，实施通过调整从喷射阀5喷射的燃料量、和节气门6的开度的至少一方，使向NSR催化剂4流入的排气的空燃比降低到规定的浓空燃比的所谓RichSpike。此时，调整吸入空气量或燃料喷射量，使得从内燃机I排出的气体的空燃比变为例如12到14.1之间的值。再者，在本实施例中，实施RichSpike的E⑶10相当于本发明中的空燃比控制部。
[0066]该RichSpike在例如被NSR催化剂4吸藏的^,量变为规定量的情况下实施。被NSR催化剂4吸藏的呢量，例如通过将向NSR催化剂4流入的NO x量和从NSR催化剂4流出的NOx量之差进行累计来算出。向NSR催化剂4流入的NO x量和从NSR催化剂4流出的NOx量能够通过安装传感器来检测出。另外，也可以根据装载内燃机I的车辆的行驶距离来进行 RichSpike。
[0067]另外，E⑶10根据内燃机I的运转状态来调整EGR阀22的开度。例如，可以预先通过实验或模拟等求出EGR阀22的开度与内燃机转速以及内燃机负荷的关系并映射图(map)化，使其存储在E⑶10中。另外，E⑶10通过调整EGR阀22的开度或节气门6的开度来调整EGR率。再者，EGR率是吸入到内燃机I中的全部气体中的EGR气体的质量比例。吸入到内燃机I中的全部气体的质量，是新气体(新鲜空气)的质量与EGR气体的质量之和。
[0068]而且，E⑶10在实施RichSpike时根据目标空燃比来调整EGR率。再者，在本实施例中，调整EGR率的E⑶1相当于本发明中的EGR率控制部。
[0069]在此，图2是按各EGR率示出了空燃比与从内燃机I排出的排气中的NOx量的关系的图。该图2示出了稳态运转时的关系。图2中的“RichSpike”所表示的是RichSpike时的目标空燃比。另外，图2中的“稀燃”所表示的是稀燃运转时的目标空燃比。
[0070]如图2所示，EGR率越低，从内燃机I排出的NOx的量越多，EGR率越高，从内燃机I排出的NOx的量越少。而且，在各EGR率中存在极大值，在理论空燃比附近NO x排出量最多。因此，相比于EGR率的极大值越浓，NOx排出量越少，另外，相比于极大值越稀，勵身出量越少。例如，通过从理论空燃比附近越是变为稀或浓，燃烧温度越降低，能抑制发生。
[0071]另一方面，当提高EGR率时，燃烧状态恶化。因此，能够设定的EGR率的上限值(以下称作上限EGR率)根据燃烧状态来决定。即，EGR率越高，越能够降低呢的排出量，但当使EGR率过高时，燃烧状态恶化。另外，上限EGR率也根据空燃比而变化。在稀空燃比的情况下，空燃比越高，上限EGR率越低。
[0072]而且，直到达到上限EGR率为止，EGR率越高，呢排出量越减少。在此，稀燃运转时和RichSpike时相比，RichSpike时的燃烧温度高，因此容易产生N0X。另一方面，由于RichSpike时的上限EGR率高，因此能够提高EGR率。即，在目标空燃比较低时，NOx的排出量容易增加，但此时通过提高EGR率，能够降低NOx的排出量。
[0073]因此，在本实施例中，在RichSpike时，目标空燃比越低，越提高作为目标的EGR率(以下称作目标EGR率)。
[0074]在此，图3是表示目标空燃比与目标EGR率的关系的图。该关系也预先通过实验或模拟等求出，使其存储在ECUlO中。再者，在为图3中没有示出的目标空燃比时，可以从图3所示的目标空燃比与目标EGR率的关系补充地求出目标EGR率，另外，也可以使用为在图3所示的空燃比之中最接近的目标空燃比时的目标EGR率。例如，图4是表示目标空燃比与目标EGR率的关系的另一图。该关系也预先通过实验或模拟等求出，使其存储在ECUlO中。实线表示目标EGR率根据目标空燃比连续地变化的情况，虚线表示目标EGR率根据目标空燃比阶段性地变化的情况。它们处于目标空燃比越低则目标EGR率越高的关系中。基于图3或图4，能够从目标空燃比求出目标EGR。
[0075]另外，图5是表示目标空燃比(A/F)与气体燃料比(G/F)的关系的图。空燃比是新气体的质量除以燃料的质量所得到的值，而气体燃料比是气缸内的气体的质量除以燃料的质量所得到的值。气缸内的气体的质量是将新气体的质量与EGR气体的质量合加在一起所得到的值。
[0076]气体燃料比(G/F)能够利用以下的公式算出。
[0077](G/F) = (Ga+Gegr) /Gf
[0078]其中，(G/F)是气缸内的气体量(g/s)与燃料量(g/s)之比，Ga是新气体量(g/s)，Gegr是EGR气体量(g/s)，Gf是燃料消耗量(g/s)。另外，以下的关系成立。
[0079]Gegr = Ga.(Regr/ (1-Regr))
[0080]其中，Regr是EGR率)。因此，气体燃料比(G/F)也能够如以下那样来求出。
[0081](G/F) = (A/F).(I/(1-Regr))
[0082]其中，(A/F)是新气体(g/s)与燃料量(g/s)之比。
[0083]因此，EGR率能够利用以下的公式来求出。
[0084]Regr = 1- ((A/F) / (G/F))
[0085]这样，能够使用图5，从目标空燃比求出气体燃料比，进而从气体燃料比算出目标EGR率。再者，图5所示的关系预先通过实验或模拟等求出，使其存储在ECUlO中。
[0086]而且，E⑶10调整EGR阀22的开度，使得实际的EGR率变为目标EGR率。再者，实际的EGR率能够利用公知的技术求出。另外，也可以预先通过实验或模拟求出内燃机I的运转状态(例如内燃机转速以及内燃机负荷)与EGR率的关系，使其存储在ECUlO中。另夕卜，也可以预先通过实验或模拟求出内燃机I的运转状态、目标EGR率、和EGR阀22的开度的关系，使其存储在ECUlO中。
[0087]另外，目标EGR率，可以进行设定使得成为上限EGR率，也可以具有某种程度的富余地设定使得低于上限EGR率。再者，通过尽可能地提高EGR率，能够尽可能地使NOx的排出量减少。即，当设定目标EGR率使得成为上限EGR率时，NOx降低效果高。
[0088]再者，在内燃机I的稀燃运转中，可以使EGR气体的供给停止，但也可以供给EGR气体。例如，在稀燃运转中，由于燃烧温度较低，因此NSR催化剂4的温度容易降低。与此相对，通过在稀燃运转中供给EGR气体，能够使C0、HC从内燃机I排出。能够利用该C0、HC使设置于排气通路3中的例如氧化催化剂、三元催化剂的温度上升。而且，通过这些催化剂的温度的上升，也能够使NSR催化剂4的温度上升。另外，在具备冷却EGR气体的冷却器的情况下，能够供给温度低的EGR气体，因此能够抑制高负荷时的爆燃(爆震:knocking)。
[0089]接着，图6是表示从RichSpike实施前到实施后的转矩、空燃比(A/F)、EGR率、向内燃机I供给的燃料量、新气体量、EGR量、从内燃机I排出的气体中的NOx浓度、从NSR催化剂4排出的气体中的NOx浓度的推移的时间图。在NOx浓度中，实线表示在RichSpike时目标空燃比越低则越提高EGR率的情况，单点划线表示将EGR率设为恒定的情况。再者，在实线的情况下，将RichSpike时的EGR率调整为例如25%，在单点划线的情况下，在RichSpike时及其前后将EGR率调整为例如O?15%。即使是实线的情况，除RichSpike时以外，也将EGR率调整为例如O?15%。
[0090]在RichSpike时，例如通过减小节气门6的开度来减少新气体量。另外，可增加燃料量。由此，空燃比降低。此时的燃料量的增加量是将由目标空燃比从稀变为浓所引起的耗油量的恶化量、和用于成为浓空燃比所需的必要量合计而得到的值。另外，通过增大EGR阀22的开度，能够使EGR率以及EGR量增加。而且，在RichSpike开始时和结束时，燃烧状态多少变化一些，因此能看到转矩的变化。再者，在图6中，考虑从打开EGR阀22起到EGR气体实际被吸入到气缸内的时间上的延迟、即EGR气体的响应延迟，从RichSpike前使EGR率增加，在RichSpike后使EGR率减少。
[0091]而且，在RichSpike时不使EGR率变化的情况(单点划线的情况)下，在RichSpike时NOx浓度增加。因此，NO x穿过NSR催化剂4，该NSR催化剂4的下游的NO x浓度上升。另一方面，在RichSpike时使EGR率上升的情况(实线的情况)下，NOx浓度的上升被抑制。由此，NSR催化剂4的下游的NOx浓度的上升被抑制。
[0092]图7是表示本实施例涉及的RichSpike控制的流程的流程图。本程序由E⑶1每规定的时间来实施。
[0093]在步骤SlOl中，判定前提条件是否成立。前提条件是为了实施RichSpike所需要的条件，例如，当被NSR催化剂4吸藏的NOx量变为规定量以上时，判定为前提条件成立。此夕卜，也可以在内燃机I的暖机完成、或NSR催化剂4的温度达到了活性温度时判定为前提条件成立。另外，也可以每规定的时间判定为前提条件成立以使得能够维持被NSR催化剂4吸藏的^\量小于规定量的状态。
[0094]在步骤SlOl中进行了肯定判定的情况下进入步骤S102。而在步骤SlOl中进行了否定判定的情况下进入步骤S107，稀燃运转继续。
[0095]在步骤S102中，设定目标空燃比。该目标空燃比是在RichSpike时被作为目标的空燃比，例如是12?14.1的浓空燃比。再者，目标空燃比也可以按照NSR催化剂4的热劣化的程度、硫中毒的程度、NOxK藏量、NSR催化剂4的温度、排气的温度、排气的流速、氧吸藏量等的对NOx的还原的容易度造成影响的物理量来修正。另外，目标空燃比也可以设为预先确定的值。另外，也能够在RichSpike的途中改变目标空燃比。例如，也可以在RichSpike的初期使目标空燃较低，在其后使目标空燃较高。由此，能够快速地除去被NSR催化剂4吸藏的氧的影响。
[0096]在步骤S103中，设定目标EGR率。该目标EGR率是在RichSpike时作为目标的EGR率。目标EGR率根据在步骤S102中设定的目标空燃比来决定。例如，预先使图3、4、5的任意一个关系存储在ECUlO中。基于该关系来设定目标EGR率。
[0097]在步骤S104中，实施RichSpike。另外，朝着目标EGR率，增加EGR率。
[0098]再者，考虑从操作EGR阀22起到EGR气体被吸入到内燃机I中的时间延迟，可以在RichSpike开始之前操作EGR阀22。另外，为了抑制燃烧状态的恶化，也可以在RichSpike开始后操作EGR阀22。另外，也可以在RichSpike开始的同时操作EGR阀22。
[0099]在步骤S105中，判定是否经过了规定时间。该规定时间是直至被NSR催化剂4吸藏的NOx的还原完成为止的时间。该时间预先通过实验或模拟来求出，并存储在ECUlO中。再者，从NSR催化剂4中完全地除去NOx量是困难的，而且也需要时间，因此也可以将直到变为某种程度的NOx残存在NSR催化剂4中的状态为止的时间设为规定时间。
[0100]在步骤S105中进行了肯定判定的情况下进入步骤S106，而在进行了否定判定的情况下再次实施步骤S105。
[0101]在步骤S106中，结束RichSpike，且将EGR率减少到RichSpike前的值。S卩，转移到稀燃运转。在此时，也可以基于内燃机I的运转状态来设定目标空燃比以及目标EGR率。另外，也可以停止EGR气体的供给。另外，与步骤S104的情况同样地，RichSpike的结束和EGR率的减少可以同时进行，也可以不是同时进行。
[0102]如以上说明的那样，根据本实施例，按照RichSpike时的目标空燃比来调整EGR率，因此能够降低RichSpike时的NOx的排出量。
[0103]可是，如果空燃比过于变低，则燃烧状态恶化，因此有可能若供给EGR气体则不发火。另一方面，在这样的空燃比低的状态下，燃烧温度低，因此能抑制NOx发生。S卩，在RichSpike时的目标空燃比小于规定空燃比的情况下，可以空燃比越低使EGR率越低。例如，在空燃比为11?12时，可以使EGR率成为27%，在低于该空燃比的情况下，可以空燃比越低使EGR率越低，在该空燃比以上的情况下，可以空燃比越低使EGR率越高。规定空燃比是当变得比其浓时如果不降低EGR率就不发火的空燃比。另外，规定空燃比也可以设为若目标空燃比越低越提高EGR率就会不发火的空燃比的上限值。再者，也可以具有某种程度的富余地设定规定空燃比，使得即便在小于规定空燃比的情况下目标空燃比越低使EGR率越高也不立即不发火。
[0104]再者，在本实施例以及以下的实施例中，也能够具备涡轮增压器。在该情况下，EGR通路21可以连接涡轮的下游的排气通路3和压缩机的上游的吸气通路2，也可以连接涡轮的上游的排气通路3和压缩机的下游的吸气通路2。
[0105]另外，在NSR催化剂4为规定的活性状态的情况下，可以使EGR率减少或停止EGR气体的供给。这里所说的规定的活性状态，是指NSR催化剂4的温度为活性温度以下的情况、或NSR催化剂4的劣化的程度超过容许范围的情况。即，在NSR催化剂4中，NOx净化率没有达到所希望的值的情况下，可以说是规定的活性状态。例如，也可以设为在NOx净化率小于阈值的情况下NSR催化剂4为规定的活性状态。在这样的情况下，相比于降低从内燃机I排出的^,量，使向内燃机I的燃料供给量增加来谋求NSR催化剂4的温度上升的效果大。即，通过使EGR率减少、或停止EGR气体的供给使燃料量增加，从内燃机I排出的NOx量增加，但由于温度上升，能够在NSR催化剂4中净化更多的N0X。因此，能够降低从NSR催化剂4流出的N0x量。
[0106]实施例2
[0107]在实施例1中，RichSpike时的目标空燃比为恒定。而在本实施例中，在RichSpike的途中使目标空燃比变化。其他的装置等与实施例1相同，因此省略说明。例如，可以在RichSpike的初期使目标空燃比较低，并在其后使目标空燃比较高。由此，能够快速地除去被NSR催化剂4吸藏的氧的影响。
[0108]图8是表示在RichSpike的途中改变目标空燃比的情况下的从RichSpike实施前到实施后的空燃比(A/F)、EGR率、向内燃机I供给的燃料量、新气体量、EGR量的推移的时间图。以较低的空燃比开始RichSpike，在其后转移到在较高的空燃比下的RichSpike。此时，新气体量设为恒定，使燃料量变化。S卩，通过在RichSpike的途中使燃料量减少来使空燃比增加。而且，相应于目标空燃比的变化来使EGR率变化。此时，设定使得目标空燃比越低则目标EGR率越高。因此，在RichSpike的途中减少EGR率。再者，在RichSpike的途中将目标空燃比改变2次以上的情况也同样地，目标空燃比越高使目标EGR率越低。
[0109]这样，即使在RichSpike的途中目标空燃比变化，也能够抑制呢的排出。但是，由于RichSpike只实施较短时间，因此也存在由于EGR气体的响应延迟而难以进行EGR率的切换的情况。
[0110]与此相对，图9是表示在RichSpike的途中改变目标空燃比且不改变目标EGR率的情况下的从RichSpike实施前到实施后的空燃比(A/F)、EGR率、向内燃机I供给的燃料量、新气体量、EGR量的推移的时间图。这样，即使在RichSpike的途中使目标空燃比变化，也可以在RichSpike中使EGR率为恒定。该情况下的目标EGR率在RichSpike中目标空燃比变化的前后配合较高的目标空燃比来设定。假设配合较低的目标空燃比来设定目标EGR率，则有在目标空燃比变高时EGR气体变为过量从而不发火之虞。因此，通过配合较高的目标空燃比来设定目标EGR率，能够抑制不发火。这也与在进行RichSpike时在最初使目标空燃比较高，其后使目标空燃比较低的情况相同。B卩，在RichSpike的途中目标空燃比变化的情况下，根据最高的空燃比来设定目标EGR率。再者，在RichSpike的途中将目标空燃比改变2次以上的情况也同样地根据最高的空燃比来设定目标EGR率。而且，目标空燃比越高使目标EGR率越低。
[0111]另外，在RichSpike的途中目标空燃比变化的情况下，也可以根据RichSpike中的目标空燃比的平均值来设定目标EGR率。即，当根据最高的空燃比来设定目标EGR率时，有在最低的空燃比时NOx的排出量增加之虞。与此相对，通过根据目标空燃比的平均值来设定目标EGR率，能够降低NOx的排出量。在该情况下，目标空燃比的平均值越高，使目标EGR率越低，在RichSpike中使EGR率为恒定。
[0112]实施例3
[0113]图10是表示本实施例涉及的内燃机和其吸气系统以及排气系统的概略构成的图。主要对与实施例1不同的点进行说明。再者，对于与实施例1相同的装置，标记相同的标记，省略说明。
[0114]在排气通路3的途中从上游侧开始依次具备三元催化剂31、NSR催化剂4、选择还原型NOx催化剂32 (以下称作SCR催化剂32)。
[0115]三元催化剂31在催化剂气氛为理论空燃比时以最大效率净化N0x、HC以及CO。另夕卜，三元催化剂31具有氧储存能力。S卩，通过在流入的排气的空燃比为稀空燃比时吸藏过量的氧，在流入的排气的空燃比为浓空燃比时释放不足的量的氧来净化排气。利用这种氧储存能力的作用，即使是理论空燃比以外，三元催化剂31也能够净化HC、CO以及NOx。
[0116]再者，也能够使三元催化剂31具有在流入的排气的氧浓度高时吸藏排气中的N0X、在流入的排气的氧浓度降低且存在还原剂时还原所吸藏的功能。
[0117]在此，在排气通过三元催化剂31或NSR催化剂4时，排气中的NOx会与HC或H 2发生反应生成氨(NH3)。例如，如果通过水性气体转换反应或水蒸气改质反应，由排气中的CO、H2O产生H2,则该H2在三元催化剂31或NSR催化剂4中与NO发生反应而生成NH 3。
[0118]SCR催化剂32预先吸附还原剂，在NOx通过时利用所吸附的还原剂来选择还原NOx。向SCR催化剂32供给的还原剂，能够利用在三元催化剂31或NSR催化剂4中生成的NH3。通过在NSR催化剂4的下游具备SCR催化剂32，能够在SCR催化剂32中还原从NSR催化剂4流出的N0X。
[0119]EGR通路21连接于三元催化剂31的上游的排气通路3。再者，EGR通路21也可以连接于三元催化剂31的下游且NSR催化剂4的上游的排气通路3。再者，在设置涡轮增压器的情况下，在涡轮的下游的排气通路3中设置三元催化剂31。
[0120]而且，E⑶10，与实施例1同样地在还原被NSR催化剂4吸藏的NOx时实施RichSpike0
[0121]可是，如在实施例1中说明的那样，若在RichSpike时使EGR率上升，则NOx的排出量降低。但是，如果没有排出N0X，则在NSR催化剂4中没有生成NH3,因此有可能在SCR催化剂32中NH3不足。因此，有可能在RichSpike刚结束后SCR催化剂32的勵為化能力降低。
[0122]因此，在本实施例中，在RichSpike结束前使EGR率降低。S卩，在RichSpike中使EGR率降低。此时所设定的目标EGR率低于基于图3、4、5设定的目标EGR率。另外，也可以降低到RichSpike开始前的EGR率或与内燃机I的运转状态相应的EGR率。另外，也可以停止EGR气体的供给。进而，也可以根据NOx的排出量调整EGR率。这样，使目标空燃比越低越提高EGR率的期间短于实施RichSpike的期间。
[0123]由此，在RichSpike结束前，从内燃机I排出N0X。另外，在RichSpike结束前，在排气中包含C0、HC，因此利用水性气体转换反应或水蒸气改质反应，在三元催化剂31或NSR催化剂4中生成NH3。因此，能够向SCR催化剂32供给还原剂。
[0124]图11是表示在RichSpike的途中改变了目标EGR率的情况下的从RichSpike实施前到实施后的空燃比(A/F)、EGR率、EGR量的推移的时间图。
[0125]再者，在RichSpike中使EGR率降低时，也可以考虑EGR气体的响应延迟而提前操作EGR阀22。
[0126]图12是表示本实施例涉及的RichSpike控制的流程的流程图。本程序是由ECUlO每规定的时间实施。再者，对于进行与前述流程图相同的处理的步骤，标记相同的标记，省略说明。
[0127]在本程序中，当步骤S104的处理完成时，进入步骤S201。在步骤S201中，判定是否为RichSpike结束前的规定正时。这里所说的规定正时是RichSpike的剩余时间成为为了生成见13而需要的时间的正时。该规定正时预先通过实验或模拟求出，并使其存储在E⑶10中。再者，也可以根据SCR催化剂32吸附着的NH3量来修正规定正时。
[0128]然后，在步骤S201中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S202，而在进行了否定判定的情况下，再次执行步骤S201。
[0129]在步骤S202中，减少EGR率。例如，使目标EGR率返回到RichSpike前的值。再者，也可以停止EGR气体的供给。
[0130]然后，在步骤S105中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S203，结束RichSpike。
[0131]如以上说明的那样，根据本实施例，根据RichSpike时的目标空燃比来调整EGR率，因此能够降低RichSpike时的NOx的排出量。另外，在RichSpike结束前降低EGR率，因此能够向SCR催化剂32供给NH3。由此，能够抑制SCR催化剂32的呢净化率的降低。
[0132]实施例4
[0133]在实施例1、2、3中，在RichSpike时根据目标空燃比设定了 EGR率。与此相对，在本实施例中，不管是否实施RichSpike，都根据目标空燃比设定EGR率。在该情况下，目标空燃比越低，使EGR率越高。其他的装置等与实施例1、2、3相同，因此省略说明。
[0134]图13是表示本实施例涉及的内燃机转速、内燃机I的转矩、和目标空燃比(A/F)以及目标EGR率的关系的图。
[0135]在图13中，将内燃机I的运转区域划分为多个，在各区域中设定目标空燃比(A/F)以及目标EGR率。即，基于内燃机转速以及转矩(也可以设为内燃机负荷、油门开度或燃料喷射量)，设定目标空燃比以及目标EGR率。而且，进行设定使得目标空燃比越低则目标EGR率越高。再者，在转矩最低且内燃机转速也低的区域中，为了使各催化剂的温度上升，供给EGR气体，并且降低空燃比。在相比于该区域，转矩大的区域中，转矩越大，越降低目标空燃比，且越提高EGR率。该关系预先通过实验或模拟求出，使得排出量降低。而且，如果使图13所示的关系存储在ECUlO中，则该ECUlO能够基于内燃机转速以及内燃机负荷决定空燃比以及EGR率。
[0136]这样，不限于RichSpike时，通过基于内燃机I的运转状态设定空燃比以及EGR率，也能够降低NOx的排出量。
[0137]附图标记说明
[0138]1:内燃机
[0139]2:吸气通路
[0140]3:排气通路
[0141]4:选择还原型NOx催化剂(NSR催化剂)
[0142]5:喷射阀
[0143]6:节气门
[0144]10:ECU
[0145]11:空燃比传感器
[0146]12:空气流量计
[0147]13:油门踏板
[0148]14:油门开度传感器
[0149]15:曲轴位置传感器
[0150]20:EGR 装置
[0151]21:EGR 通路
[0152]22:EGR 阀
[0153]31:三元催化剂
[0154]32:选择还原型NOx催化剂(SCR催化剂)
【权利要求】
1.一种内燃机的排气净化装置，具备: 吸藏还原型NO5^f化剂，其设置在内燃机的排气通路中，吸藏排气中的NO x，在理论空燃比以下时还原NOx; 空燃比控制部，其使所述内燃机的空燃比变化；和 EGR装置，其将所述内燃机的排气通路和吸气通路连接，将排气的一部分作为EGR气体向吸气通路供给， 所述内燃机的排气净化装置还具备EGR率控制部， 所述EGR率控制部，在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型N0x催化剂吸藏的叫的情况下，控制所述EGR装置，使得目标空燃比低时的内燃机的吸气中的EGR气体的比例即EGR率高于目标空燃比高时的EGR率。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率控制部，在作为浓空燃比的规定空燃比以上的情况下，使目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率，在小于所述规定空燃比的情况下，使目标空燃比低时的EGR率低于目标空燃比高时的EGR率。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率控制部，在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型N0x催化剂吸藏的叫的途中使所述内燃机的空燃比进一步变化的情况下，控制成为与还原该NO5^途中的最高的空燃比相应的EGR率。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率控制部，在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型N0x催化剂吸藏的叫的途中使所述内燃机的空燃比进一步变化的情况下，控制成为与还原该NO5^途中的空燃比的平均值相应的EGR率。
5.根据权利要求1?4的任一项所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率控制部，相比于使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NOx的期间，使下述期间较短，所述期间是使所述目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间。
6.根据权利要求5所述的内燃机的排气净化装置， 在所述吸藏还原型NOx催化剂的下游侧的排气通路中具备选择性地还原选择还原型NO5^f化剂， 所述EGR率控制部，在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型N0x催化剂吸藏的叫的期间内、且使所述目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间外，相比于使所述目标空燃比低时的EGR率高于目标空燃比高时的EGR率的期间，使EGR率减少或停止EGR气体的供给。
7.根据权利要求6所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率控制部，通过在使所述内燃机的空燃比变化来还原被所述吸藏还原型NOx催化剂吸藏的途中使EGR率减少或停止EGR气体的供给，而使NO x从内燃机排出并在所述吸藏还原型NOx催化剂中生成NH 3，通过向所述选择还原型NOx催化剂供给该NH 3而在该选择还原型NOx催化剂中使NO x还原。
8.根据权利要求1?7的任一项所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率根据燃烧极限而设定。
9.根据权利要求1?8的任一项所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率控制部，按照预先确定的关系从气缸内的新气体量与燃料量之比即空燃比求出气缸内的气体量与燃料量之比即气体燃料比的目标值，并控制成为与该气体燃料比的目标值相应的EGR率。
10.根据权利要求1?9的任一项所述的内燃机的排气净化装置， 所述EGR率控制部，在所述吸藏还原型NOx催化剂的活性状态为规定的活性状态的情况下，使EGR率减少或停止EGR气体的供给。
【文档编号】F01N3/24GK104520547SQ201280075182
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2012年8月8日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】能川真一郎 申请人:丰田自动车株式会社