CN107429586A - 排气净化系统和排气净化系统的控制方法 - Google Patents

排气净化系统和排气净化系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

包括：NOx还原型催化剂(32)，其被设置在内燃机(10)的排气通道(13)中；SOx净化控制(60)，其执行SOx净化控制，在该SOx净化控制中，通过利用使燃料喷射量增加的喷射系统控制使排气温度上升到SOx脱离的第1目标温度，从而使NOx还原型催化剂(32)从硫黄中毒恢复；禁止处理部(70)，其根据内燃机(10)的运转状态来禁止执行SOx净化控制；以及保温模式控制部(71)，其在SOx净化控制的禁止期间执行保温模式控制，在该保温模式控制中，控制燃料喷射量以使排气温度维持在比第1目标温度低的第2目标温度。

Description

排气净化系统和排气净化系统的控制方法
技术领域
本发明涉及排气净化系统和排气净化系统的控制方法。
背景技术
以往，作为对从内燃机排出的排气中的氮化物(NOx)进行还原净化的催化剂，已知NOx吸收还原型催化剂。NOx吸收还原型催化剂在排气为稀燃环境时吸收排气中含有的NOx，并且，在排气是浓燃环境时用排气中含有的烃通过还原净化将已吸收了的NOx无害化并排放。
此外，在NOx吸收还原型催化剂中还吸收排气中含有的硫氧化物(以下，称为SOx)。若SOx吸收量增加，则存在使NOx吸收还原型催化剂的NOx净化能力降低的问题。因此，在SOx吸收量达到预定量的情况下，为了使SOx从NOx吸收还原型催化剂脱离来使其从S中毒恢复，需要定期地进行通过远后喷射、排气管喷射向上游侧的氧化催化剂供给未燃燃料以使排气温度上升到SOx脱离温度的所谓SOx净化(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-47086号公报
专利文献2:日本特开2008-64063号公报
发明内容
发明要解决的课题
若在引擎转速非常高的状态或燃料喷射量非常多的状态下执行SOx净化，则有可能导致引擎温度的急上升等。在这样的状态下，优选禁止或者中断SOx净化的执行。
但是，由于若使远后喷射或排气管喷射完全停止，则催化剂温度会降低，所以在之后的SOx净化重新开始时燃料消耗量变得过剩，存在导致催化剂过升温或燃料经济性的恶化的问题。
本公开的排气净化系统和排气净化系统的控制方法的目的在于，有效地防止SOx净化的重新开始时的催化剂过升温或燃料经济性的恶化。
用于解决课题的手段
本公开的系统包括：NOx还原型催化剂，其被设置在内燃机的排气通道中并对排气中的NOx进行还原净化；催化剂再生部件，其执行催化剂再生控制，在上述催化剂再生控制中，通过利用至少使燃料喷射量增加的喷射系统控制使排气温度上升到硫氧化物脱离的预定的第1目标温度，从而使上述NOx还原型催化剂从硫黄中毒恢复；禁止部件，其根据上述内燃机的运转状态来禁止执行上述催化剂再生控制；以及保温控制部件，其在通过上述禁止部件禁止上述催化剂再生控制的禁止期间执行催化剂保温控制，在上述催化剂保温控制中，控制燃料喷射量以使排气温度维持在比上述第1目标温度低的预定的第2目标温度。
此外，本公开的排气净化系统的控制方法中，上述排气系统包括被设置在内燃机的排气通道中并对在上述排气通道内流动的排气中的NOx进行还原净化的NOx还原型催化剂，所述控制方法包含如下处理：
催化剂再生处理，执行催化剂再生控制，在上述催化剂再生控制中，通过利用喷射系统控制使上述排气的排气温度上升到上述排气中含有的硫氧化物脱离的预定的第1目标温度，从而使上述NOx还原型催化剂从硫黄中毒恢复，其中，在上述喷射系统控制中，通过控制被构成为喷射燃料的喷射系统从而至少使上述燃料的燃料喷射量增加，
禁止处理，根据上述内燃机的运转状态来禁止执行上述催化剂再生控制，以及
保温控制处理，在通过上述禁止处理禁止上述催化剂再生控制的禁止期间执行催化剂保温控制，在上述催化剂保温控制中，控制上述燃料喷射量以使排气温度维持在比上述第1目标温度低的预定的第2目标温度。
发明效果
根据本公开的排气净化系统和排气净化系统的控制方法，能够有效地防止SOx净化的重新开始时的催化剂过升温或燃料经济性的恶化。
附图说明
图1是表示本实施方式的排气净化系统的整体构成图。
图2是说明本实施方式的SOx净化控制的时序图。
图3是表示本实施方式的SOx净化控制部的功能框图。
图4是表示本实施方式的SOx净化稀燃控制时的MAF目标值的设定处理的框图。
图5是表示本实施方式的SOx净化浓燃控制时的目标喷射量的设定处理的框图。
图6是说明本实施方式的SOx净化控制的催化剂温度调整控制的时序图。
图7是说明本实施方式的SOx净化控制的禁止处理的图。
图8是说明本实施方式的保温模式控制、及SOx净化控制的结束处理的图。
图9是说明本实施方式的MAF追随控制的从稀燃状态向浓燃状态的切换的流程图。
图10是说明本实施方式的MAF追随控制的从浓燃状态向稀燃状态的切换的流程图。
图11是表示本实施方式的喷射器的喷射量学习校正的处理的框图。
图12是说明本实施方式的学习校正系数的运算处理的流程图。
图13是表示本实施方式的MAF校正系数的设定处理的框图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本公开的一实施方式的排气净化系统。
如图1所示，在柴油引擎(以下，简称为引擎)10的各气缸中，分别设置有将由未图示的共轨(Common Rail)蓄压的高压燃料向各气缸内直接喷射的喷射器11。这些各喷射器11的燃料喷射量或燃料喷射定时根据从电子控制单元(以下，称为ECU)50输入的指示信号而被控制。
在引擎10的进气歧管10A上连接有导入新气的进气通道12，在排气歧管10B上连接有将排气向外部导出的排气通道13。在进气通道12中，从进气上游侧起依次设置有空气过滤器14、吸入空气量传感器(以下，称为MAF传感器)40、可变容量型增压器20的压缩机20A、中冷器15、进气节气门16等。在排气通道13中，从排气上游侧起依次设置有可变容量型增压器20的涡轮20B、排气后处理装置30等。另外，在引擎10中，安装有引擎转速传感器41、油门开度传感器42、增压压力传感器46。
另外，在本实施方式的说明中，作为对引擎的吸入空气量(进气流量(Suction AirFlow))进行测定、检测的吸入空气量传感器，使用的是测定、检测质量流量(Mass AirFlow)的MAF传感器40，但是，只要能够测定、检测引擎的进气流量，也可以使用与MAF传感器40不同的类型的流量(Air Flow)传感器、或者代替流量传感器的部件。
EGR(Exhaust Gas Recirculation：排气再循环)装置21包括：EGR通道22，其连接排气歧管10B和进气歧管10A；EGR冷却器，其冷却EGR气体；以及EGR阀24，其调整EGR量。
排气后处理装置30是通过在外壳30A内从排气上游侧起依次配置氧化催化剂31、NOx吸收还原型催化剂32、颗粒过滤器(以下，简称为过滤器)33而构成的。此外，在比氧化催化剂31靠上游侧的排气通道13中设置有排气管喷射装置34，该排气管喷射装置34根据从ECU50输入的指示信号向排气通道13内喷射未燃燃料(主要是烃(HC))。
氧化催化剂31例如是通过在蜂窝结构体等陶瓷制承载体表面承载氧化催化剂成分而形成的。若通过排气管喷射装置34或喷射器11的远后喷射向氧化催化剂31供给未燃燃料，则氧化催化剂31将该未燃燃料氧化而使排气温度上升。
NOx吸收还原型催化剂32例如是通过在蜂窝结构体等陶瓷制承载体表面承载碱金属等而形成的。该NOx吸收还原型催化剂32在排气空燃比为稀燃状态时吸收排气中的NOx，并且，在排气空燃比为浓燃状态时用排气中含有的还原剂(HC等)来对已吸收的NOx进行还原净化。
过滤器33例如是通过将由多孔质性的分隔壁划分的多个单元沿着排气的流动方向配置并将这些单元的上游侧和下游侧交替地孔封闭而形成的。过滤器33在隔壁的细孔或表面捕集排气中的PM(颗粒状物质)，并且，若PM堆积推定量达到预定量，则执行将其燃烧除去的所谓过滤器强制再生。通过利用排气管喷射或远后喷射向上游侧的氧化催化剂31供给未燃燃料，并将流入到过滤器33的排气温度升温到PM燃烧温度，从而进行过滤器强制再生。
第1排气温度传感器43被设置在比氧化催化剂31靠上游侧的位置，对流入到氧化催化剂31中的排气温度进行检测。第2排气温度传感器44被配置在NOx吸收还原型催化剂32与过滤器33之间，检测向过滤器33流入的排气温度。NOx/λ传感器45被设置在比过滤器33靠下游侧的位置，对通过了NOx吸收还原型催化剂32的排气的NOx值及λ值(以下，也称为空气过剩率)进行检测。
ECU50进行引擎10等的各种控制，被构成为包括公知的CPU、ROM、RAM、输入接口、输出接口等。为了进行这些各种控制，传感器类40-46的传感器值被输入到ECU50中。此外，ECU50中作为其一部分的功能要素具有过滤器再生控制部51、SOx净化控制部60、MAF追随控制部80、喷射量学习校正部90、以及MAF校正系数运算部95。这些各功能要素作为被包含在作为一体硬件的ECU50中的要素来说明，但是，还能够将这些之中的任何一部分设置为单独的硬件。
[过滤器再生控制]
过滤器再生控制部51根据车辆的行驶距离、或者由未图示的压力差传感器检测的过滤器前后压力差来推定过滤器33的PM堆积量，并且，若该PM堆积推定量超过预定的上限阈值，则激活强制再生标志FDPF(FDPF＝1)而开始过滤器再生控制(参照图2的时刻t1)。通过基于预定的PM燃烧温度(例如，约550℃)反馈控制排气管喷射量或远后喷射量，从而执行过滤器再生控制。若PM堆积量推定值降低到表示PM燃烧除去的预定的下限阈值(判定阈值)，则关闭强制再生标志FDPF而结束过滤器再生控制(参照图2的时刻t2)。关闭强制再生标志FDPF的判定阈值例如也可以将过滤器强制再生开始(FDPF＝1)起的上限经过时间或上限累计喷射量作为基准。
[SOx净化控制]
SOx净化控制部60是本公开的催化剂再生部件，执行如下控制：使排气成为浓燃状态以使排气温度上升到SOx脱离温度(例如，约600℃)，使NOx吸收还原型催化剂32从SOx中毒恢复(以下，将该控制称为SOx净化控制)。若过滤器再生标志FDPF由于过滤器再生控制的结束而被关闭，并且，在后述的保温模式标志FSPK关闭的状态下SOx净化标志FSP变成激活，则开始SOx净化控制(参照图2的时刻t2)。
在本实施方式中，如图3所示，SOx净化控制部60中作为其一部分的功能要素包括SOx净化稀燃控制部60A、SOx净化浓燃控制部60B、SOx净化禁止处理部70、保温模式控制部71、以及SOx净化/保温模式结束处理部72。以下，说明这些各功能要素的细节。
[SOx净化稀燃控制]
SOx净化稀燃控制部60A执行使排气的空气过剩率从正常运转时(例如约1.5)降低到比理论空燃比相当值(约1.0)靠稀燃侧的第1目标空气过剩率(例如约1.3)的SOx净化稀燃控制。以下，说明SOx净化稀燃控制的细节。
图4是表示SOx净化稀燃控制时的MAF目标值MAFSPL＿Trgt的设定处理的框图。第1目标空气过剩率设定图表61是基于引擎转速Ne及油门开度Q(引擎10的燃料喷射量)而被参照的图表，预先基于实验等而设定有与这些引擎转速Ne及油门开度Q对应的SOx净化稀燃控制时的空气过剩率目标值λSPL＿Trgt(第1目标空气过剩率)。
首先，将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号，从第1目标空气过剩率设定图表61读取SOx净化稀燃控制时的空气过剩率目标值λSPL＿Trgt，并输入到MAF目标值运算部62。进一步，在MAF目标值运算部62中，基于以下的数学公式(1)运算SOx净化稀燃控制时的MAF目标值MAFSPL＿Trgt。
MAFSPL＿Trgt＝λSPL＿Trgt×Qfnl＿corrd×RoFuel×AFRsto/Maf＿corr…(1)
在数学公式(1)中，Qfnl＿corrd表示后述的被学习校正后的燃料喷射量(除了远后喷射之外)，RoFuel表示燃料比重，AFRsto表示理论空燃比，Maf＿corr表示后述的MAF校正系数。
若SOx净化标志FSP变成激活，则由MAF目标值运算部62运算出的MAF目标值MAFSPL＿Trgt被输入到斜度处理部63。斜度处理部63将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号而从+斜度系数图表63A和-斜度系数图表B读取斜度系数，并且，将附加了该斜度系数的MAF目标斜度值MAFSPL＿Trgt＿Ramp输入到阀控制部64。
阀控制部64为了使得从MAF传感器40输入的实际MAF值MAFAct达到MAF目标斜度值MAFSPL＿Trgt＿Ramp，而执行将进气节气门16向闭侧节流、并且将EGR阀24向开侧打开的反馈控制。
这样，在本实施方式中，基于从第1目标空气过剩率设定图表61读取的空气过剩率目标值λSPL＿Trgt、和各喷射器11的燃料喷射量来设定MAF目标值MAFSPL＿Trgt，基于该MAF目标值MAFSPL＿Trgt对空气系统动作进行反馈控制。由此，不必在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置λ传感器，或者，即使在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置有λ传感器的情况下，也不必使用该λ传感器的传感器值，就能够有效地使排气降低到SOx净化稀燃控制所需的期望的空气过剩率。
此外，通过将学习校正后的燃料喷射量Qfnl＿corrd用作各喷射器11的燃料喷射量，从而能够用前馈控制来设定MAF目标值MAFSPL＿Trgt，能够有效地排除各喷射器11的经年劣化或特性变化、个体差等的影响。
此外，通过对MAF目标值MAFSPL＿Trgt附加根据引擎10的运转状态设定的斜度系数，从而能够有效地防止因吸入空气量的急剧变化而导致的引擎10的失火或因力矩变动而导致的驾驶性的恶化等。
[SOx净化浓燃控制]
SOx净化浓燃控制部60B执行使排气的空气过剩率从第1目标空气过剩率进一步降低到浓燃侧的第2目标空气过剩率(例如，约0.9)的SOx净化浓燃控制。以下，说明SOx净化浓燃控制的细节。
图5是表示SOx净化浓燃控制中的排气管喷射或远后喷射的目标喷射量QSPR＿Trgt(每单位时间的喷射量)的设定处理的框图。第2目标空气过剩率设定图表65是基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的图表，预先基于实验等设定有与这些引擎转速Ne及油门开度Q对应的SOx净化浓燃控制时的空气过剩率目标值λSPR＿Trgt(第2目标空气过剩率)。
首先，将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号，从第2目标空气过剩率设定图表65读取SOx净化浓燃控制时的空气过剩率目标值λSPR＿Trgt，并输入到喷射量目标值运算部66。进一步，在喷射量目标值运算部66中，基于以下的数学公式(2)运算SOx净化浓燃控制时的目标喷射量QSPR＿Trgt。
QSPR＿Trgt＝MAFSPL＿Trgt×Maf＿corr/(λSPR＿Trgt×RoFuel×AFRsto)－Qfnl＿corrd…(2)
在数学公式(2)中，MAFSPL＿Trgt是SOx净化稀燃时的MAF目标值，被从上述的MAF目标值运算部62输入。此外，Qfnl＿corrd表示后述的被学习校正后的MAF追随控制应用前的燃料喷射量(除了远后喷射之外)，RoFuel表示燃料比重，AFRsto表示理论空燃比，Maf＿corr表示后述的MAF校正系数。
若后述的SOx净化浓燃标志FSPR变成激活，则将由喷射量目标值运算部66运算出的目标喷射量QSPR＿Trgt作为喷射指示信号，发送到排气管喷射装置34或各喷射器11。
这样，在本实施方式中，基于从第2目标空气过剩率设定图表65读取的空气过剩率目标值λSPR＿Trgt、和各喷射器11的燃料喷射量来设定目标喷射量QSPR＿Trgt。由此，不必在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置λ传感器，或者，即使在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置有λ传感器的情况下，也不必使用该λ传感器的传感器值，就能够有效地使排气降低到SOx净化浓燃控制所需的期望的空气过剩率。
此外，通过将学习校正后的燃料喷射量Qfnl＿corrd用作各喷射器11的燃料喷射量，从而能够用前馈控制来设定目标喷射量QSPR＿Trgt，能够有效地排除各喷射器11的经年劣化或特性变化等的影响。
[SOx净化控制的催化剂温度调整控制]
如图2的时刻t2-t4所示，通过对执行排气管喷射或远后喷射的SOx净化浓燃标志FSPR的激活/关闭(浓燃/稀燃)交替切换，从而控制在SOx净化控制中流入到NOx吸收还原型催化剂32中的排气温度(以下，也称为催化剂温度)。若SOx净化浓燃标志FSPR被激活(FSPR＝1)，则催化剂温度由于排气管喷射或远后喷射而上升(以下，将该期间称为喷射期间TF＿INJ)。另一方面，若SOx净化浓燃标志FSPR被关闭，则催化剂温度由于排气管喷射或远后喷射的停止而降低(以下，将该期间称为间隔TF＿INT)。
在本实施方式中，通过从预先通过实验等制作的喷射期间设定图表(未图示)读取与引擎转速Ne及油门开度Q对应的值，从而设定喷射期间TF＿INJ。在该喷射时间设定图表中，与引擎10的运转状态相应地设定有预先通过实验等求出的为了使排气的空气过剩率可靠地降低到第2目标空气过剩率而需要的喷射期间。
在催化剂温度最高的SOx净化浓燃标志FSPR被从激活切换到关闭时，通过反馈控制设定间隔TF＿INT。具体而言，通过PID控制来处理，该PID控制包括：与SOx净化浓燃标志FSPR被关闭时的目标催化剂温度与推定催化剂温度的偏差ΔT成比例地使输入信号变化的比例控制；与偏差ΔT的时间积分值成比例地使输入信号变化的积分控制；以及与偏差ΔT的时间微分值成比例地使输入信号变化的微分控制。目标催化剂温度被设定为能使SOx从NOx吸收还原型催化剂32脱离的温度，推定催化剂温度例如基于由第1排气温度传感器43检测的氧化催化剂31的入口温度、在氧化催化剂31及NOx吸收还原型催化剂32的内部的HC/CO发热量、向外气的放热量等来推定即可。
如图6的时刻t1所示，若SOx净化标志FSP由于过滤器再生标志FDPF及保温模式标志FSPK的关闭而被激活，则SOx净化浓燃标志FSPR也被激活，并且反馈计算也被暂时重置。即，在过滤器刚强制再生之后的首次，根据用喷射期间设定图表设定的喷射期间TF＿INJ＿1来执行排气管喷射或远后喷射(参照图6的时刻t1-t2)。由此，不必使在过滤器强制再生中上升了的排气温度降低，就能够快速地转移到SOx净化控制，能够减少燃料消耗量。
接下来，若SOx净化浓燃标志FSPR由于经过喷射期间TF＿INJ＿1而变成关闭，则SOx净化浓燃标志FSPR被关闭，直到经过通过PID控制设定的间隔TF＿INT＿1为止(参照图6的时刻t2-t3)。进一步，若SOx净化浓燃标志FSPR由于经过间隔TF＿INT＿1而被激活，则再次执行与喷射期间TF＿INJ＿2相应的排气管喷射或远后喷射(参照图6的时刻t3-t4)。然后，重复执行这些SOx净化浓燃标志FSPR的激活/关闭的切换，直到SOx净化标志FSP由于后述的SOx净化控制的结束判定而被关闭(参照图6的时刻tn)为止。
这样，在本实施方式中，根据基于引擎10的运转状态而参照的图表来设定使催化剂温度上升并且使空气过剩率降低到第2目标空气过剩率的喷射期间TF＿INJ，并且，利用PID控制来处理使催化剂温度下降的间隔TF＿INT。由此，能够一边将SOx净化控制中的催化剂温度有效地维持在净化所需的期望的温度范围，一边使空气过剩率可靠地降低到目标过剩率。
[SOx净化控制的禁止判定]
若在引擎转速Ne非常高的状态或喷射器11的燃料喷射量非常多的状态下执行SOx净化控制，则有可能导致引擎温度的急上升。此外，若在NOx吸收还原型催化剂32的温度降低了的状态下供给未燃燃料，则还存在由于HC泄露的增加而导致发生白烟等的问题。
为了防止这些现象，若(1)引擎转速Ne超过了例如表示旋转异常的预定的转速上限阈值的情况、(2)喷射器11的燃料喷射量超过了例如表示喷射异常的预定的喷射量上限阈值的情况、或(3)NOx吸收还原型催化剂32的催化剂温度降低到比过滤器再生控制的目标温度(PM燃烧温度)低的预定的阈值温度(例如，约500度)的情况之中的任何一个禁止条件成立，则SOx净化禁止处理部70判定为“能进行SOx净化区域外”，并禁止执行SOx净化控制。更详细而言，在SOx净化控制的开始时或者执行中，在这些禁止条件(1)～(3)的任何一个成立而被判定为“能进行SOx净化区域外”的情况下，执行后述的保温模式控制，另一方面，在这些禁止条件(1)～(3)都不成立的情况下，判定为“能进行SOx净化区域内”，允许执行SOx净化控制。
另外，禁止条件不限定于这3个条件，还能够追加系统故障等、不适合执行SOx净化的其它禁止条件。
[保温模式控制]
保温模式控制部71是本公开的保温控制部件，若在过滤器再生控制结束时(SOx净化控制开始时)、或者在SOx净化控制执行中上述的禁止条件(1)～(3)的任何一个成立，则激活保温模式标志FSPK而开始保温模式控制。通过基于比SOx脱离温度低的预定的保温目标温度(第2目标温度)来反馈控制排气管喷射量或远后喷射量，从而执行保温模式控制。在本实施方式中，保温目标温度例如被设定为过滤器再生控制的目标温度(PM燃烧温度)。
以下，基于图7，说明过滤器再生控制、保温模式控制、及SOx净化控制的切换处理细节。
在过滤器再生控制结束时(FDPF＝0)禁止条件(1)～(3)的任何一个成立而被判定为“能进行SOx净化区域外”的情况下，如图7的模式A所示，不开始SOx净化控制而是转移到保温模式控制(FSPK＝1)。
另一方面，在过滤器再生控制结束时(FDPF＝0)禁止条件(1)～(3)不成立而被判定为“能进行SOx净化区域内”的情况下，如图7的模式B所示，不转移到保温模式控制而是开始SOx净化控制(FSP＝1)。
在SOx净化控制执行中(FSP＝1)禁止条件(1)～(3)不成立而被判定为“能进行SOx净化区域内”的期间，如图7的模式C所示，执行交替地切换SOx净化浓燃标志FSPR的激活/关闭(浓燃/稀燃)的催化剂温度调整控制(参照图6)。
另一方面，在SOx净化控制执行中禁止条件(1)～(3)的任何一个成立而被判定为“能进行SOx净化区域外”的情况下，如图7的模式D所示，为了中断SOx净化控制而转移到保温模式控制(FSPK＝1)。
这样，在本实施方式中，若在SOx净化控制开始时、或者执行中被判定为“能进行SOx净化区域外”，则禁止SOx净化控制并执行保温模式控制。由此，能够可靠地抑制无效的SOx净化控制的执行，能够有效地防止燃料经济性的恶化或引擎温度的急上升、白烟的发生等。此外，由于在SOx净化控制禁止(中断)中通过保温模式控制将催化剂温度维持在PM燃烧温度，所以能够有效地减少在之后重新开始SOx净化控制时的燃料消耗量。
[SOx净化控制/保温模式控制的结束判定]
SOx净化/保温模式结束处理部72是本公开的结束处理部件，基于NOx吸收还原型催化剂32的SOx吸收量、保温模式控制或SOx净化控制的累计执行时间等，来执行使保温模式控制或SOx净化控制结束的结束处理。以下，基于图8，说明各结束处理模式的细节。另外，在本公开中，所谓使保温模式控制或SOx净化控制结束的结束处理，被定义为使保温模式控制或SOx净化控制等控制结束并重新开始通常的稀燃运转的处理。
[结束模式A]
图8所示的模式A是通过NOx吸收还原型催化剂32的SOx中毒恢复来使SOx净化控制结束的一个例子。在通过执行SOx净化控制而使NOx吸收还原型催化剂32的SOx吸收量SA降低到了表示SOx中毒恢复的预定的第1吸收量阈值SA1的情况下，关闭SOx净化浓燃标志FSPR(FSPR＝0)，不转移到保温模式控制而使SOx净化控制结束，重新开始稀燃运转。NOx吸收还原型催化剂32的SOx吸收量SA例如基于含有引擎10的运转状态或NOx/λ传感器45的传感器值等作为输入信号的模型公式或图表等来推定即可。第1吸收量阈值SA1被预先通过实验等取得并被存储在ECU50的存储器中。
[结束模式B]
图8所示的模式B是与SOx中毒恢复无关地通过时间限制来使SOx净化控制结束的一个例子。在从SOx净化控制的开始起利用计时器计时的累计执行时间TSPR＿sum达到了预定的第1上限阈值时间TSPR＿Lim的情况下，不执行保温模式控制，而是关闭SOx净化浓燃标志FSPR(FSP、FSPR＝0)而使SOx净化控制结束。第1上限阈值时间TSPR＿Lim1被预先通过实验等取得并存储在ECU50的存储器中。
[结束模式C]
图8所示的模式C是在根据“能进行SOx净化区域外”判定而继续了保温模式控制的情况下使保温模式控制在上限时间内结束的一个例子。在从保温模式控制开始起利用计时器计时的累计执行时间TSPK＿sum达到了预定的第2上限阈值时间TSPK＿Lim2的情况下，不转移到SOx净化控制，而是关闭保温模式标志FSPK(FSPK＝0)，使保温模式控制结束。第2上限阈值时间TSPK＿Lim2是比第1上限阈值时间TSPR＿Lim1短的时间，被预先通过实验等取得并存储在ECU50的存储器中(TSPK＿Lim2＜TSPR＿Lim1)。
[结束模式D]
图8所示的模式D是在根据“能进行SOx净化区域外”判定而继续了保温模式控制的情况下，尽管SOx吸收量仅减少到预定量但是使保温模式控制在上限时间内结束的一个例子。在保温模式控制执行中尽管SOx吸收量SA降低到比预定的第2吸收量阈值SA2低，但是从保温模式控制开始起利用计时器计时的累计执行时间TSPK＿sum达到了预定的第3上限阈值时间TSPK＿Lim3的情况下，不转移到SOx净化控制，而是关闭保温模式标志FSPK(FSPK＝0)而使其结束。第2吸收量阈值SA2是比第1吸收量阈值SA1多的值，被预先通过实验等取得并存储在ECU50的存储器中(SA2＞SA1)。第3上限阈值时间TSPK＿Lim3是比第2上限阈值时间TSPK＿Lim2短的时间，被预先通过实验等取得并预先存储在ECU50的存储器中(TSPK＿Lim3＜TSPK＿Lim2＜TSPR＿Lim1)。
[结束模式E]
图8所示的模式E是根据SOx净化稀燃控制及SOx净化浓燃控制的累计时间的总和(SOx净化控制的累计时间)达到了上限时间而使其结束的一个例子。在SOx净化控制的累计执行时间TSP＿sum达到了预定的第4上限阈值时间T＿Lim4的情况下，关闭SOx净化标志FSP(FSP＝0)，使SOx净化控制结束。第4上限阈值时间T＿Lim4被预先通过实验等取得并存储在ECU50的存储器中。
[结束模式F]
图8所示的模式F是根据保温模式控制的执行时间达到了上限时间而使其结束的一个例子。在保温模式控制的累计执行时间TSPK＿sum达到了预定的第5上限阈值时间T＿Lim5的情况下，关闭保温模式标志FSPK(FSP＝0、FSPK＝0)使保温模式控制结束。第5上限阈值时间T＿Lim5被预先通过实验等取得并存储在ECU50的存储器中。
这样，在本实施方式中，通过在SOx净化控制、及保温模式控制的结束条件中设置累计执行时间的上限，从而能够有效地防止因持续执行这些控制而导致的燃料消耗量的增加或排气过升温、PM异常燃烧或催化剂热劣化等。
[MAF追随控制]
MAF追随控制部80在(1)因从过滤器再生控制结束向SOx净化控制开始而引起的浓燃状态切换的切换期间、及(2)因SOx净化控制结束而引起的从浓燃状态向稀燃状态切换的切换期间，执行根据MAF变化来对各喷射器11的燃料喷射定时及燃料喷射量进行校正的控制(以下，将该控制称为MAF追随控制)。
若通过SOx净化稀燃控制的空气系统动作而将大量的EGR气体导入到引擎10的燃烧室内，则如果是与通常运转的稀燃状态相同的燃料喷射定时就会产生点火推迟。因此，在从稀燃状态切换到浓燃状态的情况下，需要使喷射定时提前预定量。此外，在从浓燃状态切换到通常的稀燃状态时，需要利用推迟角将喷射定时恢复到通常的喷射定时。但是，喷射定时的提前、推迟比空气系统动作更迅速地进行。因此，在通过空气系统动作而空气过剩率达到目标空气过剩率之前，喷射定时的提前或推迟会结束，存在导致驾驶性因NOx发生量或燃烧噪声或力矩等的急增加而恶化的问题。
为了避免这样的现象，如图9、10的流程图所示，执行根据MAF变化来对喷射定时的提前或推迟、喷射量进行增减補正的MAF追随控制。
首先，基于图9，说明从稀燃状态向浓燃状态的切换期间的MAF追随控制。
在步骤S100中，若SOx净化标志FSP被激活，在步骤S110中，为了计测MAF追随控制的经过时间而开始利用计时器进行计时。
在步骤S120中，通过从切换后(浓燃状态)的MAF目标值MAFSPL＿Trgt减去切换前(稀燃状态)的MAF目标值MAFL＿Trgt，从而运算切换前后的MAF目标值变化量ΔMAFTrgt(＝MAFSPL＿Trgt－MAFL＿Trgt)。
在步骤S130中，运算当前的实际MAF变化率ΔMAFRatio。更详细而言，通过从由MAF传感器40检测的当前的实际MAF值MAFAct减去切换前的MAF目标值MAFL＿Trgt，从而运算从MAF追随控制的开始起到当前为止的实际MAF变化量ΔMAFAct(＝MAFAct－MAFL＿Trgt)。然后，通过对该实际MAF变化量ΔMAFAct除以切换前后的MAF目标值变化量ΔMAFTrgt，从而运算实际MAF变化率ΔMAFRatio(＝ΔMAFAct/ΔMAFTrgt)。
在步骤S140中，根据当前的实际MAF变化率ΔMAFRatio来设定使各喷射器11的喷射定时提前或推迟的系数(以下，称为喷射定时追随系数Comp1)、及使各喷射器11的喷射量增加或减少的系数(以下，称为喷射量追随系数Comp2)。更详细而言，在ECU50的未图示的存储部中存储有预先通过实验等制作的规定了实际MAF变化率MAFRatio与喷射定时追随系数Comp1的关系的喷射定时追随系数设定图表M1、及规定了实际MAF变化率MAFRatio与喷射量追随系数Comp2的关系的喷射量追随系数设定图表M2。通过从这些图表M1、M2分别读取与在步骤S130中运算出的实际MAF变化率ΔMAFRatio对应的值，从而设定喷射定时追随系数Comp1、及喷射量追随系数Comp2。
在步骤S150中，各喷射器11的喷射定时被提前与对目标提前量乘以了喷射定时追随系数Comp1的量对应的量，并且，各喷射器11的燃料喷射量也被增加与对目标喷射增加量乘以了喷射量追随系数Comp2的量对应的量。
然后，在步骤S160中，判定由MAF传感器40检测的当前的实际MAF值MAFAct是否达到了切换后(浓燃状态)的MAF目标值MAFSPL＿Trgt。在实际MAF值MAFAct没有达到MAF目标值MAFSPL＿Trgt的情况下(否)，经由步骤S170返回到步骤S130。即，通过在实际MAF值MAFAct达到MAF目标值MAFSPL＿Trgt之前重复步骤S130-S150的处理，从而持续进行与时时刻刻变化的实际MAF变化率MAFRatio相应的喷射定时的提前、及喷射量的增加。在后记述关于步骤S170的处理的细节。另一方面，若在步骤S160的判定中实际MAF值MAFRef达到了MAF目标值MAFSPL＿Trgt(是)，则本控制结束。
在步骤S170中，判定从MAF追随控制开始起由计时器计时的累计时间TSum是否超过了预定的上限时间TMax。
在从稀燃状态向浓燃状态转移时，有的情况下，在阀控制推迟等的影响下实际MAF值MAFRef赶不上转移期间中的MAF目标值MAFL－R＿Trgt，实际MAF值MAFRef被维持在比MAF目标值MAFL－R＿Trgt低的状态(参照时刻t1-t2)。若在这样的状态下持续进行MAF追随控制，则实际的燃料喷射量不会被增加到目标喷射量，引擎10的燃烧变得不稳定，有可能导致力矩变动或驾驶性的恶化等。
在本实施方式中，为了避免这样的现象，在步骤S170中被判定为累计时间TSum超过了上限时间TMax的情况下(是)，即，在实际MAF值MAFRef持续预定时间没有变化预定值以上的情况下，进入步骤S180，将喷射定时追随系数Comp1、及喷射量追随系数Comp2强制性地设定为“1”。由此，强制性地结束MAF追随控制，能够有效地防止力矩变动或驾驶性的恶化。
接下来，基于图10，说明从浓燃状态向稀燃状态的切换时的MAF追随控制。
在步骤S200中，若SOx净化标志FSP被关闭，则在步骤S210中，为了计测MAF追随控制的经过时间而开始利用计时器进行计时。
在步骤S220中，通过从切换后(稀燃状态)的MAF目标值MAFL＿Trgt减去切换前(浓燃状态)的MAF目标值MAFSPL＿Trgt，从而运算切换前后的MAF目标值变化量ΔMAFTrgt(＝MAFL＿Trgt－MAFSPL＿Trgt)。
在步骤S230中，运算当前的实际MAF变化率ΔMAFRatio。更详细而言，通过从由MAF传感器40检测的当前的实际MAF值MAFAct减去切换前的MAF目标值MAFSPL＿Trgt，从而从开始运算MAF追随控制到当前为止的实际MAF变化量ΔMAFAct(＝MAFAct－MAFSPL＿Trgt)。然后，通过对该实际MAF变化量ΔMAFAct除以切换前后的MAF目标值变化量ΔMAFTrgt，从而运算实际MAF变化率ΔMAFRatio(＝ΔMAFAct/ΔMAFTrgt)。
在步骤S240中，从喷射定时追随系数设定图表M1读取与实际MAF变化率ΔMAFRatio对应的值，作为喷射定时追随系数Comp1，并且，从喷射量追随系数设定图表M2读取与实际MAF变化率ΔMAFRatio对应的值，作为喷射量追随系数Comp2。
在步骤S250中，各喷射器11的喷射定时被推迟与对目标推迟量乘以了喷射定时追随系数Comp1的量对应的量，并且，各喷射器11的燃料喷射量也被减少与对目标喷射减少量乘以了喷射量追随系数Comp2的量对应的量。
然后，在步骤S260中，判定由MAF传感器40检测的当前的实际MAF值MAFAct是否达到了切换后(稀燃状态)的MAF目标值MAFL＿Trgt。在实际MAF值MAFAct没有达到MAF目标值MAFL＿Trgt的情况下(否)，经由步骤S270而返回到步骤S230。即，通过在实际MAF值MAFAct达到MAF目标值MAFL＿Trgt之前重复步骤S230-S250的处理，从而持续进行与时时刻刻变化的实际MAF变化率MAFRatio相应的喷射定时的推迟、及喷射量的减少。在后记述关于步骤S270的处理的细节。另一方面，在步骤S260的判定中，若实际MAF值MAFRef达到了MAF目标值MAFL＿Trgt(是)，则本控制结束。
在步骤S270中，判定从MAF追随控制开始起由计时器计时的累计时间TSum是否超过了预定的上限时间TMax。
在从浓燃状态向稀燃状态转移时，有的情况下，在阀控制推迟等的影响下实际MAF值MAFRef赶不上转移期间中的MAF目标值MAFL－R＿Trgt，实际MAF值MAFRef维持比MAF目标值MAFL－R＿Trgt高的状态(参照时刻t1-t2)。若在这样的状态下持续进行MAF追随控制，则实际的燃料喷射量变得比目标喷射量多，有可能导致力矩变动或驾驶性的恶化等。
在本实施方式中，为了避免这样的现象，在步骤S270中被判定为累计时间TSum超过了上限时间TMax的情况下(是)，即，在实际MAF值MAFRef持续预定时间没有变化预定值以上的情况下，进入步骤S280，将喷射定时追随系数Comp1、及喷射量追随系数Comp2强制性地设定为“1”。由此，能够强制性地结束MAF追随控制，能够有效地防止力矩变动或驾驶性的恶化。
[喷射量学习校正]
如图11所示，喷射量学习校正部90具有学习校正系数运算部91、以及喷射量校正部92。
学习校正系数运算部91在引擎10的稀燃运转时基于由NOx/λ传感器45检测的实际λ值λAct与推定λ值λEst的误差Δλ来运算燃料喷射量的学习校正系数FCorr。在排气为稀燃状态时，由于排气中的HC浓度非常低，所以，在氧化催化剂31中因HC的氧化反应而导致的排气λ值的变化小到能够忽视的程度。因此，认为通过了氧化催化剂31并由下游侧的NOx/λ传感器45检测的排气中的实际λ值λAct、与从引擎10排出的排气中的推定λ值λEst一致。即，在这些实际λ值λAct与推定λ值λEst产生了误差Δλ的情况下，能够假定为是因对各喷射器11的指示喷射量与实际喷射量之差而导致的误差。以下，基于图12的流程来说明由学习校正系数运算部91进行的使用了该误差Δλ的学习校正系数的运算处理。
在步骤S300中，基于引擎转速Ne及油门开度Q，判定引擎10是否处于稀燃运转状态。如果处于稀燃运转状态，则为了开始学习校正系数的运算，进入步骤S310。
在步骤S310中，通过对从推定λ值λEst减去由NOx/λ传感器45检测的实际λ值λAct后的误差Δλ，乘以学习值增益K1及校正灵敏度系数K2，从而运算学习值FCorrAdpt(FCorrAdpt＝(λEst－λAct)×K1×K2)。推定λ值λEst是根据与引擎转速Ne、油门开度Q相应的引擎10的运转状态而推定运算的。此外，校正灵敏度系数K2是将由NOx/λ传感器45检测的实际λ值λAct作为输入信号而从图11所示的校正灵敏度系数图表91A读取的。
在步骤S320中，判定学习值FCorrAdpt的绝对值|FCorrAdpt|是否处于预定的校正极限值A的范围内。在绝对值|FCorrAdpt|超过校正极限值A的情况下，本控制被返回而中止本次的学习。
在步骤S330中，判定学习禁止标志FPro是否关闭。作为学习禁止标志FPro，例如有引擎10的过渡运转时、SOx净化控制时(FSP＝1)等。原因在于，在这些条件成立的状态下，误差Δλ由于实际λ值λAct的变化而变大，不能进行精确的学习。关于引擎10是否处于过渡运转状态，例如基于由NOx/λ传感器45检测的实际λ值λAct的时间变化量，在该时间变化量大于预定的阈值的情况下判定为过渡运转状态即可。
在步骤S340中，将基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的学习值图表91B(参照图11)更新为在步骤S310中运算出的学习值FCorrAdpt。更详细而言，在该学习值图表91B上设定有根据引擎转速Ne及油门开度Q划分的多个学习区域。这些学习区域优选越是使用频度多的区域则其范围被设定得越窄，越是使用频度少的区域则其范围被设定得越宽。由此，能够在使用频度较多的区域中提高学习精度，能够在使用频度较少的区域中有效地防止未学习。
在步骤S350中，通过在将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号而从学习值图表91B读取的学习值上加上“1”，从而运算学习校正系数FCorr(FCorr＝1+FCorrAdpt)。该学习校正系数FCorr被输入到图11所示的喷射量校正部92。
喷射量校正部92通过对引燃喷射QPilot、预喷射QPre、主喷射QMain、后喷射QAfter、远后喷射QPost的各基本喷射量乘以学习校正系数FCorr，从而执行这些燃料喷射量的校正。
这样，通过用与推定λ值λEst与实际λ值λAct的误差Δλ相应的学习值来对各喷射器11校正燃料喷射量，从而能够有效地排除各喷射器11的经年劣化或特性变化、个体差等偏差。
[MAF校正系数]
MAF校正系数运算部95运算在SOx净化控制时的MAF目标值MAFSPL＿Trgt或目标喷射量QSPR＿Trgt的设定中所使用的MAF校正系数Maf＿corr。
在本实施方式中，各喷射器11的燃料喷射量被基于由NOx/λ传感器45检测的实际λ值λAct与推定λ值λEst的误差Δλ而校正。但是，由于λ是空气与燃料之比，所以，误差Δλ的主要原因不一定仅限于对各喷射器11的指示喷射量与实际喷射量之差的影响。即，对于λ的误差Δλ，不仅各喷射器11而且MAF传感器40的误差也可能有影响。
图13是表示由MAF校正系数运算部95进行的MAF校正系数Maf＿corr的设定处理的框图。校正系数设定图表96是基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的图表，预先基于实验等设定有表示与这些引擎转速Ne及油门开度Q对应的MAF传感器40的传感器特性的MAF校正系数Maf＿corr。
MAF校正系数运算部95将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号从校正系数设定图表96读取MAF校正系数Maf＿corr，并且，该MAF校正系数Maf＿corr发送到MAF目标值运算部62及喷射量目标值运算部66。由此，能够在SOx净化控制时的MAF目标值MAFSPL＿Trgt或目标喷射量QSPR＿Trgt的设定中有效地反映MAF传感器40的传感器特性。
[其它]
另外，本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当地变形而执行。
本申请基于2015年3月11日申请的日本专利申请(2015-048308)及2015年03月11日申请的日本专利申请(日本特愿2015-048309)，将其内容作为参照援引于此。
工业实用性
本发明的排气净化系统及排气净化方法在能够有效地防止由于持续地执行SOx净化或保温模式而引起的催化剂热劣化或燃料经济性的恶化这一点是有用的。
附图标记说明
10 引擎
11 喷射器
12 吸气通道
13 排气通道
16 吸气节气门
24 EGR阀
31 氧化催化剂
32 NOx吸收还原型催化剂
33 过滤器
34 排气管喷射装置
40 MAF传感器
45 NOx/λ传感器
50 ECU

Claims (12)

1.一种排气净化系统，包括：
NOx还原型催化剂，其被设置在内燃机的排气通道中，对在上述排气通道内流动的排气中的NOx进行还原净化，
催化剂再生部件，其执行催化剂再生控制，在上述催化剂再生控制中，通过利用喷射系统控制使上述排气的排气温度上升到上述排气中含有的硫氧化物脱离的预定的第1目标温度从而使上述NOx还原型催化剂从硫黄中毒恢复，其中，在上述喷射系统控制中，通过控制被构成为喷射燃料的喷射系统从而至少使上述燃料的燃料喷射量增加，
禁止部件，其根据上述内燃机的运转状态来禁止执行上述催化剂再生控制，以及
保温控制部件，其在通过上述禁止部件禁止上述催化剂再生控制的禁止期间执行催化剂保温控制，在上述催化剂保温控制中，控制上述燃料喷射量以使排气温度维持在比上述第1目标温度低的预定的第2目标温度。
2.如权利要求1所述的排气净化系统，其中，
若上述内燃机的转速上升到比预定的转速上限阈值高，则上述禁止部件禁止执行上述催化剂再生控制。
3.如权利要求1或2所述的排气净化系统，其中，
若上述内燃机的喷射器的燃料喷射量增加到比预定的喷射量上限阈值高，则上述禁止部件禁止执行上述催化剂再生控制。
4.如权利要求1-3的任何一项所述的排气净化系统，其中，
若上述NOx还原型催化剂的催化剂温度降低到比上述第2目标温度低，则上述禁止部件禁止执行上述催化剂再生控制。
5.如权利要求1-4的任何一项所述的排气净化系统，还包括：
过滤器，其被设置在上述排气通道中并捕集排气中的颗粒状物质，以及
过滤器再生部件，其执行过滤器再生控制，在上述过滤器再生控制中，使燃料喷射量增加以使排气温度上升到堆积在上述过滤器中的颗粒状物质的燃烧温度；
若由上述过滤器再生部件进行的过滤器再生控制结束，则上述催化剂再生部件开始上述催化剂再生控制，上述催化剂保温控制所使用的上述第2目标温度被设定为颗粒状物质的燃烧温度。
6.如权利要求1所述的排气净化系统，包括：
结束处理部件，在通过执行上述催化剂再生控制而上述NOx还原型催化剂的硫黄吸收量降低到预定的第1吸收量阈值的情况下，上述结束处理部件不将该催化剂再生控制转移到上述催化剂保温控制而是使其结束。
7.如权利要求1所述的排气净化系统，其中，
在上述催化剂再生控制的执行中上述喷射系统控制的累计执行时间达到了预定的第1上限阈值时间的情况下，上述结束处理部件不将该催化剂再生控制转移到上述催化剂保温控制而是使其结束。
8.如权利要求7所述的排气净化系统，其中，
在上述催化剂保温控制的累计执行时间达到了比上述第1上限阈值时间短的预定的第2上限阈值时间的情况下，上述结束处理部件使该催化剂保温控制结束。
9.如权利要求8所述的排气净化系统，其中，
在上述NOx还原型催化剂的硫黄吸收量降低到比上述第1吸收量阈值少的预定的第2吸收量阈值、且上述催化剂保温控制的累计执行时间达到了比上述第2上限阈值时间短的预定的第3上限阈值时间的情况下，上述结束处理部件使该催化剂保温控制结束。
10.如权利要求6-9的任何一项所述的排气净化系统，其中，
上述催化剂再生部件并用使上述内燃机的空气流量减少的空气系统控制、和上述喷射系统控制来执行上述催化剂再生控制，
在上述空气系统控制及上述喷射系统控制的累计执行时间达到了预定的第4上限阈值时间的情况下，上述结束处理部件不将该催化剂再生控制转移到上述催化剂保温控制而是使其结束。
11.如权利要求6-10的任何一项所述的排气净化系统，其中，
若上述催化剂保温控制的累计执行时间达到了预定的第5上限阈值时间，则上述结束处理部件使该催化剂保温控制结束。
12.一种排气净化系统的控制方法，上述排气系统包括被设置在内燃机的排气通道中并对在上述排气通道内流动的排气中的NOx进行还原净化的NOx还原型催化剂，所述控制方法包含如下处理：
催化剂再生处理，执行催化剂再生控制，在上述催化剂再生控制中，通过利用喷射系统控制使上述排气的排气温度上升到上述排气中含有的硫氧化物脱离的预定的第1目标温度，从而使上述NOx还原型催化剂从硫黄中毒恢复，其中，在上述喷射系统控制中，通过控制被构成为喷射燃料的喷射系统从而至少使上述燃料的燃料喷射量增加，
禁止处理，根据上述内燃机的运转状态来禁止执行上述催化剂再生控制，以及
保温控制处理，在通过上述禁止处理禁止上述催化剂再生控制的禁止期间执行催化剂保温控制，在上述催化剂保温控制中，控制上述燃料喷射量以使排气温度维持在比上述第1目标温度低的预定的第2目标温度。
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