内燃发动机的排气净化系统的制作方法

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：
本发明涉及具有设置于内燃发动机的排气通路的吸藏还原型N0x催化 剂的内燃发动机(内燃机)的排气净化系统。
背景技术：
在具有设置于内燃发动机的排气通路的吸藏还原型N0x催化剂(以下 简称为N0x催化剂)的内燃发动机的排气净化系统中，在排气的空燃比比 较高且NOx催化剂的周围气氛为氧化气氛时，排气中的N0x被吸藏(包藏) 于该N0x催化剂。此时，不仅N0x，排气中SOx也被吸藏于该NOx催化剂。
在要还原被吸藏于NOx催化剂的氧化物(NOx或SOx)时，需要使流入 NOx催化剂的排气(以下称作流入排气)的空燃比降低直到能够还原作为
还原对象的氧化物的值。
在日本特开2003-269155号公报中，公开了这样技术在N0x的还原
时，为了使流入排气的空燃比降低而向排气中添加还原剂时，调整吸气节 流阀(节气门)和/或EGR阀的开度以减少^A^空气量。通过减少^U^空气 量，可以使内燃发动机中的混合气的空燃比降低，从而可使排气的空燃比 降低。

发明内容
在要还原被吸藏于NOx催化剂的氧化物时，在通过将内燃发动机的燃 烧模式切换成该内燃发动机中混合气的空燃比低于不进行氧化物的还原时 的燃烧模式(以下称作低空燃比模式)而使排气的空燃比降低的情况下， 向该排气供给还原剂、由此使流入排气的空燃比进一步降低时，可以更有效地4吏氧化物还原。
在要通过将内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比模式而使排气的空 燃比降低的情况下，在从燃烧模式的切换开始后到排气的空燃比实际降低 为止，存在一定程度的响应延迟。因此，为了向空燃比降低了的排气供给 还原剂，需要在执行对排气供给还原剂之前执行内燃发动机的燃烧模式向 低空燃比模式的切换。但是，如果将内燃发动机的燃烧模式设为低空燃比 模式的期间过长时，则存在导致燃料消耗率(燃料经济性)、排气排放、 燃烧噪音的恶化问题。
本发明是考虑上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够将吸藏于
N0x催化剂的氧化物更佳地还原的技术。
本发明，在对吸藏于NOx催化剂的氧化物进行还原时，将内燃发动机 的燃烧模式切换成低空燃比模式，并且，在排气的空燃比由于该燃烧模式 的切换而降低了的时刻执行向排气的还原剂的供给。
更具体地，根据本发明的内燃发动机的排气净化系统，其特征在于， 包括
设置于内燃发动机的排气通路的吸藏还原型N0x催化剂；
将所述内燃发动机的燃烧模式切换成所述内燃发动机的混合气的空燃 比低的低空燃比模式的燃烧模式切换单元；
向在该吸藏还原型N0x催化剂的上游侧的所述排气通路内流动的排气 中供给还原剂的还原剂供给单元；和
执行使吸藏于所述吸藏还原型N0x催化剂的氧化物还原的还原控制的 还原执行单元；
所述还原执行单元，通过由所述燃烧才莫式切换单元将所述内燃发动机 的燃烧模式切换成低空燃比模式、并且在排气的空燃比由于该燃烧才莫式的
执行还原控制。
在此，所谓低空燃比模式，是与不进行吸藏于NOx催化剂的氧化物的 还原的情况下的燃烧模式即通常燃烧模式相比，内燃发动机中的混合气的空燃比低的燃烧模式。在内燃发动机的燃烧模式为通常燃烧模式的情况下， 可以基于内燃发动机运行状态来设定内燃发动机中的混合气的空燃比。在 本发明中，在还原控制的执行时，与通过将内燃发动机的燃烧模式切换成 低空燃比模式而排气的空燃比降低了的定时一致地，执行由还原剂供给单 元进行的向排气的还原剂的供给。因此，可以尽可能地使得使内燃发动机 的燃烧模式设为低空燃比模式的期间变短，并且可以使流入排气的空燃比 充分地降低。
因此，根据本发明，可以抑制由于使内燃发动机的燃烧模式设为低空 燃比模式的期间过长而造成的燃料消耗率及排放、燃烧噪音的恶化的发生，
并且可以将吸藏于NOx催化剂中的氧化物还原。即，可以更佳地还原吸藏 于N0x催化剂中的氧化物。
在本发明中，在还原执行单元作为执行将吸藏于N0x催化剂的N0x还 原的NOx还原控制的单元的情况下，还可包括算出来自内燃发动机的N0x 排出量的、从执行了前一次的N0x还原控制时起的累计量即累计N0x排出 量的累计N0x排出量算出单元；和基于在累计N0x排出量和作为执行N0x 还原控制的阈值的预定N0x排出量之间的差的减少速度，预测累计N0x排 出量达到预定N0x排出量的时刻即第一预定时刻的第一预测单元。在该情 况下，还原执行单元，可在由第一预测单元预测的第一预定时刻之前的、 以便在该第一预定时刻排气的空燃比降低的定时，由燃烧才莫式切换单元将 内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比模式、并且在第一预定时刻执行由 还原剂供给单元进行的还原剂的供给。
在吸藏于N0x催化剂的N0x通过执行N0x还原控制而,皮暂时还原后， 随着时间的经过，伴随着累计NOx排出量的增加，N0x催化剂中的N0x吸 藏量再度增加。在此，所谓预定N0x排出量，是当累计NOx排出量达到该 预定N0x排出量时可以判定N0x催化剂中的N0x吸藏量达到了执行N0x还 原控制的阈值的值。
伴随着累计N0x排出量的增加，累计N0x排出量和预定N0x排出量之 间的差逐渐减少。因此，基于二者的差的减少速度，可以预测累计N0x排出量达到预定N0x排出量的时刻即第一预定时刻。
从而，在上述内容中，考虑从将内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃 比模式起至排气的空燃比实际降低为止的响应延迟时间，在比由第 一预测 单元预测的第一预定时刻之前的定时，即以便在该第一预定时刻排气的空 燃比降低的定时执行该燃烧模式的切换。从而，在第一预定时刻执^f亍由还 原剂供给单元进行的还原剂的供给。而且，可以通过实验等预先求出从将 内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比模式起至排气的空燃比实际降低为 止的响应延迟时间。
根据以上所述，可以通过与将内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比 模式使得排气的空燃比降低了的定时一致地，执行由还原剂供给单元进行 的向排气的还原剂的供给。进而，可以尽可能地在累计NOx排出量达到了 预定NOx排出量的定时使流入排气的空燃比充分地降低。由此，可以将吸 藏于N0x催化剂中的N0x还原。
在本发明中，还可包括根据内燃发动机的运行状态设定预定NOx排 出量的预定NOx排出量设定单元。在该情况下，在内燃发动机的运行状态 成为过渡运行状态(瞬态)时，预定N0x排出量与N0x排出量一起也发生 变化。在该情况下，存在累计N0x排出量和预定N0x排出量的差的减少速 度急剧增大的问题。如果累计N0x排出量和预定N0x排出量的差的减少速 度这样急剧变化，则基于该减少速度精确地预测第一预定时刻是困难的。
于是，在上述情况下，累计N0x排出量和预定N0x排出量的差的减少 速度为预定速度以上时，可以禁止由还原执行单元进行的内燃发动机的燃 烧模式向低空燃比模式的切换。在此，所谓预定速度，是内燃发动机的运 行状态为过渡运行状态、且可判断为累计N0x排出量和预定N0x排出量的 差的减少速度为难以基于该减少速度高精度地预测第一预定时刻那样的急 剧增大时的阈值。
由此，即使是将内燃发动机的燃烧模式向低空燃比模式切换了，在排 气的空燃比降4氐的时刻也不能成为累计N0x排出量实际上到达了预定N0x 排出量的定时的情况下，可以抑制执行燃烧模式的切换。在本发明中，在还原执行单元是执行将吸藏于N0x催化剂的N0x还原 的NOx还原控制的单元的情况下，且还包括算出累计NOx排出量的累计 NOx排出量算出单元的情况下，还原执行单元，在累计NOx排出量达到了 预定NOx排出量时，由燃烧模式切换单元将内燃发动机的燃烧模式切换成 低空燃比模式，然后，在排气的空燃比降低了的时刻，执^f亍由还原剂供给 单元进行的还原剂的供给。
即使是这样，也可以与通过将内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比 模式使排气的空燃比降低了的定时一致地，执行由还原剂供给单元进行的 向排气的还原剂的供给。
在本发明中，在还原执行单元是执行将吸藏于NOx催化剂的SOx还原 的SOx还原控制的单元的情况下，可还包括算出NOx催化剂中被氧化的 还原剂的量的、从执行了前一次的SOx还原控制时起的累计量即累计氧化 还原剂量的累计氧化还原剂量算出单元；算出为了将NOx催化剂的温度设 为目标温度而需要在前述NOx催化剂中氧化的还原剂的量的、从执行了前 一次的SOx还原控制时起的累计量即累计要求还原剂量的累计要求还原剂 量算出单元；和基于在累计氧化还原剂量和累计要求还原剂量之间的差的 减少速度，预测累计氧化还原剂量和累计要求还原剂量一致的时刻即第二 预定时刻的第二预测单元。在该情况下，还原执行单元，可在由第二预测 单元预测的第二预定时刻之前的定时，即以便在该第二预定时刻排气的空 燃比降低的定时，由燃烧模式切换单元将内燃发动机的燃烧模式切换成低 空燃比模式、并且在第二预定时刻执行由还原剂供给单元进行的还原剂的 供给。
在还原吸藏于NOx催化剂的SOx的情况下，需要—吏流入排气的空燃比 降低并且使NOx催化剂的温度上升。由在该NOx催化剂中还原剂被氧化而 产生的氧化热，4吏N0x催化剂的温度上升。于是，在此，所谓目标温度，
化剂的平均温度为该目标温度时，则可以判断为通过执行SOx还原控制而 使流入排气的空燃比充分降低从而将吸藏于NOx催化剂中的SOx还原的值。在SOx还原控制的执行期间中，累计氧化还原剂量急剧增加。从而， 在之后的S0x还原控制的停顿期间中，虽然不进行由还原剂供给单元进行 的向排气的还原剂的供给，但是，在S0x还原控制的执行期间中附着于N0x 催化剂的还原剂发生氧化。因此，在S0x还原控制的停顿期间中附着于N0x 催化剂的还原剂发生氧化的期间，累计氧化还原剂量也增加。但是，在S0x 还原控制的停顿期间中的累计氧化还原剂量的增加速度与S0x还原控制的 执行期间中相比非常小。
此外，在S0x还原控制的执行期间中，N0x催化剂的温度从比目标温 度小的状态急剧上升而变得比目标温度高。从而，在之后的S0x还原控制 的停顿期间中，N0x催化剂的温度逐渐降低而变得比目标温度低。从而， 在S0x还原控制的执行开始起S0x还原控制的执行期间中和S0x还原控制 的停顿期间中，累计要求还原剂量逐渐增加。
若累计氧化还原剂量和累计要求还原剂量像上述那样推移，在S0x还 原控制的停顿期间中，累计氧化还原剂量和累计要求还原剂量之间的差逐 渐减少。从而在累计氧化还原剂量和累计要求还原剂量达到了 一致的时刻， 通过使排气的空燃比降低并且由还原剂供给单元供给还原剂，就可将吸藏 于N0x催化剂的S0x还原。
于是，在本发明中，基于累计氧化还原剂量和累计要求还原剂量的差 的减少速度来预测作为累计氧化还原剂量和累计要求还原剂量一致的时刻 的第二预定时刻。从而，考虑从将内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比 模式起至排气的空燃比实际降低为止的响应延迟，在比由第二预测单元预 测的第二预定时刻之前的定时，即以便在该第二预定时刻排气的空燃比降 低的定时执行该燃烧模式的切换。进而，在第二预定时刻执行由还原剂供 给单元进行的还原剂的供给。
根据以上所述，可以与上述NOx还原控制的情况下同样地，通过与将 内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比模式使得排气的空燃比降低了的定 时一致地，执行由还原剂供给单元进行的向排气的还原剂的供给。进而， 可以将S0x还原控制的执行期间中和S0x还原控制的停顿期间中的N0x催化剂的平均温度设为目标温度，并且，可以在累计氧化还原剂量和累计要 求还原剂量一致的定时使流入排气的空燃比充分地降低，从而可以将吸藏
于N0x催化剂中的S0x还原。


图1是示出实施例1的内燃发动机及其排气系统的概略结构的图； 图2是表示关于实施例1的、来自内燃发动机的NOx排出量的累计值
和由燃料添加阀进行的燃料添加的有无、EGR阀的开度、发动机排气的空
燃比、流入排气的空燃比的推移的时间图3是示出关于实施例1的NOx还原控制的例程的流程图； 图4是示出关于实施例2的NOx还原控制的例程的流程图； 图5是表示关于实施例3的、由燃料添加阀进行的燃料添加的有无和
N0x催化剂的温度、EGR阀的开度、累计氧化燃料量、累计要求燃料量、EGR
阀的开度、发动机排气的空燃比、流入排气的空燃比的推移的时间图； 图6是示出关于实施例3的S0x还原控制的例程的流程图。
具体实施例方式
下面基于附图对本发明所涉及的内燃发动机的排气净化系统的具体实 施例进行说明。 <实施例1>
图l是示出本实施例的内燃发动机及其排气系统的概略结构的图。内 燃发动机1是具有4个气缸2的车辆驱动用柴油机。对各气缸2分别设置 有将燃料直接喷射到该气缸2内的燃料喷射阀3.
内燃发动机1上连接有进气歧管5和排气歧管7。进气通路4的一端 连接于进气歧管5。排气通路6的一端连接于排气歧管7。在排气歧管7 上设置有向排气中添加燃料的燃料添加阀14。而且，在本实施例中，燃料 添加阀14相当于本发明的还原剂供给单元(构件)。
在进气通路4上，设置有涡轮增压器(turbo charger ) 8的压缩机8a。在排气通路6上，设置有涡轮增压器8的涡轮8b (turbine,汽轮机)。
在进气通路4的压缩机8a的上游侧，设置有空气流量计18和节气门 10。在排气通路6的涡轮8b下游侧，设置有N0x催化剂9。而且，在排气 通路6的在涡轮8b下游一侧、并且在N0x催化剂9的上游侧，设置有检测 排气的空燃比的空燃比传感器15和检测排气的温度的上游侧温度传感器 16。而且，在排气通路6的N0x催化剂9的下游一侧，设置有检测排气的 温度的下游侧温度传感器17。
在本实施例的内燃发动机1上，设置有将排气的一部分作为EGR气体 导入进气系统的EGR装置11。该EGR装置11，具有一端与排气歧管7连接 而另一端与进气歧管5连接的EGR通路12。 EGR气体从排气歧管7经由该 EGR通路12被导入进气歧管5。而且，在EGR通路12上，i殳置有对被导入 进气歧管5的EGR气体量进行控制的EGR阀13。
在内燃发动机1上还同时设置有电子控制单元(ECU) 20。空气流量计 18和空燃比传感器15、上游侧温度传感器16、下游侧温度传感器17电连 接于ECU20。它们的输出信号被输入ECU20。 ECU20基于温度传感器16的 检测值推定N0x催化剂9的温度。
而且，节气门IO和燃料喷射阀3、燃料添加阀14、 EGR阀13电连接 于EC訓,从而由ECU20控制。
<NOx还原控制>
在本实施例中，为了将吸藏于NOx催化剂9的NOx还原，执行NOx还 原控制。在本实施例所涉及的NOx还原控制中，通过使被导入进气歧管5 的EGR气体量增加，从而使内燃发动机l中的混合气的空燃比降低，由此， 使从内燃发动机1排出的排气(以下称作发动机排气)的空燃比降低。而 且，通过从燃料添加阀14添加成为还原剂的燃料，使流入NOx催化剂9 的流入排气的空燃比相比发动机排气的空燃比进一步降低。如此，通过在
得流入排气的空燃比进而降低，由此，能够更有效地使吸藏于NOx催化剂 9的NOx还原。在此，关于本实施例所涉及的NOx还原控制的更具体的方法，基于图 2所示的时间图进行说明。图2是表示来自内燃发动机1的N0x排出量的 累计值egnoxsum和由燃料添加阀14进行的燃料添加的有无、EGR阀13的 开度Vegr、发动机排气的空燃比Rgaseg、流入排气的空燃比Rgasca的推 移的时间图。而且，图2示出内燃发动机1的运行状态为稳定运行的情况。
在本实施例中，从执行了 N0x还原控制的时刻，即吸藏于N0x催化剂 9的N0x被还原了的时刻(图2中的(a))起，对来自内燃发动机1的NOx 排出量进行累计。来自内燃发动机1的NOx排出量可以基于吸入空气量和
燃料喷射量等而推定。
作为NOx排出量的累计值的累计NOx排出量egnoxsum，从时刻(a)起 随着时间的经过而增加。随着累计NOx排出量egnoxsum增加，NOx催化剂 9中的NOx吸藏量增加。累计NOx排出量egnoxsum到达预定NOx排出量 egnoxrq时，判断为NOx催化剂9中的NOx吸藏量达到了执行NOx还原控 制的阈值。
而且，在本实施例中，预定NOx排出量egnoxrq根据内燃发动机l的 运行状态而确定。内燃发动机1的发动机负荷越高，则从该内燃发动机l 排出的NOx的量越多。因此，内燃发动机l的发动机负荷越高，则将预定 NOx排出量egnoxrq设定为越大的值。通过将预定NOx排出量egnoxrq i殳 得较大，可以抑制NOx还原控制的执行停顿(休止)期间变得过短。结果， 可以抑制伴随着NOx还原控制的执行的燃料消耗率的恶化。
在此，将累计N0x排出量egnoxsum达到预定N0x排出量egnoxrq的时 刻(图2中的(b))设为第一预定时刻。为了在该第一预定时刻使流入排 气的空燃比Rgasca降^f氐，通过将EGR阀13向开阀方向控制以增加EGR气 体量，从而使内燃发动机l中的混合气的空燃比降低，并且进行由燃料添 加阀14执行的向排气的燃料添加。
当内燃发动机1中的混合气的空燃比降低时，发动机排气的空燃比 Rgaseg降低。但是，从将EGR阀13控制成开阀方向后至发动机排气的空 燃比Rgaseg降低为止的期间，存在响应延迟。于是，在本实施例中，在NOx排出量egnoxsum到达预定NOx排出量egnoxrq之前，基于NOx排出量 egnoxsum和预定NOx排出量egnoxrq的差Aegnox的减少速度,来预观'J第 一预定时刻。从而，与预测的第一预定时刻相比，在早一个从将EGR阀13 向开阀方向控制起至发动机排气的空燃比Rgaseg降低为止的响应延迟时 间Ate的定时(时刻，timing ),将EGR阀13向开阀方向控制。而且，响 应延迟时间△ te可通过实验等预先求出。
由此，在第一预定时刻，发动机排气的空燃比Rgaseg成为降低了的状 态。从而，在第一预定时刻，执行由燃料添加阀14执行的向排气的燃料添 加。
结果，可以与通过将EGR阀13向开阀方向控制以增加EGR气体量从而 发动机排气的空燃比Rgaseg降低了的时刻相一致地，执行由燃料添加阀 l4执行的向排气的燃料添加。从而，在累计NOx排出量egnoxsum达到预 定NOx排出量egnoxrq的时刻，可使流入排气的空燃比Rgasca充分降低， 由此，可将吸藏于NOx催化剂9的NOx还原。
从而，根据本实施例，可将为了佳发动机排气的空燃比Rgaseg降低而 使内燃发动机l中的混合气的空燃比降低的期间尽可能地缩短，同时可以 使流入排气的空燃比Rgasca充分降低。由此，可抑制由于使内燃发动机l 中的混合气的空燃比降低的期间过剩地变长而造成产生燃料消耗率、排气 排放、燃烧噪音的恶化，同时可以将吸藏于NOx催化剂9的N0x还原。
〈过渡运行时的NOx还原控制>
如上所述，在本实施例中，预定NOx排出量egnoxrq根据内燃发动机 1的运行状态而确定。因此，当内燃发动机1的运行状态成为过渡运行状 态时，预定NOx排出量egnoxrq与来自内燃发动机l的NOx排出量都发生 变化。此时，会发生累计NOx排出量egnoxsum和预定NOx排出量egnoxrq 的差的减少速度急剧增大的问题。如此当累计NOx排出量egnoxsum和预定 NOx排出量egnoxrq的差的减少速度急剧变化时，则难以基于该减少速度 以高精度预测第一预定时刻。
于是，在本实施例中，在累计NOx排出量egnoxsum和预定NOx排出量egnoxrq的差的减少速度为预定速度以上时，禁止用于使内燃发动机1中 的混合气的空燃比降低的对EGR阀13的向开阀方向的控制。即，禁止使 EGR气体量增加而使发动机排气的空燃比Rgaseg降低。在此，所谓预定速 度，是指内燃发动机的运行状态为过渡运行状态、且可判断为累计N0x排 出量和预定N0x排出量的差的减少速度为难以基于该减少速度高精度地预 测第 一预定时刻那样的急剧增大时的阈值。
在累计N0x排出量egnoxsum达到预定N0x排出量egnoxrq时，通过仅 执行由燃料添加阀14进行的向排气中的燃料添加，使流入排气的空燃比 Rgasca降低。由此，也可以将吸藏于N0x催化剂9的N0x还原。但是，与 使发动机排气的空燃比Rgaseg降低并且执行由燃料添加阀14进行的燃料 添加的情况下相比，N0x的还原效率减低。
根据以上所述，在即使为了使内燃发动机l中的混合气的空燃比降低 而使EGR气体量增加时，发动机排气的空燃比Rgaseg降低的时刻也不能成 为累计N0x排出量egnoxsum到达了预定N0x排出量egnoxrd的定时的情况 下，可以通过执行EGR阀13朝开阀方向的控制来进行抑制。
而且，在本实施例中，通过将EGR阀13朝开阀方向控制以使EGR气体 量增加的燃烧才莫式，相当于本发明中的低空燃比才莫式。在内燃发动机l的 燃烧模式为通常燃烧模式的情况下(不进行N0x还原控制的情况)，EGR 阀13的开度是基于内燃发动机1的运行状态来设定。通过将EGR阀13的 开度设定成比内燃发动机1的燃烧模式为通常燃烧模式时所设定的开度 大，将内燃发动机1的燃烧模式切换成低空燃比模式。
〈N0x还原控制的例程〉
在此，基于图3所示的流程图说明本发明的N0x还原控制的例程。本 例程预先存储于ECU20，在内燃发动机1的运行中以预定的间隔执行。而 且，在本实施例中，执行本例程的ECU20，相当于本发明的还原执行单元。
在本例程中，ECU20，首先在S101中，基于内燃发动机l的运行状态 设定预定NOx排出量egnoxrq。在本实施例中，执行该S101的ECU20，相 当于本发明的预定N0x排出量i殳定单元。接着，ECU20进行到S102,算出累计NOx排出量egnoxsum。在本实施 例中，执行该S102的ECU20，相当于本发明的累计NOx排出量算出单元。
接着，ECU20进行到S103,通it^预定NOx排出量egnoxrq减去累计 NOx排出量eg親sum，而算出它们的值的差Aegnox。
接着，ECU20进行到S104，算出预定NOx排出量egnoxrq和累计NOx 排出量egnoxsum的差厶egnox的减少速度(以下简称作减少速度)vnox。
接着，ECU20进行到S105,判定减少速度vnox是否为预定速度vnoxO 以上。在该S104中，在判定为肯定的情况下，ECU20进行到S106，在判定 为否定的情况下，ECU20进行到Slll。
进行到S106的ECU20,基于减少速度vnox，推定作为累计NOx排出量 egnoxsum达到预定NOx排出量egnoxrq的时刻的第一预定时刻tl。在本实 施例中，执行该S106的ECU20，相当于本发明的第一预测单元。
接着，ECU20进行到S107，判定是否成为了比在S106推定的第一预定 时刻tl早一个从将EGR阀13朝开阀方向控制起到发动机排气的空燃比 Rgaseg降低为止的响应延迟期间Ate的时刻。在该S107中，在判定为肯 定的情况下，ECU20进行到S108,在判定为否定的情况下，ECU20返回到 SlOl。
在S108中，ECU20使EGR阀13的开度Vegr增加。即，将EGR阀13 朝开阀方向控制。由此，导入内燃发动机l的EGR气体量增加，内燃发动 机l中的混合气的空燃比降低。在本实施例中，执行该S108的ECU20，相 当于本发明的燃烧模式切换单元。
接着，ECU20进行到S109,判定累计NOx排出量egnoxsum是否达到了 预定NOx排出量egnoxrq。即判定是否成为了第一预定时刻tl。在该S109 中，在判定为肯定的情况下，ECU20进行到SllO，在判定为否定的情况下， ECU20重复S109。
在SllO中，ECU20执行由燃料添加阀14进行的向排气中的燃料添加。 然后，ECU20暂时终止本例程的执行。
另一方面，进行到Slll的ECU20,禁止EGR阀13的开度的增加。即，禁止EGR阀13的向开阀方向的控制。接着，ECU20进行到S109。
根据以上说明的例程，在NOx还原控制中，通过使EGR气体量增加以 使内燃发动机1中的混合气的空燃比降低的情况下，在第一预定时刻tl 前的定时(timing,时刻)即以便在该第一预定时刻tl发动机的空燃比 Rgaseg降低的定时，将EGR阀13朝开阀方向控制。由此，在累计NOx排 出量egnoxsum达到预定NOx排出量egnoxrq的定时可以佳发动机的空燃比 Rgaseg降低。此外，与使发动机的空燃比Rgaseg降低的定时一致地，执 行由燃料添加阀14进行的燃料添加。
而且，在内燃发动机l的运行状态成为过渡状态、NOx减少速度vnox 急剧变化时，禁止EGR气体量增加，仅通过由燃料添加阀14进行的向排气 的燃料添加，来执行NOx还原控制。
而且，在本实施例中，在NOx减少速度vnox为预定速度vnoxO以上的 情况下，也可以与EGR阀13朝开阀方向的控制一起也禁止执行由燃料添加 阀14进行的向排气中的燃料添加。即，也可以禁止执行NOx还原控制本身。 在该情况下，在内燃发动机1的运行状态从过渡运行变化到稳定运行之后， 执行NOx还原控制。 (实施例2 )
本实施例的内燃发动机及其进排气系统的概略构成与实施例1相同， 所以省略其说明。而且，在本实施例的NOx还原控制中，也与实施例l相 同，通过使EGR气体量增加以使内燃发动机1中的混合气的空燃比降低， 由此使该发动机排气的空燃比降低。在佳发动才几排气的空燃比降低的1^出 上，通过从燃料添加阀14添加燃料，使流入NOx催化剂9的流入排气的空 燃比比发动机排气的空燃比进一步地降低。
〈NOx还原控制例程〉
在此，基于图4所示的流程图说明本发明的N0x还原控制的例程。本 例程预先存储于ECU20,在内燃发动机1的运行中以预定的间隔执行。而 且，在本实施例中，执行本例程的ECU20，相当于本发明的还原执行单元。
在本例程中，ECU20，首先在S201中，基于内燃发动机l的运行状态设定预定NOx排出量egnoxrq。在本实施例中，执行该S201的ECU20,相 当于本发明的预定N0x排出量设定单元。
接着，ECU20进行到S202,算出累计NOx排出量egnoxsum。在本实施 例中，执行该S202的ECU20，相当于本发明的累计NOx排出量算出单元。
接着，ECU20进行到S203，判定累计NOx排出量egnoxsum是否达到了 预定NOx排出量egnoxrq。即判定是否成为了上述第一预定时刻tl。在该 S203中，在判定为肯定的情况下，ECU20进行到S204,在判定为否定的情 况下，ECU20返回S201。
进行到S204的ECU20使EGR阀13的开度Vegr增加。即，将EGR阀 13朝开阀方向控制。由此，导入内燃发动机1的EGR气体量增加。在本实 施例中，执行该S204的ECU20,相当于本发明的燃烧模式切换单元。
接着，ECU20进行到S205，判定从使EGR阀13的开度Vegr增加的时 刻起的经过时间△ t是否达到了从将EGR阀13的开度Vegr增加起至发动 机排气的空燃比Rgaseg降低为止的响应延迟时间厶te。在该S205中，在 判定为肯定的情况下，ECU20进4亍到S206，在判定为否定的情况下，ECU20 重复S205。
在S206中，ECU20执行由燃料添加阀14进行的向排气中的燃料添加。 然后，ECU20暂时终止本例程的执行。
才艮据以上说明的例程，在累计NOx排出量egnoxsum达到预定NOx排出 量egnoxrq的时刻，将EGR阀13朝开阀方向控制，4吏EGR气体量增加。从 而，在从将EGR阀13朝开阀方向控制起经过了响应延迟时间Ate的时刻， 执行由燃料添加阀14进行向排气中的燃料添加。
由此，与实施例1同样地，与佳发动机的空燃比Rgaseg降低的定时一 致地，执行由燃料添加阀14进行的燃料添加。 (实施例3 )
本实施例的内燃发动机及其进排气系统的概略构成与实施例1相同， 所以省略其"^兌明。 <SOx还原控制>在本实例中，为了还原被吸藏于N0x催化剂9中的S0x，执行S0x还 原控制。在使吸藏于N0x催化剂9中的S0x还原的情况下，需要使流入排 气的空燃比降低并且使N0x催化剂9的温度上升。由在该N0x催化剂9中 排气中的燃料4皮氧化而产生的氧化热，使N0x催化剂9的温度上升。于是， 在本实施例的S0x还原控制中，与实施例1和2的N0x还原控制一样，通 过使被导入进气歧管5的EGR气体量增加，使内燃发动机1中的混合气的 空燃比降低，4吏发动机排气的空燃比降低。进而，通过从燃料添加阀14 添加燃料，使流入N0x催化剂9的流入排气的空燃比相比发动机排气的空 燃比进一步降低，并且向N0x催化剂9供给燃料。由此，能够更有效地还 原被吸藏于N0x催化剂9的S0x。
在此，关于本实施例所涉及的SOx还原控制的更具体的方法，基于图 5所示的时间图进行说明。图5是表示由燃料添加阀14进行的燃料添加的 有无和N0x催化剂9的温度、EGR阀13的开度Vegr、累计氧化燃料量 Qofsum、累计要求燃料量Sofrqsum、 EGR阀13的开度Vegr、发动机排气 的空燃比Rgaseg、流入排气的空燃比Rgsca的推移的时间图。
在此，累计氧化燃料量Qofsum，是在N0x催化剂9中被氧化的燃料的 量的SOx还原控制被执行的时刻(图5中的(c))起的累计量。此外，累 计要求燃料量Sof rqsum，是了为使N0x催化剂9的温度Tc成为目标温度 Tct而执行了在N0x催化剂9中需要氧化的燃料的量的S0x还原控制的时 刻(图5中的(c))起的累计量。所谓目标温度Tct，是当在S0x还原控 制的执行期间中和S0x还原控制的停顿期间中的N0x催化剂9的平均温度 为该目标温度Tct时，可以判断为通过执行S0x还原控制而使流入排气的 空燃比Rgsca充分降低从而将吸藏于N0x催化剂9的S0x还原的值。该目 标温度Tct基于实验等而预先确定。
如图5所示，在S0x还原控制中，由燃料添加阀14进行的向排气的燃 料添加分多次间歇地执行。执行由该燃料添加阀14进行的间歇的燃料添加 的期间被预先确定。在S0x还原控制的执行期间中，由于燃料被供给N0x 催化剂9，所以累计氧化燃料量Qofsum急剧增加。从而，在之后的S0x还原控制的停顿期间中，虽然不进行由燃料添加阀14进行的向排气的燃料添 加，但是，在S0x还原控制的执行期间中附着(吸附)于N0x催化剂9的 燃料发生氧化。因此，在S0x还原控制的停顿期间中附着于N0x催化剂9 的燃料发生氧化的期间，累计氧化燃料量Qofsum也增加。但是，在S0x 还原控制的停顿期间中的累计氧化燃料量Qof sum的增加速度与S0x还原控 制的执行期间中相比非常小。
此外，在SOx还原控制的执行期间中，N0x催化剂9的燃料的氧化受 到促进，所以N0x催化剂9的温度Tc从比目标温度Tct小的状态急剧上升 而变得比目标温度Tct高。从而，在之后的SOx还原控制的停顿期间中， N0x催化剂9的温度Tc逐渐降低而变得比目标温度Tct低。从而，在S0x
期间中，累计要求燃料量Sofrqsum逐渐增加。
在本实施例中，由于累计氧化燃料量Qofsum和累计要求燃料量 Sofrqsum像上述那样推移，所以在S0x还原控制的停顿期间中，累计氧化 燃料量Qofsum和累计要求燃料量Sofrqsum之间的差逐渐减少。从而在累 计氧化燃料量Qof sum和累计要求燃料量Sofrqsum —致的时刻(图5中的 (d))，通过使发动机排气的空燃比Rgaseg降低并且执行由燃料添加阀 14进行的间歇的燃料添加，来执行S0x还原控制。在此，将累计氧化燃料 量Qof sum和累计要求燃料量Sof rqsum —致的时刻i殳为和第二预定时刻。
如上所述，从将EGR阀13向开阀方向控制起至发动机排气的空燃比 Rgaseg降低为止的期间，存在响应延迟。于是，在本实施例中，在累计氧 化燃料量Qofsum和累计要求燃料量Sof rqsum —致之前，基于累计氧化燃 料量Qofsum和累计要求燃料量Sof rqsum的差AQof的减少速度来预测第 二预定时刻。从而，相比预测的第二预定时刻，在早一个从将EGR阀13 朝开阀方向控制起到发动机排气的空燃比Rgaseg降低为止的响应延迟期 间Ate的定时，将EGR阀13朝开阀方向控制。而且，通过实验等来预先 确定响应延迟期间△ te。
由此，在第二预定时刻，成为发动机排气的空燃比Rgaseg降低了的状态。从而，在第二预定时刻，执行由燃料添加阀14进行的向排气的间歇的 燃料添力口。
其结果，与实施例1中的NOx还原控制的情况下相同，与通过将EGR 阀13朝开阀方向控制使EGR气体量增加而使得发动机排气的空燃比 Rgaseg降低了的定时一致地，执行由燃料添加阀14进行的向排气的燃料 添加。从而，可以将SOx还原控制的执行期间中和SOx还原控制的停顿期 间中的N0x催化剂9的平均温度设为目标温度Tct，并且，可以在累计氧 化燃料量Qof sum和累计要求燃料量Sof rqsum —致了的定时使流入排气的 空燃比Rgaseg充分地降低，从而可以将吸藏于N0x催化剂9的S0x还原。
因此，根据本实施例，可使得为了佳发动机排气的空燃比Rgaseg降低 而使得使内燃发动机l中的混合气的空燃比降低的期间尽可能地变短，并 且可以使流入排气的空燃比Rgasca充分地降低。由此，可以抑制由于使内 燃发动机1中的混合气的空燃比降低的期间过长而造成的燃料消耗率及排 放、燃烧噪音的恶化的发生，并且可以将吸藏于NOx催化剂9的S0x还原。
<S0x还原控制的例程〉
在此，基于图6所示的流程图说明本实施例的SOx还原控制的例程。 本例程预先存储于ECU20，在内燃发动机1的运行中以预定的间隔执行。 而且，在本实施例中，执行本例程的ECU20,相当于本发明的还原执行单 元。
在本例程中，ECU20,首先在S301中，判定是否处于S0x还原控制的 停顿期间中。在该S301中，在判定为肯定的情况下，ECU20进行到S302, 在判定为否定的情况下，ECU20暂时结束本例程的执^f亍。
在S302中，ECU20算出从执行了前次的SOx还原控制的时刻起的累计 氧化燃料量Qofsum。在本实施例中，执行该S302的ECU20,相当于本发明 的累计氧化还原剂量算出单元。
接着，ECU20进行到S303,算出从执行了前次的SOx还原控制的时刻 起的累计要求燃料量Qofrqsum。在本实施例中，执行该S303的ECU20，相 当于本发明的累计要求还原剂量算出单元。接着，ECU20进行到S304，通过从累计氧化燃料量Qofsum减去累计要 求燃料量Qof rqsum算出这两个值之间的差△ Qof 。
接着，ECU20进行到S305,算出累计氧化燃料量Qofsum和累计要求燃 料量Sofrqsum的差AQof的减少速度(以下筒称作减少速度)vof。
接着，ECU20进行到S306,基于减少速度vof，推定累计氧化燃料量 Qofsum和累计要求燃料量Sofrqsum—致的时刻即第二预定时刻t2。在本 实施例中，执行该S306的ECU20,相当于本发明的第二预测单元。
接着，ECU20进行到S307，判定是否成为了相比在S306推定的第二预 定时刻t2早一个从将EGR阀13朝开阀方向控制起到发动机排气的空燃比 Rgaseg降^氐为止的响应延迟期间Ate的时刻。在该S307中，在判定为肯 定的情况下，ECU20进行到S308，在判定为否定的情况下，ECU20返回到 S302。
在S308中，ECU20使EGR阀13的开度Vegr增加。即，将EGR阀13 朝开阀方向控制。由此，导入内燃发动机l的EGR气体量增加，内燃发动 机l中的混合气的空燃比降低。在本实施例中，执行该S308的ECU20，相 当于本发明的燃烧才莫式切换单元。
接着，ECU20进行到S309，判定累计氧化燃料量Qofsum和累计要求燃 料量Sofrqsum是否一致了。即，判定是否成为了第二预定时刻t2。在该 S309中，在判定为肯定的情况下，ECU20进行到S310，在判定为否定的情 况下，ECU20反复进行S309。
在S310中，ECU20执行由该燃料添加阀14进行的向排气中的间歇的 燃料添加。之后，ECU20暂时结束本例程的执行。
根据以上说明的例程，在SOx还原控制中，通过使EGR气体量增加以 使内燃发动机1中的混合气的空燃比降低的情况下，在第二预定时刻t2 前的定时(timing,时刻)即以《更在该第二预定时刻t2发动机排气的空燃 比Rgaseg降低的定时，将EGR阀13朝开阀方向控制。由此，在累计氧化 燃料量Qof sum和累计要求燃料量Sof rqsum —致的时刻可以使发动机排气 的空燃比Rgaseg降低。此外，与佳JL动机排气的空燃比Rgaseg降低的定时一致地，执行由燃料添加阀14进行的燃料添加。
而且，在上述实施例l-3中，通过将EGR阀13朝开阀方向控制使EGR 气体量增加而实现了本发明的低空燃比模式，但是作为实现低空燃比模式
的其它方法，可以例示通过将节气门io朝闭阀方向控制来减少p及入空气量
的方法、通过将内燃发动机l中的排气门的闭阀正时提前来增加气缸内残 留的已燃气体(所谓内部EGR气体)的方法等。而且，也可通过组合进行 这些方法来实现低空燃比模式。
而且，在上述实施例1-3中，燃料添加阀14相当于本发明中的燃料供 给单元。也可代替由该燃料添加阀14进行的燃料添加，在内燃发动机1 中在主燃料喷射之后的时刻进行副燃料喷射，将由副燃料喷射喷射的燃料 向排气中供给。
根据本发明，可以更适当地将吸藏于N0x催化剂中的氧化物还原。
权利要求
1.一种内燃发动机的排气净化系统，其特征在于，包括设置于内燃发动机的排气通路的吸藏还原型NOx催化剂；将所述内燃发动机的燃烧模式切换成所述内燃发动机的混合气的空燃比低的低空燃比模式的燃烧模式切换单元；向在相比该吸藏还原型NOx催化剂靠上游侧的所述排气通路内流动的排气供给还原剂的还原剂供给单元；和执行使吸藏于所述吸藏还原型NOx催化剂的氧化物还原的还原控制的还原执行单元；所述还原执行单元，通过由所述燃烧模式切换单元将所述内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比模式、并且在排气的空燃比由于该燃烧模式的切换而降低了的时刻执行由所述还原剂供给单元进行的还原剂的供给，来执行还原控制。
2. 根据权利要求l所述的内燃发动机的排气净化系统，其特征在于， 所述还原执行单元是执行将吸藏于所述吸藏还原型NOx催化剂的NOx还原的NOx还原控制的单元； 还包括算出来自所迷内燃发动机的NOx排出量的、从执行了前一次的NOx还 原控制时起的累计量即累计NOx排出量的累计NOx排出量算出单元；和基于所述累计NOx排出量和作为执行NOx还原控制的阁值的预定NOx 排出量之间的差的减少速度，预测所述累计NOx排出量达到所述预定NOx 排出量的时刻即第一预定时刻的第一预测单元，所述还原执行单元，在由所述第一预测单元预测的第一预定时刻之前 的定时，即，以^t在该第一预定时刻排气的空燃比降^f氐的定时，由所述燃 烧模式切换单元将所述内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比模式、并且 在第 一预定时刻执行由所述还原剂供给单元进行的还原剂的供给。
3. 根据权利要求2所述的内燃发动机的排气净化系统，其特征在于，还包括根据所述内燃发动机的运行状态设定所述预定N0x排出量的 预定N0x排出量设定单元，在所述累计N0x排出量和所述预定NOx排出量的差的减少速度为预定 速度以上时，禁止由所述还原执行单元进行的所述内燃发动机的燃烧模式 向低空燃比模式的切换。
4. 根据权利要求l所述的内燃发动机的排气净化系统，其特征在于， 所述还原执行单元是执行使吸藏于所述吸藏还原型NOx催化剂的NOx还原的NOx还原控制的单元；还包括算出来自所述内燃发动机的NOx排出量的、从执行了前一次 的NOx还原控制时起的累计量即累计NOx排出量的累计NOx排出量算出单 元，所述还原执行单元，在所述累计NOx排出量达到了作为执行NOx还原 控制的阈值的预定NOx排出量时，由所述燃烧才莫式切换单元将所述内燃发 动机的燃烧模式切换成低空燃比模式，然后，在排气的空燃比降低了的时 刻，执行由所述还原剂供给单元进行的还原剂的供给。
5. 根据权利要求l所述的内燃发动机的排气净化系统，其特征在于， 所述还原执行单元是执行将吸藏于所述吸藏还原型NOx催化剂的SOx还原的SOx还原控制的单元； 还包括算出在所述吸藏还原型NOx催化剂中被氧化的还原剂的量的、从执行 了前一次的SOx还原控制时起的累计量即累计氧化还原剂量的累计氧化还 原剂量算出单元；算出为了使所述吸藏还原型NOx催化剂的温度为目标温度而需要在所 述吸藏还原型NOx催化剂中被氧化的还原剂的量的、从执行了前一次的SOx 还原控制时起的累计量即累计要求还原剂量的累计要求还原剂量算出单 元j 和基于所述累计氧化还原剂量和所述累计要求还原剂量之间的差的减少 速度，预测所述累计氧化还原剂量和所述累计要求还原剂量一致的时刻即第二预定时刻的第二预测单元，所述还原执行单元，在由所述第二预测单元预测的第二预定时刻之前 的定时，即，以便在该第二预定时刻排气的空燃比降低的定时，由所述燃 烧模式切换单元将所述内燃发动机的燃烧模式切换成低空燃比模式、并且 在第二预定时刻执行由所述还原剂供给单元进行的还原剂的供给。
全文摘要
本发明的目的在于将吸藏于NOx催化剂的氧化物更佳地还原。在本发明中，在要将吸藏于NOx催化剂的氧化物还原时，将内燃发动机的燃烧模式切换成作为该内燃发动机中混合气的空燃比低的燃烧模式的低空燃比模式，并且在通过该燃烧模式的切换使排气的空燃比降低了的时刻执行对排气的还原剂的供给。
文档编号F02D41/04GK101611222SQ20088000494
公开日2009年12月23日 申请日期2008年2月25日 优先权日2007年2月23日
发明者井上三树男, 森岛彰纪 申请人:丰田自动车株式会社