专利名称：内燃机的排气净化系统和方法
背景技术：
本发明涉及内燃机的排气净化系统，特别涉及那种具有NOx捕集型催化剂的内燃机排气净化系统。当排气空/燃比稀时该NOx捕集型催化剂捕集排气中的NOx，当排气空/燃比浓时该NOx捕集型催化剂释放捕集的NOx，由此净化排出的气体。本发明还涉及内燃机的排气净化方法。
在柴油机中，当开始将燃油喷射进气缸时，喷射的燃油被汽化并且形成混合气。当缸内的温度和压力达到预定值时，存在于缸内的混合气进行初始燃烧(预混合燃烧)。通过该燃烧，缸内的温度和压力变高，以使初始燃烧后的喷射燃油被汽化并且与喷射的燃油同时燃烧(扩散燃烧)。相对于整个燃烧期，由于从开始燃油喷射到发生预混合燃烧的周期(滞燃期)通常较短，所以扩散燃烧为主燃烧。
与此相反，日本专利2864896公开了一项技术，该技术通过大幅度增加再循环排气(EGR)率使燃烧温度保持在低温，而同时推迟喷油正时到上止点后的一个点，由此使滞燃期变长并且使所有的燃油量在滞燃期内喷射以使预混合燃烧用做主燃烧，从而降低排气中的NOx和烟雾。
与此同时，其中主燃烧为扩散燃烧的燃烧状况(在这里其简单地被称做扩散燃烧或扩散燃烧模式)和其中主燃烧为预混合燃烧的燃烧模式(在这里其简单地被称做预混合燃烧或预混合燃烧模式)取决于驱动状况从一种方式转换为另一种方式(例如，在图8中，具有EGR的区对应于预燃烧区，不具有EGR的区对应于扩散燃烧区)。
另一方面，日本专利第3079933号公开了一项技术，即在排气管道具有NOx捕集型催化剂的情况下和在净化捕集的NOx时，柴油机的燃烧模式从扩散燃烧模式转换为预混合燃烧模式，由此降低过量空气系数，减少和净化捕集的NOx。
发明内容
由日本专利第3079933号所公开的该项技术适于在净化NOx捕集型催化剂中所捕集的NOx时，在预混合燃烧期间执行浓混合气峰值控制。然而，当车辆处于低负荷运转状况时，由于排气温度保持低温和低排气温度使NOx净化效果保持较低水平，即该催化剂不能被充分激活，所以不能充分地获得浓混合气峰值控制的排气净化效果。
因此本发明的目的是提供一种内燃机的排气净化系统，取决于NOx捕集型催化剂的激活状况，通过对NOx捕集型催化剂所捕获的NOx执行净化，该排气净化系统可具有改进的排气净化能力。
本发明的进一步的目的是提供一种通过具有上述特性的该排气净化系统执行的排气净化系统。
根据本发明的另一个方面，这里提供了一种内燃机的排气净化系统，该排气净化系统包括NOx捕集型催化剂，设置在发动机的排气管道中以当排气的空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，和当排气的空/燃比浓时释放捕集的NOx；和控制单元，用于根据NOx捕集型催化剂的激活条件控制NOx捕集型催化剂；该控制单元包括净化时间确定部分，用于确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；催化剂激活确定部分，用于确定NOx捕集型催化剂是否被激活；燃烧模式转换部分，用于根据发动机的运行状况在扩散模式和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；和空/燃比控制部分，用于控制空/燃比，以使当净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下排气空/燃比变浓，和使NOx捕集型催化剂被激活，以及使当净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
根据本发明的另一个方面，这里提供了一种用于内燃机的排气净化方法，该内燃机具有设置在排气管道中的NOx捕集型催化剂，以使当排气空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，和使当排气空/燃比浓时排出捕集的NOx，该排气净化方法包括确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；确定该NOx捕集型催化剂是否被激活；根据发动机的运行状况在扩散燃烧模式和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；和控制排气空/燃比，以使当是净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂被激活，和使当是净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
根据本发明的另一个方面，这里提供了一种用于内燃机的排气净化系统，包括设置在排气管道中的NOx捕集型催化剂，当排气空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，当排气空/燃比浓时释放捕集的NOx；净化时间确定装置，用于确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；催化剂激活确定装置，用于确定NOx捕集型催化剂是否被激活；燃烧模式转换装置，用于在扩散燃烧和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；用于控制的空/燃比控制装置，以使当是净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂被激活，以及使当是净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
附图的简要说明
图1是具有根据本发明的实施例的排气净化系统的柴油机的方框图；图2是由图1的排气净化系统所执行的排气净化控制的流程图；图3是上接图2的排气净化控制的流程图；图4是上接图2的排气净化控制的流程图；图5是当燃烧处于扩散燃烧中的浓混合气状态时和当燃烧处于预混合燃烧中的浓混合气状态时说明发动机的性能特性的图；图6是说明在排气温度和NOx净化率之间的关系曲线的图；
图7是说明在预混合燃烧中的以浓混合气运转的目标进气量的图；图8是说明在预混合燃烧中的以浓混合气运转的目标EGR率的图；图9是说明在扩散燃烧中的浓混合气运转的目标进气量的图；图10是说明用于PM(微粒)燃烧的目标柴油机微粒滤清器(DPF)进气λ的图。
附图的详细说明参照图1，通过可变截面喷嘴型涡轮增压器3的空气压缩机，提供到柴油机的进气通过进气管2被增压。中冷器4对该进气冷却，然后通过进气节气门5和集合管6流进每一气缸的燃烧室。高压燃油泵7对燃油加压并且输送到共轨8。然后从每一气缸的喷油器9燃油被喷射进燃烧室。因此提供到燃烧室的空气和燃油混合气通过压缩点火被燃烧，并且排气通过排气管道10被喷出。
使一部分已流入排气管道10的排气通过EGR管道11和EGR控制阀12流回进气侧。使残留排气通过可变截面喷嘴型涡轮增压器3的排气涡轮以驱动该排气涡轮。
在这种情况下，用于净化排气的置于排气涡轮下游的为NOx捕集型催化剂13，当排气空/燃比变稀时其捕集排气中的NOx，当排气空/燃比变浓时其排出或减少NOx。此外，NOx捕集型催化剂13在其上带有氧化型催化剂以具有氧化排气中的碳氢混合物(HC)和一氧化碳(CO)的功能，因此其适于用做具有氧化功能的NOx捕集型催化剂。
此外，置于NOx捕集型催化剂13下游的为柴油机微粒滤清器(DPF)14以清除排气中的微粒(PM)。此外，在DPF14上装有三元催化剂以具有氧化排气中的HC和CO和还原(reduce)排气中的NOx的功能，因此其适于构成具有三元催化剂功能的DPF。
输入到控制单元20的为来自发动机转速传感器21的信号以检测发动机转速Ne，和为来自加速器开启度传感器22的信号以检测加速器开启度APO等以控制发动机1。
此外，在本实施例中提供了催化剂温度传感器23，检测NOx捕集型催化剂13的温度(催化剂温度)；排气压力传感器24，检测在排气管道10中的DPF14进入侧的排气压力；DPF温度传感器25，检测DPF14的温度(DPF温度)；和氧浓度传感器26，检测在排气管道10中的DPF的排气侧的氧浓度。来自这些传感器的信号也被输入到控制单元20。然而，通过检测排气目前的相邻的NOx捕集型催化剂13和DPF14的温度，NOx捕集型催化剂13的温度和DPF14的温度可被检测。
根据这些信号，控制单元20将喷油命令信号输出到喷油器9以控制主喷射和先于主喷射的预喷射的喷油量和喷油器9的喷油正时；将开启度命令信号输出到进气节气门；将开启度命令信号输出到EGR控制阀12等。
本实施例的排气净化系统适于执行排气净化控制以释放由NOx捕集型催化剂所捕集的和聚积在NOx捕集型催化剂上的NOx，燃烧而由此去除由S-毒化(S-poisoning)所造成的聚积在NOx捕集型催化剂上的硫(S)(去除硫毒化)，并且燃烧而由此去除由DPF14所清除的PM(DPF恢复)。下面将详细说明排气净化控制。
图2-4示出了在控制单元20中所执行的排气净化控制的流程图。
在步骤S1中，从发动机转速传感器21和加速器开启度传感器22中可读出发动机运转状况(发动机转速Ne和加速器开启度APO)。
在步骤S2中，由NOx捕集型催化剂13所捕集的和聚积在NOx捕集型催化剂13上的NOx量被检测。然而，由于很难直接检测NOx的累积量，所以通过根据发动机转速Ne和燃油喷射量Q估计每单位时间的NOx的产生量，通过根据NOx捕集率获得每单位时间的NOx的累积量和合计每单位时间的NOx的累积量，NOx的累积量被间接检测。当然，在以上述方式通过合计获得NOx累积量的情况下，当执行下面将要描述的NOx净化处理时，合计值被重新设置或被清除。
在步骤S4中，由硫毒化所造成的NOx捕集型催化剂上的硫的累积量被检测。然而，很难直接检测硫的累积量，所以以下列方式间接检测硫的累积量。取决于排气中硫的浓度，硫的累积量被确定。因此认为只要燃油相同，取决于燃油消耗可确定硫的累积量。因此燃油消耗被检测并且根据燃油消耗可测定硫的累积量。此外，由于行驶距离随着燃油消耗的增加而增加，所以可认为消耗的燃油量与行驶距离彼此相等。因此这里取决于行驶距离测定硫的累积量。
在步骤S5中，由DPF14所清除和累积在DPF14上的PM的量被测定。然而由于很难直接检测PM的累积量，所以以下列方式PM的累积量被间接检测。DPF14上的PM累积量的增加自然使DPF14的上游侧排气压力变高。因此排气压力传感器24检测DPF14的上游侧排气压力，并且与目前运行条件(发动机转速Ne和燃油喷射量Q)的基准排气压力相比较，由此估算PM的累积量。
在步骤S6中，用于NOx捕集型催化剂13的NOx净化的预混合浓混合气峰值(rich spike)状况标志SP1是否被设定为1被确定。如果SP1＝1，则程序进到步骤S7。
在步骤S7中，用于NOx捕集型催化剂13的NOx净化的扩散浓混合气峰值状况标志SP2是否被设定为1被确定。如果SP2＝1，则程序进到步骤S8。
在步骤S8中，用于DPF14恢复(或从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂13)的恢复温升标志reg1是否被设定为1被确定。如果reg1＝0，则程序进到步骤S9。
在步骤S9中，用于DPF14恢复(或从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂)的恢复燃烧标志reg2是否被设定为1被确定。如果reg2＝0，则程序进到步骤S10。
在步骤S10中，NOx捕集型催化剂13的NOx的累积量是否等于或大于预定值NOx1被确定。如果NOx捕集型催化剂13的NOx的累积量小于预定值NOx1，则程序进到步骤S17。
在步骤S17中，在步骤S4中被检测的NOx捕集型催化剂13的硫的累积量是否等于或大于预定值S1(车辆是否已行驶预定距离)被确定。如果NOx捕集型催化剂的硫的累积量小于预定值S1，则程序进到步骤S18。
在步骤S18中，在步骤S5中被检测的DPF14的PM的累积量是否等于预定值PM1(DPF14的上游侧排气压力是否超过对应于目前发动机运行状况的排气压力阈值)被确定。如果DPF14的PM的累积量小于预定值PM1，则终止该流程。
与此同时，如果该流程不执行特殊控制，则根据发动机1的运转状况，执行在扩散燃烧模式和预混合燃烧模式之间的转换。更具体地说，如图8所示，当发动机1处于执行EGR的低速-中速范围和低负荷-中负荷范围时，执行预混合燃烧，当发动机处于未执行EGR的高速、高负荷范围时，执行扩散燃烧。
然后，就下列情况进行说明，即当步骤S10中确定，NOx捕集型催化剂13的NOx的累积量已等于或大于预定值NOx1(也就是净化NOx捕集型催化剂13的NOx的时间到了)；步骤S17确定的NOx捕集型催化剂13的硫的累积量已等于或大于预定值S1(也就是从S-毒化恢复的时间到了)；和步骤18中确定DPF14的PM的累积量已等于或大于预定值PM1(也就是DPF恢复的时间到了)。
(在为净化NOx捕集型催化剂的NOx的时间的情况下)如果在步骤S10中确定NOx捕集型催化剂13的NOx的累积值等于或大于预定值NOx1，则程序进到步骤S11以净化NOx捕集型催化剂13的NOx。
在这里首先对NOx捕集型催化剂的NOx的净化进行描述。
对于NOx捕集型催化剂13的NOx净化，执行发动机1的浓混合气运转，以释放由NOx捕集型催化剂13捕集和在NOx捕集型催化剂13上累积的NOx。
如果在预混合燃烧(大量的EGR和强涡流)期间执行发动机1的浓混合气运转，与在滞燃期较短的扩散燃烧期间浓混合气运转下的排气温度相比，则该排气温度较低，如图5所示。相反，如果扩散燃烧中的浓混合气状况被实现，与预混合燃烧中的浓混合气状况中的排气温度相比，则该排气温度可变高。
然而，扩散燃烧中的浓混合气状态增加了燃油消耗率，因此恶化了燃油消耗。此外，如果过度地加热，NOx捕集型催化剂13可能破裂。因此降低了捕集和净化能力。
因此，当催化剂13的活性特别高时，对于由NOx捕集型催化剂13所捕集的NOx的净化，由于其可抑制燃油消耗和催化剂13的恶化，所以最好采用预混合燃烧中的浓混合气峰值运转。
与此相反，当催化剂13的活性较低时，如果有浓混合气峰值命令，则可获得较高排气温度的扩散燃烧中的浓峰值运转被执行。这使得能够提高NOx净化率。然而有一种担心，认为扩散燃烧中的浓混合气峰值产生恶化的燃烧噪声。通过执行预喷射该燃烧噪声可被抑制。
在上述的条件下，从步骤S11开始的控制将被执行。
在步骤S11中，由催化剂温度传感器23检测的催化剂温度被读出并且该催化剂的温度是否等于或高于预定温度Tlow(该预定温度Tlow被设定为一个低于催化剂13的激活温度的值)被确定。
在步骤S12中，当催化剂温度对于或高于预定温度Tlow时，该催化剂温度是否等于或高于对应于NOx捕集型催化剂13的激活温度Tdif被进一步确定。
通过此，被分成三种情况，即催化剂温度≥Tdif的情况，Tlow≤催化剂温度＜Tdif的情况和催化剂温度＜Tlow的情况。
在该种情况下，如图6所示，当催化剂的温度处在高于Tdif的范围内时，NOx捕集型催化剂13的NOx的净化率相当高。然而，当催化剂温度低于Tdif时，NOx的净化率较低。当催化剂的温度低于Tlow时，NOx的净化率进一步低到不能净化的NOx的程度。
因此，如果催化剂温度≥Tdif(即当步骤S12中的确定为肯定时)，确定NOx捕集型催化剂13处于充分被激活的状态，并且程序进到步骤S13。在步骤S13中，预混合燃烧中的浓混合气运转被执行，由此净化NOx而防止燃油消耗和催化剂的恶化。
在该种情况下，在步骤S13中，通过使用用做发动机运行状况参数的发动机速度Ne和燃油喷射量Q，通过参照图7的目标进气量图和图8的目标EGR图，用于实现预混合燃油中的浓混合气运转的目标进气量和目标EGR率被设定。根据这样设定的目标进气空气量和目标EGR率，进气节气门15和EGR阀12被控制，由此实现预混合燃油中的浓混合气运转。在步骤S14中，预混合浓混合气峰值状况标志SP1被设定为1，并且终止该流程。
此外，如果Tlow≤催化剂温度＜Tdif(即当步骤S12中的确定为否定时)，则确定NOx捕集型催化剂13未处在充分被激活的状态，并且程序进到步骤S15。在步骤S15中，在排气温度高于预混合燃烧的扩散燃烧中，浓混合气运转被执行。这使得排气温度上升到等于或高于Tdif的一个值，因此使得能够执行浓混合气峰值运转，由此提高NOx的净化率。
在该种情况下，在步骤S15中，参照用于实现扩散燃烧中的浓混合气运转的图9的目标进气量图，目标进气量被设定。根据这样设定的目标进气量，当在燃烧喷射器9执行预喷射的同时，进气节气门5被控制，由此实现扩散燃烧中的浓混合气运转。在步骤S16中，扩散浓混合气峰值状态标志SP2被设定为1，并且终止该流程。
此外，如果催化剂温度＜Tlow(即当步骤S11中的确定为否定时)，则终止该流程。在该种情况下，由于NOx捕集型催化剂13的激活条件不够理想，所以即使执行扩散燃烧中的浓混合气运转，也很难增加催化剂温度超过Tdif，即在Tlow≤催化剂温度＜Tdif条件下的浓峰值运转对NOx的净化几乎没有什么影响，浓混合气峰值运转不被执行并且仅通过预混合燃烧NOx的排放受到抑制。在预混合燃烧时的排气温度有例外地从Tlow到Tdif范围内，以使预混合燃烧继续期间，催化剂温度升高以超过Tlow。
在预混合燃烧中的浓混合气运转(rich operation)开始的情况下(步骤S13)，在步骤S14中，预混合浓峰值状态标志SP1被设定为1。因此在步骤S6中的确定后，从下次开始，程序进到下面的步骤S21(图3)，在步骤S21中，预混合燃烧中的浓混合气运转被继续预定时间。
在步骤S21中，NOx净化所需的预定时间tsp1是否已经过被确定。如果预定时间tsp1还没有经过，则该流程立刻被终止。如果预定时间tsp1已经过，则在步骤S22中预混合燃烧中的浓混合气运转被取消，并且在步骤S23中预混合浓峰值状况标志SP1被设定为0。此后，该流程结束。
此外，在扩散燃烧中的浓混合气运转开始的情况下(S15)，在步骤S16中，扩散浓混合气状况标志SP2被设定为1，因此在步骤S7中确定后，从下次开始，程序进到下面的步骤S24(图3)，在步骤S24中，扩散燃烧中的浓混合气运转被继续预定时间。
在步骤S24中，NOx净化所必需的预定时间tsp2是否已经过去被确定。如果预定时间tsp2还没有过去，则该流程立刻被终止。如果预定时间tsp2已过去，则在步骤S25中，预扩散燃烧中的浓混合气运转被取消，并且在步骤S26中，扩散浓混合气峰值状况标志SP2被设定为0。之后，该流程被终止。
以及[当是DPF恢复的时间]如果在步骤S17中确定NOx捕集型催化剂13的累积量等于或大于预定值S1，则程序进到用于从S-毒化恢复的步骤S19和步骤S20。
如果在步骤S18中确定DPF 14的PM的累积量等于或大于预定值PM1，则程序进到用于DPF14恢复的步骤S19和S20。
这里，首先对DPF14的恢复和从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂进行描述。
为了DPF的恢复和从S-毒化恢复，浓混合气运转被执行以升高排气温度，由此使DPF14的温度升高在PM的可燃温度之上。与此同时，硫的可燃温度低于PM的可燃温度。此外，由于在本实施例中硫聚积在其上的NOx捕集型催化剂13位于DPF14的上游，所以通过使DPF14的温度升高在PM的可燃温度之上，从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂13可被实现。
如果在预混合燃烧中浓混合气运转被执行(大量的EGR+高涡流)，则由于对由EGR所提供的工作气体的比热等，当与滞燃期较短的扩散燃烧中的浓混合气状况中的温度相比时，产生的排气温度较低。换句话说，如果在扩散燃烧期间的浓混合气状况被实现，则与预燃烧中的浓混合气状态相比，较高排气温度可被实现。
由于DPF14恢复和从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂要求高排气温度(即＞600℃)，所以希望通过可实现较高排气温度的扩散燃烧中的浓混合气状况，增加DPF14的温度。然而，如果在扩散燃烧期间浓混合气峰值控制被执行，则有一种担心，认为其加剧了燃烧噪声。通过执行预喷射，该燃烧噪声可被抑制。
因此，在步骤S19中，由于已确定是DPF14恢复或从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂13的时间，所以通过其可实现较高排气温度的扩散燃烧的浓混合气运转被执行，以增加DPF14的温度在PM的可燃温度之上。在该种情况下，预喷射也被执行。
然后，在步骤S20中，恢复温度上升标志reg1被设定到1，并且该流程被终止。
通过这样，从下次开始，由于在步骤S8中reg1＝1被确定，所以程序进到下面的步骤S27。
在步骤S27中，当通过扩散燃烧中的浓混合气状态DPF14的温度被升高时，在DPF14的排气口的氧浓度即空/燃比(DPF排气(outlet)λ)由氧浓度传感器26检测，并且进气节气门5被控制以使空/燃比变为理论配比。在该种情况下，如果DPF14在其上带有三元催化剂，则通过控制、三元催化的功能可被实现以使DPF排气(outlet)λ变为理论值。因此甚至在DPF14的温度升高期间也能够继续净化排气。
在步骤S28中，有DPF14温度传感器25检测的DPF14的温度被读出并且DPF14的温度是否超过PM的可燃温度T2被确定。
如果DPF14的温度还没有超过T2，则该流程立刻被终止并且DPF排气λ控制下的扩散燃烧中的浓混合气运转被继续。如果DPF14的温度超过T2，则程序进到步骤S29。
在步骤S29中，由于DPF14的温度已达到允许PM可燃的温度T2，所以DPF排气λ控制被终止。
在步骤S30中，在DPF的进气口的排气空/燃比(DPF进气(inlet)λ)被启动。也就是说，如图10所示，参照使用发动机速度Ne和燃油喷射量Q作为发动机运转状况参数和确定目标DPF进气λ以燃烧由此去除PM的图，进气节气门15被控制以获得目标DPF进气λ，由此向DPF14提供预定量的氧气并且烧尽聚积在DPF14的PM。由于DPF14的温度已达到PM的可燃温度，所以向DPF14提供氧气使得聚积在DPF14的PM立刻全被燃烧。与此同时，由于通过控制DPF进气λ可控制PM的燃烧速度，所以能够防止DPF14的熔化和燃烧。
在步骤S31中，由于DPF14已不在恢复温度上升条件内，所以该恢复温度上升标志reg1被设置为0。
在步骤S32中，由于DPF14符合恢复燃烧条件，所以恢复燃烧标志reg2被设定为1并且该流程被终止。
通过这样，从下次开始，由于在步骤S9中已确定reg2＝1，所以程序进到步骤S33(图4)。
在步骤S33中，由DPF温度传感器25检测的DPF14的温度被读出并且DPF14的温度是否低于温度T1(由于在DPF14的PM的燃烧已接近完成所以其不会引起不正常燃烧)被确定。
如果DPF14的温度还没有降到T1，则该流程立刻被终止，并且DPF进气λ控制被继续。这是因为由于非正常燃烧的可能性所以有必要继续DPF进气λ控制，以由此保持DPF进气λ在预定值，直到DPF14的温度低于温度T1。
如果DPF14的温度已降到T1之下，则程序进到步骤S34。
在步骤S34中，DPF进气λ控制被终止。
在步骤S35中，由于DPF14已不在恢复燃烧条件内，所以恢复燃烧标志reg2被设定为0并且该流程被终止。
在上述的步骤中，应当注意存储在控制单元20中的程序的步骤S11对应于用于确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间的净化时间确定部分。
还应当注意，存储在控制单元20中的程序的步骤S12对应于用于确定NOx捕集型催化剂13的激活条件的激活条件确定部分。
还应当注意，存储在控制单元20中的程序的步骤S13和S15构成用于控制净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx的排气空/燃比的空/燃比控制部分，和构成用于转换发动机1的燃烧模式的燃烧模式转换部分。
还应当注意，存储在控制单元20中的程序的步骤S18构成用于确定是否是执行DPF14的恢复的时间的恢复时间确定部分。
还应当注意，存储在控制单元20中的程序步骤S17对应于用于确定是否是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂的时间的S-毒化确定恢复时间。
还应当注意，存储在控制单元20中的程序步骤S19对应于用于控制从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂13的排气空/燃比的空/燃比控制部分。
从上述的步骤中应当理解当NOx捕集型催化剂所捕集的NOx被净化时和由于低排气温度所造成的催化剂13的活性较低时，在扩散燃烧模式下浓混合气运转被执行，由此使排气温度急剧地上升并且催化剂13被激活，因此能够净化聚积在催化剂13上的NOx，即从催化剂13释放捕集的NOx。此外，在催化剂温度较高的情况下和催化剂13被充分激活的条件下，在预混合燃烧模式下浓混合气运转被执行。这使得能够防止燃油消耗的恶化和保护催化剂13被过分加热，由此抑制催化剂13的恶化。
还应当理解在通过降低排气温度和使滞燃期延长所获得的燃烧模式中，通过提高预混合燃烧程度能够设定浓混合气状况，因此在不引起排烟的恶化的情况下能够设定浓混合气状况。此外，由于没有引起在预混合燃烧为浓混合气时和预混合燃烧为稀混合气时之间的任何燃烧的变化，所以能够设定预混合燃烧的浓混合气状况，而抑制在从浓混合气状况转换为稀混合气状况时，或从稀混合气状况转换为浓混合气状况时所引起的燃烧噪声的变化。
应当理解，为了恢复用于清除排气中的PM(即用于燃烧和由此去除DPF14所清除和聚积的PM)的滤清器14，需要在低氧气浓度条件下的高排气温度。因此，在扩散燃烧模式下的浓混合气状况下，DPF14的温度被升高。这使得能够在短时间内将DPF14的排气温度升高到目标值，并且将燃油消耗的恶化降到最小。
第2001-254517号日本专利申请的整个内容以参考方式被包含于此。
尽管以上参照本发明的某一实施例对本发明进行了描述，但本发明不限于上述的实施例。根据上述的教导，本领域的技术人员可对上述的实施例进行各种修改和变化。参照下面权利要求本发明的范围被限定。
权利要求
1.一种用于内燃发动机的排气净化系统，包括NOx捕集型催化剂，设置在发动机的排气管道中以当排气的空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，和当排气的空/燃比浓时释放捕集的NOx；和控制单元，用于根据NOx捕集型催化剂的激活条件控制NOx捕集型催化剂；该控制单元包括净化时间确定部分，用于确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；催化剂激活确定部分，用于确定NOx捕集型催化剂是否被激活；燃烧模式转换部分，用于根据发动机的运行状况在扩散模式和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；和空/燃比控制部分，用于控制空/燃比，以使当净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下排气空/燃比变浓，和使NOx捕集型催化剂被激活；以及使当净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
2.根据权利要求1的排气净化系统，其中燃烧模式转换部分包括燃烧温度控制部分，用于根据发动机的运行状况降低发动机的燃烧温度；滞燃期控制部分，用于在燃烧温度控制部分工作期间使滞燃期显著变长，从而获得由预混合模式和扩散燃烧模式中的一种模式所产生的热产生模式，通过燃烧温度控制部分和滞燃期控制部分获得预混合燃烧模式。
3.根据权利要求1的排气净化系统，还包括设置在排气管道中的滤清器，用于清除排气中的微粒(PM)，该控制单元还包括恢复时间确定部分，用于确定是否是执行滤清器的恢复的时间，其中该控制单元还包括空/燃比控制部分，用于控制排气空/燃比以使当是执行滤清器的恢复时在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓。
4.根据权利要求3的排气净化系统，其中该滤清器具有下列催化功能中的至少一种催化功能，即当置于稀空气时呈现氧化能力和置于浓空气时呈现还原能力的催化功能，和当置于稀空气时吸收NOx和当置于浓空气时还原而由此净化吸收的NOx的催化功能。
5.根据权利要求1的排气净化系统，其中催化剂激活确定部分具有检测部分，用于检测NOx捕集型催化剂的温度和根据NOx捕集型催化剂的温度确定是否激活NOx捕集型催化剂。
6.根据权利要求1的排气净化系统，其中催化剂激活确定部分具有估算部分，用于估算NOx捕集型催化剂的温度和确定是否激活NOx捕集型催化剂。
7.根据权利要求1的排气净化系统，其中当在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓时，空/燃比控制部分执行预喷射。
8.根据权利要求2的排气净化系统还包括发动机的进气节气门和EGR控制阀，当在预混合燃烧模式下排气空/燃比变浓时，空/燃比控制部分通过进气节气门和EGR控制阀控制排气空/燃比。
9.根据权利要求1的排气净化系统，其中控制单元还包括S-毒化恢复时间确定部分，用于确定是否是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂的时间；空/燃比控制部分用于控制排气空/燃比以当是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂的时间，在扩散燃烧模式下使空/燃比变浓。
10.一种内燃机的排气净化系统，包括设置在排气管道中的NOx捕集型催化剂，当排气空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，当排气空/燃比浓时释放捕集的NOx；净化时间确定装置，用于确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；催化剂激活确定装置，用于确定NOx捕集型催化剂是否被激活；燃烧模式转换装置，用于在扩散燃烧和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；用于控制的空/燃比控制装置，以使当是净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂被激活；以及使当是净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
11.一种内燃机的排气净化方法，该内燃机具有设置在排气管道中的NOx捕集型催化剂，以使当排气空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，和使当排气空/燃比浓时排出捕集的NOx，该排气净化方法包括确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；确定该NOx捕集型催化剂是否被激活；根据发动机的运行状况在扩散燃烧模式和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；和控制排气空/燃比，以使当是净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂被激活；以及使当是净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
12.根据权利要求11的排气净化方法，其中燃烧模式的转换包括根据发动机的运行状况降低发动机的燃烧温度，和在燃烧温度控制部分工作期间使滞燃期显著变长，以获得由预混合燃烧模式和扩散燃烧模式中的一种模式所产生的热产生模式，通过降低燃烧温度和使滞燃期变长获得预混合燃烧。
13.根据权利要求11的排气净化方法，其中该发动机还包括设置在排气管道中的滤清器以清除排气中的微粒(PM)，其中该排气净化方法还包括确定是否是执行滤清器的恢复的时间，和控制排气空/燃比，以使当是执行滤清器的恢复的时间在扩散燃烧模式排气空/燃比变浓。
14.根据权利要求11的排气净化方法，其中确定NOx捕集型催化剂是否被激活包括检测NOx捕集型催化剂的温度和根据NOx捕集型催化剂的温度确定NOx捕集型催化剂是否被激活。
15.根据权利要求11的排气净化方法，其中确定NOx捕集型催化剂是否被激活包括估算NOx捕集型催化剂的温度和根据估算的NOx捕集型催化剂的温度确定NOx捕集型催化剂是否被激活。
16.根据权利要求11的排气净化方法，其中排气空/燃比的控制包括当在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓时执行预喷射。
17.根据权利要求12的排气净化方法，其中该发动机还包括进气节气门和EGR控制阀，其中排气空/燃比的控制包括当在预混合燃烧模式下排气空/燃比变浓时，通过进气节气门和EGR阀控制排气空/燃比。
18.根据权利要求11的排气净化方法，其中还包括确定是否是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂的时间；和控制排气空/燃比，以使当是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂时间时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓。
19.一种用于内燃发动机的排气净化系统包括NOx捕集型催化剂，设置在发动机的排气管道中以当排气的空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，和当排气的空/燃比浓时释放捕集的NOx；和控制单元，用于根据NOx捕集型催化剂的激活条件控制NOx捕集型催化剂；该控制单元包括净化时间确定部分，用于确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；催化剂激活确定部分，用于确定NOx捕集型催化剂是否被激活；燃烧模式转换部分，用于根据发动机的运行状况在扩散模式和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；和空/燃比控制部分，用于控制空/燃比，以使当净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下排气空/燃比变浓，和使NOx捕集型催化剂被激活；以及使当净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
20.根据权利要求19的排气净化系统，其中燃烧模式转换部分包括燃烧温度控制部分，用于根据发动机的运行状况降低发动机的燃烧温度；滞燃期控制部分，用于在燃烧温度控制部分工作期间使滞燃期显著变长，从而获得由预混合模式和扩散燃烧模式中的一种模式所产生的热产生模式，通过燃烧温度控制部分和滞燃期控制部分可获得预混合燃烧模式。
21.根据权利要求19或20的排气净化系统，还包括设置在排气管道中的滤清器，用于清除排气中的微粒(PM)，该控制单元还包括恢复时间确定部分，用于确定是否是执行滤清器的恢复的时间，其中该控制单元还包括空/燃比控制部分，用于控制排气空/燃比以使当是执行滤清器的恢复时在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓。
22.根据权利要求21的排气净化系统，其中该滤清器具有下列催化功能中的至少一种催化功能，即当置于稀空气时呈现氧化能力和置于浓空气时呈现还原能力的催化功能，和当置于稀空气时吸收NOx和当置于浓空气时还原而由此净化吸收的NOx的催化功能。
23.根据权利要求19-22中的任何一个的排气净化系统，其中激活条件确定部分具有检测或估算部分，以检测或估算NOx捕集型催化剂的温度，和根据NOx捕集型催化剂的温度确定催化剂是否被激活。
24.根据权利要求19-23中任何一个的排气净化系统，其中当在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓时，空/燃比控制部分执行预喷射。
25.根据权利要求20的排气净化系统还包括发动机的进气节气门和EGR控制阀，当在预混合燃烧模式下排气空/燃比变浓时，空/燃比控制部分通过进气节气门和EGR控制阀控制排气空/燃比。
26.根据权利要求19-25的任何一个的排气净化系统，其中控制单元还包括S-毒化恢复时间确定部分，用于确定是否是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂的时间；空/燃比控制部分用于控制排气空/燃比以当是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂的时间，在扩散燃烧模式下使空/燃比变浓。
27.一种内燃机的排气净化系统，包括设置在排气管道中的NOx捕集型催化剂，当排气空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，当排气空/燃比浓时释放捕集的NOx；净化时间确定装置，用于确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；催化剂激活确定装置，用于确定NOx捕集型催化剂是否被激活；燃烧模式转换装置，用于在扩散燃烧和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；用于控制的空/燃比控制装置，以使当是净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂被激活；以及使当是净化NOx捕集型催化剂所捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
28.一种内燃机的排气净化方法，该内燃机具有设置在排气管道中的NOx捕集型催化剂，以使当排气空/燃比稀时捕集进入排气中的NOx，和使当排气空/燃比浓时排出捕集的NOx，该排气净化方法包括确定是否是净化由NOx捕集型催化剂所捕集的NOx的时间；确定NOx捕集型催化剂的激活状况；根据发动机的运行状况在扩散燃烧模式和预混合燃烧模式之间转换发动机的燃烧模式；和控制排气空燃比，以使当是净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂被激活；以及使当是净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓，和NOx捕集型催化剂不被激活。
29.根据权利要求28的排气净化方法，其中燃烧模式的转换包括根据发动机的运行状况降低发动机的燃烧温度，和在燃烧温度控制部分工作期间使滞燃期显著变长，以获得由预混合燃烧模式和扩散燃烧模式中的一种模式所产生的热产生模式，通过降低燃烧温度和使滞燃期变长获得预混合燃烧。
30.根据权利要求28或29的排气净化方法，其中该发动机还包括设置在排气管道中的滤清器以清除排气中的微粒(PM)，其中该排气净化方法还包括确定是否是执行滤清器的恢复的时间，和控制排气空/燃比，以使当是执行滤清器的恢复的时间在扩散燃烧模式排气空/燃比变浓。
31.根据权利要求28-30的任何一个的排气净化方法，其中确定NOx捕集型催化剂是否被激活包括检测或估算NOx捕集型催化剂的温度和根据NOx捕集型催化剂的温度确定NOx捕集型催化剂是否被激活。
32.根据权利要求28-31的任何一个的排气净化方法，其中排气空/燃比的控制包括当在扩散燃烧模式下排气空/燃比变浓时执行预喷射。
33.根据权利要求29的排气净化方法，其中该发动机还包括进气节气门和EGR控制阀，其中排气空/燃比的控制包括当在预混合燃烧模式下排气空/燃比变浓时，通过进气节气门和EGR阀控制排气空/燃比。
34.根据权利要求28-33的任何一个的排气净化方法，其中还包括确定是否是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂的时间；和控制排气空/燃比，以使当是执行从S-毒化恢复NOx捕集型催化剂时间时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓。
全文摘要
提供了一种用于内燃发动机(1)的排气净化系统，其包括NOx捕集型催化剂(13)和空/燃比控制器(20)，该空/燃比控制器(20)用于控制排气净化系统以使当是净化NOx捕集型催化剂捕集的NOx时，在预混合燃烧模式下，排气空/燃比变浓和NOx捕集型催化剂被激活(S13)，和使当是净化NOx捕集型催化剂的捕集的NOx时，在扩散燃烧模式下，排气空/燃比变浓和NOx捕集型催化剂不被激活(S15)。也提供一种排气净化方法。
文档编号F01N13/02GK1498305SQ02802050
公开日2004年5月19日 申请日期2002年7月26日 优先权日2001年8月24日
发明者北原靖久 申请人:日产自动车株式会社