CN101326349A - 内燃机的排气净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种即使在执行EGR的同时执行NOx催化剂的还原处理时，也能够适当地执行利用EGR实现内燃机中的NOx生成量的减少以及执行NOx催化剂中的NOx的还原反应，并能够提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放减少效果的技术。在当主要使用低压GER通路(23)来执行EGR时执行从燃料添加阀(28)向排气管添加燃料以执行NOx催化剂(20)的还原处理的情况下，通过减少由低压GER通路(23)再循环的排气量来减少通过NOx催化剂(20)的排气的量。

Description

内燃机的排气净化系统

技术领域

本发明涉及设有排气再循环装置的内燃机的排气净化系统。

背景技术

作为减少从内燃机排放至大气的氮氧化物(下文中称为“NOx”)的量的技术，已经公知设有排气再循环装置(下文中称为“EGR装置”)或者诸如NOx催化剂或载持(担持，support)NOx催化剂的颗粒过滤器(下文中称为“过滤器”)之类的排气净化装置的排气净化系统。

NOx催化剂储存从内燃机排出的排气中的NOx，从而净化排气。

EGR装置是将排气的一部分返回至内燃机的进气系统以降低燃烧室内的混合气的燃烧温度，从而减少内燃机中的NOx生成量的装置。

日本专利特开2004-150319号公报公开了一种内燃机，该内燃机设有涡轮增压器作为增压器，并且除了设有将位于涡轮增压器的涡轮上游的排气管内的排气的一部分再循环至位于涡轮增压器的压缩机下游的进气管内的通常的EGR装置(下文中称为“高压EGR装置”)外，还设有将从设置在涡轮增压器的涡轮下游的NOx催化剂排出的排气的一部分再循环至位于涡轮增压器的压缩机上游的进气管内的低压EGR装置。

此外，日本专利特开2005-76456号公报公开了一种设有高压EGR装置和低压EGR装置的内燃机，在该内燃机中，当在内燃机中执行低温燃烧时，基于要求的发动机载荷调节由高压EGR装置再循环的排气量和由低压EGR装置再循环的排气量。

另外，日本专利特开2004-156572号公报公开了一种具有高压EGR装置和低压EGR装置的EGR装置，在该EGR装置中，根据内燃机的运转条件改变由高压EGR装置再循环的排气量和由低压EGR装置再循环的排气量。

发明内容

当使用高压EGR装置执行EGR时，用于驱动涡轮的排气量将减少由高压EGR装置再循环至内燃机内的排气的量。因此，如果使用高压EGR装置执行大量的EGR，则有可能无法获得足够的增压压力。

另一方面，当使用低压EGR装置执行EGR时，由于在驱动涡轮之后排气的一部分被再循环至内燃机内，所以即使由低压EGR装置再循环至内燃机内的排气量增大，增压压力也几乎不会降低。另外，由于由低压EGR装置导入进气通路内的排气将和新鲜空气一起通过由压缩机增压而被供应至内燃机内，所以能够将大量的EGR气体导入内燃机内。

因此，为了减少内燃机中的NOx生成量，使用低压EGR装置实现大量的EGR是有效的。

在设有NOx催化剂的内燃机中，由于NOx催化剂的NOx储存量有限，所以在适当时候执行还原处理，在该还原处理中，当一定量的NOx已经被储存入NOx催化剂中时，向NOx催化剂供应诸如燃料之类的还原剂(下文中简称为“燃料”)，以还原并除去NOx催化剂所储存的NOx。

向NOx催化剂供应燃料的方法包括，例如，将燃料添加到NOx催化剂上游的排气中。在这种情况下，当添加至排气中的燃料和排气一起通过NOx催化剂时，该燃料将与NOx催化剂所储存的NOx发生还原反应。这意味着NOx还原反应顺利进行的时间段限制在所添加的燃料通过NOx催化剂的时间段内。因此，为了顺利执行NOx催化剂中的还原处理，令燃料在NOx催化剂中的滞留时间长是有效的。

然而，当为了减少内燃机中的NOx生成量而由低压EGR装置执行大量EGR时，如上所述，通过由涡轮增压器在高增压压力下增压，来向内燃机供应新鲜空气和EGR气体。因此，从内燃机中排出的排气的流量变大，排气的空间速度变大。这使得和排气一起通过NOx催化剂的燃料在NOx催化剂中的滞留时间缩短，并存在还原处理中燃料和NOx反应时间变得不充足的可能性。如果这样的话，存在NOx催化剂所储存的NOx没有被充分还原的可能性。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种进一步提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果的技术，其中，当同时进行EGR和NOx催化剂中的还原处理时，适当地执行通过EGR来减少NOx和NOx催化剂中的还原处理两者。

欲达到上述目的的根据本发明的排气净化系统的特征在于包括：排气净化装置，所述排气净化装置净化从内燃机排出的排气；燃料添加装置，所述燃料添加装置从所述排气净化装置的上游供应燃料；涡轮增压器，所述涡轮增压器包括设置在所述排气净化装置上游的排气管内的涡轮和设置在所述内燃机的进气管途中的压缩机；高压EGR装置，所述高压EGR装置将所述涡轮上游的排气管内的排气的一部分再循环至所述压缩机下游的进气管内；低压EGR装置，所述低压EGR装置将所述排气净化装置下游的排气管内的排气的一部分再循环至所述压缩机上游的进气管内；以及控制装置，当燃料从所述燃料添加装置被供应至所述排气净化装置时，所述控制装置控制由所述高压EGR装置再循环的排气量和/或由所述低压EGR装置再循环的排气量，以控制通过所述排气净化装置的排气量。

通过这种构造，能够通过控制由高压EGR装置再循环的排气量(该量在下文中将称为“高压EGR气体量”)和/或由低压EGR装置再循环的排气量(该量在下文中将称为“低压EGR气体量”)，来控制通过排气净化装置的排气量。

在有些情况下，优化由EGR所实现的排气净化效果的高压EGR气体量和低压EGR气体量(该量在下文中将称为“第一设定量”)与优化由排气净化装置所实现的排气净化效果的高压EGR气体量和低压EGR气体量(该量在下文中将称为“第二设定量”)可以是不同的。

根据本发明，在这种情况下，当由排气净化装置执行排气净化时，高压EGR气体量和低压EGR气体量可以被控制为介于第一设定量和第二设定量之间的中间值。

当以这种方式控制高压EGR气体量和低压EGR气体量时，存在由EGR所实现的排气净化效果有一定程度降低的可能性。但是，通过确定前述中间值使得由排气净化装置所实现的排气净化效果的增加程度相比于由EGR所实现的排气净化效果的降低程度变得更大，可以适当地执行由EGR实现的排气净化和由排气净化装置实现的排气净化这两者。

结果，当由排气净化装置执行排气净化时，能够控制通过排气净化装置的排气量，从而能够提高由排气净化系统总体上实现的排气净化效果。

例如，在设置NOx催化剂作为排气净化装置的情况下，为了执行还原NOx催化剂所储存的NOx或SOx的还原处理从而恢复NOx催化剂的NOx储存能力，从燃料添加装置向NOx催化剂供应燃料。

在如上构造的内燃机的排气净化系统中，在当还原处理中的燃料添加正在进行时通过所述低压EGR装置执行排气再循环的情况下，可以使低压EGR气体量相比于不进行还原处理时更少。

通过这样做，在通常时候或不执行还原处理的时候，能够通过利用低压EGR装置向内燃机内导入大量EGR气体来令内燃机中的NOx生成量有很大程度的降低。另外，在执行还原处理时，能够防止通过NOx催化剂的排气量过大，因此能够确保为通过燃料添加而添加至排气中的燃料(下文中称为“添加燃料”)在NOx催化剂中的反应提供充足的时间，并且能够满意地恢复NOx催化剂的NOx储存能力。

因此，在执行还原处理时，即使考虑到EGR在减少内燃机中的NOx生成量方面的效果在一定程度上变差的可能性，也能够进一步提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果。

此外，由于当执行燃料添加时低压EGR气体量减少，所以能够抑制添加燃料中所含的未燃成分流入进气系统和低压EGR装置。这使得能够抑制低压EGR装置和进气系统的污染和性能变差。

在还原处理中，NOx或SOx的还原反应(以下统称为“还原反应”)的活性化依赖于NOx催化剂的状态。具体地，NOx催化剂的活性化程度越高，还原反应越容易进行。

考虑到这点，在根据本发明的排气净化系统中，如果当执行还原处理时NOx催化剂的温度低于预定温度，则可以使低压EGR气体量相比于NOx催化剂的温度高于或等于所述预定温度时更少。所述预定温度是可以认为NOx催化剂充分地活性化的NOx催化剂的温度，并且所述预定温度通过实验而预先确定。

这是因为，当NOx催化剂的温度低时，NOx催化剂没有充分活性化，因此，即使通过在很大程度上减少低压EGR气体量来确保为添加燃料在NOx催化剂中的还原反应提供充足的时间，也难以提高NOx还原反应的效果。

因此，当NOx催化剂的温度低时，在提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果方面，优先通过令低压EGR气体量的减少程度更小来提高由EGR减少内燃机中的NOx生成量的效果。

还原处理中的添加燃料的还原反应的活性化依赖于执行还原处理时NOx催化剂还能够储存的NOx的量(以下称为“储存余裕量”)。具体地，NOx催化剂的储存余裕量越大，添加燃料的还原反应越容易进行。

考虑到这点，在根据本发明的排气净化系统中，可以根据执行还原处理时NOx催化剂的储存余裕量来确定低压EGR气体量的减少程度。具体地，NOx催化剂的储存余裕量越大，低压EGR气体量的减少程度可以越小。

这是因为，在当执行还原处理时NOx催化剂的储存余裕量较大的情况下，即使添加燃料在NOx催化剂中的反应时间有一定程度的缩短，还原处理也能够充分进行，因此还原反应的效果难以降低。

因此，在NOx催化剂的储存余裕量较大的情况下，在提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果方面，优先通过令低压EGR气体量的减少程度更小来提高由EGR减少内燃机中的NOx生成量的效果。

由于能够通过如上所述根据NOX催化剂的状态适当地控制低压EGR气体量的减少程度来令导入内燃机内的EGR气体量的变化量更小，所以还能够抑制转矩的变动以及燃烧噪声的变化。结果，还得到提高驱动能力的效果。

如上所述，当借助于低压EGR装置执行EGR时，由于大量排气和新鲜空气的混合物被导入内燃机内，所以从内燃机排出的排气的温度趋于降低。

另一方面，当借助于高压EGR装置执行EGR时，由于再循环至内燃机内的排气量相比于借助于低压EGR装置执行EGR时更少，所以从内燃机排出的排气的温度趋于升高。

因此，在根据本发明的排气净化系统中，能够通过调节高压EGR气体量和低压EGR气体量来控制通过NOx催化剂的排气的温度，从而控制NOx催化剂的温度。

例如，为了使还原处理中添加燃料的还原反应适当地进行，有必要令NOx催化剂充分地活性化。因此，在执行还原处理之前一般预先执行升高NOx催化剂的温度的催化剂升温处理。

考虑到这点，在根据本发明的排气净化系统中，当执行催化剂升温处理时，可以使高压EGR气体量相比于不执行催化剂床温处理时更大。

这使得通过NOx催化剂的排气的温度更高，并因此使得催化剂升温处理所需要的时间缩短。

结果，能够更早地执行还原处理，并能够进一步提高还原反应的效果。

已知当NOx催化剂的温度在指定温度范围内时，NOx催化剂的NOx储存反应最容易进行。

考虑到这点，在根据本发明的排气净化系统中，当不执行还原处理时，可以控制高压EGR气体量和/或低压EGR气体量以使得NOx催化剂的温度属于该指定温度范围内。

这使得能够提高NOx催化剂的NOx储存效率，并且能够更可靠地净化排气。

在根据本发明的排气净化系统中设有PM过滤器作为排气净化装置的情况下，当适于执行氧化并除去PM过滤器所捕集的颗粒物质(下文中称为“PM”)从而恢复PM过滤器的PM捕集能力的过滤器再生处理时，从燃料添加装置向PM过滤器供应燃料。

如果当执行过滤器再生处理时通过PM过滤器的排气量较少，则添加燃料难以扩散至整个PM过滤器，并且有可能在PM过滤器中产生燃料浓度高的局部部位，从而导致过度升温或者需要较长时间来完成堆积在PM过滤器上的PM的氧化。

考虑到这点，在设有PM过滤器作为排气净化装置的排气净化系统的情况下，当执行过滤器再生处理时，可以使低压EGR气体量相比于不执行过滤器再生处理时更大。

这使得当执行过滤器再生处理时通过PM过滤器的排气的量更大，因此添加燃料将在短时间内扩散至PM过滤器的大范围。因此，能够有效地氧化并除去堆积在PM过滤器上的PM。另外，由于低压EGR气体的温度相对较低，过滤器再生处理中产生的PM的氧化反应热将有效地释放，因此防止了PM过滤器的过度升温。

在过滤器再生处理中的PM的氧化反应的活性化依赖于PM过滤器的温度。具体地，PM过滤器的温度越高，PM的氧化反应越易于进行。因此，在执行过滤器再生处理之前，一般预先执行升高PM过滤器的温度的过滤器升温处理。

考虑到这点，在根据本发明的排气净化系统中，当执行过滤器升温处理时，可以使高压EGR气体量相比于不执行过滤器升温处理时更大。

这使得通过PM过滤器的排气的温度更高，从而可以使过滤器升温处理所需要的时间缩短。结果，能够更早地执行再生处理，从而能够进一步提高PM过滤器的PM除去效果。

在根据本发明的排气净化系统中由排气净化装置所实现的排气净化效果依赖于通过燃料添加而添加至内燃机排气系统中的燃料的性质。

考虑到这点，在根据本发明的排气净化系统中，可以基于添加燃料的性质来控制通过排气净化装置的排气量。

例如，在使用具有较轻且容易气化(挥发)的性质的燃料的情况下，添加燃料将在短时间内气化，从而使得排气的空燃比很大程度地向更浓侧变化。然而，由于排气的空燃比向更浓侧变化的时间较短，所以存在一种可能性，例如，在NOx催化剂的还原处理中，没有为添加燃料在NOx催化剂中的还原反应提供充足的时间，从而NOx净化效果变差。

因此，在这种情况下，优选地令燃料添加时的低压EGR气体量更少。

这使得能够减少通过排气净化装置的排气的量，并可以增大在燃料添加时通过NOx催化剂的排气的空燃比向更浓值转变的时间。

另一方面，在使用具有难以气化的性质的燃料的情况下，有可能即使在执行燃料添加时排气的空燃比也不能充分地向更浓侧转变。从而，例如在NOx催化剂的情况下，由于在令周围氛围为高于一定水平较浓的条件下进行还原反应，所以存在NOx除去效果变差的可能性。

因此，在这种情况下，优选地在燃料添加时增大低压EGR气体量。

这使得能够增大通过排气净化装置的排气的量，并促进添加燃料的气化，从而能够在燃料添加时更可靠地将排气的空燃比向更浓侧转变。

附图说明

图1是示意性地示出根据本发明一实施例的内燃机的总体构造的图。

图2是在本发明的实施例中控制通过NOx催化剂的排气量的例程的流程图。

图3示出了在本发明的实施例中，当执行通过NOx催化剂的排气量的控制时，通过NOx催化剂的排气的空燃比、通过NOx催化剂的排气量以及从NOx催化剂排出的NOx的量随时间的变化。

具体实施方式

以下，将通过示例的方式详细说明本发明的最佳实施方式。

[实施例1]

图1示意性地示出本发明所适用的内燃机的实施例。图1中所示的内燃机1是具有四个气缸2的柴油机。内燃机1设有向各气缸2的燃烧室内直接喷射燃料的燃料喷射阀3。

进气歧管8与内燃机1相连接，进气歧管8的各支管经进气口(图中未示)与各气缸2的燃烧室相连通。利用排气能量作为驱动源而工作的涡轮增压器15的压缩机壳体15a设置在连接至进气歧管8的进气管9的途中。

在压缩机壳体15a的上游设有空气滤清器4。空气滤清器4设有向ECU35输出表示流入进气管9内的空气量的信号的空气流量计11。

在压缩机壳体15a的下游设有用于冷却流入进气管9内的进气的中间冷却器13。在中间冷却器13的下游设有能够调节进气量的节气门12。

排气歧管18与内燃机1相连接，排气歧管18的各支管经排气口与各气缸2的燃烧室相连通。排气歧管18经由连接部16与涡轮增压器15的涡轮壳体15b相连接。涡轮壳体15b与排气管19相连接，排气管19通向下游处的大气。

排气歧管18设有燃料添加阀28，燃料添加阀28具有以面向排气歧管18内的方式设置的喷射口。通过燃料添加阀28添加至排气歧管18内的燃料和排气一起在排气管19内流动并到达NOx催化剂20。

储存还原型NOx催化剂20(下文中将称为“NOx催化剂”)设置在排气管19的途中。

当流入的排气中的氧浓度高时，NOx催化剂20储存排气中的NOx，当流入的排气中的氧浓度低时，NOx催化剂20放出储存于其中的NOx。与此相关地，如果在周围的排气中存在诸如燃料之类的还原成分，则所放出的NOx与燃料在NOx催化剂上发生还原反应，从而还原并除去NOx。

排气歧管18和进气歧管8经由高压EGR通路25相连通。

在高压EGR通路25的途中，设有由电磁阀等构成的高压EGR阀26，以响应于所施加的电压的大小而改变流入高压EGR通路25中的排气量(下文中称为“高压EGR气体量”)。在高压EGR阀26的上游设有用于冷却高压EGR气体的高压EGR冷却器27。

当高压EGR阀26开启时，高压EGR通路25进入气体导通状态，流入排气歧管18中的排气的一部分流入高压EGR通路25，并在通过高压EGR冷却器27后再循环至进气歧管8内。

再循环至进气歧管8的高压EGR气体与经进气管9流入进气歧管8内的进气相混合，并被导入各气缸2的燃烧室内。

当执行使用高压EGR通路25的EGR时，再循环至内燃机1中的排气量相对较少，因此，从内燃机中排出的排气的温度趋于相对较高。

NOx催化剂20下游的排气管19和压缩机壳体15a上游的进气管9经低压EGR通路23相连通。

在低压EGR通路23的途中，设有由电磁阀等构成的低压EGR阀5，以响应于所施加的电压的大小而改变流入低压EGR通路23中的排气量(下文中称为“低压EGR气体量”)。在低压EGR阀5的上游设有用于冷却低压EGR气体的低压EGR冷却器24。

当低压EGR阀5开启时，低压EGR通路23进入气体导通状态，从NOx催化剂20中流出的排气的一部分流入低压EGR通路23中，并在通过低压EGR冷却器24后再循环至压缩机壳体15a上游的进气管9。

再循环至进气管9的低压EGR气体与经空气滤清器4流入进气管9内的新鲜空气相混合，由设置在压缩机壳体15a内的压缩机压缩，并被导入各气缸2的燃烧室内。

当使用低压EGR通路23执行EGR时，能够将大量排气再循环至内燃机1中，因此，从内燃机1排出的排气的温度趋于相对较低。

随着一部分排气经高压EGR通路25和/或低压EGR通路23被再循环至内燃机1内，内燃机1的燃烧室内的混合气的燃料温度降低，并且在燃烧过程中生成的NOx的量减少。

内燃机1设有输出表示曲轴旋转位置的电信号的曲柄位置传感器33和输出表示冷却水温度的电信号的水温传感器6。排气管19设有检测流入排气管19内的排气的温度的排气温度传感器7。向燃料添加阀28和燃料喷射阀3供应燃料的燃料供应装置14设有检测诸如挥发性等燃料的性质的燃料传感器10。

各传感器与ECU 35相连接，以便将从传感器的输出的信号输入至ECU 35。

高压EGR阀26、低压EGR阀5、燃料添加阀28、燃料喷射阀3和节气门12均与ECU 35电连接并由从ECU 35输出的控制信号控制。

ECU 35基于从各传感器输入的信号来控制内燃机1的运转，还控制通过NOx催化剂20的排气的流量(下文中称为“催化剂通过排气量”)。

由于NOx催化剂20能够储存的NOx量具有上限，在此实施例中，当在NOx催化剂20内已经储存了一定量的NOx时，通过经燃料喷射阀28向排气中添加燃料(下文中称为“燃料添加”)以将NOx催化剂20的周围氛围改变为还原氛围，来适当地将NOx催化剂20内所储存的NOx放出。此时，通过燃料添加而添加的燃料(下文中称为“添加燃料”)和排气一起到达NOx催化剂20，并还原从NOx催化剂20放出的NOx，从而除去NOx(上述过程称为“还原处理”)。

在还原处理中，由于在添加燃料和排气一起通过NOx催化剂20时进行NOx还原反应，所以NOx从NOx催化剂20有效地放出、还原并除去的时段被限制在添加燃料通过NOx催化剂20的时段内。因此，为了通过NOx催化剂20有效地除去NOx，优选地减少催化剂通过排气量，从而为添加燃料在NOx催化剂20中的反应提供充足的时间。

另一方面，EGR气体量越大，内燃机1中NOx生成量的减少越有效。因此，为了提高由EGR实现的减少内燃机中NOx生成量的效果，利用低压EGR通路23执行大量EGR是有效的。

然而，在利用低压EGR通路23执行大量EGR时，催化剂通过排气量也增大，因此存在NOx催化剂20中NOx还原反应不适当进行的可能性。

如上所述，由于令由EGR实现的减少内燃机1中NOx生成量的效果最大化的高压EGR气体量和低压EGR气体量(以下，这些EGR气体量称为“第一设定量”)与令NOx催化剂20中的NOx还原反应的效果最大化的高压EGR气体量和低压EGR气体量(以下，这些EGR气体量称为“第二设定量”)不同，所以存在NOx催化剂20的还原处理不适当进行的可能性。

另一方面，在此实施例中，当执行还原处理时，在燃料添加的同时低压EGR气体量减少，从而减少了催化剂通过排气量。

这确保了为添加燃料在NOx催化剂20中的反应提供充足的时间，从而能够提高NOx催化剂的NOx除去效果。

在这种情况下，由于低压EGR气体量减少，所以存在由EGR实现的减少内燃机1中NOx生成量的效果有某种程度降低的可能性。然而，通过设定低压EGR气体量减少的程度，使得NOx催化剂20内的还原反应效果增大的程度大于NOx生成量减少效果减小的程度，能够提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果。

此外，由于当执行燃料添加时低压EGR气体量减少，所以添加燃料中所包含的未燃成分流入低压EGR通路23内的量减少。这使得能够防止未燃燃料流入诸如低压EGR冷却器24、低压EGR阀5、进气管9、涡轮增压器15和中间冷却器13之类的设备中而导致污染及性能变差。

以下，将参照图2说明由ECU 35执行的催化剂通过排气量的控制。图2是执行催化剂通过排气量控制的例程的流程图。该例程由ECU 35每隔预定时间间隔重复地执行。

首先在步骤201中，ECU 35检测内燃机1的运转状态。具体地，ECU35通过曲柄位置传感器33检测内燃机1的发动机转速Ne，通过水温传感器6检测水温Te，并基于ECU 35提供的对燃料喷射阀3的控制信号来计算燃料喷射量Qf。

在步骤202中，ECU 35检测添加燃料的性质。具体地，ECU 35通过燃料传感器10检测燃料的挥发性J。燃料的挥发性J是表示经燃料添加阀28添加的燃料在排气中气化的容易程度。燃料越轻，挥发性J越高。

然后，在步骤203至209中，当不进行还原处理时，ECU 35设定低压EGR气体量和高压EGR气体量，使得由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果最优化。

具体地，首先在步骤203中，ECU 35根据内燃机1的运转状态以及燃料的挥发性J计算低压EGR气体量LEGR和高压EGR气体量HEGR的第一设定量。然后，ECU 35使用所算出的值作为低压EGR气体量LEGR和高压EGR气体量HEGR的控制目标值来控制低压EGR阀5和高压EGR阀26的开度。

然后，在步骤204至208中，ECU 35控制低压EGR气体量LEGR和高压EGR气体量HEGR，使得NOx催化剂20的催化剂床温Tbed属于预定温度范围内。在此，预定温度范围是其中NOx催化剂20的NOx储存效率高的催化剂床温范围，该预定温度范围通过实验预先确定。

首先在步骤204中，ECU 35检测NOx催化剂20的催化剂温度Tbed。催化剂床温Tbed可以由NOx催化剂20所配设的温度传感器直接测定，或者用由排气温度传感器7检测到的排气温度代替。

在步骤205中，ECU 35判定在所述步骤204中测得的NOx催化剂20的催化剂升温Tbed是否低于上述预定温度范围的下限值Tbedmin。

如果在步骤205中的判定为肯定的(Tbed＜Tbedmin)，则ECU 35进行至步骤207，在该步骤中，ECU 35增大高压EGR气体量HEGR(HEGR←HEGR+ΔH1)，以便升高NOx催化剂20的催化剂床温Tbed。在执行步骤207后，ECU返回至步骤204。此时，低压EGR气体量LEGR将会减小(LEGR←LEGR-ΔL1)。

另一方面，如果在步骤205中的判定为否定的(Tbed≥Tbedmin)，则ECU 35进行至步骤206，在该步骤中，ECU 35判定NOx催化剂20的催化剂升温Tbed是否高于上述预定温度范围的上限值Tbedmax。

如果在步骤206中的判定为肯定的(Tbed＞Tbedmax)，则ECU 35进行至步骤208，在该步骤中，ECU 35增大低压EGR气体量LEGR(LEGR←LEGR+ΔL2)，以便降低NOx催化剂20的催化剂床温Tbed。在执行步骤208后，ECU 35返回至步骤204。此时，高压EGR气体量HEGR将会减小(HEGR←HEGR-ΔH2)。

由于利用低压EGR通路23的EGR和利用高压EGR通路25的EGR对于从内燃机1排出的排气的温度有不同的效果，所以可以通过控制低压EGR气体量LEGR和高压EGR气体量HEGR来控制通过NOx催化剂20的排气的温度。这使得能够控制NOx催化剂20的温度。

如果在上述步骤206中的判定为否定的(Tbed≤Tbedmax)，则在判定出NOx催化剂20的催化剂床温属于NOx储存效率高的温度范围内的情况下，ECU 35进行至步骤209。

在步骤209中，ECU 35判定需要执行NOx催化剂20的还原处理的条件是否成立。

具体地，ECU 35判定NOx催化剂20所储存的NOx的量是否超出预定储存量。该预定储存量是基于NOx催化剂20能够具备适当的NOx储存能力的NOx储存量的上限值而确定的。

如果在步骤209中的判定为肯定的，则在判定为有必要执行NOx催化剂20的还原处理以还原所储存的NOx的情况下，ECU 35进行至从步骤210开始执行的还原处理。

另一方面，如果在步骤209中的判定为否定的，则ECU 35终止此例程的执行。

在步骤210至213中，ECU 35执行NOx催化剂20的催化剂升温处理。

首先在步骤210中，ECU 35根据内燃机1的运转状态和燃料的挥发性J，计算导致通过NOx催化剂20的排气的温度升高的低压EGR气体量LEGR和高压EGR气体量HEGR。然后，ECU 35使用所算出的值作为低压EGR气体量和高压EGR气体量的控制目标值来控制低压EGR阀5和高压EGR阀26的开度。

这种设定低压EGR气体量和高压EGR气体量的例子包括增大高压EGR气体量HEGR的设定。

这使得能够升高通过NOx催化剂20的排气的温度，并因此能够缩短催化剂升温处理的时间。

然后在步骤211中，ECU 35执行催化剂升温处理。催化剂升温处理的例子包括在内燃机1中执行后喷射的方法，以及向设置在NOx催化剂20上游的具有氧化能力的催化剂中添加还原剂并利用还原剂在氧化反应中产生的反应热来升高流入NOx催化剂20的排气的温度的方法。

在步骤212中，ECU 35检测NOx催化剂20的催化剂床温Tbed。在接下来的步骤213中，ECU 35判定催化剂床温的检测值Tbed是否高于目标温度Tbedtrg。也就是说，ECU 35判定NOx催化剂20是否已经充分活性化。

这是因为，在NOx催化剂20未充分活性化的状态下，NOx催化剂20的还原处理中的还原反应难以进行。目标温度Tbedtrg是可以判定出NOx催化剂20已经被充分活性化至能够适当地执行NOx催化剂20的还原处理的NOx催化剂的温度。目标温度Tbedtrg通过实验预先确定。

如果在步骤213中的判定为否定的，则ECU 35返回至步骤212。ECU35重复执行步骤212和213，直至在步骤213中得到肯定的判定。

如果在步骤213中的判定为肯定的，则在判定出NOx催化剂20已经被充分活性化的情况下，ECU 35进行至步骤214，并终止催化剂升温处理。

在步骤215至217中，ECU 35执行还原处理。首先在步骤215中，ECU 35计算NOx催化剂20的储存余裕量Y。储存余裕量Y是NOx催化剂20不损失其NOx储存能力在当前状态下能够进一步储存的NOx的量。具体地，储存余裕量Y作为在当前的催化剂床温下NOx催化剂20的最大可储存量与当前NOx催化剂20所储存的NOx的量之差而算出。

这里，NOx催化剂20的最大可储存量是NOx催化剂20不损失其NOx储存能力而能够储存的NOx量的最大值。NOx催化剂20的最大可储存量由催化剂床温确定，并通过实验预先确定。

在步骤216中，ECU 35根据内燃机1的运转状态、燃料的挥发性J以及NOx催化剂20的储存余裕量Y，算出使得由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果尽可能高的低压EGR气体量LEGR和高压EGR气体量HEGR。然后，ECU 35使用所算出的值作为低压EGR气体量LEGR和高压EGR气体量HEGR的控制目标值来控制低压EGR阀5和高压EGR阀26的开度。

这种设定低压EGR气体量和高压EGR气体量的例子包括减小低压EGR气体量LEGR的设定。

这使得能够减少催化剂通过排气量，并因此能够确保为添加燃料在NOx催化剂20中的还原反应提供充足的时间。

在使用具有高挥发性J的燃料作为添加燃料的情况下，添加燃料在短时间内气化，以使得排气的空燃比很大程度地向更浓侧变化，但是排气的空燃比向更浓侧变化的时间很短。存在不能为添加燃料在NOx催化剂20中的还原反应提供充足时间的可能性。

考虑到这点，添加燃料的挥发性J越高，可以使得低压EGR气体量减少的程度越大。

这导致催化剂通过排气量减少，并因此能够更可靠地确保为添加燃料在NOx催化剂20中的还原反应提供充足的时间。

当NOx催化剂20的储存余裕量Y大时，添加燃料在NOx催化剂20中的催化剂净化反应倾向于容易进行。因此，在这种情况下，即使添加燃料在NOx催化剂20中的反应时间某种程度上缩短，还原反应的效果也难以降低。

考虑到这点，储存余裕量Y越大，可以使得低压EGR气体量减少的程度越小。

这使得EGR气体量的变化随着低压EGR气体量的减少而减小，从而能够抑制转矩的变动以及燃烧噪声的变化。结果，还能够获得驱动性能提高的有利效果。

通过上述步骤215和216，低压EGR气体量和高压EGR气体量从第一设定量被控制为接近第二设定量。这使得能够某种程度上降低减少内燃机1中NOx生成量的效果。然而，通过确定低压EGR气体量的减少程度以使得还原反应效果提高程度大于减少内燃机1中NOx生成量的效果的前述降低程度，能够提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放量减少效果。

然后在步骤217中，ECU 35根据燃料的挥发性J计算通过燃料喷射阀28的燃料添加量Qad和燃料添加间隔INT。

在步骤218中，ECU 35基于在步骤216中算出的燃料添加量Qad和燃料添加间隔INT控制燃料添加阀28执行燃料添加，从而开始NOx催化剂20的还原处理。

在步骤219中，ECU 35判定终止还原处理的条件是否成立。判定终止还原处理的条件的方法可以是，判定在通过还原处理将一定量NOx从NOx催化剂20内排出后，NOx催化剂20的储存余裕量是否超出预定量。ECU 35重复地执行步骤218，直至得到肯定判定，如果得到了肯定判定，则ECU 35进行至步骤220并终止还原处理。具体地，ECU 35控制燃料添加阀28停止燃料添加。

然后在步骤221中，ECU 35将低压EGR量LEGR和高压EGR量HEGR变回至第一设定量并终止此例程的执行。

图3包括示出当通过ECU 35执行上述控制催化剂通过排气量的例程时，通过NOx催化剂20的排气的空燃比、催化剂通过排气量和来自NOx催化剂20的NOx排出量随时间变化的图。

在图3(I)中，横轴表示时间，纵轴表示通过NOx催化剂20的排气的空燃比。在图3(II)中，横轴表示时间，纵轴表示催化剂通过排气量。在图3(III)中，横轴表示时间，纵轴表示从NOx催化剂20排出的NOx的量。在图3(I)至(III)中，实线绘制的曲线表示在不执行根据本实施例的催化剂通过排气量控制的情况下，通过NOx催化剂20的排气的空燃比、催化剂通过排气量和从NOx催化剂排出的NOx量随时间的变化，而虚线绘制的曲线表示在执行根据本实施例的催化剂通过排气量控制的情况下，通过NOx催化剂20的排气的空燃比、催化剂通过排气量和从NOx催化剂排出的NOx量随时间的变化。

当由燃料添加阀28执行燃料添加以便执行NOx催化剂20的还原处理时，通过NOx催化剂20的排气的空燃比暂时性很大程度地变浓(图3(I)中的(A))。此时，在不执行催化剂通过排气量控制的情况下，由于催化剂通过排气量没有减少(图3(II)中的(B))，所以排气的空燃比在短时间内返回至先前水平(图3(I)中的(A))，而在执行催化剂通过排气量控制的情况下，由于催化剂通过排气量减少(图3(II)中的(B′))，所以排气的空燃比向更浓水平转变的状态持续很长时间(图3(I)中的(A′))。

结果，与不执行催化剂通过排气量控制的情况(图3(III)中的(C))相比，在执行催化剂通过排气量控制的情况下，在NOx催化剂20的还原处理中，从NOx催化剂20排出的NOx更确实地被还原并除去，并且从NOx催化剂20排出的NOx量减少(图3(III)中的(C′))。

如上所述，通过在添加燃料时由ECU 35执行催化剂通过排气量控制例程，即使在进行EGR的同时执行NOx催化剂20的还原处理的情况下，也能够有利地实现通过EGR对内燃机1中的NOx生成量的减少和NOx催化剂20中的还原反应两者，并且能够进一步提高由排气净化系统总体上实现的NOx排放减少效果。

前述实施例是出于解释目的的示例，可以在不背离本发明本旨的范围内对上述实施例进行各种改变。例如，在将载持有NOx催化剂的PM过滤器设为排气净化装置的情况下，将执行通过燃料添加来氧化并除去堆积在PM过滤器上的PM的再生处理。在再生处理中，为了排出PM的氧化反应时的反应热从而防止PM过滤器过度升温，控制低压EGR气体量和/或高压EGR气体量，以便增大在燃料添加时通过PM过滤器的排气的量。具体地，低压EGR气体量被控制为在执行再生处理时更大。在这种情况下，为了辅助执行再生处理之前实施的PM过滤器的升温处理，将高压EGR气体量控制为在升温处理时增大，对于上述NOx催化剂的情况也是如此。

在上述实施例中，通过示例的方式说明了具有设置在排气通路内与低压EGR通路相接合部位上游的作为排气净化装置的NOx催化剂的结构。这是说明本发明的效果的最简单的结构。实际上，当然可以在排气通路内包括与低压EGR通路相接合部位的下游处，设置一个或多个其他的排气净化装置。在这种情况下，如果存在具有反应活性依赖于通过排气净化装置的排气的流量或空间速度而变化的特征的排气净化装置，则通过将其设置在与低压EGR通路相接合部位上游处的排气通路内，与上述实施例中的NOx催化剂一样能够获得更有效地发挥排气净化能力的本发明的特有效果。

工业应用

根据本发明的排气净化系统，即使在设有EGR装置和排气净化装置的排气净化系统中同时执行通过EGR装置的排气净化和通过排气净化装置的排气净化，两种排气净化均能以优选的方式实施，并且能够尽可能地提高由排气净化系统总体上实现的排气净化效果。

Claims (9)

1.一种内燃机的排气净化系统，其特征在于包括：

排气净化装置，所述排气净化装置净化从所述内燃机排出的排气；

燃料添加装置，所述燃料添加装置从所述排气净化装置的上游供应燃料；

涡轮增压器，所述涡轮增压器包括设置在所述排气净化装置上游的排气管内的涡轮和设置在所述内燃机的进气管途中的压缩机；

高压EGR装置，所述高压EGR装置将所述涡轮上游的排气管内的排气的一部分再循环至所述压缩机下游的进气管内；

低压EGR装置，所述低压EGR装置将所述排气净化装置下游的排气管内的排气的一部分再循环至所述压缩机上游的进气管内；以及

控制装置，当燃料从所述燃料添加装置被供应至所述排气净化装置时，所述控制装置控制由所述高压EGR装置再循环的排气量和/或由所述低压EGR装置再循环的排气量，以控制通过所述排气净化装置的排气量。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于还包括还原装置，所述还原装置通过从所述燃料添加装置向设置在所述排气净化装置内的储存还原型NOx催化剂供应燃料，来执行还原所述NOx催化剂所储存的NOx或SOx的还原处理，其中，在当执行所述还原处理时由所述低压EGR装置执行排气再循环的情况下，与不执行所述还原处理时相比，所述控制装置减少由所述低压EGR装置再循环的排气量。

3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，如果当执行所述还原处理时所述NOx催化剂的温度低于预定温度，则所述控制装置使所述减少的程度变小。

4.根据权利要求2或3所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述控制装置根据当执行所述还原处理时所述NOx催化剂还能够储存的NOx的量来确定所述减少的程度。

5.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于还包括催化剂升温装置，所述催化剂升温装置用于在执行所述还原处理之前执行升高所述NOx催化剂的温度的催化剂升温处理，其中，当执行所述催化剂升温处理时，所述控制装置使得由所述高压EGR装置再循环的排气量相比于不执行所述催化剂床温处理时更大。

6.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，当所述还原处理未在执行时，所述控制装置控制由所述高压EGR装置再循环的排气量和/或由所述低压EGR装置再循环的排气量，使得所述NOx催化剂的温度属于预定温度范围内。

7.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于还包括过滤器再生装置，所述过滤器再生装置通过从所述燃料添加装置向设置在所述排气净化装置内的PM过滤器供应燃料，来执行氧化所述PM过滤器所捕集的颗粒物质的过滤器再生处理，其中，当执行所述过滤器再生处理时，所述控制装置使得由所述低压EGR装置再循环的排气量相比于不执行所述过滤器再生处理时更大。

8.根据权利要求7所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于还包括过滤器升温装置，所述过滤器升温装置用于在执行所述过滤器再生处理之前执行升高所述PM过滤器的温度的过滤器升温处理，其中，当执行所述过滤器升温处理时，所述控制装置使得由所述高压EGR装置再循环的排气量相比于不执行所述过滤器升温处理时更大。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述控制装置根据从所述燃料添加装置供应的燃料的性质来控制由所述低压EGR装置再循环的排气量和/或由所述高压EGR装置再循环的排气量。

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