CN101622429A - 用于内燃机的排气净化系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气净化系统及其控制方法。其中，用于内燃机的排气净化系统包括：NOX储存还原催化剂；还原剂供给装置；EGR设备；过量供给控制装置，过量供给控制装置用于通过控制还原剂供给装置使得还原剂供给装置供给还原剂以将流入到NOX储存还原催化剂中的排气的空燃比暂时减小到预定的目标流入空燃比，来执行恢复NOX储存还原催化剂的排气净化性能的过量供给控制；及基础空燃比控制装置，基础空燃比控制装置用于当EGR设备使排气再循环并且过量供给控制被执行时将内燃机中的基础空燃比减小到预定的供给基础空燃比，其中预定的供给基础空燃比低于不执行过量供给控制时的基础空燃比并且稀于化学计量空燃比。

Description

用于内燃机的排气净化系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种包括排气再循环设备的用于内燃机的净化系统及其控制方法。
背景技术
作为用于减少从内燃机排出到大气中的氮氧化物(NOx)量的技术，已知一种包括排气再循环设备(以下称为“EGR设备”)和NOx储存还原催化剂(以下可简称为“NOx催化剂”)的排气净化系统。
EGR设备通过将排气的一部分导入到用于内燃机的进气系统从而降低燃烧室内的空气燃料混合物的燃烧温度来减少在内燃机中产生的NOx的量。
当流入到NOx催化剂内的排气中的氧浓度高时，NOx催化剂储存(吸收，吸附)排气中的NOx。当流入到NOx催化剂内的排气中的氧浓度降低并且存在还原剂时，NOx催化剂还原所储存的NOx。当储存在NOx催化剂中的NOx的量增加时，NOx催化剂的净化性能降低。因此，执行过量供给(rich spike)控制。通过将还原剂(例如，燃料)从设置在NOx催化剂上游的还原剂供给阀供给到排气中以将流入到NOx催化剂中的排气的空燃比暂时减小，所述过量供给控制还原储存在NOx催化剂中的NOx。
为了抑制NOx催化剂的温度降低，要求将NOx催化剂布置得接近内燃机。日本专利申请公开No.2000-8835(JP-A-2000-8835)描述了一种排气净化系统，该排气净化系统包括EGR设备，该EGR设备将经过排气通道的位于NOx催化剂下游的部分的排气的一部分再循环到进气系统。
然而，如果在排气再循环时执行对NOx催化剂的过量供给控制，则已经流出NOx催化剂的大量还原剂可能流入到用于内燃机的进气系统。结果，由于空气燃料混合物的燃烧状态的恶化，扭矩可能急剧减小(即，可能发生所谓的扭矩冲击)，这可导致驾驶性能的恶化。
发明内容
本发明提供一种用于内燃机的排气净化系统及其控制方法，该排气净化系统包括将含有还原剂的排气的一部分再循环到内燃机的EGR设备，所述还原剂被供给到设置在排气通道中的NOx储存还原催化剂，其中当EGR设备使排气再循环并且过量供给控制被执行时，在内燃机中尽可能多地抑制扭矩的急剧减小。
本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的排气净化系统。该排气净化系统包括：NOx储存还原催化剂，该NOx储存还原催化剂设置在用于内燃机的排气通道中；还原剂供给装置，该还原剂供给装置用于将还原剂从NOx储存还原催化剂上游的位置供给到NOx储存还原催化剂；EGR设备，该EGR设备将含有还原剂的排气的一部分再循环到内燃机；过量供给控制装置，该过量供给控制装置用于通过控制还原剂供给装置使得该还原剂供给装置供给还原剂以将流入到NOx储存还原催化剂中的排气的空燃比暂时减小到预定的目标流入空燃比，来执行恢复NOx储存还原催化剂的排气净化性能的过量供给控制；以及基础空燃比控制装置，该基础空燃比控制装置用于当EGR设备使排气再循环并且过量供给控制被执行时将内燃机中的基础空燃比减小到预定的供给基础空燃比，其中，所述预定的供给基础空燃比低于不执行过量供给控制时的基础空燃比。
在具有上述构造的排气净化系统中，还原剂供给装置以将流入到NOx储存还原催化剂中的排气的空燃比减小到预定的目标流入空燃比所需的量供给还原剂(例如，燃料)。该预定的目标流入空燃比是当NOx储存还原催化剂的排气净化性能恢复时的流入到NOx储存还原催化剂中的排气的空燃比的目标值。更具体地，该预定的目标流入空燃比是适于还原储存在NOx储存还原催化剂中的NOx或SOx的空燃比。例如，该预定的目标流入空燃比可以大致是化学计量空燃比或浓空燃比。
当EGR设备使排气再循环并且过量供给控制大约同时被执行时，该EGR设备将含有还原剂的排气的一部分再循环到内燃机。即，其空燃比已过度减小的EGR气体被再循环到内燃机。结果，在内燃机的燃烧室内，空气燃料混合物的一些部分中氧不足。因此，每次执行过量供给控制时，都会引起急剧的燃烧变动，这可能导致内燃机中的失火(misfire)或扭矩急剧减小。
根据第一方面，当EGR设备使排气再循环并且过量供给控制被执行时，内燃机中的基础空燃比减小到供给基础空燃比。该供给基础空燃比低于不执行过量供给控制时的基础空燃比。第一方面中的“基础空燃比”是供给到内燃机的燃料量与吸入到内燃机中的空气量之比(即，空气燃料混合物的空燃比)。
“不执行过量供给控制时的基础空燃比”可以是适于当不执行过量供给控制时的内燃机的运行状态的基础空燃比(例如，适于产生所需发动机扭矩的基础空燃比)。为方便起见，不执行过量供给控制时(以下可称为“在正常运行期间”)的基础空燃比称为“正常运行基础空燃比”。“供给基础空燃比”是当执行过量供给控制时的基础空燃比的目标值。该供给基础空燃比可高于(稀于)目标流入空燃比，或者可大致等于目标流入空燃比，只要该供给基础空燃比低于正常运行基础空燃比。
根据第一方面，能够减少需要供给以将流入到NOx储存还原催化剂中的排气的空燃比减小到目标流入空燃比的还原剂的量，因为预先使从内燃机排出的排气的空燃比低于(浓于)正常运行期间的排气的空燃比。因此，能够适当地减少被包含在EGR气体中并且再循环到内燃机的还原剂的量。
根据第一方面，当含有还原剂的EGR气体再循环时，基础空燃比已减小到低于正常运行基础空燃比的供给基础空燃比。因此，能够适当地减小由于其空燃比已过度减小的EGR气体再循环所引起的基础空燃比的变动。因此，能够减小在内燃机中引起的燃烧变动，并且能够抑制内燃机中的失火或扭矩急剧减小。而且，提高了驾驶性能。另外，能够减少通过由过量供给控制装置控制的还原剂供给装置供给的还原剂的量。因此，例如当将燃料作为还原剂供给时，提高了燃料效率。
在第一方面中，还原剂供给装置可包括还原剂供给阀，该还原剂供给阀在排气通道中设置在NOx储存还原催化剂上游的位置处。通过使还原剂供给阀供给还原剂，还原剂供给装置可将还原剂供给到NOx储存还原催化剂。而且，通过使燃料喷射阀执行副喷射，即通过使燃料喷射阀在与燃料喷射阀执行主喷射的时刻不同的时刻喷射充当还原剂的燃料，还原剂供给装置可将还原剂供给到NOx储存还原催化剂。例如，通过使燃料喷射阀在内燃机的膨胀冲程或排气冲程期间执行后喷射，还原剂供给装置可将还原剂供给到NOx储存还原催化剂。
在第一方面中，EGR设备可以使尚未流入到NOx储存还原催化剂中的排气或已从NOx储存还原催化剂中流出的排气再循环，只要该EGR设备使含有还原剂的排气的一部分再循环。
在第一方面中，基础空燃比控制装置可通过控制所述EGR设备使得EGR气体的量增加而将基础空燃比减小到供给基础空燃比。可替代地，该基础空燃比控制装置可通过减少吸入到内燃机中的新空气的量来将基础空燃比减小到供给基础空燃比。例如，通过减小内燃机的节流阀的开度，可以减少新空气的量。根据上述控制，供给到内燃机的燃料量没有增加。因此，抑制了燃料效率的恶化，这是所希望的。
在第一方面中，过量供给控制装置可随着供给基础空燃比和目标流入空燃比之差的减小来减少所供给的还原剂的量。即，当过量供给控制中的目标流入空燃比的值相等时，所供给的还原剂的量可随着基础空燃比的减小程度的增大而减少。因而，能够减少还原剂供给装置将过大量的还原剂供给到NOx储存还原催化剂的可能性。这节约了还原剂。
如果基础空燃比控制装置将基础空燃比过度减小，即，如果供给基础空燃比与正常运行基础空燃比相比极低，则燃烧状态可能由于基础空燃比的变化而不稳定，因为在内燃机的每个燃烧循环中燃烧变动增大了。燃烧变动是一种概念，其例如包括：内燃机中的扭矩减小、失火、从内燃机排出的烟气增加以及燃烧噪音。
优选地，由于减小基础空燃比引起的燃烧变动应尽可能小。因此，在第一方面中，基础空燃比控制装置可将供给基础空燃比设定在燃烧变动不超过预定的容许极限的范围内，该燃烧变动是在基础空燃比控制装置减小基础空燃比时引起的。因而，能够抑制当基础空燃比控制装置减小基础空燃比时引起的燃烧变动的过度增大。
所述“容许极限”意味着内燃机中允许的燃烧变动的程度或幅度的上限。可预先通过实验确定在内燃机的每个运行状态中正常运行基础空燃比、供给基础空燃比以及燃烧变动之间的关系。可使用发动机负荷和发动机转速作为参数来建立用于供给基础空燃比的控制映射。因而，能够将供给基础空燃比适当地设定在由于减小基础空燃比引起的燃烧变动不超过容许极限的范围内。
根据上述控制，以一定的灵活性设定供给基础空燃比，只要燃烧变动不超过容许极限。例如，优选将供给基础空燃比设定为最低的可能值，以使当EGR设备将含有还原剂的排气再循环到内燃机时引起的扭矩减小最小化。在这种情况下，该供给基础空燃比可设定为使得燃烧变动接近容许极限。替代地，该供给基础空燃比可设定为使得燃烧变动低于容许极限一定的量。
在第一方面中，排气净化系统还可包括：燃烧变动确定装置，该燃烧变动确定装置用于确定当基础空燃比控制装置减小基础空燃比时引起的燃烧变动；以及扭矩减小量确定装置，该扭矩减小量确定装置用于确定当EGR设备将含有还原剂的排气再循环到内燃机时扭矩减小的扭矩减小量。术语“确定”可包括“估算”和“检测”。
基础空燃比控制装置可设定供给基础空燃比，使得燃烧变动等于或低于预定的容许极限并且扭矩减小量等于或低于预定的容许值。扭矩减小量的“预定的容许值”是内燃机中允许的扭矩减小量的上限值并且可预先通过实验设定。而且，可考虑驾驶员是否感觉到所谓的扭矩冲击来设定该容许值。
例如，当燃烧变动超过容许极限并且扭矩减小量等于或低于容许值时，基础空燃比控制装置可增大供给基础空燃比。因而，当基础空燃比控制装置在过量供给控制期间减小基础空燃比时，能够抑制空燃比的变动。因此，能够更适当地减小由于减小基础空燃比引起的燃烧变动，使得燃烧变动等于或低于容许极限。
可以在基础空燃比减小到被设定为使得燃烧变动大致等于容许极限的供给基础空燃比的情况下执行增大供给基础空燃比的控制。这是因为例如当内燃机的运行状态在过量供给期间突然改变时，燃烧变动可能超过容许极限。
当扭矩减小量高于容许值并且燃烧变动等于或低于容许极限时，基础空燃比控制装置可减小供给基础空燃比。因而，能够进一步减少通过由过量供给控制装置控制的还原剂供给装置供给的还原剂的量。在这种情况下，供给基础空燃比和目标流入空燃比之差减小，因此，基础空燃比的变动适当地减小了。因此，能够精确地减少当EGR设备将含有还原剂的排气再循环到内燃机时引起的扭矩减小量，使得该扭矩减小量等于或低于容许值。
由于以下原因，当燃烧变动高于容许极限并且扭矩减小量也在高于容许值时，燃烧变动和扭矩减小量都不可通过简单地增大或减小供给基础空燃比来减小。如果增大供给基础空燃比来减小燃烧变动，则扭矩减小量增大。如果减小供给基础空燃比来减小扭矩减小量，则燃烧变动增大。
在这种情况下，过量供给控制装置可控制还原剂供给装置，使得当执行一次过量供给控制时，该还原剂供给装置通过执行一次或多次还原剂排出操作来供给还原剂。过量供给控制装置可增加还原剂供给装置执行还原剂排出操作的次数，并且基础空燃比控制装置可增大供给基础空燃比。
与增加还原剂供给装置执行还原剂排出操作的次数之前相比，当增加还原剂供给装置执行还原剂排出操作的次数时，每次通过执行还原剂排出操作而供给的还原剂的量的平均值减小。因此，通过多次减小扭矩或增加扭矩减小的次数，能够减少每次的扭矩减小量(即，扭矩每次所减小的扭矩减小量)。通过调节还原剂供给装置执行还原剂排出操作的次数，将每次的扭矩减小量精确地减小到等于或低于容许值。
而且，由于以上述方式减小每次的扭矩减小量，所以能够增大供给基础空燃比。这减小了由于将基础空燃比减小到供给基础空燃比所引起的燃烧变动。
根据第一方面，通过调节还原剂排出操作的执行次数所增加的值，以及通过调节供给基础空燃比所增加的修正量，能够抑制燃烧变动使得燃烧变动等于或低于容许极限，并且能够减小扭矩减小量使得扭矩减小量等于或低于容许值。
每次通过执行还原剂排出操作而供给的还原剂的量可以相等或可以不相等。根据第一方面，当执行一次过量供给控制时，供给到NOx储存还原催化剂的还原剂的总量不减少。因此，能够抑制恢复NOx储存还原催化剂的排气净化性能的效率过度恶化。
在第一方面中，基础空燃比控制装置可包括燃烧变动抑制装置，该燃烧变动抑制装置用于减小当基础空燃比控制装置减小基础空燃比时引起的燃烧变动。因此，即使当基础空燃比控制装置减小基础空燃比时，也能够减小或抑制燃烧变动。因此，能够减小供给基础空燃比，从而适当地减小在内燃机中引起的扭矩减小。
例如，燃烧变动抑制装置可包括：涡流控制阀，该涡流控制阀的开度被控制，以在内燃机中产生空气燃料混合物的涡流；以及涡流强度增加装置，该涡流强度增加装置用于当基础空燃比控制装置减小基础空燃比时通过减小涡流控制阀的开度来增加涡流的强度。因此，能够增加空气燃料混合物的涡流的强度，从而适当地搅拌该空气燃料混合物。结果，使空气燃料混合物的燃烧状态稳定，并且抑制了燃烧变动。
在第一方面中，燃烧变动抑制装置可包括主喷射定时提前装置，该主喷射定时提前装置用于当基础空燃比控制装置减小基础空燃比时将执行主喷射的主喷射定时提前。主喷射是在压缩冲程期间的上死点(TDC)附近的时刻执行的到气缸内的燃料喷射，用以提供所需的发动机扭矩。通过将主喷射定时提前，不发生失火的空燃比的范围增大了。这适当地抑制了燃烧变动。
在第一方面中，燃烧变动抑制装置可包括：引燃喷射装置，该引燃喷射装置用于在执行主喷射之前喷射比在主喷射中喷射的燃料量少的燃料量；以及引燃喷射增加装置，该引燃喷射增加装置用于当基础空燃比控制装置减小基础空燃比时增加从引燃喷射装置喷射的燃料量(即，引燃喷射量)。
当在引燃喷射中喷射的燃料在压缩冲程期间燃烧时，燃烧室内的温度和缸内压力在执行主喷射之前升高，并且产生火焰核。由于引燃喷射增加装置增加了引燃喷射量，所以能够提高当在执行引燃喷射之后执行主喷射时的着火稳定性。因此，能够促进空气燃料混合物的燃烧，从而改善燃烧状态。
在第一方面中，在包括EGR设备的用于内燃机的排气净化系统中，当EGR设备使排气再循环并且过量供给控制被执行时，能够使扭矩在内燃机中急剧减小的可能性最小化，所述EGR设备将含有还原剂的排气的一部分再循环到内燃机，所述还原剂被供给到设置在排气通道中的NOx储存还原催化剂。
本发明的第二方面涉及一种用于内燃机的排气净化系统的控制方法，该排气净化系统包括：NOx储存还原催化剂，该NOx储存还原催化剂设置在用于内燃机的排气通道中；还原剂供给装置，该还原剂供给装置用于将还原剂从NOx储存还原催化剂上游的位置供给到NOx储存还原催化剂；EGR设备，该EGR设备将含有还原剂的排气的一部分再循环到内燃机；以及过量供给控制装置，该过量供给控制装置用于通过控制还原剂供给装置使得该还原剂供给装置供给还原剂以将流入到NOx储存还原催化剂中的排气的空燃比暂时减小到预定的目标流入空燃比，来执行恢复NOx储存还原催化剂的排气净化性能的过量供给控制。该控制方法包括：当EGR设备使排气再循环并且过量供给控制被执行时，将内燃机中的基础空燃比减小到预定的供给基础空燃比，其中，该预定的供给基础空燃比低于不执行过量供给控制时的基础空燃比。
附图说明
从以下参照附图的对示例性实施例的描述，本发明的前述及进一步的目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中，同样的附图标记用于表示同样的元件，其中：
图1是示出根据本发明实施例的内燃机、用于该内燃机的进气/排气系统以及控制系统的基本构造的图；
图2是示出根据本发明实施例的内燃机的沿着气缸的轴线截取的横截面的示意图；
图3是示出根据本发明实施例的扭矩减小抑制基本例程的流程图；
图4是示出根据本发明实施例的基础空燃比反馈控制例程的流程图；并且
图5是示出根据本发明实施例的修改的扭矩减小抑制例程的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的实施例。除非另外指明，本发明的技术范围不限于例如每个构成元件的尺寸、材料和形状以及在本实施例中描述的构成元件的相对位置。
图1是示出根据本实施例的内燃机1、用于该内燃机1的进气/排气系统以及控制系统的基本构造的图。图1所示的内燃机1是包括四个气缸2的柴油发动机。图2是示出根据本实施例的内燃机的沿着气缸2的轴线截取的横截面的示意图。
[进气系统]内燃机1连接到进气歧管8。进气歧管8的每个支管均通过进气口连接到相应气缸2的燃烧室。第一进气节流阀21设置在进气歧管8连接到进气通道9的连接部附近。第一进气节流阀21调节在进气通道9中流动的进气的流量。中间冷却器14在进气通道9中设置在第一进气节流阀21上游的位置处。中间冷却器14冷却在进气通道9中流动的气体。
另外，涡轮增压器25的压缩机壳体25a在进气通道9中设置在中间冷却器14上游的位置处。涡轮增压器25使用排气的能量作为驱动动力源来运行。空气流量计15布置在压缩机壳体25a的上游。空气流量计15输出与在进气通道9中流动的进气量对应的电信号。空气滤清器16设置在空气流量计15的上游。第二进气节流阀22在进气通道9中设置在空气流量计15和压缩机壳体25a之间的位置处。该第二进气节流阀22调节在进气通道9中流动的进气的流量。
在具有上述构造的用于内燃机1的进气系统中，在空气滤清器16去除进气中的灰尘之后，进气通过进气通道9流入到压缩机壳体25a中。在进气流入到压缩机壳体25a中之后，进气通过设置在压缩机壳体25a内部的压缩机叶轮(未示出)的旋转而压缩。然后，在进气的温度由于压缩而升高后，进气被中间冷却器14冷却。然后，根据需要通过第一进气节流阀21调节进气的流量，然后进气流入到进气歧管8中。在进气流入到进气歧管8中之后，进气通过进气口4分配给气缸2。
如图2中所示，活塞3可滑动地设置在内燃机1的每个气缸2中。位于气缸2的上部中的燃烧室11连接到进气口4和排气口5。气缸2设置有检测燃烧室11内的压力(燃烧压力)的燃烧压力传感器12和检测空气燃料混合物的空燃比的空燃比传感器29。涡流控制阀13设置在进气口4中。该涡流控制阀13的开度被控制，以产生空气燃料混合物的涡流。通过打开/关闭涡流控制阀13，控制了从进气口4到燃烧室11的空气流。朝燃烧室11打开的进气口4的开口部由进气阀6打开/关闭。朝燃烧室11打开的排气口5的开口部由排气阀7打开/关闭。
进气口4和排气口5分别连接到进气歧管8和排气歧管18。将燃料直接喷射到燃烧室11中的燃料喷射阀10设置在每个气缸2中。分配到每个气缸2的进气使用从相应的燃料喷射阀10喷射的燃料作为着火源而燃烧。
再次参照图1，内燃机1连接到排气歧管18。该排气歧管18的每个支管均通过排气口5连接到相应气缸2的燃烧室11。排气歧管18连接到涡轮增压器25的涡轮机壳体25b。该涡轮机壳体25b连接到排气通道19。该排气通道19的下游部连接到消声器(未示出)。
[排气系统]NOx储存还原催化剂(以下称为“NOx催化剂”)20设置在排气通道19中。燃料供给阀24在排气通道19中设置在NOx催化剂20和涡轮机壳体25b之间的位置处。燃料供给阀24根据来自ECU(电子控制单元)26(稍后描述)的指令信号打开，以将充当还原剂的燃料供给到排气中。排气节流阀23在排气通道19中设置在NOx催化剂20下游的位置处。排气节流阀23调节在排气通道19中流动的排气的流量。
从燃料供给阀24供给到排气通道19内的排气中的燃料降低了排气中的氧浓度。以上述方式产生的具有低氧浓度的排气流入到NOx催化剂20中。结果，储存在NOx催化剂20中的NOx被释放并还原成氮气(N2)。即，通过执行过量供给控制来执行对NOx催化剂20的NOx还原处理，所述过量供给控制即：通过从燃料供给阀24供给充当还原剂的燃料来暂时降低流入到NOx催化剂20中的排气中的氧浓度。在本实施例中，将充当还原剂的燃料供给到排气中的燃料供给阀24可以视作本实施例中的还原剂供给装置。
在具有上述构造的用于内燃机1的排气系统中，内燃机1的每个气缸2中的燃烧过的气体通过排气口5排出到排气歧管18中。然后，该排气从排气歧管18流入到涡轮增压器25的涡轮机壳体25b中。在排气流入到涡轮机壳体25b中之后，可旋转地支承在涡轮机壳体25b中的涡轮机叶轮(未示出)利用排气的热能而旋转。此时，涡轮机叶轮(未示出)的转动力矩传递到压缩机壳体25a的压缩机叶轮(未示出)。
在排气从涡轮机壳体25b中流出之后，排气中的NOx被储存在NOx催化剂20中。然后，根据需要通过排气节流阀23调节排气的流量，然后排气通过消声器排出到大气中。
[EGR设备]为内燃机1设置排气再循环设备(以下称为“EGR设备”)30。该EGR设备30将经过排气通道19的位于NOx催化剂20下游的部分的排气的一部分再循环到进气通道9的位于压缩机壳体25a上游的部分。EGR设备30包括：EGR通道31，该EGR通道31将排气通道19的位于排气节流阀23下游的部分连接到进气通道9的位于压缩机壳体25a上游和第二进气节流阀22下游的部分；EGR阀32，该EGR阀32调节在EGR通道31中流动的排气(以下称为“EGR气体”)的流量；以及EGR冷却器33，该EGR冷却器33使在EGR通道31的位于EGR阀32上游的部分中流动的EGR气体冷却。
在具有上述构造的EGR设备30中，当EGR阀32打开时，EGR通道31被打开，并且已从NOx催化剂20中流出的排气的一部分通过EGR通道31流入到进气通道9中。在EGR气体流入到进气通道9中之后，该EGR气体通过压缩机壳体25a和进气歧管8再循环到内燃机1的燃烧室11。
通过调节第二进气节流阀22的开度以增大/减小进气通道9的连接到EGR通道31的连接部处的进气压力来调节EGR气体的流量(以下称为“EGR气体流量”)。例如，当减小第二进气节流阀22的开度时，在进气通道9的连接到EGR通道31的连接部处产生负压，因此增大了EGR气体流量。
EGR气体含有未燃烧且具有高热容量的不活泼气体成分，例如水(H2O)和二氧化碳(CO2)。因此，如果空气燃料混合物含有EGR气体，则该空气燃料混合物的燃烧温度降低。这抑制了内燃机1中的NOx的生成。
当EGR气体在EGR冷却器33中冷却时，EGR气体的温度降低并且气体的体积减小。因此，当EGR气体再循环到燃烧室11中时，燃烧室11中的环境温度不会不必要地升高。另外，不存在这种可能性：供给到燃烧室11中的新空气的量(新空气的体积)不必要地减少。
为具有上述构造的内燃机1设置ECU(电子控制单元)26，以控制内燃机1和进气/排气系统。该ECU 26例如根据内燃机1所运行的运行条件和来自驾驶员的请求来控制内燃机1的运行状态。
ECU 26经由电线连接到与内燃机的运行状态的控制相关的传感器，例如空气流量计15、检测发动机转速的曲轴位置传感器27、检测加速器踏板操作量的加速器踏板位置传感器28、空燃比传感器29以及燃烧压力传感器12。从所述传感器输出的信号被输入到ECU 26。ECU26经由电线连接到由该ECU 26控制的燃料喷射阀10、涡流控制阀13、第一进气节流阀21、第二进气节流阀22、排气节流阀23、燃料供给阀24、EGR阀32等。
例如，当ECU 26改变涡流控制阀13的开度时，燃烧室11内的空气燃料混合物的涡流强度增大或减小。ECU 26执行与来自燃料喷射阀10的主喷射和引燃喷射有关的控制。主喷射是在内燃机1的压缩冲程期间的上死点(TDC)附近的时刻执行的用以提供发动机扭矩的燃料喷射。引燃喷射在执行主喷射之前执行。在引燃喷射中喷射的燃料量少于在主喷射中喷射的燃料量。在本实施例中，ECU 26控制在引燃喷射中喷射的燃料量(以下称为“引燃喷射量”)和执行在主喷射时的主喷射定时。稍后将详细描述由ECU 26执行的控制。
ECU 26包括CPU、ROM和RAM。该ROM存储程序和映射，该程序用于执行对内燃机1的控制，该映射存储数据。存储在ECU 26的ROM中的程序包括稍后描述的例程。
[扭矩减小抑制控制]除了过量供给控制和与EGR设备30有关的控制之外，ECU 26还执行根据本发明的扭矩减小抑制控制。以下，将详细描述所述控制。
能够储存在NOx催化剂20中的NOx的量存在上限。因此，在本实施例中，当在NOx催化剂20中储存一定量的NOx时，通过执行过量供给控制来执行NOx还原处理。更具体地，燃料从燃料供给阀24供给到排气中，使得流入到NOx催化剂20中的排气的空燃比暂时减小到浓空燃比，并且储存在NOx催化剂20中的NOx被适当释放。该NOx还原处理可视作根据本发明的对NOx储存还原催化剂的排气净化性能的恢复。
如果当EGR设备30正在再循环EGR气体时或者在EGR设备30再循环EGR气体时执行过量供给控制，则大量的燃料从燃料供给阀24供给到排气中，因此，EGR气体的空燃比被过度减小。而且，从燃料供给阀24供给的燃料(以下称为“所供给的燃料”)的一部分经过NOx催化剂20，然后，这部分所供给的燃料与EGR气体一起再循环到内燃机1。结果，每次执行过量供给控制时，由于燃烧室11的部分中氧浓度降低，可能发生失火或者扭矩可能急剧减小(可能发生所谓的扭矩冲击)。
因此，在本实施例中，当EGR设备30再循环EGR气体并且大约同时执行过量供给控制时，执行扭矩减小抑制控制，以抑制由于将空燃比过低的EGR气体再循环到内燃机1中所引起的扭矩急剧减小。更具体地，当执行过量供给控制时，预先将内燃机1中的基础空燃比AFb减小到供给基础空燃比AFbs，该供给基础空燃比AFbs低于(浓于)正常运行基础空燃比AFbn。
正常运行基础空燃比AFbn是在燃料从燃料供给阀24供给到排气中之前通过将燃料从燃料喷射阀10喷射到每个燃烧室11中而获得的空燃比。根据内燃机1的运行状态来改变正常运行基础空燃比AFbn，以产生内燃机1的所需的发动机扭矩。供给基础空燃比AFbs是执行过量供给控制时的基础空燃比AFb的目标值。在本实施例中，供给基础空燃比AFbs可视作“低于不执行过量供给控制时的基础空燃比的预定的供给空燃比”。
如果当基础空燃比AFb减小到供给基础空燃比AFbs时空燃比的变动过大，则由于内燃机1的每个燃烧循环中的燃烧变动过大，因此内燃机1中的燃烧状态可能不稳定。这可能导致例如扭矩减小、失火、烟气增加、以及燃烧噪音增大。因此，在本实施例中，在燃烧变动ΔCC不超过容许极限ΔCCL的范围内减小基础空燃比AFb。该容许极限ΔCCL意味着内燃机1中允许的燃烧变动的上限。例如，使用发动机转速的变动或燃烧压力的变动作为表示燃烧变动ΔCC的参数。在本实施例中，容许极限ΔCCL可视作根据本实施例的预定的容许极限。
在本实施例中，执行控制来使空气燃料混合物的燃烧稳定，以抑制由于减小基础空燃比Afb所引起的燃烧变动ΔCC。该控制被称为燃烧变动抑制处理。更具体地，本实施例中的燃烧变动抑制处理通过减小涡流控制阀13的开度来增加空气燃料混合物的涡流的强度。这抑制了由于使空燃比过低的EGR气体再循环所引起的扭矩急剧减小，同时抑制了由于减小基础空燃比Afb所引起的燃烧变动ΔCC。
[扭矩减小抑制基本例程]以下将参照图3中的流程图来描述由ECU 26执行的扭矩减小抑制控制。图3是示出本实施例中的扭矩减小抑制基本例程的流程图。该例程由ECU 26以预定间隔重复执行。将基于EGR设备30正在再循环排气的假设来描述该例程。在本实施例中，执行过量供给控制的ECU 26可视作过量供给控制装置。将基础空燃比AFb从正常运行基础空燃比AFbn减小到供给基础空燃比AFbs的ECU26可视作根据本发明的基础空燃比控制装置。
首先，在步骤S101中，确定是否输出了对NOx催化剂20的NOx进行还原的请求(以下称为“NOx还原请求”)。例如，该NOx还原请求可以基于通过将刚刚进行的对NOx催化剂20的NOx还原处理结束之后的进气量进行累加而获得的值来输出。而且，可以在排气通道19中设置NOx传感器(未示出)，并且可基于来自该NOx传感器的输出来输出NOx还原请求。当在步骤S101中做出肯定判定时，该例程进行到步骤S102。当在步骤S101中做出否定判定时，该例程结束。
在步骤S102中，ECU 26检测内燃机1的运行状态。更具体地，ECU 26基于由曲轴位置传感器27检测的曲轴转角和由加速器踏板位置传感器28检测的加速器踏板操作量来计算发动机转速NE和燃料喷射量(负荷)QF。
随后，在步骤S103中，基于由空燃比传感器29检测的值来估算当前的基础空燃比AFb(正常运行基础空燃比AFbn)。当前的基础空燃比AFb可基于燃料喷射量QF和由空气流量计15检测的值(进气量Ga)来计算。在步骤S103中的处理结束之后，该例程进行到步骤S104。
在步骤S104中，计算与发动机转速NE和燃料喷射量QF对应的供给基础空燃比AFbs。内燃机1中的发动机转速NE、燃料喷射量QF、燃烧变动ΔCC以及供给基础空燃比AFbs之间的关系预先通过实验确定，并且显示该关系的控制映射被存储在ECU 26中。然后，使用发动机转速NE和燃料喷射量QF作为参数来访问该控制映射，并且在燃烧变动ΔCC不超过容许极限ΔCCL的范围内计算供给基础空燃比AFbs。
在步骤S105中，计算需要供给以将流入到NOx催化剂20中的排气的空燃比(以下称为“流入排气空燃比”)AFc减小到目标流入排气空燃比AFct的燃料量Qad(以下，此量Qad将称为“过量供给添加量Qad”)。从内燃机1排出的排气的空燃比等于供给基础空燃比AFbs。与未预先减小基础空燃比AFb时相比，过量供给添加量Qad减少了，该过量供给添加量Qad是从燃料供给阀24供给的燃料量。在该例程中，过量供给添加量Qad随着供给基础空燃比AFbs和目标流入排气空燃比AFct之差的减小而减少。
目标流入排气空燃比AFct是能够有效还原储存在NOx催化剂20中的NOx的空燃比。在本实施例中，将目标流入排气空燃比AFct设定为低于(浓于)化学计量空燃比。而且，在本实施例中，目标流入排气空燃比AFct可视作根据本发明的目标流入空燃比。
在步骤S106中，计算用来将基础空燃比AFb从正常运行基础空燃比AFbn减小到供给基础空燃比AFbs的目标EGR率Rt。在本实施例中，通过增加EGR气体的量(即通过增大EGR率(EGR气体量/(EGR气体量+进气量)))，减小了基础空燃比AFb。当EGR率增大时，进气量(新空气的量)占空气燃料混合物量的比例减小，因此，基础空燃比AFb减小。目标EGR率Rt是EGR率的目标值。
随后，在步骤S 107中，ECU 26通过向涡流控制阀13输出指令来将涡流控制阀13的开度(以下称为“涡流开度”)SCV改变为供给涡流开度SCVs。该供给涡流开度SCVs是当执行过量供给控制时的涡流开度的目标值。供给涡流开度SCVs小于正常运行期间的涡流开度。该供给涡流开度SCVs预先通过实验设定。在步骤S107中的处理结束之后，该例程进行到步骤S108。
在步骤S108中，ECU 26通过向EGR阀32输出指令来将EGR阀32的开度(以下称为“EGR开度”)Degr增大到目标开度Degrt，使得EGR率等于目标EGR率Rt。该目标开度Degrt是当EGR率改变为目标EGR率Rt时的EGR开度的目标值。目标开度Degrt预先通过实验设定。在步骤S108中，可根据需要来调节第二进气节流阀22的开度。
随后，在步骤S109中，ECU 26通过向燃料供给阀24输出指令来控制该燃料供给阀24，使得燃料供给阀24以在步骤S105中计算的过量供给添加量Qad供给燃料，以将流入排气空燃比AFc减小到目标流入排气空燃比AFct。因此，储存在NOx储存还原催化剂20中的NOx被还原。在步骤S109中的处理结束之后，该例程结束。
根据该例程，在含有从燃料喷射阀24供给的燃料的EGR气体再循环到内燃机1的时间点上，基础空燃比AFb已减小到供给基础空燃比AFbs。因此，能够减小当其空燃比已减小到目标流入排气空燃比AFct的EGR气体再循环到内燃机1时(即，当过浓的EGR气体再循环到内燃机1时)的空燃比的变动。结果，能够进一步减小上述的扭矩急剧减小。
该例程中的供给涡流开度SCVs可以是尽可能多地促进空气燃料混合物的燃烧的开度，并可根据内燃机1的运行状态而改变。例如，供给涡流开度SCVs可基于正常运行基础空燃比AFbn和供给基础空燃比AFbs之差来设定。当该差增大时，基础空燃比AFb的减小程度增大，因此燃烧变动ΔCC也趋于增大。因此，当基础空燃比AFb的减小程度增大时，可减小供给涡流开度SCVs。结果，能够更适当地抑制燃烧变动ΔCC。
供给基础空燃比AFbs可根据供给涡流开度SCVs来设定。例如，当供给涡流开度SCVs减小时，燃烧变动ΔCC减小，因此，可减小供给基础空燃比AFbs。
在该例程中，执行控制来减小涡流开度SCV，从而抑制燃烧变动ΔCC(即，执行燃烧变动抑制处理)。然而，该燃烧变动抑制处理对于应用本发明不是必须的。在不执行燃烧变动抑制处理的情况下，当供给基础空燃比AFbs减小时，燃烧变动ΔCC趋于增大。同样在这种情况下，将供给基础空燃比AFbs设定在燃烧变动ΔCC不超过ΔCCL的范围内。
[反馈控制]接下来，将描述实施例中的与上述扭矩减小抑制基本例程不同的扭矩减小抑制控制。在以下描述的扭矩减小抑制控制中，基于由于将基础空燃比AFb减小到供给基础空燃比Afbs所引起的燃烧变动ΔCC和当EGR设备30将含有所供给的燃料的排气再循环到内燃机1时扭矩减小的扭矩减小量ΔTD来执行对供给基础空燃比AFbs的反馈控制。
更具体地，燃烧变动ΔCC超过容许极限ΔCCL时，ECU 26增大供给基础空燃比AFbs。结果，能够减小当基础空燃比AFb减小时的空燃比的变动，从而抑制燃烧变动ΔCC。在该控制中，作为表示燃烧变动ΔCC的参数，使用了发动机转速NE的变动ΔNE(例如，以预定的曲轴转角间隔输出的发动机转速脉冲信号的相位变动ΔNE)。这种以预定的曲轴转角间隔输出的发动机转速脉冲信号的相位变动ΔNE(以下简称“相位变动ΔNE”)表示燃烧变动。当相位变动ΔNE大于预先通过实验设定的容许值ΔNEL时，确定“燃烧变动ΔCC超过容许极限ΔCCL”。
在该反馈控制中，当扭矩减小量ΔTD大于容许值ΔTDL时，ECU26减小供给基础空燃比AFbs。“容许值ΔTDL”是内燃机1中允许的扭矩减小量的上限值。该容许值ΔTDL是扭矩减小量的上阈值，当等于和低于该上阈值时，驾驶员感觉不到扭矩冲击。该容许值ΔTDL预先通过实验设定。在本实施例中，容许值ΔTDL可视作根据本发明的预定的容许值。
如上所述，当基础空燃比AFbs减小时，能够减小当其空燃比已减小到目标流入排气空燃比AFct的EGR气体再循环时引起的空燃比的变动。这减小了扭矩减小量ΔTD。在该控制中，作为表示扭矩减小量ΔTD的参数，使用了内燃机1中的燃烧压力所减小的燃烧压力减小量ΔPC。当燃烧压力减小量ΔPC大于预先通过实验设定的容许值ΔPCL时，确定为“扭矩减小量ΔTD大于容许值ΔTDL”。
当燃烧变动ΔCC超过容许极限ΔCCL并且扭矩减小量ΔTD大于容许值ΔTDL时，ECU 26增加当ECU 26控制燃料供给阀24使得该燃料供给阀24以过量供给添加量Qad供给燃料时的燃料排出次数EN。另外，ECU 26增大供给基础空燃比AFbs。燃料排出次数EN是当燃料供给阀24通过执行多次排出操作而以过量供给添加量Qad供给燃料时燃料供给阀24执行的排出操作的次数。通过增加燃料排出次数EN，当再循环含有所供给的燃料的排气时，扭矩以多次减小。而且，当燃料排出次数EN增加时，通过执行一次排出操作而供给的燃料量减少。因此，扭矩以多次减小。这减小了每次的扭矩减小量ΔTDL(即，扭矩每次减小的扭矩减小量ΔTDL)。另外，由于供给基础空燃比AFbs增大，所以抑制了燃烧变动ΔCC。即，能够减小燃烧变动ΔCC并且能够减小扭矩减小量ΔTD。
该反馈控制中的燃烧变动抑制处理增加引燃喷射量QFp，该引燃喷射量QFp是在引燃喷射中从由ECU 26控制的燃料喷射阀10喷射的燃料量。这在执行主喷射之前升高了燃烧室11中的缸内温度和缸内压力。因此，提高了主喷射中的着火稳定性。因此，能够通过促进空气燃料混合物的燃烧来适当地抑制燃烧变动ΔCC。
[基础空燃比反馈控制例程]以下，将参照图4中的流程图来描述由ECU 26执行的对供给基础空燃比AFbs的反馈控制。图4是示出本实施例中的基础空燃比反馈控制例程的流程图。该例程由ECU 26以预定间隔重复执行。也将基于EGR设备30正在再循环排气的假设来描述该例程。在该例程中，与上述扭矩减小抑制基本例程中的相同的处理用相同的步骤号表示，并且将省略其详细描述。
首先，步骤S101至步骤S103中的处理与扭矩减小抑制基本例程中的相同。当步骤S103中的处理结束时，该例程进行到步骤S201。在步骤S201中，计算与发动机转速NE和燃料喷射量QF对应的修正前的供给基础空燃比AFbsb。该修正前的供给基础空燃比AFbsb是当未考虑修正系数Kfb(稍后描述)时的基础空燃比AFb的目标值。
随后，在步骤S202中，ECU 26读出在刚刚进行的例程中存储的修正系数Kfb。该修正系数Kfb是用来对基本供给基础空燃比(修正前的供给基础空燃比)AFbsb进行修正的修正系数。更具体地，该修正系数Kfb基于燃烧变动ΔCC和扭矩减小量ΔTD来设定。
随后，在步骤S203中，ECU 26通过将修正前的供给基础空燃比AFbsb乘以修正系数Kfb来计算供给基础空燃比AFbs。在步骤S203中的处理结束之后，该例程进行到步骤S204。
在步骤S204中，ECU 26基于燃料喷射量QF和供给基础空燃比AFbs来计算供给引燃喷射量QFps。该供给引燃喷射量QFps是当执行过量供给控制时的引燃喷射量QFp的目标值。该供给引燃喷射量QFps大于正常运行期间的引燃喷射量QFpb。当供给基础空燃比AFbs减小时(即，当供给基础空燃比AFbs变浓时)，燃烧变动ΔCC趋于增大。因此，在该例程中，当供给基础空燃比AFbs减小时，供给引燃喷射量QFps增加。在步骤S204中的处理结束之后，该例程进行到步骤S205。
在步骤S205中，ECU 26设定当执行过量供给(RS)时应该满足的条件(以下称为“过量供给执行条件”)。更具体地，如扭矩减小抑制基本例程的步骤S105中，首先，基于供给基础空燃比AFbs和目标流入排气空燃比AFct来计算过量供给添加量Qad。另外，在步骤S205中，ECU 26读出当该ECU 26最后一次执行该例程时存储的燃料排出次数EN。稍后将详细描述该燃料排出次数EN。在步骤S205中的处理结束之后，该例程进行到步骤S106。
在步骤S106中，计算目标EGR率Rt。在步骤S106中的处理结束之后，该例程进行到步骤S206。在步骤S206中，ECU 26通过向燃料喷射阀10输出指令来将引燃喷射量QFp增加到在步骤S204中设定的供给引燃喷射量QFps。在步骤S206中的处理结束之后，该例程进行到步骤S108。在步骤S108中，ECU 26通过向EGR阀32输出指令来将EGR开度Degr增大到目标开度Degrt，使得EGR率等于目标EGR率Rt。结果，基础空燃比AFb减小到供给基础空燃比AFbs。此时，由于在步骤S206中增加了引燃喷射量QFp(即，执行了燃烧变动抑制处理)，所以燃烧变动ΔCC减小了。在步骤S108中的处理结束之后，该例程进行到步骤S207。
在步骤S207中，ECU 26确定燃烧变动ΔCC。更具体地，ECU 26基于由曲轴位置传感器27检测的值来检测在ECU 26将EGR开度Degr增大到目标开度Degrt之后的预定时段期间的相位变动ΔNE。该预定时段是用于检测燃烧变动的取样时段。该预定时段预先通过实验设定。在该例程中，确定燃烧变动ΔCC的ECU 26可视作根据本发明的燃烧变动确定装置。
随后，在步骤S208中，ECU 26通过向燃料供给阀24输出指令来控制燃料供给阀24，使得燃料供给阀24根据在步骤S205中设定的过量供给(RS)执行条件将燃料供给到排气中。即，ECU 26控制燃料供给阀24使得燃料供给阀24通过执行与燃料排出次数EN相等次数的排出操作来以过量供给添加量Qad供给燃料。结果，流入排气空燃比AFc减小到目标流入排气空燃比AFct，并且储存在NOx储存还原催化剂20中的NOx被还原。
随后，在步骤S209中，ECU 26确定由于含有在步骤S208中供给的燃料的EGR气体的再循环而使扭矩减小的扭矩减小量ΔTD。更具体地，基于由燃烧压力传感器12检测的值来检测燃烧压力减小量ΔPC。在该例程中，确定扭矩减小量ΔTD的ECU 26可视作根据本发明的扭矩减小量确定装置。
随后，在步骤S210中，确定在步骤S207中确定的燃烧变动ΔCC是否等于或低于容许极限ΔCCL。更具体地，确定相位变动(发动机转速脉冲信号的相位变动)ΔNE是否等于或低于容许值ΔNEL。当在步骤S210中做出肯定判定时，该例程进行到步骤S211。当在步骤S210中做出否定判定时，该例程进行到步骤S214。
在步骤S211中，确定在步骤S209中确定的扭矩减小量ΔTD是否等于或低于容许值ΔTDL。更具体地，确定燃烧压力减小量ΔPC是否等于或低于容许值ΔPCL。当在步骤S211中做出肯定判定时，该例程进行到步骤S212。当在步骤S211中做出否定判定时，该例程进行到步骤S213。
在步骤S212中，由于已经确定燃烧变动ΔCC等于或低于容许极限ΔCCL并且扭矩减小量ΔTD等于或低于容许值ΔTDL，所以确定为供给基础空燃比AFbs不需要修正。因此，ECU 26存储修正系数Kfb而没有对修正系数Kfb进行修正。然后，该例程结束。
在步骤S213中，由于已经确定为燃烧变动ΔCC等于或低于容许极限ΔCCL而扭矩减小量ΔTD高于容许值ΔTDL，所以燃烧变动ΔCC需要减小。因此，ECU 26减小修正系数Kfb使得供给基础空燃比AFbs减小，并存储该减小的修正系数Kfb。在步骤S213中的处理结束之后，该例程结束。
在步骤S214中，如步骤S211中一样，确定扭矩减小量ΔTD是否等于或低于容许值ΔTDL。当在步骤S214中做出肯定判定时，该例程进行到步骤S215。当在步骤S214中做出否定判定时，该例程进行到步骤S216。
在步骤S215中，由于已经确定扭矩减小量ΔTD等于或低于容许值ΔTDL并且燃烧变动ΔCC高于容许极限ΔCCL，所以燃烧变动ΔCC需要减小。因此，ECU 26增大修正系数Kfb使得供给基础空燃比AFbs增大，并存储该增大的修正系数Kfb。在步骤S215中的处理结束之后，该例程结束。
在步骤S216中，由于已经确定为燃烧变动ΔCC高于容许极限ΔCCL并且扭矩减小量ΔTD高于容许值ΔTDL，所以燃烧变动ΔCC和扭矩减小量ΔTD需要减小。因此，ECU 26增加燃料排出次数EN。另外，ECU 26增大修正系数Kfb使得供给基础空燃比AFbs增大，并存储该增大的修正系数Kfb。在步骤S216中的处理结束之后，该例程结束。
如上所述，根据本例程，能够基于燃烧变动ΔCC和扭矩减小量ΔTD来适当地执行对供给基础空燃比AFbs的反馈控制。因此，能够精确地控制该供给基础空燃比AFbs，使得燃烧变动ΔCC等于或低于容许极限ΔCCL并且扭矩减小量ΔTD等于或低于容许值ΔTDL。
而且，在该例程中，作为表示燃烧变动ΔCC的参数，使用了相位变动ΔNE(以预定的曲轴转角间隔输出的发动机转速脉冲信号的相位变动ΔNE)。然而，可使用燃烧压力的变动。而且，作为表示扭矩减小量ΔTD的参数，使用了燃烧压力减小量ΔPC。然而，可使用相位变动ΔNE(以预定的曲轴转角间隔输出的发动机转速脉冲信号的相位变动ΔNE)。
[扭矩减小抑制控制的修改例]接下来，将描述与上述扭矩减小抑制控制不同的扭矩减小抑制控制的修改例。在该修改例中，在燃烧变动ΔCC抑制处理中，过量供给控制期间的燃料喷射阀10执行主喷射的主喷射定时TM相对于正常运行期间的主喷射定时TM提前了。通过将主喷射定时TM提前，当基础空燃比AFb减小时，不发生失火的空燃比范围增大了。因此，能够适当地抑制燃烧变动ΔCC。
[修改的扭矩减小抑制例程]图5是示出根据本实施例的修改的扭矩减小抑制例程的流程图。该例程由ECU 26以预定间隔重复执行。也将基于EGR设备30正在再循环排气的假设来描述该例程。在该例程中，与上述扭矩减小抑制基本例程和基础空燃比反馈控制例程中的处理相同的处理用相同的步骤号表示，并且将省略其详细描述。
步骤S101至步骤S106中的处理与扭矩减小抑制基本例程中的处理相同。在步骤S106中的处理结束之后，该例程进行到步骤S301。在步骤S301中，ECU 26通过向燃料喷射阀10输出指令来将主喷射定时TM改变为供给主喷射定时TMs。该供给主喷射定时TMs是过量供给控制期间的主喷射定时的目标定时。供给主喷射定时TMs被设定为相对于正常运行期间的主喷射定时TM提前。
在步骤S301中的处理结束之后，该例程进行到步骤S108。即，ECU 26通过向EGR阀32输出指令来将EGR开度Degr增大到目标开度Degrt。在步骤S108中的处理结束之后，该例程进行到步骤S207。即，ECU 26确定燃烧变动ΔCC。在步骤S207中的处理结束之后，该例程进行到步骤S210。
在步骤S210中，确定在步骤S207中确定的燃烧变动ΔCC是否等于或低于容许极限ΔCCL。当在步骤S210中做出肯定判定时，该例程进行到步骤S302。当在步骤S210中做出否定判定时，该例程进行到步骤S303。
在步骤S302中，将EGR开度Degr减小一预定的开度，使得供给基础空燃比AFbs增大。该预定的开度预先通过实验设定。在步骤S302中的处理结束之后，该例程进行到步骤S207。即，EGR减小并且供给基础空燃比AFbs增大，直到燃烧变动ΔCC等于或低于容许极限ΔCCL。
在步骤S303中，ECU 26计算过量供给添加量Qad。在步骤S303中，基于当前的发动机转速NE、当前的燃料喷射量QF和当前的EGR开度Degr来估算当前的流入排气空燃比AFc，并计算将流入排气空燃比AFc减小到目标流入排气空燃比AFct所需的过量供给添加量Qad。
随后，在步骤S304中，ECU 26估算扭矩减小量ΔTD。例如，可基于发动机转速NE、燃料喷射量QF、EGR开度Degr以及过量供给添加量Qad来估算扭矩减小量ΔTD。
随后，在步骤S305中，确定在步骤S304中估算的扭矩减小量ΔTD是否等于或低于容许值ΔTDL。当在步骤S305中做出肯定判定时，该例程进行到步骤S306。在步骤S306中，ECU 26通过向燃料供给阀24输出指令来将燃料以过量供给添加量Qad供给到排气中。结果，流入排气空燃比AFc减小到目标流入排气空燃比AFct，并且储存在NOx储存还原催化剂20中的NOx被还原。在步骤S306中的处理结束之后，该例程结束。
当在步骤S305中做出否定判定时，确定为扭矩减小量ΔTD需要减小。因此，该例程进行到步骤S307。在步骤S307中，ECU 26增加燃料排出次数EN，并控制燃料供给阀24使得该燃料供给阀24以过量供给添加量Qad供给燃料。因此，能够将流入排气空燃比AFc减小到目标流入排气空燃比AFct，同时适当地减小扭矩减小量ΔTD。而且，当增加燃料排出次数EN时的燃料排出次数EN的目标值可例如根据扭矩减小量ΔTD和容许值ΔTDL之差来设定。该燃料排出次数EN的目标值预先通过实验设定。在步骤S307中的处理结束之后，该例程结束。
如上所述，根据该例程，通过控制主喷射定时TM和EGR开度Degr，能够适当地抑制燃烧变动ΔCC，使得燃烧变动ΔCC等于或低于容许极限ΔCCL。而且，通过精确地估算由于含有所供给燃料的EGR气体的再循环而使扭矩减小的扭矩减小量ΔTD以及根据需要增加燃料排出次数EN，能够精确地减小扭矩减小量ΔTD，使得扭矩减小量ΔTD等于或低于容许值ΔTDL。
在该例程中，供给主喷射定时TMs可以基于正常运行基础空燃比AFbn和供给基础空燃比AFbs之差来设定。例如，供给主喷射定时TMs可以随着正常运行基础空燃比AFbn和低于该正常运行基础空燃比AFbn的供给基础空燃比AFbs之差的增大而提前。因此，能够适当地抑制燃烧变动ΔCC。
已描述了与涡流开度SCV、引燃喷射量QFp和主喷射定时TM有关的控制，作为本实例中的燃烧变动抑制处理。通过以组合方式使用上述控制，能够更适当地抑制燃烧变动。
而且，在本实施例中，已描述了用于NOx储存还原催化剂20的NOx还原处理。然而，本发明不限于NOx还原处理。例如，本发明可应用于对NOx储存还原催化剂20的SOx中毒恢复处理，即，所执行的使得NOx储存还原催化剂20从SOx中毒中恢复的处理。
在本实施例的过量供给控制中，燃料供给阀24供给燃料，以减小流入NOx催化剂20中的排气的空燃比。然而，例如，燃料喷射阀10可在执行主喷射之后的膨胀冲程或排气冲程期间执行后喷射，以减小排气的空燃比。
而且，在本实施例的排气净化系统中，设置有涡轮增压器25，并且将排气的一部分再循环到进气通道9的位于压缩机壳体25a上游的部分。然而，可以将排气的一部分再循环到进气系统的位于压缩机壳体25a下游的部分。当然，本发明可应用于不包括涡轮增压器的排气净化系统。而且，在排气通道19的位于燃料供给阀24和NOx催化剂20之间的部分中的排气可通过EGR通道31再循环到进气系统。而且，本发明还可应用于包括除EGR设备30以外的所谓高压EGR设备的排气净化系统，该高压EGR设备将经过排气歧管18的排气的一部分再循环到进气歧管8。

Claims (13)

1.一种用于内燃机(1)的排气净化系统，其特征在于包括：
NOx储存还原催化剂(20)，所述NOx储存还原催化剂(20)设置在用于所述内燃机(1)的排气通道中；
还原剂供给装置(24)，所述还原剂供给装置(24)用于将还原剂从所述NOx储存还原催化剂(20)上游的位置供给到所述NOx储存还原催化剂(20)；
EGR设备(30)，所述EGR设备(30)将含有所述还原剂的排气的一部分再循环到所述内燃机(1)；
过量供给控制装置(26)，所述过量供给控制装置(26)用于通过控制所述还原剂供给装置(24)使得所述还原剂供给装置(24)供给还原剂以将流入到所述NOx储存还原催化剂(20)中的排气的空燃比暂时减小到预定的目标流入空燃比，来执行恢复所述NOx储存还原催化剂(20)的排气净化性能的过量供给控制；以及
基础空燃比控制装置(26)，所述基础空燃比控制装置(26)用于当所述EGR设备(30)使排气再循环并且所述过量供给控制被执行时将所述内燃机(1)中的基础空燃比减小到预定的供给基础空燃比，其中，所述预定的供给基础空燃比低于不执行所述过量供给控制时的所述基础空燃比。
2.根据权利要求1所述的排气净化系统，其中所述过量供给控制装置(26)随着所述供给基础空燃比和所述目标流入空燃比之差的减小而减少所供给的还原剂的量。
3.根据权利要求1或2所述的排气净化系统，其中所述基础空燃比控制装置(26)将所述供给基础空燃比设定在燃烧变动不超过预定的容许极限的范围内，该燃烧变动是在所述基础空燃比控制装置(26)减小所述基础空燃比时引起的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的排气净化系统，其特征在于还包括：
燃烧变动确定装置(26)，所述燃烧变动确定装置(26)用于确定在所述基础空燃比控制装置(26)减小所述基础空燃比时引起的燃烧变动；以及
扭矩减小量确定装置(26)，所述扭矩减小量确定装置(26)用于确定当所述EGR设备(30)将含有所述还原剂的排气再循环到所述内燃机(1)时扭矩减小的扭矩减小量，其中，所述基础空燃比控制装置(26)设定所述供给基础空燃比，使得所述燃烧变动等于或低于预定的容许极限，并且所述扭矩减小量等于或低于预定的容许值。
5.根据权利要求4所述的排气净化系统，其中当所述燃烧变动超过所述容许极限并且所述扭矩减小量等于或低于所述容许值时，所述基础空燃比控制装置(26)增大所述供给基础空燃比。
6.根据权利要求4所述的排气净化系统，其中当所述扭矩减小量高于所述容许值并且所述燃烧变动等于或低于所述容许极限时，所述基础空燃比控制装置(26)减小所述供给基础空燃比。
7.根据权利要求4所述的排气净化系统，其中所述过量供给控制装置(26)控制所述还原剂供给装置(24)，使得当执行一次所述过量供给控制时，所述还原剂供给装置(24)通过执行一次或多次还原剂排出操作来供给所述还原剂；并且
当所述燃烧变动超过所述容许极限并且所述扭矩减小量高于所述容许值时，所述过量供给控制装置(26)增加所述还原剂供给装置(24)执行还原剂排出操作的次数，并且所述基础空燃比控制装置(26)增大所述供给基础空燃比。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的排气净化系统，其中所述基础空燃比控制装置(26)包括燃烧变动抑制装置，所述燃烧变动抑制装置用于减小在所述基础空燃比控制装置(26)减小所述基础空燃比时引起的燃烧变动。
9.根据权利要求8所述的排气净化系统，其中所述燃烧变动抑制装置包括：
涡流控制阀(13)，所述涡流控制阀(13)的开度被控制，以在所述内燃机(1)中产生空气燃料混合物的涡流；以及
涡流强度增加装置，所述涡流强度增加装置用于当所述基础空燃比控制装置(26)减小所述基础空燃比时通过减小所述涡流控制阀(13)的开度来增加涡流的强度。
10.根据权利要求8所述的排气净化系统，其中所述燃烧变动抑制装置包括主喷射定时提前装置，所述主喷射定时提前装置用于当所述基础空燃比控制装置(26)减小所述基础空燃比时将执行主喷射的主喷射定时提前。
11.根据权利要求8所述的排气净化系统，其中所述燃烧变动抑制装置包括：
引燃喷射装置，所述引燃喷射装置用于在执行主喷射之前喷射比在所述主喷射中喷射的燃料量少的燃料量，以及
引燃喷射增加装置，所述引燃喷射增加装置用于当所述基础空燃比控制装置(26)减小所述基础空燃比时增加从所述引燃喷射装置喷射的燃料量。
12.一种用于内燃机(1)的排气净化系统的控制方法，所述排气净化系统包括：NOx储存还原催化剂(20)，所述NOx储存还原催化剂(20)设置在用于所述内燃机(1)的排气通道中；还原剂供给装置(24)，所述还原剂供给装置(24)用于将还原剂从所述NOx储存还原催化剂(20)上游的位置供给到所述NOx储存还原催化剂(20)；EGR设备(30)，所述EGR设备(30)将含有所述还原剂的排气的一部分再循环到所述内燃机(1)；以及过量供给控制装置(26)，所述过量供给控制装置(26)用于通过控制所述还原剂供给装置(24)使得所述还原剂供给装置(24)供给还原剂以将流入到所述NOx储存还原催化剂(20)中的排气的空燃比暂时减小到预定的目标流入空燃比，来执行恢复所述NOx储存还原催化剂(20)的排气净化性能的过量供给控制，所述控制方法的特征在于包括：
当所述EGR设备(30)使排气再循环并且所述过量供给控制被执行时，将所述内燃机(1)中的基础空燃比减小到预定的供给基础空燃比，其中，所述预定的供给基础空燃比低于不执行所述过量供给控制时的所述基础空燃比。
13.一种用于内燃机的排气净化系统，包括：
NOx储存还原催化剂，所述NOx储存还原催化剂设置在用于所述内燃机的排气通道中；
还原剂供给装置，所述还原剂供给装置将还原剂从所述NOx储存还原催化剂上游的位置供给到所述NOx储存还原催化剂；
EGR设备，所述EGR设备将含有所述还原剂的排气的一部分再循环到所述内燃机；
过量供给控制装置，所述过量供给控制装置通过控制所述还原剂供给装置使得所述还原剂供给装置供给还原剂以将流入到所述NOx储存还原催化剂中的排气的空燃比暂时减小到预定的目标流入空燃比，来执行恢复所述NOx储存还原催化剂的排气净化性能的过量供给控制；以及
基础空燃比控制装置，当所述EGR设备使排气再循环并且所述过量供给控制被执行时，所述基础空燃比控制装置将所述内燃机中的基础空燃比减小到预定的供给基础空燃比，其中，所述预定的供给基础空燃比低于不执行所述过量供给控制时的所述基础空燃比。
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