专利名称：排气净化控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种排气净化控制装置，应用于点火燃烧式且为缸内喷射式的内燃机。
背景技术：
在具有氧化排气中的HC、CO的功能和还原NOx的功能的催化剂装置(所谓三元催化剂)中，对于维持浄化功能来说，以理论空燃比燃烧较重要。因此，在缸内喷射式的内燃机中，在如进行稀混合燃烧的情况那样的排气中的氧成为大量的情况下，一般使氧储存(储藏)于催化剂而维持浄化功能。
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但是，催化剂中的氧储存量存在极限，当氧储存量变得过剩(饱和状态)时，NOx净化功能降低。尤其是，在使内燃机自动停止(怠速停止)时，在怠速停止紧前的低速行驶中实施了使燃料喷射停止的断油的情况下，由于断油而在氧储存量变得过剩的状态下进行怠速停止。于是，在之后的自动再起动时，担心不能够充分地净化NOx。并且，在自动再起动后、立即踩下油门踏板而要进行加速行驶的情况下，流入催化剂的NOx量立即变多，因此从催化剂装置放出NOx的担心进ー步变高。对于这种担心，在专利文献1、2(日本特开2007-154664号公报、日本特开2000-54826号公报)记载的发明中，使断油紧前的燃料喷射量增量而进行浓混合燃烧、或者使自动再起动紧后的燃料喷射量增量而进行浓混合燃烧。由此，排气中的CO (还原成分)量増加，因此促进所储存的氧的还原而减少氧储存量。因此，能够抑制过剩的氧储存导致的NOx净化功能的降低。但是，在向燃烧室直接喷射燃料的缸内喷射式的内燃机的情况下，当实施上述浓混合燃烧时，燃烧室内的空燃比的不均质度显著变大，因此有时会导致PM (ParticulateMatter :颗粒物)的产生量増大。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供一种排气净化控制装置，在将点火燃烧式且为缸内喷射式的内燃机作为应用对象的情况下，不会导致PM产生量的増大，而能够实现使氧储存量降低而维持NOx浄化功能。本发明第一例的排气净化控制装置以应用于如下的内燃机为前提，该内燃机为通过火花塞点火而进行燃烧的点火燃烧式、且为从燃料喷射阀向燃烧室直接喷射燃料的缸内喷射式，并具备将排气氧化以及还原而浄化的催化剂装置。而且，排气净化控制装置的特征在于，具备催化剂稀混合判断部，判断是否成为上述催化剂装置的氧储存量为规定量以上的催化剂稀混合状态；以及燃料供给部，在判断为成为上述催化剂稀混合状态的情况下，使从上述燃料喷射阀喷射的燃料不点火燃烧，而向上述催化剂装置供给。由此，在催化剂稀混合状态(触媒リーン状態)吋，不进行点火燃烧而将燃料向催化剂装置供给，因此催化剂装置所储存的氧被燃料(HC:还原成分)还原而氧储存量減少。因此，能够抑制过剩的氧储存导致的NOx浄化功能的降低。并且，基于该喷射的燃料不进行点火燃烧，因此不会产生PM。因此，不会导致PM产生量的増大，而能够实现使氧储存量降低而维持NOx净化功能。另外，为了实现避免由燃料供给部向催化剂装置供给的催化剂用燃料不足而不能够充分降低氧储存量的情况、以及由于过剩地喷射催化剂用燃料而从催化剂装置放出未燃HC的情況，优选根据氧储存量来设定催化剂用燃料的喷射量。本发明第二例的排气净化控制装置的特征在于，上述燃料供给部在从膨胀冲程到排气冲程的规定时期，从上述燃料喷射阀喷射向上述催化剂装置供给的催化剂用燃料。此处，即使在与上述发明相反、在从进气冲程到压缩冲程的规定时期喷射催化剂用燃料的情况下，如果不使点火装置动作，则也能够实现将未点火燃烧的燃料向催化剂装置供给的燃料供给部。但是，在该情况下，不能够喷射点火燃烧的燃烧用燃料，因此不能够得到所期望的输出扭矩。或者，在多缸内燃机中，仅特定的气缸变得不能够喷射燃烧用燃 料，因此输出扭矩的变动増大。对此，在上述发明中，在从膨胀冲程到排气冲程的规定时期喷射催化剂用燃料，因此在ー个燃烧循环中能够使燃烧用燃料和催化剂用燃料都进行喷射。因此，能够避免上述的输出扭矩不足以及输出扭矩变动，同时能够实现燃料供给部。在本发明第三例的排气净化控制装置中，具备浓混合喷射控制部，该浓混合喷射控制部通过使点火燃烧的燃烧用燃料的喷射量增量而进行浓混合燃烧，由此使上述氧储存量降低；在规定期间内，实施基于上述浓混合喷射控制部的浓混合燃烧和基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射的双方。一般的催化剂装置是在载体上涂覆催化剂而构成的，但涂层表面所储存的氧与HC之间的反应性良好。但是，涂层内部所储存的氧，虽然与CO之间的反应性良好，但与HC之间的反应性较差。鉴于这一点，在上述发明中，实施催化剂用燃料的喷射和浓混合燃烧的双方，因此还能够充分降低涂层内部所储存的氧的量。另外，也可以在同一个燃烧循环中实施使燃烧用燃料的喷射量增量而进行浓混合燃烧以及喷射催化剂用燃料，也可以在不同的燃烧循环中实施催化剂用燃料的喷射和燃烧用燃料的増量。另外，也可以在规定期间内的不同的期间实施催化剂用燃料的喷射和燃烧用燃料的増量。例如，在规定期间的前期实施催化剂用燃料的喷射，在规定期间的后期实施燃烧用燃料的増量(參见图2(d)、(f))。另外，也可以设定为两个期间的一部分重叠。本发明第四例的排气净化控制装置的特征在于，根据上述氧储存量，来设定上述规定期间内的基于上述浓混合喷射控制部的増量量与基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射量的比例。此处，上述催化剂用燃料无助于燃烧。因此，当使催化剂用燃料的喷射量相对于基于浓混合喷射控制部的増量量的比例増大吋，虽然能够避免产生PM，但燃料消耗率变差。另一方面，在基于浓混合喷射控制部的浓混合燃烧中PM产生量増加，但如果燃烧用燃料的增量量为极少量，则PM产生量的増加量也在允许范围内。由于根据氧储存量来设定规定期间内的基于浓混合喷射控制部的増量量与催化剂用燃料的喷射量的比例，因此能够使PM产生和燃料消耗率的平衡成为最佳。本发明第五例的排气净化控制装置的特征在于，在成为上述氧储存量低于规定量的催化剂微少稀混合状态的情况下，使上述规定期间内的上述催化剂用燃料的喷射量为零而实施上述浓混合燃烧。此处，在与上述发明相反、在催化剂微少稀混合状态时喷射催化剂用燃料的情况下，为了避免催化剂用燃料的过剩供给，催化剂用燃料的喷射量变得微少。此外，在使燃料喷射阀的开阀时间变短而喷射微少量时存在极限，难以高精度地对所期望的微少量进行喷射控制。鉴于这一点，在上述发明中，在催化剂微少稀混合状态时使催化剂用燃料的喷射量为零而实施浓混合燃烧。虽然该情况下的浓混合燃烧用的喷射量相对于燃烧用燃料的増量量较微少，但并不是从燃料喷射阀喷射的喷射量成为微少量，因此能够避免喷射量精度的恶化。本发明第六例的排气净化控制装置的特征在于，禁止使基于上述浓混合喷射控制部的燃料的喷射开始时期早于基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射开始时期。如上所述，催化剂内部所储存的氧，与由燃料供给部供给的HC之间的反应性较差，而与基于浓混合喷射控制部的CO良好地反应。因此，在实现氧储存量降低这一点上，优 选使内部氧优先于表面氧地与上述CO反应。因此，当与上述发明相反、而使基于浓混合喷射控制部的喷射开始时期早于催化剂用燃料的喷射开始时期吋，与表面氧反应的CO量增加而与内部氧反应的CO量变少。于是，产生如下可能尽管存在内部氧，但基于燃料供给部的HC不与吸藏氧(内部氧)反应，而直接从催化剂装置放出；并且，不能够充分地促进氧储存量的降低。鉴于这一点，在上述发明中，禁止使基于浓混合喷射控制部的喷射开始时期早于催化剂用燃料的喷射开始时期，因此能够实现抑制HC从催化剂装置放出以及促进氧储存量降低。本发明第七例的排气净化控制装置的特征在于，在使点火燃烧的燃烧用燃料的喷射停止并且车辆行驶的断油期间中，禁止基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射。此处，当与上述发明相反、在断油期间中喷射催化剂用燃料时，在对所储存的氧进行还原的过程中也不断地供给氧，因此催化剂用燃料的喷射量无用地变多。相对于此，根据上述发明，在断油期间中禁止催化剂用燃料的喷射，因此能够避免如上述那样无用地喷射催化剂用燃料。此外，作为断油期间以外的喷射时期的具体例，可以列举如下情况在从断油结束起到内燃机完全自动停止为止的期间或自动再起动时，喷射催化剂用燃料。本发明第八例的排气净化控制装置的特征在于，在上述内燃机的发动机转速低于规定速度的低速旋转时、或者上述内燃机的温度低于规定温度的低温时，禁止基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射。此处，在低速旋转时排气流速变慢，因此向燃烧室喷射的催化剂用燃料被向催化剂装置供给的可靠性较低。另外，在低温时向燃烧室喷射的催化剂用燃料，会附着在气缸、活塞的壁面上而成为湿状态并难以气化，因此喷射的催化剂用燃料被向催化剂装置供给的可靠性较低。鉴于这几点，在上述发明中，在低速旋转时或低温时禁止催化剂用燃料的喷射，因此能够避免喷射的催化剂用燃料未被向催化剂装置供给的问题。本发明第九例的排气净化控制装置的特征在于，根据催化剂温度和排气流速的至少一方，来限制基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射量。此处，在使通过催化剂用燃料而向催化剂装置供给的HC与储存氧反应时，在催化剂温度较低的情况下，担心该反应未进行而HC从催化剂装置放出。尤其是，若在催化剂温度较低时排气流速变快，则HC放出的可能变高。鉴于这几点，在上述发明中，根据催化剂温度和排气流速的至少一方来限制催化剂用燃料的喷射量，因此能够降低HC从催化剂装置放出的可能。
图I是表示本发明ー个实施方式的排气净化控制装置和应用该装置的内燃机及燃料喷射系统的图。图2是说明上述实施方式的副喷射的执行时期并且说明基于副喷射的OSC減少和PM量减少的效果的时间图。图3是表示基于弱浓混合燃烧的还原成分CO和基于副喷射的还原成分HC与储存氧反应的情况的图。图4是表示在上述实施方式中实施副喷射和弱浓混合燃烧的顺序的流程图。
具体实施例方式下面，參照附图对表示本发明的排气净化控制装置的一个实施方式进行说明。图I是表示本实施方式的排气净化控制装置所应用的内燃机10及燃料喷射系统的图。该内燃机10搭载于车辆而作为行驶驱动源起作用，是具有火花塞11的火花点火式内燃机，并且是向燃烧室IOa直接喷射燃料的直喷式内燃机。在图I的例子中，在内燃机10的气缸盖IOb上安装有喷射燃料的燃料喷射阀12。通过从控制単元(ECU) 20输出的喷射指令信号，经由驱动单元(EDU) 30来控制燃料喷射阀12的动作。燃料喷射阀12具有使喷孔12a开闭的针阀12b (阀体)以及使针阀12b进行开闭动作的电磁螺线管12c等，当由EDU30控制的驱动电力被供给到电磁螺线管12c时，针阀12b进行开阀动作而从喷孔12a喷射燃料。另外，当停止驱动电力的供给时，针阀12b进行闭阀动作而从喷孔12a的燃料喷射停止。因此，通过对驱动电カ的供给开始时期进行控制，能够控制喷孔12a的开阀时期而控制喷射开始时期，通过对驱动电カ的供给时间(通电时间Tq)进行控制，能够控制喷孔12的开阀时间而控制喷射量Q。另外，燃料喷射阀12被配置为，喷孔12a在燃烧室IOa中露出。此外，虽然省略了图示，但是构成为，通过高压泵将燃料箱内的燃料向蓄压容器(输送管)压送，蓄压容器中所蓄压的高压燃料被向各气缸的燃料喷射阀12分配供给。在内燃机10的排气管13中安装有催化剂装置14 (所谓三元催化剂)，该催化剂装置14具有氧化排气中的HC、CO的功能和还原NOx的功能。如图3所示，催化剂装置14是在基体材料14a上涂覆催化剂14b而构成的，HC被氧化成水和ニ氧化碳，CO被氧化成ニ氧化碳，NOx被还原成氮。为了高效地进行氧化、还原，需要为燃料和空气完全燃烧、且不剰余氧的理论空燃比。催化剂14b具有储存(吸藏)氧的功能，因此只要在允许范围内，则排气中的氧就被储存在催化剂14b的表面和内部。但是，当成为氧储存量达到了允许量的饱和状态时，变得不能良好地还原排气中的NOx。即，希望使其与NOx反应的排气中的CO(还原成分)，与NOx相比会与过剩氧反应，NOx还原量会減少。通过之后详述的副喷射来消除该问题。接着，说明基于对燃料喷射阀12的动作进行控制的燃料喷射控制装置、即对向电磁螺线管12c的电カ供给状态进行控制的ECU20的燃料控制的内容。向ECU20输入如下的各种传感器的检测值，即检测曲柄角的曲柄角传感器15、检测进气量的空气流量计16、检测冷却内燃机10的冷却水的温度(水温Tw)的水温传感器17、检测催化剂装置14的下游侧部分的排气温度的排气温度传感器18、以及检测催化剂装置14的下游侧部分的氧浓度的02传感器19等。而且，E⑶20根据曲柄角传感器15的检测值来计算发动机转速Ne，根据空气流量计16的检测值来计算进气量Ga(发动机负载)。此外，根据排气温度传感器18的检测值来推測催化剂温度Teat。然后，根据这些发动机转速Ne、发动机负载Ga、催化剂温度Teat、由O2传感器19检测出的氧浓度、以及由水温传感器17检测出的水温Tw，来计算基于火花塞11的点火时期、燃料的目标喷射量以及目标喷射时期。然后，将以成为计算出的目标喷射量和目标喷射时期的方式设定的喷射指令信号输出给EDU30。并且，E⑶20根据发动机转速Ne以及进气量Ga，对以分层燃烧和均质燃烧的哪种·来燃烧进行切換。例如，在如怠速运转时以及城区行驶时那样的低转速且低负载的区域中，切換为基于稀薄空燃比(例如17飞0)的分层燃烧，而实现燃料消耗率的提高。另ー方面，在如高速行驶时以及加速行驶、爬坡行驶时那样的高转速且高负载的区域中，切換为基于理论配比附近的空燃比(例如12 15)的均质燃烧，而实现发动机输出的提高。在分层燃烧中，在活塞IOd上升的压缩冲程的后半部分喷射燃料。于是，含有喷射的燃料的混合气沿着活塞顶面的形状在火花塞11附近集中为较浓的混合气。另ー方面，在均质燃烧中，在活塞IOd下降的进气冲程中喷射燃料。于是，喷雾的燃料在压缩冲程中在燃烧室IOa中被搅拌而成为均质的混合气。本实施方式的内燃机10具有以下说明的怠速停止功能。即，在满足了车速为规定以下或者为零、制动踏板被踩下操作等怠速停止条件的情况下，使内燃机10自动停止。另夕卜，在满足了制动踏板未被踩下操作、而油门踏板被踩下等再起动条件的情况下，使内燃机10自动地再起动。并且，本实施方式的内燃机10为，在满足了为减速行驶中、油门踏板未被踩下操作等条件的情况下，实施使(点火燃烧的燃烧用燃料)的喷射停止并且车辆行驶的断油。由此，避免不必要的燃料喷射而实现燃料消耗率的提高。然而，当实施这种断油时，排气中的氧浓度变高，催化剂装置14中的氧储存量成为过剩的状态(饱和状态)。因此，在实施断油并且减速行驶了之后行驶停止而使内燃机10自动停止(怠速停止)的情况下，会在氧储存量过剩的状态下进行怠速停止。因此，在下次的再起动时，会成为NOx浄化功能降低了的状态，尤其是，在再起动后立即踩下油门踏板而进行高负载运转的情况下，在NOx浄化功能降低了的状态下排气中的NOx量会増大，因此NOx从催化剂装置14放出的担心进ー步变高。对于该担心，在本实施方式中，逐次判断是否成为催化剂装置14中的氧储存量为规定量以上的催化剂稀混合状态，在判断为成为催化剂稀混合状态的情况下，使从燃料喷射阀12喷射的燃料不点火燃烧，而向催化剂装置14供给。由此，通过未燃燃料(HC :还原成分)来还原催化剂装置14中所储存的氧，而使氧储存量減少。以下，将这种不点火燃烧而向催化剂装置14供给的燃料记载为催化剂用燃料，以与为了得到行驶驱动扭矩而喷射的燃烧用燃料进行区別。此外，燃烧用燃料在从进气冲程到压缩冲程的规定时期喷射(主喷射)，相对于此，催化剂用燃料在从膨胀冲程到排气冲程的规定时期喷射(副喷射)。图2是说明副喷射的执行时期并且说明基于副喷射的氧储存量減少的效果(維持NOx净化功能的效果)以及PM量减少的效果的时间图。图2中的(a)表示发动机转速Ne，(b)表示怠速停止指令信号，(C)表示主喷射的实施时期，(d)表示燃烧紧前的燃烧室IOa中的空燃比A/F，(e)表示催化剂装置14中的氧储存量，(f)表示副喷射的实施时期，(g)表示催化剂装置14下游的NOx量，(h)表示PM产生量。在图2所示的例子中，首先，在tl时刻，随着开始减速行驶而开始断油。然后，在发动机转速Ne成为低于规定值的t2时刻，恢复主喷射而使内燃机10怠速运转。在实施断油前后的主喷射中，以A/F成为理论配比的方式设定燃烧用燃料的目标喷射量。另外，在此时的主喷射中，根据O2传感器19的检测值，以成为理论配比的方式对喷射量进行反馈控制。然后，在输出怠速停止指令信号而进行了自动停止请求的t3时刻，停止主喷射而进行自动停止(怠速停止)，并在进行了再起动请求的t4时刻，实施主喷射而使内燃机10起动。 然后，从t4时刻起到经过规定期间Ta的t5时刻为止实施副喷射。通过该副喷射，将HC(还原成分)向催化剂装置14供给而实现氧储存量的減少。另外，从自t4时刻经过了规定期间的t5’时刻起、到经过规定期间Tb的t6时刻为止，以A/F成为燃料浓混合的方式使燃烧用燃料的目标喷射量增量而进行浓混合燃烧。通过该浓混合燃烧，使排气中的CO(还原成分)量増大而实现氧储存量的減少。另外，在图2的例子中，将开始浓混合燃烧的t5’时刻和结束副喷射的t5时刻设定为相同。图2(d)、(e)、(g)、(h)中的实线，表示如上述那样实施了副喷射和浓混合燃烧的本实施方式的情况下的变化。另外，用虚线表示与本实施方式相反、副喷射和浓混合燃烧都未实施的情况下的变化，用点划线表示未实施副喷射而实施了浓混合燃烧的情况下的变化。但是，在点划线所示的浓混合燃烧(强浓混合燃烧)中，与实线所示的浓混合燃烧(弱浓混合燃烧)相比，使燃料增量较多而使浓混合程度较大。而且，如图2(d)、(e)所示，在从tl时刻到t2时刻的断油期间中，A/F成为稀混合状态，因此氧储存量成为100%(饱和状态)，在之后的怠速运转期间(t2、3)和怠速停止期间(t3 t4)中，氧储存量也都成为几乎100%的状态。之后，随着在从再起动时起的规定期间Ta内实施了副喷射,而从t4时刻起氧储存量开始減少。并且，随着在再起动后的规定期间Tb内实施了弱浓混合燃烧，而从t5’时刻起氧储存量也继续減少。此处，在与本实施方式相反、副喷射和浓混合燃烧都未实施的情况(上述虚线的情況)下，在从开始再起动起到踩下油门踏板而开始加速行驶为止的期间(t4、6)中，氧储存量保持接近于100%的状态。结果，在开始加速行驶的t6时刻，NOx浄化功能降低，从催化剂装置14放出的NOx量在t6时刻以后急剧增加(參照(g)中的虚线)。相对于此，根据实施副喷射和弱浓混合燃烧的本实施方式，在从再起动起到加速行驶为止的期间(t4、6)中，氧储存量減少，因此在开始加速行驶的t6时刻，NOx浄化功能恢复，能够抑制从催化剂装置14放出的NOx量的急剧增加(參照(g)中的实线)。另ー方面，在与本实施方式相反、未实施副喷射而实施了强浓混合燃烧的情况(上述点划线的情况)下，通过强浓混合燃烧而排气中的CO(还原成分)量増加，因此能够減少氧储存量。因此，能够以与本实施方式同等的水平，抑制从催化剂装置14放出的NOx量的急剧增加(參照(g)中的实线)。但是，当实施浓混合燃烧时，燃烧室IOa内的空燃比的不均质度显著变大。因此，随着上述强浓混合燃烧的实施，PM产生量増大(參照(h)中的点划线)。相对于此，根据通过实施副喷射来将HC (还原成分)向催化剂装置14供给而使氧储存量減少的本实施方式，能够进行使浓混合程度降低了的弱浓混合燃烧，因此能够兼顾NOx量的抑制和PM产生量的抑制(參照(g)、(h)中的实线)。另外，在本实施方式中，也能够以实施副喷射为前提而废止弱浓混合燃烧，但是由于使用图3而说明的以下理由，在能够促进氧储存量的减少这一点上，优选实施弱浓混合燃烧。图3是催化剂装置14的局部截面图，表示基体材料14a上的催化剂14b的涂层。催化剂14b中所储存的氧不仅储存于催化剂涂层的表面，还储存于其内部。而且，通过副喷·射供给的HC(还原成分)，虽然与表面所储存的氧良好地反应，但与内部所储存的氧之间的反应性较差。相对于此，通过浓混合燃烧而流入的CO(还原成分)，不仅与表面氧、与内部氧也良地反应。因此，在仅实施副喷射的情况下，内部氧的还原变得不充分，不能够充分地减少氧储存量，优选通过实施弱浓混合燃烧来使内部氧也充分地还原，实现促进氧储存量的降低。但是，当不实施副喷射而仅实施浓混合燃烧时，为了使氧储存量充分地降低，必须增大浓混合的程度，如上所述，由于进行强浓混合燃烧而PM产生量増大。图4是表示实施上述的副喷射和弱浓混合燃烧的顺序的流程图，通过E⑶20所具有的微型计算机以规定周期(例如上述微型计算机进行的运算周期或每个规定的曲柄角)反复执行该处理。首先，在图4所示的步骤SlO中，判断为了许可副喷射的实施的各种环境条件Tw、Tcat是否被满足。即，在水温Tw低于规定温度的情况下，视为气缸盖10b、气缸体IOe的温度(内燃机10的温度)为低于规定温度的低温时，不许可副喷射。另外，在催化剂温度Tcat低于规定温度的情况下，不许可副喷射。在判断为Tw、Tcat为规定温度以上的情况下(S10 :是)，在后续的步骤Sll中，判断是否在实施断油的过程中。而且，如果在断油中，则不许可副喷射。在判断为不在断油中的情况下(Sll :否)，在后续的步骤S12中，推测氧储存量OSC0关于该推測方法，例如日本特开2003-27932号公报中所公开的那样，根据O2传感器19的检测值的履历来进行推测即可。在后续的步骤S13(催化剂稀混合判断部)中，判断推测的OSC是否为规定量THa以上。在判断为OSC彡THa的情况下(S13 :是)，视为催化剂装置14成为催化剂稀混合状态，在后续的步骤S14中，根据推测的OSC来决定副喷射的燃料喷射量(副喷射量Qs)以及弱浓混合燃烧的燃料的増量量(主喷射增量系数K)。本实施方式的“副喷射量Qs”是指在进行副喷射的规定期间Ta中喷射的催化剂用燃料的总量，根据该总量(副喷射量Qs)、规定期间Ta以及发动机转速Ne，计算在一个燃烧循环中喷射的副喷射量Qs/st。但是，作为变形例，也可以在步骤S14中根据OSC来决定在ー个燃烧循环中喷射的副喷射量Qs/st。此外，本实施方式的“主喷射增量系数K”是指对于上述的目标喷射量的修正系数。
而且，例如基于预先实施的试验等预先取得相对于OSC的副喷射量Qs以及增量系数K的最佳值，并将分别表示Qs、K的最佳值与OSC之间的关系的表TQs、TK存储到微型计算机的存储器中。然后，參考这些表TQs、TK，根据推测的OSC来决定Qs、K。这些表TQs、TK被设定为，根据OSC来变更Qs与K的比例。具体来说，OSC越少，则越减少相对于TK的Qs。在后续的步骤S15中，判断从开始自动再起动的t4时刻起是否经过规定期间Ta。如果判断为在规定期间Ta以内(S15 :是)，则在后续的步骤S16中，以发动机转速Ne为规定值THb以上为条件(S16 :是)，而在以后的步骤S18(燃料供给部)中实施副喷射。但是，在步骤S17中，判断根据在步骤S14中计算出的副喷射量Qs而求出的副喷射量Qs/st是否为保护值以上，如果判断为Qs/st >保护值，则将副喷射量Qs/st变更为保护值而进行限制。上述保护值根据催化剂温度Teat、发动机转速Ne、进气量Ga等进行可变设定。具体来说，催化剂温度Tcat越低、发动机转速Ne越快、进气量Ga越多，将保护值设定为越低的值。在上述步骤S15中，在判断为从再起动开始的t4时刻起经过了规定期间Ta的情·况下(S15:否)，进入步骤S20，判断是否为t4时刻后的规定期间Tb。在图2的例子中，将从经过了副喷射期间即规定期间Ta的时刻起到经过规定时间为止的期间，设定为浓混合燃烧期间(规定期间Tb)。这样，在本实施方式中，在规定期间(t4、6)中执行副喷射和弱浓混合燃烧的双方，将规定期间(t4、6)的前期(t4、5)设为副喷射期间Ta，将规定期间(trt6)的后期(t5’、6)设为浓混合燃烧期间Tb。如果判断为是浓混合燃烧期间Tb (S20 :是)，则在后续的步骤S21 (浓混合喷射控制部)中执行浓混合燃烧，如果判断为不是浓混合燃烧期间Tb (S20 :否)，则使副喷射和浓混合燃烧都不执行。即，在副喷射期间Ta中以目标喷射量来喷射燃烧用燃料，在浓混合燃烧期间Tb中，喷射对目标喷射量乘以增量系数K的量的燃烧用燃料，而进行浓混合燃烧。而且，在经过了浓混合燃烧期间Tb以后，以目标喷射量来喷射燃烧用燃料。根据如上详述的本实施方式，能够得到以下的效果。(I)在催化剂稀混合状态时，通过从膨胀冲程到排气冲程对燃料进行副喷射，由此将不点火燃烧的未燃燃料(催化剂用燃料)向催化剂装置14供给。因此，储存氧被催化剂用燃料(HC :还原成分)还原而OSC減少。因此，能够抑制过剩OSC导致的NOx浄化功能的降低。并且，该催化剂用燃料未点火燃烧，因此不会产生PM。因此，能够实现兼顾PM产生的抑制和OSC降低。另外，根据OSC量来控制催化剂用燃料的喷射量，因此能够不多不少地向催化剂装置14供给催化剂用燃料。(2)在从膨胀冲程到排气冲程的规定时期Ta内喷射催化剂用燃料，因此在从进气冲程到压缩冲程的规定时期中，能够喷射目标喷射量的燃烧用燃料。即，通过副喷射期间Ta，在一个燃烧循环中能够使燃烧用燃料和催化剂用燃料都进行喷射，因此在副喷射期间Ta内能够避免产生输出扭矩不足以及输出扭矩变动。(3)通过副喷射来实现OSC減少，并且还通过浓混合燃烧来实现OSC減少，因此不仅是催化剂14b的涂层表面上的储存氧、涂层内部的储存氧也能够被浓混合燃烧产生的CO还原，因此能够充分地降低0SC。(4)此处，PM产生量并不是与浓混合燃烧的增量量成正比例地増大，而是浓混合程度越大，则相对于浓混合増量量的PM増加量越大。換言之，如果OSC极小且浓混合増量量较少，则即使实施了对应于OSC的浓混合燃烧，也能够抑制为产生极少PM。另ー方面，催化剂用燃料无助于燃烧，因此如果从燃料消耗率提高的观点出发，则与副喷射相比，优选通过浓混合燃烧来实现OSC減少。鉴于这一点，在本实施方式中，将表TQs、TK设定为，OSC越少则越减少相对于TK的Qs，因此能够使PM抑制、OSC減少、燃料消耗率提高的平衡成为最佳。并且，如果不是OSC ^ THa,则使副喷射和浓混合燃烧都不执行，因此能够避免必要以上地实施副喷射而导致的燃料消耗率恶化，并且能够避免必要以上地进行浓混合増量而导致的PM増大。(5)在使通过副喷射向催化剂装置14供给的催化剂用燃料与储存氧反应时，Tcat越低则越难反应，担心催化剂用燃料不与储存氧反应而从催化剂装置14放出。另外，Ne越高、Ga越多则排气流速越快，因此担心不进行上述反应而催化剂用燃料从催化剂装置14放出。相对于此，在本实施方式中，在步骤S17中根据Tcat、Ne、Ga来对保护值进行可变设定，在步骤S19中将副喷射量Qs/st限制为保护值，因此能够消除上述担心。 (6)以Ne彡THb (S16 :是)为条件来执行副喷射，因此能够消除如下的担心由于在排气流速变慢的低Ne时执行副喷射，因此催化剂用燃料未被向催化剂装置14供给而残留在燃烧室IOa中。(7)以水温Tw为规定值以上为条件(S10 :是)来执行副喷射，因此能够消除如下的担心喷射的催化剂用燃料，附着在气缸体IOe以及气缸盖IOb的壁面、活塞IOd的顶面上而成为湿状态，未被向催化剂装置14供给而残留在燃烧室IOa中。(8)以催化剂温度Tcat为规定值以上为条件(S10 :是)来执行浓混合燃烧，因此能够消除如下的担心向催化剂装置14供给的催化剂用燃料不与储存氧反应，而从催化剂装置14放出。(其他实施方式)本发明不限定于上述实施方式的记载内容，也可以如以下那样进行变更而实施。此外，也可以将各实施方式的特征性构成分别任意地組合。在上述实施方式中，如图2所示，在自动再起动后的规定期间(t4 t6)内执行副喷射，但也可以在自动停止t3紧前(例如图2的t2、3的期间)执行副喷射，也可以在车辆的行驶期间中执行副喷射。此外，也可以在自动停止t3紧前(t2、3)和再起动后的规定期间(t4、5)的双方中执行副喷射。在上述实施方式中，如图4所示，如果不是OSC彡THa(SI3 :否)，则视为不是催化剂稀混合状态，而使副喷射和浓混合燃烧都不执行。相对于此，也可以为，如果THc ( OSC< THa,则视为是催化剂微少稀混合状态，不执行副喷射而执行浓混合燃烧。此处，当在这种催化剂微少稀混合状态下也要执行副喷射吋，与微量的OSC对应的副喷射量Qs/st也成为微量，但是在使燃料喷射阀12的开阀时间缩短的方面存在极限，难以高精度地喷射微量的副喷射量Qs/st。相对于此，能够精度良好地控制与微量的OSC对应的浓混合増量量，因此根据在催化剂微少稀混合状态时不执行副喷射而执行浓混合燃烧的上述变形例，能够不多不少地向催化剂装置14供给与微量的OSC对应的还原成分(在该情况下为CO)。在上述实施方式中，如图4所示，如果为催化剂稀混合状态(S13 :是)，则与副喷射一起还执行浓混合燃烧，但也可以废止该浓混合燃烧而执行副喷射。
在上述实施方式中，如图2所示，在副喷射结束的同时开始弱浓混合燃烧(t5 =t5’)。相对于此，也可以在副喷射中执行浓混合燃烧。即，也可以使副喷射期间Ta的至少一部分与浓混合燃烧期间Tb的至少一部分重叠。但是，由于以下的理由，禁止使弱浓混合燃烧的开始时期t5’早于副喷射的开始时期t4。即，如使用图3而说明了的那样，催化剂14b的内部所储存的氧，与通过副喷射供给的HC之间的反应性较差，而与基于弱浓混合燃烧的CO良好地反应。因此，在实现OSC降低的方面，优选使内部氧优先于表面氧地与基于弱浓混合燃烧的CO反应。因此，当使弱浓混合燃烧的开始时期t5’早于副喷射的开始时期t4吋，与表面氧反应的CO量增加而与内部氧反应的CO量变少。于是，产生如下可能尽管存在内部氧，但基于副喷射的HC不与吸藏氧(内部氧)反应，而直接从催化剂装置14放出；并且不能够充分地促进OSC降低。因此，优选通过禁止使弱浓混合燃烧的开始时期t5’早于副喷射的开始时期t4，由此实现抑制HC从催化剂装置14放出以及促进OSC降低。此处，在根据OSC设定副喷射量Qs时，在OSC为极微少的状态(催化剂微少稀混合状态)的情况下，副喷射量Qs也会被设定为微少量。但是，在使燃料喷射阀12的开阀时·间缩短而使Qs成为微少时存在极限，难以高精度地对所期望的微少量进行喷射控制。鉴于这一点，在其他实施方式中，在OSC低于规定量的催化剂微少稀混合状态时，中止副喷射(Qs=O)，而通过实施浓混合燃烧来实现OSC降低。在内燃机10为多缸的情况下，在催化剂稀混合状态时，也可以在各气缸的所有燃料喷射阀12中实施副喷射，也可以仅在规定气缸实施副喷射。在上述实施方式中，根据推测的OSC来决定副喷射量Qs，但也可以将预先设定的量决定为副喷射量Qs，也可以在副喷射中逐次推測0SC，并持续进行副喷射直到该推测的OSC低于规定量THa。
权利要求
1.一种排气净化控制装置，其特征在于， 应用于如下的内燃机，该内燃机为通过火花塞点火而进行燃烧的点火燃烧式、且为从燃料喷射阀向燃烧室直接喷射燃料的缸内喷射式，并具备将排气氧化以及还原而净化的催化剂装置， 该排气净化控制装置具备 催化剂稀混合判断部，判断是否成为上述催化剂装置的氧储存量为规定量以上的催化剂稀混合状态；以及 燃料供给部，在判断为成为上述催化剂稀混合状态的情况下，使从上述燃料喷射阀喷射的燃料不点火燃烧，而向上述催化剂装置供给。
2.如权利要求I所述的排气净化控制装置，其特征在于， 上述燃料供给部在从膨胀冲程到排气冲程的规定时期，从上述燃料喷射阀喷射向上述催化剂装置供给的催化剂用燃料。
3.如权利要求2所述的排气净化控制装置，其特征在于， 具备浓混合喷射控制部，该浓混合喷射控制部通过使点火燃烧的燃烧用燃料的喷射量增量而进行浓混合燃烧，由此使上述氧储存量降低， 在规定期间内，实施基于上述浓混合喷射控制部的浓混合燃烧和基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射的双方。
4.如权利要求3所述的排气净化控制装置，其特征在于， 根据上述氧储存量，来设定上述规定期间内的基于上述浓混合喷射控制部的增量量与基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射量的比例。
5.如权利要求4所述的排气净化控制装置，其特征在于， 在成为上述氧储存量低于规定量的催化剂微少稀混合状态的情况下，使上述规定期间内的上述催化剂用燃料的喷射量为零而实施上述浓混合燃烧。
6.如权利要求3飞任一项所述的排气净化控制装置，其特征在于， 禁止使基于上述浓混合喷射控制部的燃料的喷射开始时期早于基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射开始时期。
7.如权利要求f5任一项所述的排气净化控制装置，其特征在于， 在使点火燃烧的燃烧用燃料的喷射停止并且车辆行驶的断油期间中，禁止基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射。
8.如权利要求I飞任一项所述的排气净化控制装置，其特征在于， 在上述内燃机的发动机转速低于规定速度的低速旋转时、或者上述内燃机的温度低于规定温度的低温时，禁止基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射。
9.如权利要求I飞任一项所述的排气净化控制装置，其特征在于， 根据催化剂温度和排气流速的至少一方，来限制基于上述燃料供给部的催化剂用燃料的喷射量。
全文摘要
一种排气净化控制装置，其特征在于，具备催化剂稀混合判断部(S13)，判断是否成为催化剂装置的氧储存量(OSC)为规定量以上的催化剂稀混合状态；以及燃料供给部(S18)，在判断为成为催化剂稀混合状态的情况下，在从膨胀冲程到排气冲程的规定时期(Ta)对催化剂用燃料进行副喷射，使其不点火燃烧而向催化剂装置(14)供给还原成分(未燃燃料HC)。据此，通过催化剂用燃料来还原催化剂装置的储存氧，因此能够抑制过剩的氧储存导致的NOx净化功能的降低。并且，基于该副喷射的燃料不点火燃烧，因此能够防止PM增大。
文档编号F01N3/36GK102787891SQ20121015226
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者中野孝亮, 横井真浩 申请人:株式会社电装