CN1550646A - 内燃发动机的废气排放控制系统 - Google Patents

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Abstract

在从内燃发动机延伸的废气通道中设置一个废气净化部件。该废气净化部件包括一个当废气/燃料比稀于理想配比时捕集废气中的NOx而当废气/燃料比浓于理想配比时释放捕集到的NOx的NOx捕集催化剂，以及一个收集废气中的颗粒物质的颗粒过滤器。设置一个状态检测部件以检测该颗粒过滤器的状态。设置一个废气/燃料比控制部件以按照使来自发动机的废气具有目标废气/燃料比的方式来控制废气。当废气/燃料比从理想配比或较浓侧向较稀侧变化时，根据该颗粒过滤器的状态来改变较稀空气/燃料排气条件下的废气/燃料比。

Description

内燃发动机的废气排放控制系统
技术领域
本发明一般涉及内燃发动机的废气排放控制系统，并且更特别地涉及类型适用于柴油发动机的废气排放控制系统。更具体地，本发明涉及这种类型的废气排放控制系统，其包括在废气/燃料比高(即，稀)时捕集废气中的氧化氮(NOx)而在废气/燃料比低(即，浓)时释放其捕集到的NOx的NOx捕集催化转化器，以及收集废气中的颗粒物质(PM)的柴油颗粒过滤器(DPF)。
背景技术
迄今，已经提出并且尤其在由柴油发动机供能的有轮机动车领域中实际使用上述类型的各种废气排放控制系统。其中的一部分在日本专利2722987和2727906中公开。
在这些专利的系统中，采用了这样的措施，即，一旦NOx捕集催化转化器完成对其捕集的NOx的释放，启动对柴油颗粒过滤器(DPF)收集的颗粒物质(PM)的燃烧。换言之，在完成NOx捕集催化转化器的再生后启动柴油颗粒过滤器(DPF)的再生。
发明内容
当仔细研究上述已知的排放控制系统时，揭示了以下这些已知排放控制系统潜在具有的并且趋于缩短柴油颗粒过滤器(DPF)的寿命的事实。即，为了再生NOx捕集催化转化器，提供会产生高加热废气的较浓的废气/燃料比。从而，刚在完成NOx捕集催化转化器的再生后，柴油颗粒过滤器(DPF)具有非常高的温度。如果在这种状态下为重新启动NOx捕集催化转化器捕集NOx而把废气/燃料比转为稀的话，会造成柴油颗粒过滤器(DPF)已收集到的颗粒物质(PM)的猛烈燃烧，这降低该过滤器(DPF)的耐久性，即缩短该过滤器的寿命。当该过滤器(DPF)已收集了大量颗粒物质(PM)时，这种现象尤其明显。
从而本发明的一个目的是提供一种用于内燃发动机的不带有上述缺点的废气排放控制系统。
依据本发明的第一方面，提供一种内燃发动机的废气排放控制系统，其包括：一个设置在从发动机延伸的废气通道中的废气净化部件，该废气净化部件包括NOx捕集催化剂，其当废气/燃料比稀于理想配比时捕集废气中的NOx而当废气/燃料比浓于理想配比时释放捕集到的NOx，和包括一个收集废气中的颗粒物质的颗粒过滤器；一个检测该颗粒过滤器的状态的状态检测部件；以及一个按照使来自发动机的废气具有目标废气/燃料比的方式控制废气的废气/燃料比控制部件，其中该废气/燃料比控制部件配置成一旦废气/燃料比从理想配比或较浓侧向较稀侧变化时根据该颗粒过滤器的状态改变较稀空气/燃料排气条件下的废气/燃料比。
依据本发明的第二方面，提供一种柴油发动机的废气排放控制系统，其包括：设置在从发动机延伸的废气通道中的NOx捕集催化剂，当废气/燃料比稀于理想配比时该NOx捕集催化剂捕集废气中的NOx，而当废气/燃料比浓于理想配比时释放其捕集的NOx；一个设置在该废气通道中该NOx捕集催化剂下游某位置处的柴油颗粒过滤器，该柴油颗粒过滤器收集废气中的颗粒物质；检测该NOx捕集催化剂的温度的第一温度传感器；检测该柴油颗粒过滤器的温度的第二温度传感器；一个检测施加在该NOx捕集催化剂和该柴油颗粒过滤器之间的废气通道中的废气压力的废气压力传感器；一个感测从该柴油颗粒过滤器排出的废气的废气/燃料比的空气/燃料比传感器；一个运行时能改变废气/燃料比的废气/燃料比控制器；以及一个控制单元，其通过处理来自该第一和第二温度传感器、该废气压力传感器以及该空气/燃料比传感器的信息信号来控制该废气/燃料比控制器的运行，该控制单元配置成一旦感测出通过废气/燃料比控制器使废气/燃料比从理想配比或较浓侧向较稀侧变化时，根据来自第二温度传感器的信息信号和来自废气压力传感器的信息信号中的至少一个来改变较稀空气/燃料排气条件下的废气/燃料比。
依据本发明的第三方面，提供一种在内燃发动机系统中控制废气/燃料比控制部件的方法，其中该内燃发动机系统包括：一个设置在从发动机延伸的废气通道中的废气净化部件，该废气净化部件包括一个当废气/燃料比稀于理想配比时捕集废气中的NOx而当废气/燃料比浓于理想配比时释放捕集到的NOx的NOx捕集催化剂，和包括一个收集废气中的颗粒物质的颗粒过滤器；一个检测该颗粒过滤器的状态的状态检测部件；以及一个按照使来自发动机的废气具有目标废气/燃料比的方式来控制废气的废气/燃料比控制部件。该方法包括：检测废气/燃料比从理想配比或较浓侧向较稀侧的变化；以及，迫使该废气/燃料比控制部件根据该颗粒过滤器的状态来改变较稀空气/燃料排气条件下的废气/燃料比。
附图说明
图1是对其实际应用本发明的柴油发动机废气排放控制系统的示意图；
图2是一个流程图，示出由本发明采用的控制单元执行的主例程的各个编程的操作步骤；
图3是一个流程图，示出由该控制单元执行的用来控制柴油颗粒过滤器(DPF)再生的各个编程的操作步骤；
图4是一个流程图，示出由该控制单元执行的用来净化沉积在NOx捕集催化剂转化器的催化剂上的SOx的各个编程的操作步骤；
图5是一个流程图，示出由该控制单元执行的用来从NOx捕集催化转化器的催化剂释放NOx的各个编程的操作步骤；
图6是一个流程图，示出由该控制单元执行的用来决定模式I下的处理次序的各个编程的操作步骤；
图7是一个流程图，示出由该控制单元执行的用来决定模式II下的处理次序的各个编程的操作步骤；
图8是一个流程图，示出由该控制单元执行的用来抑制柴油颗粒过滤器(DPF)的耐久性下降的各个编程的操作步骤；
图9至12是流程图，各示出由该控制单元执行的用来设定标志的编程操作步骤；
图13示出施加在柴油颗粒过滤器(DPF)的入口部分的废气压力的阈值；
图14示出柴油颗粒过滤器(DPF)再生期间所需的λ(即目标废气λ)；
图15示出为了抑制柴油颗粒过滤器(DPF)耐久性的下降所需要的目标进气量；
图16示出用于提高柴油颗粒过滤器(DPF)的温度的单位后喷射量；
图17示出为进行发动机的理想配比运行所需的目标进气量；
图18示出为进行浓强化(rich-spike)运行所需的目标进气量；
图19示出在抑制柴油颗粒过滤器(DPF)耐久性下降的控制期间所需的λ(即，目标废气λ)；
图20示出柴油颗粒过滤器(DPF)和SOx两者都可能再生的范围；以及
图21示出能对抑制柴油颗粒过滤器(DPF)耐久性下降进行控制的区段。
具体实施方式
参照图1，图中示意示出对其实际地应用本发明的柴油发动机的废气排放控制系统。
在该图中，数字1代表柴油发动机。在发动机1的进气通道2中，可操作地安装可变喷嘴式涡轮增压器3的进气压缩机。从而，引入进气通道2的空气由该进气压缩机增压，通过中间冷却器4冷却，并且经节流阀5和收集器6导入发动机1的各汽缸的燃烧室中。
燃料经共用导轨式燃料喷射部件引入到各燃烧室中。即，燃料由高压燃料泵7加压、导入共用导轨8并且经对应的燃料喷射阀9直接喷射到各汽缸的燃烧室中。通过压缩点火混合并且燃烧引入到每个燃烧室中的空气和喷射到该燃烧室中的燃料，于是在燃烧室中产生的废气引入到排气通道10中。
引入到排气通道10中的一部分废气作为EGR气经EGR通道11和EGR阀12返回到发动机1的进气侧。其余的废气在驱动上述可变喷嘴式涡轮增压器3的排气涡轮的同时被引入尾管(tail pipe)(未示出)。
如图所示，在排出通道10的下游部分，设置一个当废气/燃料比稀时捕集废气中的NOx而当废气/燃料比浓时释放NOx捕集催化剂(13)捕集的NOx的NOx捕集催化转化器13。该NOx捕集催化剂(13)带有氧化催化剂(即，贵金属催化剂)，该氧化催化剂具有氧化废气中的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的功能。
如图1中所示，排气通道10在NOx捕集催化转化器13下游的某一部分具有用于收集废气中的颗粒物质(PM)的柴油颗粒过滤器(DPF)14。该过滤器(DPF)14也带有氧化催化剂(即，贵金属催化剂)并且因此可氧化废气中的HC和CO。
如果需要，柴油颗粒过滤器14可设置在NOx捕集催化转化器13的上游。另外，如果需要可以组合这二个部件13和14。即，柴油颗粒过滤器14可以带有NOx捕集催化剂(13)。
数字20代表用来控制发动机1的运行的控制单元。控制单元20包括一个微计算机，其通常包括中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及输入输出接口。
如图所示，分别从发动机速度传感器21和加速器踏板压下传感器22向控制单元20输入代表发动机速度“Ne”和加速器踏板压下度(即，节流阀开度)“APO”的信息信号。
此外，从NOx捕集催化剂温度传感器23、废气压力传感器24、DPF温度传感器25以及空气/燃料比传感器26向控制单元20输入各信息信号。如可从该图理解那样，催化剂温度传感器23检测NOx捕集催化剂(13)的温度，废气压力传感器24检测施加在NOx捕集催化转化器13和柴油颗粒过滤器14之间的排气通道10中的废气压力，DPF温度传感器25检测柴油颗粒过滤器14的温度，而空气/燃料比传感器26检测从柴油颗粒过滤器14排出的废气所具有的废气/燃料比。在下文，废气/燃料比将称为“废气λ”，其代表过剩空气系数。
如果需要，可以通过在它们的下游部分设置相应的温度传感器(未示出)来间接测量或者估计NOx捕集催化剂(13)的温度以及柴油颗粒过滤器14的温度。
一旦处理上述馈入的信息信号，控制单元20向每个燃料喷射阀9输出所谓的“燃料喷射指令信号”，向节流阀5输出所谓的“节流阀开度指令信号”和向EGR阀12输出所谓的“EGR阀开度指令信号”。即，燃料喷射指令信号安排用于控制每次主燃料喷射以及后燃料喷射的燃料喷射量和燃料喷射定时。如技术上周知那样，后燃料喷射是在发动机1的某给定运行状态下在主燃料喷射之后于膨胀冲程或者排气冲程期间进行的燃料喷射。
控制单元20配置成进行废气排放控制，通过该控制净化柴油颗粒过滤器14收集的颗粒物质(PM)(以下称为“DPF再生”)、净化NOx捕集催化转化器13捕集的NOx(以下称为“NOx再生)并且净化NOx捕集催化剂(13)上沉积的SOx(以下称为“SOx再生”)。如本领域技术人员公知那样，由于废气的本性，NOx捕集催化剂(13)遭受麻烦的SOx毒化。
下面参照图2至12中示出的各流程图详细说明控制单元20进行的废气排放控制。
图2的流程图示出由控制单元20执行的主例程的各个编程的操作步骤。
在步骤S1，读取来自各个传感器21、22、23、24、25和26的信息信号。即，读取关于发动机速度Ne、加速器踏板压下度APO、NOx催化剂温度、施加在NOx捕集催化转化器13和柴油颗粒过滤器14之间的废气压力、柴油颗粒过滤器14的温度以及柴油颗粒过滤器14出口处的废气λ的信息信号。另外，在该步骤S1，从一张把发动机速度Ne和加速器踏板压下度APO作为参数的图中查出主燃料喷射的燃料喷射量“Q”。如果需要，可以从流入排气通道10的废气的温度估计柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度。
在步骤S2，计算NOx捕集催化转化器13捕集的NOx量。例如在WO93/07363中说明该计算方法，即，可以从发动机速度的积分值或者从相关机动车的行驶距离估计捕集的NOx量。如果根据发动机速度的积分值进行估计，一旦完成NOx再生和/或一旦完成已经与SOx再生同时进行的NOx再生，则应把该积分值复位成零。
在步骤S3，计算NOx捕集催化剂(13)上沉积的SOx量。和计算NOx量的情况类似，可以从发动机速度的积分值或者从相关机动车的行驶距离估计SOx量。如果根据发动机速度的积分值进行估计，一旦完成NOx再生应把该积分值复位成零。
在步骤S4，计算柴油颗粒过滤器14收集和沉积的颗粒物质(PM)量。随着颗粒物质(PM)的沉积量增加，对过滤器14的入口部分施加的废气压力加大。从而，通过将由废气压力传感器24实际检测到的过滤器14入口部分的现有废气压力与根据发动机的现行运行条件(由发动机速度Ne和燃料喷射量Q代表)给出的参考废气压力进行比较，可以估计颗粒物质(PM)的沉积量。如果需要，通过把完成上述DPF再生时给出的发动机速度积分值或行驶距离与废气压力相结合，可以估计颗粒物质(PM)的沉积量。
在步骤S5，判定是否建立表示该控制系统处于DPF再生模式(即，柴油颗粒过滤器(DPF)14处于再生模式)的“regl标志”。如果“regl标与＝1”建立，操作转到图3的具体进行DPF再生的流程(将在后面加以说明)。
在步骤S6，判定是否建立表示该控制系统处于SOx再生模式(即，NOx捕集催化剂(13)处于SOx毒化释放模式)的“desul标志”。如果“desul标志＝1”建立，操作转到图4的进行SOx再生的流程(将在后面加以说明)。
在步骤S7，判定是否建立表示该控制系统处于NOx再生模式(即，从NOx捕集催化剂(13)释放捕集到的NOx的浓强化模式)的“sp标志”。如果“sp标志＝1”建立，操作转到图5的具体进行NOx再生的流程(将在后面加以说明)。
在步骤S8，判定是否建立表示该控制系统需要DPF再生的“rq-DPF标志”。如果“rq-DPF标志＝1”建立，即当柴油颗粒过滤器(DPF)需要再生时，操作转到图6的在需要DPF再生情况下决定处理优先次序的流程图(将在后面加以说明)。
在步骤S9，判定是否建立表示该控制系统需要NOx再生的“rq-desul标志”。如果“rq-desul标志＝1”建立，即当NOx捕集催化剂(13)需要从其释放SOx时，操作转到图7的在需要SOx释放情况下决定处理优先次序的流程图(将在后面加以说明)。
在步骤S10，判定是否建立表示该控制系统处于SOx再生或NOx再生后的耐久性下降抑制模式的“rec标志”。如果“rec标志＝1”建立，即当该控制系统处于耐久性下降抑制模式时，操作转到图8的用来为抑制柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性下降而进行控制的流程图(将在后面加以说明)。
在步骤S11，判定是否建立表示该控制系统需要NOx再生的“rq-sp标志”。如果“rq-sp标志＝1”建立，即当该控制系统需要NOx再生时，操作转到图9的流程。如图9的流程图中示出那样，在步骤S701使“sp标志＝1”，以用来启动NOx再生，而在步骤S702使“rq-sp标志＝0”。
重新参照图2的流程图，在步骤S12，判定步骤S4算出的颗粒物质(PM)的沉积量是否达到预定量PM1，即判定是否到进行DPF再生的时刻。如果需要，可以对该判断采取以下措施。即，通过当过滤器(DPF)14上收集和沉积的颗粒物质(PM)量显示出用于每种发动机运行条件(用Ne和Q表示)的预定量PM1时检查柴油颗粒过滤器(DPF)14的入口部分处的废气压力，利用这些数据提供如图13中所示的数据图。并且，当废气压力传感器24检测出的废气压力在发动机的现有运行条件(Ne和Q)下达到该图的阈值时，可以判定进行DPF再生的时刻来临。
如果判定PM量大于预定量PM1，即判定达到进行DPF再生的时刻时，操作转到图10的流程图。如该流程图所示，在步骤S801，使“rq-DPF标志＝1”以发布需要DPF再生。
重新参照图2的流程图，在步骤S13，判定步骤S3算出的SOx量是否达到预定量SOx1，即判定是否到达进行SOx再生的时刻。当判定SOx量大于预定量SOx1时，即判定是进行SOx再生的时刻时，操作转到图11的流程。如该流程中示出那样，在步骤S901，使“re-desul标志＝1”以发布需要SOx再生(即，需要从NOx捕集催化剂(13)释放SOx毒化)。
在步骤S14，判定步骤S2算出的NOx捕集量是否达到预定量NOx1，即是否是进行NOx再生的时刻。当判定捕集的NOx量大于该预定量NOx1时，即判定是进行NOx再生的时刻时，操作量转到图12。如从该流程图看出那样，在步骤S1001，使“rq-sp标志＝1”以发布需要NOx再生。
参照图3，其中示出用于DPF再生模式的流程图。如随着说明的进行变得清晰那样，由于颗粒物质(PM)量达到预定量PM1，确立“rq-DPF标志＝1”，并且在图6的流程图中做出“regl标志＝1”之后，启动该DPF再生模式的处理。
在图3的流程图中，在步骤S101判定柴油颗粒过滤器(DPF)的温度是否超过燃烧颗粒物质(PM)所需的预定温度T21。如果结果为“NO”，即当DPF温度低于该预定温度T21时，操作转到步骤S102。在该步骤S102，通过对节流阀5进行调节进行温升控制直至DPF温度达到该预定温度T21的时刻。一旦达到该预定温度T21，操作转到步骤S103。如果在步骤S101结果为“YES”，即当DPF温度高于该预定温度T21时，操作转到步骤S103。
在步骤S103，把废气λ控制在用来进行DPF再生的较稀侧。即，根据柴油颗粒过滤器(DPF)14收集的PM的估计量参照图14来设定目标废气λ。当颗粒物质(PM)量增加时，把目标废气λ设置成小(即空气/燃料比的较浓侧)。这是因为，在DPF再生情况下，随着颗粒物质(PM)量的增加颗粒物质(PM)的燃烧扩展变得明显，因此柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性趋于下降。废气λ的控制是通过控制节流阀5(和/或EGR阀12)实现的。基本上，进行控制以获得图16描述的目标进气量。如果废气λ和目标值大为不同，进行进一步的控制或调整以把废气λ引导到该目标值。
再次参照图3，在步骤S104，判定DPF温度是否超过预定温度T21(即最低目标温度)。这是因为，通过步骤S103对废气λ的控制，导致DPF温度变得低于该预定温度T21的可能性。当DPF温度低于该预定温度T21时操作转到步骤S105，而当DPF温度高于该预定温度T21时操作转到步骤S106。
在步骤S105，根据图16描述的运行条件(Ne，Q)进行后喷射。即，增加后喷射量“postQ”。
在步骤S106，判定DPF温度是否低于柴油颗粒过滤器(DPF)14再生期间要求的预定温度T22。若结果为“NO”，即当DPF温度高于该预定温度T22时，操作转到步骤S107，而若结果为“YES”，即当DPF温度低于该预定温度T22时，该操作转到步骤S108。
在步骤S107，停止后喷射或者减少后喷射量“postQ”，该步骤用来抑制由于颗粒物质(PM)的燃烧而产生的柴油颗粒过滤器(DPF)14的过度温升。该过度温升导致柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性的下降。
由于后喷射量的波动，废气λ变化。但是，在要遵循的步骤S103中，再次控制或调整进气量，从而目标废气λ以及目标DPF温度都得到实现。
在步骤S108，判定在DPF再生模式下(即在保持目标废气λ以及目标DPF温度的模式下)是否已经经过预定时间“tdpfregl”。如果结果为“YES”，即当已经经过该预定时间时，操作转到步骤S109，推定已经完全燃烧掉由柴油颗粒过滤器(DPF)14收集的颗粒物质(PM)(即，完成DPF再生)。
在步骤S109，因为已完成DPF再生，停止后喷射。借此，停止对柴油颗粒过滤器(DPF)14的加热。
在步骤S110，使“regl标志＝0”。
如果需要，通过在步骤S110之后添加步骤S111，即使“rec标志＝1”，以便为进入后面提到的耐久性下降抑制模式而作准备。即，即使已完成DPF再生，仍存在在柴油颗粒过滤器(DPF)14带有一定的残留颗粒物质(PM)残渣的情况下突然把废气λ设置为较大值的可能性，这些残渣立即被燃烧，这会造成柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性的下降。
参照示出SOx再生模式流程图的图4。当由于SOx量达到预定量SOx1，建立“rq-desul标志＝1”时，并且此后在图7的流程图中建立“desul标志＝1”时，启动该用于SOx再生模式的流程。
在图4的流程中，于步骤S201判定NOx捕集催化转化器13的催化剂温度(即，催化剂载体的温度)是否超过SOx再生所需的预定温度T4。
若结果为“NO”，即当催化剂温度低于该预定温度T4时，操作转到步骤S202，而若结果为“YES”，即当催化剂温度高于该预定温度T4时，该操作转到步骤S203。注意为了进行SOx再生，需要废气λ的理想配比值或较浓值并且温度高于该预定温度T4，即，如果该NOx捕集催化剂(13)例如包含钒催化剂，SOx再生要求温度高于600℃并且废气λ为理想配比或较浓。因此，把该预定温度T4设置成高于600℃。
在步骤S202，通过调节节流阀5进行温升控制，直至催化剂温度达到该预定温度T4的时刻。一旦达到该预定温度T4，操作转到步骤S203。
在步骤S203，为进行SOx再生把废气λ控制为理想配比的比率。即，通过控制节流阀5(和/或EGR阀12)进行控制。基本上，进行该控制从而得到如图17描述的用于理想配比废气λ的目标进气量。如果废气λ和理想配比值大为不同，则进行进一步的控制或调整以把废气λ引导到理想配比值。
再次参照图4的流程图，在步骤S204判定催化剂温度是否超过该预定温度T4。这是因为通过步骤S203中对废气λ的控制，导致使催化剂温度变成低于该预定温度T4的可能性。当催化剂温度低于该预定温度T4时，操作转到步骤S205，而当催化剂温度高于该预定温度T4时，该操作转到步骤S206。
在步骤S205，为了提高催化剂温度，根据图16描述的运行条件进行预定的后喷射。由于该后喷射，废气λ改变。然而，在要遵循的步骤S203中，再次控制或调整进气量，从而目标废气λ和目标催化剂温度都得到实现。
在步骤206，判定在SOx再生模式下(即在目标废气λ以及目标催化剂温度的模式下)是否经过预定时间“tdesul”。若结果为“YES”，即当已经经过该预定时间时，操作转到推定已经完成SOx再生的步骤S207。
在步骤S207，取消理想配比废气λ下的发动机运行。
在步骤S208，由于SOx再生已完成，使“desul标志＝0”。
在步骤S209，使“rec标志＝1”，以便准备进入耐久性下降抑制模式。即，即使已经完成SOx再生，发动机在理想配比废气λ下的持续运行会使废气保持高温。因此，如果在这种高温条件下，对当柴油颗粒过滤器(DPF)14中仍残留一定数量的沉积颗粒物质(PM)时把废气λ突然设置为较大值，这些颗粒物质(PM)将在柴油颗粒过滤器(DPF)14中立即燃烧，这会造成柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性下降。
在步骤S210，使“rq-sp标志＝0”。在SOx再生期间，NOx捕集催化剂(13)较长时间对具有理想空气/燃料配比的废气暴露，由此还同时进行NOx再生。因此，步骤S210用于在发布需要NOx再生时停止NOx再生。
参照图5，其中示出用于NOx再生模式的流程图。当由于NOx量达到预定量NOx1而建立“rq-sp标志＝1”时，并且此后在图6、7或9的流程中建立“SP标志＝1”时，启动该用于NOx再生模式的流程。
图5的流程图中，在步骤S301，为进行NOx再生把废气λ控制在较浓侧。即，基本上通过控制节流阀5和/或EGR阀12实现控制，以得到图18描述的用于浓强化运行的目标进气量。如果废气λ和该目标值大为不同，进行进一步的控制或调整以把废气λ引导到目标值。
重新参照图5的流程图，在步骤S302，判定NOx再生模式(即在较浓废气λ情况下)是否已经经过预定时间“tspike”。若结果为“YES”，即当已经经过该预定时间时，操作转到推定已经完成NOx再生的步骤S303。
注意该预定时间“tspike”比前面提到的预定时间“tdesul”(见图4的步骤S206)短。即，“tspike”＜“tdesul”。
在步骤S303，由于已完成NOx再生，停止该较浓运行(即，在较浓废气λ情况下的运行)。
在步骤S304，出于同样原因，使“sp标志＝0”。
接着，在步骤S305，使“rec标志＝1”，以便准备进入耐久性下降抑制模式。即，即使已经完成NOx再生，和前面提到的SOx再生情况相似，较浓运行的持续造成NOx捕集催化剂(13)温度较高。如果在该条件下于柴油颗粒过滤器(DPF)14中残留着一定数量的沉积颗粒物质(PM)，突然把废气λ设置较大值会在该柴油颗粒过滤器(DPF)14中立即引起这些颗粒物质(PM)的燃烧，这会使柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性下降。
参照图6，图6示出在模式I下决定处理优先次序的流程图。当需要DPF再生并且同时需要NOx再生和SOx再生至少之一时使用该流程，以便决定各需求的优先次序。
如从图2的流程中看出那样，一旦需要DPF再生(即，rq-DPF标志＝1)，强制启动本流程的操作步骤。
在图6流程的步骤S401，判定是否需要SOx再生(即，rq-desul标志＝1)。若结果为“YES”，即当存在这样的需要时，操作转到S403，而若结果为“NO”，即当不存在这样的需要时，该操作转到步骤S402。
在步骤S402，如上述图2的步骤S13那样，判定算出的SOx量是否已达到预定量SOx1，即，是否是进行SOx再生的时刻。若结果为“YES”，即当该量达到该预定量SOx1时，操作转到下面提及的图11的步骤S901。
而若结果为“NO”，即当该量尚未达到该预定量SOx1时，该操作转到步骤S403。
在步骤S403，判定是否需要NOx再生(即，rq-sp标志＝1)。若结果为“YES”，即当存在这样的需求时，操作转到步骤S405，而若结果为“NO”，即当不存在这样的需要时，该操作转到步骤S404。
在步骤S404，和上述图2的步骤S14那样，判定算出的NOx捕集量是否达到预定量NOx1，即，是否是进行NOx再生的时刻。若结果为“YES”，即当达到该时刻时，操作转到上述图12的步骤S1001，而若结果为“NO”，即当未达到该时刻时，该操作转到步骤S407。即，在此情况下，存在DPF再生的需要但是不存在NOx再生的需要，并且由此操作转到步骤S407以对DPF再生赋予优先级。
而在步骤S405，判定发动机运行条件是否为其中发动机1发出的NOx量为小的较低NOx条件(即，常规运行条件)。
若结果为“YES”，即当该条件是较低NOx条件时，操作转到步骤S406。在此条件下，最好首先进行影响发动机1的驾驶性的DPF再生，因为即使稍微延迟NOx捕集催化剂(13)的再生，也不会觉察出从尾管排放到大气中的废气的恶化。
而若在步骤S405结果为“NO”，即当该条件不是较低NOx条件时，该操作转到步骤S410。即，当发动机1例如处于加速时，应首先进行NOx再生以抑制从尾管排放到大气中的废气的恶化。
在步骤S406，判定柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度是否高于预先确定的激活该过滤器(DPF)14所携带的氧化催化剂的温度T5。
若结果为“YES”，即当过滤器温度高于该预定温度T5时，操作转到步骤S407以对DPF再生赋予优先级。
而若结果为“NO”，即当过滤器温度低于该预定温度T5时，该操作转到步骤S410以对NOx再生赋予优先级。即，在此条件下，即使通过调节节流阀5进行升温控制，也不能获得足够的燃烧热量，从而要经过较长的时间才达到DPF再生温度。另外，在这样的条件下，升温过程期间从尾管排放到大气中的NOx量是明显的，并且因此最好首先进行NOx再生。
在步骤S407，由于DPF再生具有优先级，参照图20判定目前的运行条件(即通过Ne和Q表示的条件)是否在其中DPF再生和SOx再生都可能的一个预定范围内。若结果为“YES”，即目前的运行条件在该预定范围内，操作转到步骤S408。
在步骤S408，使“regl标志＝1”，以准备首先启动DPF再生。接着，在步骤S409，使“rq-DPF标志＝0”，因为已经在步骤S408建立了“regl标志＝1”。
在步骤S410，由于NOx再生具有优先权，故建立“sp标志＝1”以准备首先启动NOx再生。接着，在步骤S411，因为已在步骤S410建立了“sp标志＝1”，使“rq-sp标志＝0”。
下面详细说明图20。
为了进行DPF再生(或SOx再生)，必须使柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度(或者NOx捕集催化剂(13)的温度)高于一预定温度。由于通常柴油发动机的废气温度低于该预定温度，从而为了进行这种再生，必须把柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度(或者NOx捕集催化剂(13)的温度)提高到比该预定温度高的温度。
废气温度和废气λ是相关的，并且废气温度随废气λ减小而提高。从而，为了提高废气温度，必须使废气λ较小。然而，如果使废气λ变得较小，废气中的HC和CO趋于明显恶化(或数量增加(amount))，HC和CO的恶化速率随着废气λ变小变化，即，随着再生所需的温升速率的增加HC以及CO的恶化速率变得明显。因此，温升性能和废气性能具有所谓的折衷关系。
也就是说，在图20中，非阴影范围(即能用于DPF再生以及SOx再生的范围)是这样的范围，即，其示出通过试验按温升情况下废气性能不超过容许值的方式事先设定的数据。换言之，如果发动机运行条件在阴影范围内(即不能用于DPF再生和SOx再生的范围)，由于明显的温升速率，这种温升造成废气性能恶化速率超过该容许值。因此，不能在这样的阴影范围内进行再生。
参照图7，其中示出用来决定模式II下的处理优先次序的流程。当同时需要SOx再生和NOx再生时使用该流程以决定这些需要中的优先。
如从图2的流程看出那样，一旦需要SOx再生(即，rq-desul标志＝1)，强制启动该流程的操作步骤。
在步骤S501，在实际进行SOx再生之前，判定柴油颗粒过滤器(DPF)14的颗粒物质量(PM)是否达到预定量PM1，即，是否是启动DPF再生的时刻。若结果为“YES”，即当到达该时刻时，操作转到图10的步骤S801。在此情况下，利用图6的流程的操作步骤最终DPF再生具有优先级。若在步骤S501结果为“NO”，即当不到该时刻时，操作转到步骤S502。
在步骤S502，判定NOx捕集催化剂(13)的温度是否高于预定的适用于SOx再生的温度T1(例如，激活催化剂(13)的温度)。
注意，NOx捕集催化剂(13)的激活温度T1低于柴油颗粒过滤器(DPF)14携带的氧化催化剂的激活温度T5。
若在步骤S502结果为YES，即当NOx捕集催化剂(13)的温度高于该预定温度T1时，操作转到步骤S503以使NOx再生次序优先。
若在步骤S502结果为“NO”，即当该温度低于预定温度T1时，操作转到步骤S506。即，在此条件下，即使通过调节节流阀5进行温升控制，也不能得到足够的燃烧热量，并且因此要经过较长时间才达到再生温度。
此外，在这种条件下，这种温升过程期间从尾管排放到大气中的NOx的量是明显的，因此，如果存在NOx再生需要则最好使NOx再生次序优先。这样，操作转到步骤S506。
在步骤S503，由于SOx再生具有优先级，参照图20判定目前的发动机运行条件(即由Ne和Q表示的条件)是否在能进行DPF再生和SOx再生的非阴影区内。若结果为“YES”，即当发动机运行条件在非阴影区内时，操作转到步骤S504。
在步骤S504，使“desul标志＝1”以对启动SOx再生作准备。接着，在步骤S505，因为已在步骤S504使“desul标志＝1”，使“rq-desul标志＝0”。
而在步骤S506，判定是否需要NOx再生，即，是否存在“rq-sp标志＝1”。若结果为“YES”，即存在这种需要时，操作转到步骤S508以优先NOx再生。而若结果为“NO”，即不存在这种需要时，该操作转到步骤S507。在此步骤，如前面提到的步骤S14那样，判定算出的NOx捕集量是否达到预定量NOx1，即，是否到达进行NOx再生的时刻。若结果为“YES”，即到达该时刻时，操作转到图12的步骤S1001。
在步骤S508，由于NOx再生具有优先级，使“sp标志＝1”以对启动NOx再生作准备。接着，在步骤S509，由于已在步骤S508使“sp标志＝1”，使得“rq-sp标志＝0”。
参照图8，其中示出用于耐久性下降抑制模式的流程。在完成NOx再生或SOx再生(或DPF再生)之后，图4或5(或图3)的流程图中已经使“rec标志＝1”时使用该流程。
图8的流程图中，在步骤S601，参照图21判定目前的发动机运行条件(即，用Ne和Q表示的条件)是否在需要耐久性下降抑制控制的范围内。若结果为“YES”，即当运行条件在这样的范围内时，操作转到步骤S602。
在步骤S602，再次检测柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度。
在步骤S603，修正或者设定目标废气λ，以便不立即燃烧柴油颗粒过滤器(DPF14)收集的颗粒物质(PM)。这是因为步骤S603是在理想配比或较浓空气/燃料比发动机运行之后立即出现的，而且发动机运行条件在耐久性下降抑制控制所需的范围内。如前面提到那样，立即燃烧颗粒物质(PM)会降低或者恶化柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性。
参照图19进行目标废气λ的修正或设定。即，根据步骤S4得到的颗粒物质(PM)量以及柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度来设定目标废气λ。如从图19看出那样，在收集和沉积的颗粒物质(PM)量小于下限并且柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度低于颗粒物质(PM)的自燃温度的情况下，颗粒物质(PM)不可能立即燃烧。因此，在这样的情况中，不进行上述的根据颗粒物质(PM)收集量以及柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度对目标废气λ的设定。
请注意，通过进行适当的试验事先得到颗粒物质(PM)收集量下限和该颗粒物质(PM)自燃温度。通过根据空气/燃料比传感器26的输出对节流阀5和/或GER阀12进行反馈控制来完成为达到对目标废气λ的实际控制。
在刚刚完成DPF再生的情况(例如，当建立图3流程中的“rec标志＝1”时的情况)下，进行控制以使目标废气λ例如小于1.4(即，λ≤1.4)从而使废气中的氧浓度低于预定水平。利用这种措施，即使过滤器(DPF)14中有任何颗粒物质(PM)残渣，也可避免这些残渣的燃烧，从而不会使过滤器(DPF)14的耐久性下降。
重新参照图8的流程，在步骤S604，判定柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度是否低于一预定温度T3。注意，该预定温度T3是事先通过试验按照温度T3不会造成颗粒物质(PM)的立即或猛烈燃烧而设定的。
若在步骤S604结果为“YES”，即当柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度低于预定温度T3时，操作转到步骤S605，推定即使废气的氧浓度变成大致等于大气中的氧浓度，也不会缩短该过滤器(DPF)14的耐久性。
在步骤S605，结束对目标废气λ的控制，即，结束耐久性下降抑制模式。
在步骤S606，由于已经结束耐久性下降抑制模式，使“rec标志＝0”。
下面说明本发明的废气排放控制系统的优点。
如上面所说明的那样，控制单元20配置成充当运行条件检测装置和废气/燃料比改变装置。即，通过控制单元20，计算柴油颗粒过滤器(DPF)14收集和沉积的颗粒物质(PM)量。当这样算出的颗粒物质(PM)沉积量小于下限时，不进行耐久性下降抑制控制，也就是说，仅当沉积的颗粒物质(PM)量大于该下限时，才根据该柴油颗粒过滤器(DPF)14的条件，即，根据该柴油颗粒过滤器(DPF)收集和沉积的颗粒物质(PM)量和/或该柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度来设定或者改变较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比。从而，可以在需要的范围内不会增加控制单元20的工作负载和不会影响发动机1的运行的情况下进行抑制柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性下降的控制。即，可以避免会明显降低柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性的颗粒物质(PM)猛烈燃烧。
另外，当柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度低于颗粒物质(PM)的自燃温度时，不进行耐久性下降抑制控制。即，仅当柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度高于该自燃温度时，才根据柴油颗粒过滤器(DPF)14的条件(即柴油颗粒过滤器(DPF)的颗粒物质(PM)沉积量及其温度)设定或者改变较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比。从而，可以在需要的范围内不会增加控制单元20的工作负载和不会影响发动机1支行的情况下进行抑制柴油颗粒过滤器(DPF)14的耐久性下降的控制。即，可以避免不希望的颗粒物质(PM)猛烈燃烧。
此外，把较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比设定成使废气的氧浓度随颗粒物质(PM)收集量的增加或者随柴油颗粒过滤器(DPF)14的温度的增加而减小。从而，可以确保避免颗粒物质(PM)的猛烈燃烧。
此外，当发动机1处于耐久性下降抑制控制下时，改变较稀空气/燃料燃烧情况下的目标废气/燃料比。从而，可在最小的必需范围内对柴油颗粒过滤器(DPF)14进行耐久性下降抑制控制。
在该公开的实施例中采用了所谓的EGR装置，其包括EGR通道11、EGR阀12和控制单元20。从而，可以通过由EGR阀12控制GER速率来完成对目标废气/燃料比的控制。
日本专利申请2003-137748(2003年5月15日申请)的全部内容收录作为参考。
尽管上面参照本发明的实施例说明了本发明，但本发明不受上面说明的实施例的限制。根据上面的说明，本领域技术人员可对该实施例做出各种修改和改变。

Claims (12)

1.一种内燃发动机的废气排放控制系统，包括：
一个设置在从发动机延伸的废气通道中的废气净化部件，该废气净化部件包括：NOx捕集催化剂，其用于当废气/燃料比稀于理想配比时捕集废气中的NOx而当废气/燃料比浓于理想配比时释放捕集到的NOx；以及一个收集废气中的颗粒物质的颗粒过滤器；
一个检测该颗粒过滤器的状态的状态检测部件；以及
一个按照使来自发动机的废气具有目标废气/燃料比的方式控制废气的废气/燃料比控制部件，
其中，该废气/燃料比控制部件配置成进行：
一旦废气/燃料比从理想配比或较浓侧向较稀侧变化，根据该颗粒过滤器的状态改变较稀空气/燃料排气条件下的废气/燃料比。
2.如权利要求1所述的废气排放控制系统，其中，所述状态检测部件估算将在所述颗粒过滤器上收集和沉积的颗粒物质量，并且其中仅当该估算的颗粒物质收集和沉积量超过预定量时，所述废气/燃料比控制部件改变较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比。
3.如权利要求1所述的废气排放控制系统，其中，所述状态检测部件检测所述颗粒过滤器的温度，并且其中当该颗粒过滤器的温度超过预定温度时，所述废气/燃料比控制部件改变较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比。
4.如权利要求2所述的废气排放控制系统，其中，所述废气/燃料比控制部件按照当颗粒物质沉积量增加时降低废气中的氧浓度的方式来控制较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比。
5.如权利要求3所述的废气排放控制系统，其中，所述废气/燃料比控制部件按照当颗粒过滤器的温度增加时降低废气中的氧浓度的方式来控制较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比。
6.如权利要求1所述的废气排放控制系统，其中，当发动机处于预定运行条件下时，所述废气/燃料比控制部件改变较稀空气/燃料排气条件下的目标废气/燃料比。
7.如权利要求1所述的废气排放控制系统，其中，所述废气/燃料比控制部件部件通过控制馈入发动机的进气量来把废气/燃料比控制到目标比。
8.如权利要求1所述的废气排放控制系统，还包括一个用于把发动机的一部分废气回馈到该发动机的进气系统中的EGR部件。
9.如权利要求8所述的废气排放控制系统，其中，所述废气/燃料比控制部件通过控制回馈到该发动机的进气系统中的废气量来把废气/燃料比控制到目标比。
10.如权利要求1所述的废气排放控制系统，其中，所述NOx捕集催化剂设置在所述颗粒过滤器的上游。
11.一种柴油发动机的废气排放控制系统，包括：
设置在从发动机延伸的废气通道中的NOx捕集催化剂，其用于当废气/燃料比稀于理想配比时该NOx捕集催化剂捕集废气中的NOx，而当废气/燃料比浓于理想配比时释放其捕集的NOx；
一个设置在该废气通道中该NOx捕集催化剂下游某位置处的柴油颗粒过滤器，该柴油颗粒过滤器用于收集废气中的颗粒物质；
检测该NOx捕集催化剂的温度的第一温度传感器；
检测该柴油颗粒过滤器的温度的第二温度传感器；
一个检测施加在该NOx捕集催化剂和该柴油颗粒过滤器之间的废气通道中的废气压力的废气压力传感器；
一个感测从该柴油颗粒过滤器排出的废气的废气/燃料比的空气/燃料比传感器；
一个当运行时能改变该废气/燃料比的废气/燃料比控制器；以及
一个控制单元，其通过处理来自该第一和第二温度传感器、该废气压力传感器以及该空气/燃料比传感器的信息信号来控制该废气/燃料比控制器的运行，
该控制单元被配置成执行：
一旦感测出通过该废气/燃料比控制器使废气/燃料比从理想配比或较浓侧向较稀侧变化时，根据来自该第二温度传感器的信息信号和来自该废气压力传感器的信息信号中的至少一个来改变较稀空气/燃料排气条件下的废气/燃料比。
12.一种用于在内燃发动机系统中控制废气/燃料比控制部件的方法，其中该内燃发动机系统包括：一个设置在从该发动机延伸的废气通道中的废气净化部件，该废气净化部件包括：NOx捕集催化剂，其当废气/燃料比稀于理想配比时捕集废气中的NOx，而当废气/燃料比浓于理想配比时释放捕集到的NOx，和一个收集废气中的颗粒物质的颗粒过滤器；一个检测该颗粒过滤器的状态的状态检测部件；以及一个按照使来自发动机的废气具有目标废气/燃料比的方式来控制废气的废气/燃料比控制部件，
该方法包括：
检测废气/燃料比从理想配比或较浓侧向较稀侧的变化；以及
迫使该废气/燃料比控制部件根据该颗粒过滤器的状态来改变较稀空气/燃料排气条件下的废气/燃料比。
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