CN101611222A - 内燃发动机的排气净化系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

内燃发动机的排气净化系统

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NOx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NOx催化剂(以下简称为NOx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NOx被吸藏(包藏)于该NOx催化剂。此时，不仅NOx，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NOx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阀的开度以减少吸入空气量。通过减少吸入空气量，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，可以更有效地使氧化物还原。

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NOx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；

向在该吸藏还原型NOx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。

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NOx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NOx催化剂的NOx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；和基于在累计NOx排出量和作为执行NOx还原控制的阈值的预定NOx排出量之间的差的减少速度，预测累计NOx排出量达到预定NOx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NOx催化剂的NOx通过执行NOx还原控制而被暂时还原后，随着时间的经过，伴随着累计NOx排出量的增加，NOx催化剂中的NOx吸藏量再度增加。在此，所谓预定NOx排出量，是当累计NOx排出量达到该预定NOx排出量时可以判定NOx催化剂中的NOx吸藏量达到了执行NOx还原控制的阈值的值。

伴随着累计NOx排出量的增加，累计NOx排出量和预定NOx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NOx排出量达到预定NOx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，在第一预定时刻执行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NOx催化剂中的NOx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NOx排出量与NOx排出量一起也发生变化。在该情况下，存在累计NOx排出量和预定NOx排出量的差的减少速度急剧增大的问题。如果累计NOx排出量和预定NOx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NOx排出量和预定NOx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NOx排出量和预定NOx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，在排气的空燃比降低的时刻也不能成为累计NOx排出量实际上到达了预定NOx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NOx催化剂的NOx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，执行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，需要使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，使NOx催化剂的温度上升。于是，在此，所谓目标温度，是当在SOx还原控制的执行期间中和SOx还原控制的停顿期间中的NOx催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SOx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SOx还原控制的执行期间中附着于NOx催化剂的还原剂发生氧化。因此，在SOx还原控制的停顿期间中附着于NOx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SOx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SOx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，NOx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SOx还原控制的停顿期间中，NOx催化剂的温度逐渐降低而变得比目标温度低。从而，在SOx还原控制的执行开始起SOx还原控制的执行期间中和SOx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SOx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NOx催化剂的SOx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SOx还原控制的执行期间中和SOx还原控制的停顿期间中的NOx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NOx催化剂中的SOx还原。

附图说明

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；

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NOx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SOx还原控制的例程的流程图。

具体实施方式

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1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NOx催化剂9。而且，在排气通路6的在涡轮8b下游一侧、并且在NOx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NOx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，设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NOx催化剂9的温度。

而且，节气门10和燃料喷射阀3、燃料添加阀14、EGR阀13电连接于ECU20，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1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，通过在使发动机排气的空燃比降低的基础上向该发动机排气中供给燃料，从而使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NOx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NOx还原控制的时刻，即吸藏于NOx催化剂9的NOx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1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1排出的NOx的量越多。因此，内燃发动机1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设得较大，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NOx排出量egnoxsum达到预定NOx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降低，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1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Δegnox的减少速度，来预测第一预定时刻。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Δte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Δte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14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，可将为了使发动机排气的空燃比Rgaseg降低而使内燃发动机1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1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NOx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1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NOx排出量和预定NOx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NOx排出量egnoxsum达到预定NOx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NOx催化剂9的NOx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，NOx的还原效率减低。

根据以上所述，在即使为了使内燃发动机1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NOx排出量egnoxsum到达了预定NOx排出量egnoxrq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气体量增加的燃烧模式，相当于本发明中的低空燃比模式。在内燃发动机1的燃烧模式为通常燃烧模式的情况下(不进行NOx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。

<NOx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NOx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1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NOx排出量设定单元。

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，通过从预定NOx排出量egnoxrq减去累计NOx排出量egnoxsum，而算出它们的值的差Δegnox。

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Δegnox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vnox0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S111。

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t1。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t1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Δte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S101。

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1的EGR气体量增加，内燃发动机1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t1。在该S109中，在判定为肯定的情况下，ECU20进行到S110，在判定为否定的情况下，ECU20重复S109。

在S110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S111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t1前的定时(timing，时刻)即以便在该第一预定时刻t1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的定时可以使发动机的空燃比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1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vnox0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1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。在使发动机排气的空燃比降低的基础上，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NOx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1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NOx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t1。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Δt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Δte。在该S205中，在判定为肯定的情况下，ECU20进行到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。

根据以上说明的例程，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，使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Δte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。

(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，所以省略其说明。

<SOx还原控制>

在本实例中，为了还原被吸藏于NOx催化剂9中的SOx，执行SOx还原控制。在使吸藏于NOx催化剂9中的SOx还原的情况下，需要使流入排气的空燃比降低并且使NOx催化剂9的温度上升。由在该NOx催化剂9中排气中的燃料被氧化而产生的氧化热，使NOx催化剂9的温度上升。于是，在本实施例的SOx还原控制中，与实施例1和2的NOx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，使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，并且向NOx催化剂9供给燃料。由此，能够更有效地还原被吸藏于NOx催化剂9的SOx。

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NOx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NOx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Sofrqsum，是了为使NOx催化剂9的温度Tc成为目标温度Tct而执行了在NOx催化剂9中需要氧化的燃料的量的SOx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SOx还原控制的执行期间中和SOx还原控制的停顿期间中的NOx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SOx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NOx催化剂9的SOx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SOx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SOx还原控制的执行期间中，由于燃料被供给NOx催化剂9，所以累计氧化燃料量Qofsum急剧增加。从而，在之后的SOx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SOx还原控制的执行期间中附着(吸附)于NOx催化剂9的燃料发生氧化。因此，在SOx还原控制的停顿期间中附着于NOx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SOx还原控制的停顿期间中的累计氧化燃料量Qofsum的增加速度与SOx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，NOx催化剂9的燃料的氧化受到促进，所以NOx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，NOx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SOx还原控制的执行开始后SOx还原控制的执行期间中和SOx还原控制的停顿期间中，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SOx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Qofsum和累计要求燃料量Sofrqsum一致的时刻(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SOx还原控制。在此，将累计氧化燃料量Qofsum和累计要求燃料量Sofrqsum一致的时刻设为和第二预定时刻。

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Sofrqsum一致之前，基于累计氧化燃料量Qofsum和累计要求燃料量Sofrqsum的差ΔQof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Δte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Δte。

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加。

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NOx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Qofsum和累计要求燃料量Sofrqsum一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NOx催化剂9的SOx还原。

因此，根据本实施例，可使得为了使发动机排气的空燃比Rgaseg降低而使得使内燃发动机1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SOx还原。

<SOx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SOx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行。

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Qofrqsum算出这两个值之间的差ΔQof。

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ΔQof的减少速度(以下简称作减少速度)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一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降低为止的响应延迟期间Δte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1的EGR气体量增加，内燃发动机1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模式切换单元。

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)即以便在该第二预定时刻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Qofsum和累计要求燃料量Sofrqsum一致的时刻可以使发动机排气的空燃比Rgaseg降低。此外，与使发动机排气的空燃比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1-3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10朝闭阀方向控制来减少吸入空气量的方法、通过将内燃发动机1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NOx催化剂中的氧化物还原。

Claims (5)

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1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；和

基于所述累计NOx排出量和作为执行NOx还原控制的阈值的预定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，以便在该第一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NOx排出量的预定NOx排出量设定单元，

在所述累计NOx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1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，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1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；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。

Images