CN106246368A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机的控制装置。在排气通路配备SCR而且在其上游配备NSR的内燃机中，能够抑制因在NSR处生成的NH3在高温环境下氧化而引起SCR的NOx净化性能降低。在将运转模式从化学计量模式向稀模式切换的情况下，执行供给相对于理论空燃比过剩的燃料的燃料过量供给。并且，在从化学计量模式切换时的SCR的温度为上限温度以上的情况下，在燃料过量供给的执行后，在执行过渡控制后切换成稀模式，所述过渡控制使EGR率比稀模式的EGR率高，并且使缸内空燃比为与理论空燃比相比燃料稀且与稀模式的空燃比相比燃料浓的空燃比。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，详细而言，涉及在排气通路具备选择还原型催化剂而且在其上游具备NOx吸藏还原型催化剂的内燃机的控制装置。
背景技术
作为能够净化排气所含的NOx的催化剂，已知选择还原型催化剂(以下也称作SCR)。SCR具有吸附氨(NH3)的功能，能够通过NH3而选择性还原排气中的NOx。
在下述的专利文献1中，公开了在SCR的上游配置NOx吸藏还原型催化剂(以下，也称作NSR)的结构。NSR在稀气氛下吸藏排气中的NOx，在从上游被供给了HC和/或CO等还原剂时，使所吸藏的NOx释放并与还原剂反应，将NOx还原成NH3和N2。因而，根据该结构，能够使SCR吸附NSR中的NOx还原时所生成的NH3。并且，通过利用该NH3，能够由SCR选择性地还原已通过NSR的NOx和/或从NSR渗出的NOx。即，根据该结构，无需为了使SCR吸附NH3而设置尿素添加单元那样的特别的单元。
另外，在专利文献1中，公开了在从使缸内空燃比为理论空燃比而运转的化学计量运转向使缸内空燃比为与理论空燃比相比燃料稀的空燃比而运转的稀运转切换时，执行使流入NSR的排气的空燃比短期间浓化的所谓的燃料过量供给。SCR所吸附的NH3的量在化学计量运转期间减少，但如上所述那样执行燃料过量供给而向NSR供给还原剂，使NSR生成NH3，由此能够恢复SCR的NH3吸附量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-001682号公报
专利文献2：日本特开2014-101836号公报
发明内容
发明要解决的问题
在化学计量运转期间SCR的NH3吸附量减少是由于在高温环境下NH3发生氧化而引起的。已知：对于SCR的温度而言存在适当范围，若SCR的温度成为适当范围的上限温度(大约470℃)以上，则NH3的氧化发展。稀运转期间的排气温度比化学计量运转期间的排气温度低，所以在化学计量运转期间上升了的SCR的温度会因切换为稀运转而降低。
但是，在SCR成为了超过上限温度的高温的情况下，在切换后的一段期间，在SCR中继续发生NH3的氧化。在该情况下，通过执行燃料过量供给而生成的NH3中会有一些NH3在被吸附到SCR之前而发生氧化，吸附到SCR的NH3也会逐渐被氧化。其结果，在燃料过量供给的执行后也无法充分恢复NH3的吸附量，会招致SCR的NOx净化性能的降低。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于，提供一种内燃机的控制装置，能够抑制因在上游的NSR生成的NH3在高温环境下氧化而导致SCR的NOx净化性能降低。
用于解决问题的手段
本发明的内燃机的控制装置是控制如下内燃机的控制装置，所述内燃机具备配置于排气通路的选择还原型催化剂、配置于排气通路的比选择还原型催化剂靠上游的位置的NOx吸藏还原型催化剂、以及使EGR气体从排气通路向进气通路再循环的EGR装置。在本发明中，NOx吸藏还原型催化剂也包含使三元催化剂具有NOx吸藏功能的物质。
由本控制装置选择的内燃机的运转模式至少包括稀模式和化学计量模式。稀模式是将缸内空燃比控制成与理论空燃比相比燃料稀的空燃比而运转的运转模式。化学计量模式是将缸内空燃比控制成理论空燃比而运转的运转模式。可以使选择稀模式的运转区域与选择化学计量模式的运转区域不同。在该情况下，优选在与选择稀模式的运转区域相比转矩高的运转区域、更详细而言超过稀模式下的上限转矩的运转区域，选择化学计量模式。
本控制装置具备第1控制单元。第1控制单元构成为，在运转模式从化学计量模式向稀模式切换的期间，执行供给相对于理论空燃比过剩的燃料的燃料过量供给。燃料过量供给的具体方法不限定。例如，可以使对转矩有贡献的燃料喷射的燃料喷射量相对于理论空燃比过剩，也可以通过另外于对转矩有贡献的燃料喷射地进行对转矩没有贡献的后喷射，来使总燃料喷射量相对于理论空燃比过剩。通过执行燃料过量供给，从而排气中会包含大量的还原剂。该还原剂被供给到NOx吸藏还原型催化剂，从而NOx吸藏还原型催化剂所吸藏的NOx与还原剂发生反应而生成NH3。
本控制装置还具备第2控制单元。第2控制单元构成为，在从化学计量模式切换时的选择还原型催化剂的温度为上限温度以上的情况下，在燃料过量供给的执行后，在执行预定的过渡控制后向稀模式切换。从化学计量模式切换时是指燃料过量供给的执行中、或者正好在燃料过量供给结束的时刻。上限温度优选设定为产生NH3的氧化的温度或其附近的温度。在过渡控制中，使EGR气体占进气的比例即EGR率比稀模式的EGR率高，并使缸内空燃比为与理论空燃比相比燃料稀且与稀模式的空燃比相比燃料浓的空燃比。在此，稀模式的EGR率是指在内燃机正在以稀模式运转的情况下设定的EGR率，且是内燃机处于稳定状态时设定的EGR率。设定EGR率也包括零。稀模式的空燃比是指在内燃机正在以稀模式运转的情况下设定的空燃比，且是在内燃机处于稳定状态时设定的空燃比。另外，稳定状态是指内燃机的旋转速度和转矩成为了恒定的状态。
根据如上述那样构成的本控制装置，在选择还原型催化剂的温度成为上限温度以上而有可能产生NH3的氧化的状况下，使EGR率比稀模式的设定EGR率高，由此降低排气中的氧浓度，抑制高温环境下的NH3的氧化。由此，能够充分恢复选择还原型催化剂的NH3的吸附量，另外能够抑制向稀模式切换后的SCR的NOx净化性能降低。另外，同时，使缸内空燃比与稀模式的设定空燃比相比燃料浓，由此能够抑制由EGR率的上升引起的燃烧的不稳定化。
第2控制单元可以构成为，执行上述的过渡控制，直到选择还原型催化剂的温度比上限温度低。使缸内空燃比与稀模式的设定空燃比相比燃料浓的期间越长，则燃料经济性性能越降低，另一方面，产生NH3的氧化是在选择还原型催化剂处于高温时，所以若选择还原型催化剂的温度已降低，则无需提高EGR率来降低氧浓度。因此，若如上述那样调整过渡控制的执行期间，则能够不会徒劳降低燃料经济性性能地抑制由NH3的氧化引起的SCR的NOx净化性能降低。
第2控制单元可以构成为，在执行上述的过渡控制的情况下，操作EGR装置以使EGR率成为最大。此处所谓的最大EGR率是指在使EGR装置的操作量向增加EGR气体的流量的一侧成为最大时所得到的EGR率。通过使EGR率为最大，能够使排气中的氧浓度为最小而更有效地抑制NH3的氧化。
可以是，在化学计量模式下，以比稀模式的设定EGR率高的EGR率进行EGR气体的再循环。这是为了抑制NOx的生成。在该情况下，第2控制单元可以构成为，在上述的过渡控制中，将EGR率维持为化学计量模式的设定EGR率。优选，若化学计量模式的设定EGR率为最大EGR率，则在过渡控制中对EGR装置进行操作以使EGR率也成为最大。
稀模式可以包括不进行EGR气体的再循环的第1稀模式和进行EGR气体的再循环的第2稀模式。在与选择第1稀模式的运转区域相比转矩高的运转区域选择第2稀模式。这是因为，高转矩区域容易发生爆震，进行EGR气体的再循环具有抑制爆震的效果。另一方面，第1稀模式下的稀运转、即不进行EGR气体的再循环而仅以新气进行稀运转，具有与导入EGR气体的情况相比能够提高燃料经济性性能的效果。在该情况下，第2控制单元可以构成为，在从化学计量模式向第1稀模式切换时和在从化学计量模式向第2稀模式切换时这两方执行上述的过渡控制，在过渡控制中，使EGR率比第2稀模式的设定EGR率高。
发明的效果
如以上所述，根据本发明的内燃机的控制装置，在从化学计量模式向稀模式切换时的选择还原型催化剂的温度为上限温度以上的情况下，在燃料过量供给的执行后，使EGR率比稀模式的设定EGR率高，所以能够抑制因燃料过量供给而生成的NH3在高温环境下氧化，抑制SCR的NOx净化性能的降低。另外，在燃料过量供给的执行后，使缸内空燃比与稀模式的设定空燃比相比燃料浓，所以抑制由EGR率的上升引起的燃烧的不稳定化。根据这些效果，若采用本发明的内燃机的控制装置，则能够防止在从化学计量模式向稀模式切换时排气性能发生恶化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的系统的结构的图。
图2是表示运转区域与运转模式的关系的图。
图3是表示与运转模式的切换相关的发动机控制的流程的流程图。
图4是表示减速时的目标工作点的移动的一例的图。
图5是表示在目标工作点如图4所示那样移动了的情况下，SCR温度落入了窗口内时的系统的工作的时间图。
图6是表示在目标工作点如图4所示那样移动了的情况下，SCR温度超过了窗口上限时的系统的工作的时间图。
图7是表示减速时的目标工作点的移动的另一例的图。
图8是表示在目标工作点如图7所示那样移动了的情况下，SCR温度落入了窗口内时的系统的工作的时间图。
图9是表示在目标工作点如图7所示那样移动了的情况下，SCR温度超过了窗口上限时的系统的工作的时间图。
附图标记说明
2 发动机
5 燃烧室
6 进气口
20 进气口喷射阀
22 缸内喷射阀
30 进气通路
32 排气通路
50 控制装置
60 排气净化装置
62 起始催化剂(SC)
64 NOx吸藏还原型催化剂(NSR)
66 选择还原型催化剂(SCR)
80 EGR装置
82 EGR通路
84 EGR冷却器
86 EGR阀
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。不过，以下所示的实施方式中，在言及各要素的个数、数量、量、范围等数目的情况下，除了特别明示的情况、原理上可明显特定于该数目的情况以外，所言及的数目并不对本发明构成限定。另外，以下所示的实施方式中所说明的构造、步骤等，除了特别明示的情况、明显原理上特定于此的情况以外，并不一定限于本发明。
1.实施方式的系统结构
图1是表示本发明的实施方式的系统的结构的图。本实施方式的系统具备作为动力装置搭载于汽车的内燃机(以下，仅称作发动机)2。发动机2的汽缸数和汽缸配置不特别限定。
发动机2具备配置有活塞12的汽缸体4和汽缸盖3。由汽缸盖3和活塞12夹持的空间成为燃烧室5。发动机2是火花点火式发动机，在汽缸盖3，以向燃烧室5的顶部突出的方式安装有点火装置的火花塞18。
形成于汽缸盖3的进气口6和排气口8分别向燃烧室5开口。燃烧室5与进气口6的连通状态由设置于汽缸盖3的进气门14控制。燃烧室5与排气口8的连通状态由设置于汽缸盖3的排气门16控制。对于进气门14和排气门16，分别设置有使气门正时和作用角可变的可变气门装置24、26。
另外，在汽缸盖3安装有缸内喷射阀22和进气口喷射阀20，所述缸内喷射阀22将燃料直接喷射到燃烧室5中，所述进气口喷射阀20将燃料喷射到进气口6。缸内喷射阀22以从燃烧室5的进气侧朝向燃烧室5的中央喷射燃料的方式配置于进气口6的下方。
在汽缸盖3的进气口6连接有进气歧管10。进气歧管10具备稳压箱19。在稳压箱19连接有对从空气滤清器31取入的空气进行引导的进气通路30。在进气通路30设置有电子控制式的节气门40。另一方面，在汽缸盖3的排气口8连接有排气歧管11。在排气歧管11连接有将排气向外部排出的排气通路32。在排气通路32配置有排气净化装置60。
发动机2具有涡轮增压器28。涡轮增压器28的压缩机28a设置于进气通路30的比节气门40靠上游的位置。在压缩机28a与节气门40之间，设置有对由压缩机28a压缩后的吸入空气进行冷却的中间冷却器36。涡轮增压器28的透平机28b设置于排气通路32的比排气净化装置60靠上游的位置。在排气通路32设置有绕过透平机28b的旁通通路44。在旁通通路44设置有电子控制式的废气旁通阀46。
发动机2具备使排气的一部分从排气通路32向进气通路30再循环的EGR装置80。EGR装置80是具备EGR通路82的LPL-EGR装置(低压EGR装置)，所述EGR通路82在比排气净化装置60靠下游的位置从排气通路32分支，且在比压缩机28a靠上游的位置与进气通路30连接。在EGR通路82，在EGR气体的流动的上游侧配置有EGR冷却器84，在下游侧配置有EGR阀86。
排气净化装置60由作为三元催化剂的起始催化剂(start catalyst)(以下，称作SC)62、NOx吸藏还原型催化剂(以下，称作NSR)64、以及选择还原型催化剂(以下，称作SCR)66构成。从排气通路32中的上游侧起，依次配置SC62、NSR64、以及SCR66。
SC62，在氧浓度高的稀气氛下，一边吸附排气中的氧一边将排气中的NOx还原成N2，在氧浓度低的浓气氛下，一边释放氧一边将排气中的HC和CO氧化而使之变成H2O和CO2。
NSR64在氧浓度高的稀气氛下，以硝酸盐的形态吸藏排气中的NOx。并且，在通过燃料过量供给(rich spike)而供给了成为还原剂的HC、CO、H2等时，NSR64释放所吸藏的NOx，使还原剂与NOx反应而将NOx还原成NH3和N2。
SCR66吸附因燃料过量供给而在NSR64中生成的NH3。并且，使所吸附的NH3与排气中的NOx反应而将NOx还原成N2。此外，在通过燃料过量供给而供给了还原剂时，排气中的NOx与还原剂的反应也在SC62处发生，从NOx生成NH3。因此，吸附于SCR66的NH3中除了在NSR64处生成的NH3以外，也包含在SC62处生成的NH3。
本实施方式的系统在各个地方具备用于得到与发动机2的运转状态相关的信息的传感器。在进气通路30中的比空气滤清器31靠下游且与该空气滤清器31紧邻的位置，设置有用于计测吸入新气量的空气流量计34。在排气通路32中的比SC62靠上游且与该SC62紧邻的位置，设置有极限电流式的空燃比传感器70。在NSR64安装有用于计测其温度(详细而言床温(bed temperature))的温度传感器74。另外，在SCR66安装有用于计测其温度(详细而言床温)的温度传感器76。而且，本实施方式的系统具有用于计测加速器踏板的踩踏量(加速器开度)的加速器位置传感器52和用于计测发动机2的曲轴角度的曲轴角传感器54。除了上述传感器以外，在发动机2或者车辆还安装有燃烧压力传感器、进气压力传感器、增压压力传感器、以及NOx传感器等(均省略图示)各种传感器。
上述的各种传感器和致动器与控制装置50电连接。控制装置50是至少具有输入输出接口、ROM、RAM、CPU的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)。输入输出接口从安装于发动机2和车辆的各种传感器取入传感器信号，并且对发动机2所具备的致动器输出操作信号。致动器包括进气口喷射阀20、缸内喷射阀22、包含火花塞18的点火装置、节气门40、废气旁通阀46、EGR阀86、以及可变气门装置24、26等。ROM存储有包含用于控制发动机2的各种控制程序和/或映射的各种控制数据。CPU从ROM读出控制程序并执行该控制程序，基于取入的传感器信号生成操作信号。
2.发动机的运转模式
通过控制装置50选择的发动机2的运转模式，大体上包括进行化学计量运转的化学计量模式、和进行稀运转的稀模式。化学计量运转是将缸内空燃比控制成理论空燃比而进行的运转，稀运转是将缸内空燃比控制成与理论空燃比相比燃料稀的空燃比而进行的运转。在本实施方式中，稀模式进一步分为不进行EGR气体的再循环而仅用新气进行稀运转的第1稀模式、以及进行EGR气体的再循环的第2稀模式。另外，在本实施方式中，在化学计量模式下也进行EGR气体的再循环。以下，将化学计量模式称作化学计量EGR模式，将第1稀模式称作空气稀模式，将第2稀模式称作稀EGR模式。
图2是表示由控制装置50选择的发动机2的运转模式与转矩以及发动机旋转速度的对应关系的图。在图2中，以粗实线表示的折线是发动机2能够运转的区域与不能运转的区域之间的分界线，表示各旋转速度下的最大转矩。比该分界线靠低转矩侧的区域是发动机2能够运转的区域。
在图2中以细实线表示的折线是进行化学计量运转的区域与进行稀运转的区域之间的分界线，表示在各旋转速度下通过稀运转能够实现的最大转矩。比该分界线靠高转矩侧的区域是发动机2能够运转的区域中进行化学计量运转的区域、即选择化学计量EGR模式的区域(以下，也称作化学计量EGR区域)。另一方面，比分界线靠低转矩侧的区域是进行稀运转的区域(以下，也称作稀区域)，即选择空气稀模式或稀EGR模式的区域。
在图2中由虚线所示的直线是在仅用新气进行稀运转的情况下爆震落入容许范围的区域和不落入容许范围之间的分界线。比该分界线靠高转矩侧的区域是进行稀运转的区域中进行EGR气体的再循环的区域，即选择稀EGR模式的区域(以下，也称作稀EGR区域)。另一方面，比分界线靠低转矩侧的区域是仅以新气进行稀运转的区域，即选择空气稀模式的区域(以下，也称作空气稀区域)。
在化学计量EGR模式下的运转中，对燃料喷射量进行反馈控制，以使得空燃比传感器70的输出值成为与理论空燃比对应的基准值。关于化学计量EGR模式下的燃料喷射，根据发动机2的工作点选择并用进气口喷射阀20和缸内喷射阀22进行的燃料喷射、以及仅用缸内喷射阀22进行的燃料喷射中的任一方。例如，在由于增压而产生扫气的区域，通过缸内喷射阀22在进气行程或压缩行程的燃料喷射来进行化学计量运转。在化学计量EGR模式下，为了尽可能使大量的EGR气体再循环而尽量抑制产生NOx，将作为EGR装置80的操作量的EGR阀86的开度控制成最大开度，以使EGR率成为最大。
在空气稀模式下的运转中，将缸内空燃比设定成燃料稀到接近不发火界限的强稀空燃比(例如26左右的值)。另外，在空气稀模式下，EGR率被设定成零从而EGR阀86被设为完全关闭。关于空气稀模式下的燃料喷射，根据发动机2的工作点选择仅用进气口喷射阀20进行的燃料喷射、以及并用进气口喷射阀20和缸内喷射阀22进行的燃料喷射中的任一方。用进气口喷射阀20进行的燃料喷射优选是在进气门14处于关闭的期间进行的非同步喷射。不过，也可以是进气门14处于打开的期间和燃料喷射期间重叠的同步喷射。用缸内喷射阀22进行的燃料喷射是在进气行程进行的进气行程喷射。此外，在空气稀模式下，点火正时被设定为MBT。
在稀EGR模式下的运转中，为了通过向缸内导入EGR气体而抑制爆震，基于预先设定的EGR率控制EGR阀86的开度。稀EGR模式下的设定EGR率被设定为在能够有效抑制爆震的范围内尽可能低的值。另外，在稀EGR模式下，与由于导入EGR气体而引起的稀界限的恶化相应地，缸内空燃比被设定成燃料比空气稀模式下的设定空燃比稍浓的空燃比。关于稀EGR模式下的燃料喷射，根据发动机2的工作点而选择仅用进气口喷射阀20进行的燃料喷射、并用进气口喷射阀20和缸内喷射阀22进行的燃料喷射、以及仅用缸内喷射阀22进行的燃料喷射中的任一方。此外，在稀EGR模式下，与空气稀模式相比抑制爆震的效果好，但燃料经济性性能与冷却损失更少的空气稀模式相比降低。因此，选择稀EGR模式的区域被限定于在空气稀模式下的运转中爆震会超过容许水平的区域。此外，在稀EGR模式下，点火正时被设定为比MBT靠延迟侧。
在空气稀模式下的运转和稀EGR模式下的运转中，按照预定的执行规则执行燃料过量供给。在本实施方式中所执行的燃料过量供给是通过每1个循环的燃料喷射量的增加而将缸内空燃比暂时变更成燃料比理论空燃比浓的空燃比的处理。燃料过量供给用的燃料喷射量的增加对于从缸内喷射阀22喷射的燃料进行。通过使缸内空燃比与理论空燃比相比燃料浓，从而排气中的氧浓度减少并且产生大量HC、CO、H2等还原剂。通过包含大量还原剂的排气被供给到NSR64，从而NSR64所吸藏的NOx从NSR64释放，在NSR64上被还原成NH3和/或N2。此外，燃料过量供给在由NOx传感器(图示省略)计测的NSR64的出口的NOx浓度超过预定的阈值时、或者基于发动机旋转速度、吸入空气量和/或空燃比推定计算出来的NOx的吸藏量超过预定的阈值时执行。
3.与运转模式的切换相关的发动机控制
控制装置50基于由加速器位置传感器52计测的加速器踏板的踩踏量算出驾驶员对发动机2的要求输出。并且，根据要求输出决定由目标转矩和目标旋转速度定义的发动机2的目标工作点，选择设定在目标工作点所处的区域的运转模式。例如，在图2中，在目标工作点从高转矩侧向低转矩侧越过由细实线所示的分界线而进行了移动的情况下，控制装置50将运转模式从化学计量EGR模式切换为稀模式(空气稀模式或者稀EGR模式)。相反，在目标工作点从低转矩侧向高转矩侧越过由细实线所示的分界线而进行了移动的情况下，控制装置50将运转模式从稀模式切换成化学计量EGR模式。
不过，在将运转模式从化学计量EGR模式切换成稀模式的情况下，控制装置50一定是在执行燃料过量供给后进行向稀模式的切换。该处理无论稀模式是空气稀模式还是稀EGR模式均进行。由于化学计量运转中的排气温度为高温，所以SCR66所吸附的NH3会发生氧化，SCR66的NH3吸附量大幅减少。于是，通过执行燃料过量供给来使NSR64生成NH3，能够使在化学计量运转中减少的SCR66的NH3吸附量恢复。此外，执行燃料过量供给的期间(循环数)是预先设定的。
在将运转模式从化学计量EGR模式向稀模式切换的情况下，控制装置50还在燃料过量供给的执行后，在预定的条件成立时，在向稀模式进行切换之前执行过渡控制。预定的条件是指SCR温度成为窗口的上限温度以上。判定所使用的SCR温度可以是温度传感器76的计测值，也可以是根据排气的温度和流量计算出的推定值。窗口被设定为SCR66有效工作的温度范围，其上限温度被设定为NH3发生氧化反应的470℃或其附近的温度。SCR温度的判定正时是紧接着从化学计量EGR模式进行切换之前、或者正好在进行切换的时刻。前者包括因目标工作点的移动而决定了从化学计量EGR模式向稀模式切换的时刻。后者包括燃料过量供给完成的时刻。在SCR温度成为了上限温度以上的情况下，会产生由燃料过量供给生成的NH3的氧化，所以无法充分恢复SCR66的NH3吸附量。于是，由控制装置50执行的是，接下来将要说明的过渡控制。
控制装置50所进行的过渡控制包括使EGR率比稀模式的设定EGR率高。若设为至少比稀模式的设定EGR率高的EGR率，则与以按照设定的稀模式进行运转的情况相比，能够相对降低氧浓度而抑制NH3的氧化。不过，EGR率越高则排气中的氧浓度越低，所以在本实施方式的过渡控制中，将EGR阀86的开度控制为最大以使得EGR率成为最大。通过使EGR率为最大，能够尽可能降低排气中的氧浓度而抑制NH3的氧化。
另外，控制装置50所进行的过渡控制包括在使EGR率成为了比稀模式的设定EGR率高的期间，将缸内空燃比控制成与稀模式的设定空燃比相比燃料浓的空燃比。在过渡控制中使缸内空燃比与稀模式的设定空燃比相比燃料浓是为了应对由EGR气体的导入引起的稀界限的恶化。EGR率越高则稀界限越恶化，所以不得不降低相对于理论空燃比的燃料稀的程度。在过渡控制中设定的EGR率比稀EGR模式的设定EGR率高，所以过渡控制中的缸内空燃比设定为与稀EGR模式的设定空燃比相比燃料浓。
控制装置50持续进行上述的过渡控制直到SCR温度变得比上限温度低。通过使缸内空燃比比理论空燃比燃料稀，从而排气温度降低，最终SCR温度落入窗口内。若SCR温度落入窗口内，则已经无需提高EGR率而降低氧浓度。过渡控制也是降低缸内空燃比的燃料稀的程度的控制，所以持续的时间越长，则越降低燃料经济性性能。因此，控制装置50，若SCR温度落入窗口内则结束过渡控制，根据目标工作点所位于的区域向空气稀模式或稀EGR模式本来的设定转变。由此，能够不会徒劳降低燃料经济性性能地抑制由NH3的氧化引起的SCR的NOx净化性能的降低。
在运转模式从化学计量EGR模式向稀模式切换的期间控制装置50所进行的燃料过量供给相当于作为本发明的第1控制单元的功能。另外，控制装置50所进行的过渡控制相当于作为本发明的第2控制单元的功能。此外，在运转模式从稀模式向化学计量EGR模式切换的情况下，不进行上述那样的特别的控制。
图3是表示与运转模式的切换相关的发动机控制的流程的流程图。控制装置50以与ECU的时钟脉冲数对应的预定的控制周期反复执行该流程图所示的步骤。
首先，在步骤S2中，判定发动机2的目标工作点是否处于进行稀运转的区域即稀区域内。在目标工作点不处于稀区域内的情况下，选择步骤S4的处理。在步骤S4中，选择化学计量EGR模式作为运转模式，进行化学计量EGR模式下的发动机2的运转。
在目标工作点处于稀区域内的情况下，接着进行步骤S6的判定。在步骤S6中，判定在向稀运转切换时执行的燃料过量供给是否已经执行完毕。在此次是目标工作点初次进入了稀区域的情况下，步骤S6的判定为否(否定)。另外，在处于燃料过量供给的执行中的情况下，步骤S6的判定也为否。在步骤S6的判定为否的情况下，选择步骤S8的处理。在步骤S8中，若此次是目标工作点初次进入稀区域，则开始燃料过量供给，在处于燃料过量供给的执行中的情况下接着继续进行燃料过量供给。步骤S6的判定在从燃料过量供给的开始起经过了预先设定的执行期间(循环数)时为是(肯定)。
在燃料过量供给执行完毕的情况下，接着进行步骤S10的判定。在步骤S10中，判定SCR温度是否为上限温度以上。此外，判定所使用的SCR温度可以是根据排气的温度和流量计算出来的推定值。在SCR温度为上限温度以上的情况下，选择步骤S12的处理。在步骤S12中，不是以稀模式的本来的设定EGR率和设定空燃比进行运转，而是执行用于对因燃料过量供给而生成的NH3的氧化进行抑制的过渡控制。持续进行过渡控制，直到SCR温度变为比上限温度低。
在SCR温度比上限温度低的情况下，选择步骤S14的处理。在步骤S14中，根据目标工作点处于稀区域中哪个区域来选择空气稀模式和稀EGR模式中的某一方，以空气稀模式或稀EGR模式的本来的设定EGR率和设定空燃比进行运转。选择空气稀模式作为运转模式的空气稀区域与稀区域中能够进行MBT下的运转的区域(MBT区域)对应。选择稀EGR模式作为运转模式的稀EGR区域与稀区域中产生爆震的区域(爆震区域)对应。
4.与运转模式的切换相关的系统的工作
4-1.从化学计量EGR模式向空气稀模式转变的情况下的工作
首先，对如下情况下的系统的工作进行说明，该情况是如图4所示那样，在发动机2的目标工作点处于化学计量EGR区域的状态下，要求输出因减速要求而减少，目标工作点从化学计量EGR区域内的工作点A向空气稀区域内的工作点B移动了的情况。此外，在变速比或排档固定的情况下，目标工作点沿着由单点划线所示的路径载入线(R/L)移动。路径载入线是将在变速比或排档固定了的情况下发动机2的输出与车辆的行驶负荷阻力平衡的工作点连结而成的曲线。
图5是表示在目标工作点因减速而如图4所示那样移动了的情况下向稀模式切换时的SCR温度落入窗口内时的系统的工作的时间图。此处所示的工作是在图3所示的流程中不经过步骤S12的处理而选择步骤S14的处理的情况下的工作。时间图中示出了发动机输出、缸内空燃比、EGR率、NSR温度、SCR温度、以及SCR的NH3吸附量的随时刻的变化。
在该时间图中，在时刻t1开始减速，在时刻t2执行燃料过量供给。这是由于在时刻t2或紧接着其之前，目标工作点从化学计量EGR区域向空气稀区域进行了移动而引起的。燃料过量供给执行预定的期间，在燃料过量供给完成了的时刻t3，进行从化学计量EGR模式向空气稀模式的切换。
SCR温度，在执行燃料过量供给的时刻t2之前已经落入窗口内。因此，在时刻t3，SCR66的NH3吸附能力已经恢复了。在该情况下，不进行稀模式的过渡控制，而从时刻t3起以空气稀模式的本来的设定EGR率和设定空燃比进行运转。空气稀模式的设定EGR率为零，设定空燃比是强稀空燃比。此外，在该时间图中，NSR温度落入窗口内是在时刻t3的向空气稀模式切换之后，在从切换起的短暂的期间中，NSR64的NOx吸藏能力未恢复。但是，由于SCR66的NH3吸附能力已经恢复，所以未能由NSR64捕获的NOx能够通过SCR66净化。
图6是表示在目标工作点因减速而如图4所示那样移动了的情况下，向稀模式切换时的SCR温度超过了窗口上限时的系统的工作的时间图。此处所示的工作是在图3所示的流程中反复进行了几次步骤S12的处理后，选择了步骤S14的处理的情况下的工作。时间图示出了发动机输出、缸内空燃比、EGR率、NSR温度、SCR温度、以及SCR的NH3吸附量的随时刻的变化。
在该时间图中也是，在时刻t1开始减速，在时刻t2执行燃料过量供给。但是，在完成了燃料过量供给的时刻t3的SCR温度超过了窗口的上限温度，所以向稀模式的切换不立即进行。即，并不以空气稀模式的本来的设定EGR率和设定空燃比进行运转，而执行过渡控制。在时间图中，由实线表示在执行了过渡控制的情况下的EGR率和空燃比的随时刻的变化，由虚线表示空气稀模式的本来的EGR率和空燃比的随时刻的变化。
过渡控制持续到SCR温度落入窗口内的时刻t4。通过SCR温度落入窗口内，从而SCR66的NH3吸附能力恢复。在到此为止的期间，EGR率被设为比空气稀模式的本来的设定EGR率高。详细而言，操作EGR阀86的开度，以维持作为化学计量EGR模式的设定EGR率的最大EGR率。通过大量的EGR气体的导入抑制了高温环境下的NH3的氧化，所以能够迅速恢复SCR66的NH3吸附量，另外，能够抑制向稀运转切换后的SCR66的NOx净化性能的降低。在时间图中，由实线表示执行了过渡控制的情况下的SCR66的NH3吸附量的随时刻的变化，由虚线表示在不执行过渡控制的情况下的NH3吸附量的随时刻的变化。
另外，过渡控制中的缸内空燃比被控制成与理论空燃比相比燃料稀但与空气稀模式的本来的设定空燃比相比燃料浓的空燃比。通过在提高了EGR率的期间，缸内空燃比被设为与空气稀模式的本来的设定空燃比相比燃料浓，由此能够抑制由EGR率的上升引起的燃烧的不稳定化。
4-2.在从化学计量EGR模式向稀EGR模式转变的情况下的工作
接着，对在如下情况下的系统的工作进行说明，该情况是如图7所示那样，在发动机2的目标工作点处于化学计量EGR区域的状态下，要求输出因减速要求而减少，目标工作点从化学计量EGR区域内的工作点A向稀EGR区域内的工作点C进行了移动的情况。
图8是表示在目标工作点因减速而如图7所示那样移动了的情况下，向稀模式切换时的SCR温度落入窗口内时的系统的工作的时间图。此处所示的工作是在图3所示的流程中不经过步骤S12的处理而选择了步骤S14的处理的情况下的工作。时间图中示出了发动机输出、缸内空燃比、EGR率、NSR温度、SCR温度、以及SCR的NH3吸附量的随时刻的变化。
该时间图所示的到时刻t3为止的系统的工作与图5的时间图所示的工作相同，所以省略其说明。在该时间图中，在燃料过量供给完成了的时刻t3，进行从化学计量EGR模式向稀EGR模式的切换。在时刻t3的SCR温度为比窗口上限低的温度，所以不进行过渡控制。从时刻t3起，以稀EGR模式的本来的设定EGR率和设定空燃比进行运转。稀EGR模式的设定EGR率被设定为比化学计量EGR模式的设定EGR率低的值，稀EGR模式的设定空燃比被设定为与空气稀模式的设定空燃比相比燃料浓的空燃比。
图9是表示在目标工作点因减速而如图7所示那样移动了的情况下，向稀模式切换时的SCR温度超过了窗口上限时的系统的工作的时间图。此处所示的工作是在图3所示的流程中反复进行了几次步骤S12的处理后，选择了步骤S14的处理的情况下的工作。时间图中示出了发动机输出、缸内空燃比、EGR率、NSR温度、SCR温度、以及SCR的NH3吸附量随时刻的变化。
该时间图所示的到时刻t3为止的系统的工作与图6的时间图所示的工作相同，所以省略其说明。在该时间图中，在燃料过量供给完成的时刻t3的SCR温度超过了窗口的上限温度，所以在燃料过量供给执行后，不以稀EGR模式的本来的设定EGR率和设定空燃比进行运转，而执行过渡控制。在时间图中，由实线表示在执行了过渡控制的情况下的EGR率和空燃比的随时刻的变化，由虚线表示稀EGR模式的本来的EGR率和空燃比的随时刻的变化。
过渡控制持续到SCR温度落入窗口内的时刻t4。在到时刻t4为止的期间，EGR率被维持为作为化学计量EGR模式的设定EGR率的最大EGR率。由此，与在稀EGR模式下导入的EGR气体相比多量的EGR气体被导入，抑制了高温环境下的NH3的氧化。在时间图中，由实线表示执行了过渡控制的情况下的SCR66的NH3吸附量的随时刻的变化，由虚线表示在不执行过渡控制的情况下的NH3吸附量的随时刻的变化。通过执行过渡控制，能够迅速恢复SCR66的NH3吸附量，另外能够抑制向稀运转切换后的SCR66的NOx净化性能的降低。
另外，过渡控制中的缸内空燃比被控制为与理论空燃比相比燃料稀但与稀EGR模式的本来的设定空燃比相比燃料浓的空燃比。在提高了EGR率的期间，缸内空燃比被设为与稀EGR模式的本来的设定空燃比相比燃料浓，由此能够抑制由EGR率的上升引起的燃烧的不稳定化。
5.其他实施方式
在上述的实施方式中，在化学计量EGR模式下使EGR阀的开度为最大而将EGR率控制为最大，但也可以将化学计量EGR模式的设定EGR率设定为比最大EGR率低。另外，过渡控制的EGR率无需与化学计量EGR模式的设定EGR率相同，只要比稀模式的设定EGR率高即可。
燃料过量供给只要是能够供给相对于理论空燃比过剩的燃料的方法，就不限于上述的实施方式。也可以另外于对转矩有贡献的燃料喷射而进行对转矩没有贡献的后喷射，例如通过缸内喷射阀22在膨胀行程或排气行程中喷射燃料等等。另外，也可以采取如下方法：将在进气门14的闭阀期间内从进气口喷射阀20喷射到进气口6内的燃料，利用扫气吹过排气口8。此外，缸内喷射阀22除了图1所示的位置以外，也可以在燃烧室5的顶部，与火花塞18并列地配置。
上述的实施方式的发动机是增压发动机，但本发明也能够适用于不具备增压器的自然进气型的发动机。

Claims (3)

1.一种内燃机的控制装置，所述内燃机具备：选择还原型催化剂，其配置于排气通路；NOx吸藏还原型催化剂，其配置于所述排气通路的比所述选择还原型催化剂靠上游的位置；以及EGR装置，其使EGR气体从所述排气通路向进气通路再循环，所述控制装置的特征在于，
由所述控制装置选择的所述内燃机的运转模式包括：
化学计量模式，将缸内空燃比控制成理论空燃比而运转；和
稀模式，将缸内空燃比控制成与理论空燃比相比燃料稀的空燃比而运转，
所述控制装置具备：
第1控制单元，其在所述运转模式从所述化学计量模式向所述稀模式切换的期间，执行供给相对于理论空燃比过剩的燃料的燃料过量供给；和
第2控制单元，其在从所述化学计量模式切换时的所述选择还原型催化剂的温度为上限温度以上的情况下，在所述燃料过量供给的执行后，在执行过渡控制之后切换成所述稀模式，所述过渡控制使EGR率比所述稀模式的EGR率高，并且使缸内空燃比为与理论空燃比相比燃料稀且与所述稀模式的空燃比相比燃料浓的空燃比，所述EGR率是进气中EGR气体所占的比例。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第2控制单元，执行所述过渡控制，直到所述选择还原型催化剂的温度比所述上限温度低。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第2控制单元，在所述过渡控制中，操作所述EGR装置以使得EGR率成为最大。
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