CN1973122A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents
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Abstract
在稀燃发动机1的排气通路2上配置NOX吸附还原催化剂7，进行如下浓点火操作：在发动机1的稀空燃比运转中，使运转空燃比短时间地转换为浓空燃比，从而还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX。当用设在吸气通路4上的增压机45进行增压稀燃运转中的浓点火操作时，增压越大，内燃机的电子控制组件30设定的内燃机运转空燃比的浓程度的值越小。由此，可以防止因窜气而导致的大量HC、CO成分从催化剂7下游流出，还可以防止NOX吸附还原催化剂的NOX还原效率降低。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置，具体而言，涉及与理论空燃比相比以稀空燃比进行运转的稀燃发动机的排气净化装置。
背景技术
已知一种NOx吸附还原催化剂，在流入的排气空燃比稀时，通过吸收或吸着而吸附排气中的氮氧化物(NOx)，当排气空燃比变为理论空燃比或浓空燃比时，利用排气中的CO等还原成分、HC成分等还原净化吸附的NOx。以这种NOx吸附还原催化剂作为排气净化催化剂使用时，有必要进行如下浓点火操作：每当稀空燃比运转中NOx吸附还原催化剂吸附的NOx量增大时，将运转空燃比短时间地转换为浓空燃比，进行浓空燃比运转，向NOx吸附还原催化剂提供浓空燃比的排气，从而还原净化催化剂吸附的NOx。
但是，在上述浓点火操作中，伴随着短时间地增大对内燃机的燃料供给量而使运转空燃比由稀空燃比转换为浓空燃比的操作，因此当进行必要以上的长时间或频繁的浓点火操作时，会产生内燃机的燃料消耗量增大、没有用于还原净化NOx的剩余HC、CO成分排放到大气中的问题。
因此，有必要有效地进行NOx吸附还原催化剂的浓点火操作，例如在特开2003-56379号公报的排气净化装置中，为了有效地进行NOx吸附还原催化剂的浓点火操作，利用设置在NOx吸附还原催化剂下游侧排气通路上的空燃比传感器输出功率。
即，在特开2003-56379号公报的装置中，在NOx吸附还原催化剂的下游侧排气通路上设有检测排气空燃比的空燃比传感器，浓点火操作时，当空燃比传感器输出功率由理论空燃比附近的稀空燃比等效值变为浓空燃比等效值时，使浓点火操作结束。
浓点火操作时，如果向NOx吸附还原催化剂供给浓空燃比的排气，则在NOx吸附还原催化剂上被吸附的NOx与排气中的HC、CO成分等反应，HC、CO成分等从NOx夺取氧而使NOx还原。因此，在NOx吸附还原催化剂上发生NOx的还原反应时，排气中的HC、CO成分在NOx吸附还原催化剂上被氧化，经NOx吸附还原催化剂出来的排气的空燃比成为理论空燃比(实际上是比理论空燃比稍稀的空燃比)。
另一方面，当NOx吸附还原催化剂吸附的NOx的还原完全结束时，在NOx吸附还原催化剂上不再发生排气中HC、CO成分等的氧化，经NOx吸附还原催化剂出来的排气的空燃比急剧地变化到浓空燃比附近。
在特开2003-56379号公报的装置中，当浓点火操作时的下游侧空燃比传感器输出功率达到规定的判定值时，使浓点火操作结束，而且根据内燃机的运转状态相应地改变该判定值，从而对应于内燃机运转状态使浓点火操作结束时间达到最佳化。
近年来，使用设有增压机且在稀空燃比运转时也进行增压的内燃机(即增压稀燃发动机)。增压稀燃发动机由于在稀空燃比运转时进行增压，故可以在气缸中填充更多的空气。因此，通过进行增压稀燃运转，提供给内燃机的燃料量增加，从而能够在增大内燃机输出功率的同时维持稀空燃比，可以使稀空燃比区域扩大到现有自然吸气发动机不能进行稀空燃比运转的高负荷区域。
但是，在使用增压稀燃发动机时，气缸内的填充空气量因增压而变大，故可知在NOx吸附还原催化剂的浓点火操作时会出现问题。
例如，增压稀燃发动机与自然吸气发动机相比，由于气缸内的填充空气量大，所以排气流量也变大。因此，催化剂中的SV值(空间速度)也随之变大，排气中的HC、CO等成分中，不与催化剂上的NOx反应而直接从催化剂下游侧流出的物质的量增多，即产生“窜气”。
如上所述，若产生“窜气”，则不能使排气中的HC、CO成分有效地用于NOx吸附还原催化剂中NOx的还原，从而不能有效地进行NOx的还原。
另外，如上述特开2003-56379号公报的装置，根据催化剂下游侧的空燃比传感器输出功率来判断浓点火操作的结束时间时，不管实际上NOx吸附还原催化剂上吸附NOx的还原完成与否，都会因窜气而有较多的HC、CO成分到达空燃比传感器，出现检测的空燃比达到判定值的情况。
此时，因为在NOx吸附还原催化剂吸附的NOx的还原净化完成前，浓点火操作已经结束，所以NOx吸附还原催化剂以吸附较大量NOx的状态重新进行下一次稀空燃比运转，产生NOx吸附还原催化剂吸附NOx的能力下降的问题。
另外，除了上述以外，由于增压稀燃发动机在稀空燃比运转中缸内的空气量大，故用于浓空燃比运转的燃料的增量变大。
另一方面，通常浓点火操作在NOx吸附还原催化剂的NOx吸附量达到规定值时开始，所以为了使吸附的NOx全部还原，有必要使HC、CO的量大致一定。
浓点火操作在将上述量的HC、CO成分等提供给NOx吸附还原催化剂时结束，但排气中能用于还原NOx的HC、CO成分的量由排气空燃比决定。也就是说，若将内燃机的吸气量和提供给内燃机的燃料量的比定义为排气空燃比，则理论空燃比和浓点火时的排气空燃比的差(以下称为“浓程度”)与排气中剩余的HC、CO成分的浓度(在排气中，作为没有燃烧的未燃HC、CO成分的含有量)成正比。
因此，将浓点火时能用于还原NOx的HC、CO的量，作为整体成为排气流量乘以浓点火操作时空燃比的浓程度(理论空燃比与浓点火操作时的空燃比差)的值。
如上所述，增压稀燃运转时内燃机的排气流量变得相当大。但是，另一方面，为了还原NOx吸附还原催化剂吸附的NOx，必要的HC、CO成分的总量是大致一定的。
因此，与通常的自然吸气内燃机相比，使用增压稀燃发动机时，原本必要的浓点火操作持续时间变得非常短。
但是，因为实际上增压稀燃发动机排气流量大、NOx吸附还原催化剂的SV值高，所以不能有效地使用排气中的HC、CO成分，因此，实际上必要的浓点火操作持续时间比原本必要的时间长很多，从而成为内燃机燃料费增加的原因。
这样，在增压稀燃发动机的排气净化装置上使用NOx吸附还原催化剂时，进行与以往相同的浓点火操作会产生NOx的还原效率变差的问题。
另外，上文以增压稀燃发动机为例进行了说明，虽然只有一定的差别，但即使使用自然吸气稀燃发动机，吸入空气量多时也可能产生与上述相同的窜气问题，在浓点火操作时出现NOx的还原效率降低的情况。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供在稀燃发动机的排气净化装置上使用NOx吸附还原催化剂时，可以防止浓点火操作时NOx的还原效率降低的内燃机的排气净化装置。
本发明提供一种内燃机的排气净化装置，其为设有增压机并在稀空燃比运转时进行增压的内燃机的排气净化装置，具有配置在内燃机排气通路上的NOx吸附还原催化剂，该NOx吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOx，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOx；在实施浓点火操作时，即，在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，将浓空燃比排气提供给上述NOx吸附还原催化剂，由此还原净化NOx吸附还原催化剂吸附的NOx时，根据内燃机的增压而相应地改变内燃机运转空燃比的浓程度。
即，在本发明中，进行增压稀燃发动机的浓点火操作时，根据增压而相应地改变运转空燃比的浓程度。
对于增压稀燃发动机，由于增压越高，缸内填充的吸入空气量越多，故排气流量也随着增压的增高而增大。
此时，若不管排气流量是否增加，都维持浓点火操作时运转空燃比的浓程度(理论空燃比与运转空燃比的差)与排气流量小的时候相同，则会如上所述，不能有效地进行浓点火操作，产生浓点火操作时NOx吸附还原催化剂的NOx还原效率降低的问题。
在权利要求1～3的发明中，通过根据浓点火操作时的增压而相应地改变运转空燃比的浓程度来解决上述的问题。
增压高时(即，排气流量大时)，产生上述的窜气，没有用于NOx吸附还原催化剂上NOx的还原而从催化剂下游侧流出的HC、CO成分等增多，因此NOx净化效率变差，但例如，即使减小此时运转空燃比(排气空燃比)的浓程度，用于NOx吸附还原催化剂上NOx的净化的HC、CO成分的量也几乎没有变化，所以可知因窜气而从催化剂下游侧白白流出的HC、CO成分的量减少。
因此，减少排气中的HC、CO成分中通过催化剂但没有用于还原NOx的物质的量，可以防止NOx吸附还原催化剂的NOx还原效率降低。另外，由于因窜气而从催化剂下游侧流出的HC、CO成分的量减少，故浓点火操作中催化剂下游侧排气中HC、CO成分的浓度降低，所以即使在根据下游侧空燃比传感器输出功率来判断浓点火操作结束时间时，也可以防止在催化剂吸附的NOx的全量被还原之前误检出浓空燃比。
而且，在本发明中进行浓点火操作时，浓点火操作中也根据内燃机增压而相应地改变空燃比的浓程度，但是因为通常浓点火操作的持续时间短，所以例如可以根据浓点火操作开始时的内燃机增压而相应地设定浓点火操作中空燃比的浓程度，并在浓点火操作中将空燃比浓程度维持(固定)在上述设定的浓程度。
而且，在排气流量小的区域中，由于在催化剂中的空间速度低，即使增大空燃比的浓程度也不会产生窜气。因此，根据增压而相应地改变空燃比的浓程度的操作，也可以只在增压达到一定值以上的区域实施。
另外，设有直喷式喷油器和进气口喷油器两者的内燃机，在浓点火操作时优选只由进气口喷油器进行燃料喷射。由于直喷式喷油器是直接将燃料喷射到缸内，所以在如浓点火操作等大量增加燃料喷射量时，燃料的气化变得不充分，产生排气中未燃HC成分增多的问题。
另一方面，进气口喷油器因为能得到充足的时间使燃料气化、扩散，所以即使喷射较大量的燃料，也不会产生排气中未燃HC成分增多的问题。
但是，在由进气口喷油器喷射时，喷射的燃料的一部分附着在进气口的壁面上，产生湿口现象。由于湿口，附着在壁面上的燃料量随着燃料喷射量的增多而增多。因此，在为使运转空燃比为浓空燃比而需要大量燃料的高增压区域(吸入空气量大的区域)，浓点火操作时由进气口喷油器喷射的燃料中附着在壁面上的燃料量增大，产生空燃比变化的应答性变差的问题。
与在进气阀关闭时向进气口进行喷射的进气非同期喷射时相比，在进气阀打开、存在进气流的状态下向进气口进行喷射的进气同期喷射时更难产生湿口。因此，在浓点火操作时，由进气口喷油器进行燃料喷射，且当增压高于规定的切换值时由非同期喷射转换为同期喷射，可以防止在容易产生湿口的高增压区域(吸入空气量大的区域)中空燃比变化的应答性变差。
另外，在上述的例子中，用增压作为表示排气流量(催化剂中的空间速度)的指标而改变浓点火操作时的浓程度，但也可以代替增压用吸入空气量作为表示排气流量的指标，根据吸入空气量而相应地改变浓程度。此时，通过根据吸入空气量改变浓程度，可以更正确地对应排气流量来设定空燃比的浓程度，因此可以更有效地防止NOx还原效率的降低。
而且，上述内容对于设有增压机的稀燃发动机进行了论述，但也适用于没有设置增压机的自然吸气稀燃发动机。
即，对于自然吸气稀燃发动机，通过根据排气流量或表示排气流量的指标(例如吸入空气量、气缸填充空气量或吸气压力)而相应地改变浓点火操作时空燃比的浓程度，或者通过在浓点火操作开始时根据这些指标设定浓点火操作中空燃比的浓程度，也可以防止NOx还原效率的降低。
附图说明
图1是说明本发明应用于汽车用内燃机时的实施方式的概略构成图。
图2是表示直喷式喷油器和进气口喷油器配置的一个例子的图。
图3是表示本发明中浓点火操作的一个例子的流程图。
图4是表示根据增压设定浓点火操作时的空燃比浓程度的图。
图5是表示浓点火操作的其他的例子的流程图。
图6是表示根据内燃机吸入空气量设定浓点火操作时的空燃比浓程度的图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
图1是说明本发明应用于汽车用内燃机时的实施方式的概略构成图。
在图1中，1表示汽车用内燃机。在本实施方式中，内燃机1是设有#1到#4四个气缸的四气缸汽油内燃机。如下所述，本实施方式的内燃机1是能够以比理论空燃比高的(稀)空燃比运转的稀燃发动机。
另外，在本实施方式中，#1到#4的气缸以彼此的点火时间不连续的两个气缸组成一组地分成两个气缸群。(例如，在图1的实施方式中，气缸点火顺序为1-3-4-2，#1、#4气缸与#2、#3气缸分别构成气缸群。)另外，各气缸的排气口与每个气缸群的排气歧管连接，再连接到每个气缸群的排气通路上。
在图1中，21a是将由#1、#4气缸组成的气缸群的排气口连接到独立排气通路2a上的排气歧管，21b是将#2、#3气缸组成的气缸群的排气口连接在独立排气通路2b上的排气歧管。在本实施方式中，在独立排气通路2a、2b上，分别配置由三元催化剂组成的初始催化剂(以下称“SC”)5a和5b。而且，独立排气通路2a、2b在SC下游侧合流为通用的排气通路2。
在通用排气通路2上，配置后述的NOx吸附还原催化剂7。在图1中，29a、29b表示配置在独立排气通路2a、2b的初始催化剂5a、5b上游侧的上游侧空燃比传感器，31表示配置在排气通路2的NOx吸附还原催化剂7出口的下游侧空燃比传感器。在本实施方式中，空燃比传感器29a、29b和31在较大的空燃比范围内对应着排气空燃比输出电压信号，是所谓的线性空燃比传感器，但也可以代替线性空燃比传感器，使用具有排气中的氧浓度的检测输出以理论空燃比为界急剧变化的输出特性，即具有Z型输出特性的氧气传感器。
在图1中，4a表示将内燃机各气缸的进气口连接到吸气通路4上的吸气歧管。
在图1中，43表示调节内燃机1的吸入空气量的节流阀，45表示涡轮增压机等给吸入空气加压的增压机。
另外，在本实施方式中，在#1到#4的各个气缸上，设有将燃料直接喷射到气缸内的直喷式喷油器11，和将燃料喷射到气缸进气口的进气口喷油器13。
而且，在图1中，30表示内燃机1的电子控制组件(ECU)。在本实施方式中，ECU30是指设有RAM、ROM、CPU的公知构造的微机，进行内燃机1的点火时间控制、燃料喷射控制等基本控制。另外，在本实施方式中，ECU30除了进行上述的基本操作之外，还如下所述，根据NOx吸附还原催化剂7的NOx吸附状态，相应地增加稀空燃比运转中对内燃机的燃料喷射量，使内燃机短时间地以浓空燃比运转，进行使吸附的NOx从NOx吸附还原催化剂7放出的浓点火操作，并进行根据内燃机1的吸入空气量而相应地改变浓点火操作时内燃机运转空燃比的浓程度的控制。
为了进行这些控制，除了向ECU30的输入口分别输入来自设在内燃机吸气歧管上的吸气压传感器33的与内燃机吸气压力对应的信号、来自配置在内燃机曲柄轴(图中未示出)附近的转速传感器35的与内燃机转速对应的信号、来自配置在内燃机1的加速踏板(图中未示出)附近的加速踏板开度传感器37的表示驾驶员加速踏板踏入量(加速踏板开度)的信号之外，还分别输入来自上游侧空燃比传感器29a、29b的分别从#1、#4气缸和#2、#3气缸出来的排气空燃比，以及来自下游侧空燃比传感器31的NOx吸附还原催化剂7出口的排气空燃比。
在本实施方式中，ECU30在由吸气压传感器33检测出的内燃机吸气压力和由转速传感器35检测出的内燃机转速的基础上，计算出内燃机1的吸入空气流量，控制内燃机理论空燃比或浓空燃比运转时的燃料喷射量。
另外，ECU30在由加速踏板开度传感器37检测出的加速踏板开度和内燃机转速的基础上，控制内燃机稀空燃比运转时的燃料喷射量。
为了控制向各气缸的燃料喷射量和燃料喷射时间，ECU30的输出口通过图中未示出的燃料喷射回路与各气缸的直喷式喷油器11和进气口喷油器13连接。
作为这些燃料喷射控制，也可以使用任何公知的控制，所以在此不作详细说明。
下面说明本实施方式的NOx吸附还原催化剂7。
本实施方式的NOx吸附还原催化剂7，例如，使用形成蜂窝状的堇青石等载体，在该载体表面形成氧化铝层，并使该氧化铝层上载负选自例如钾K、钠Na、锂Li、铯Cs等碱金属，钡Ba、钙Ca等碱土金属，镧La、铈Ce、钇Y等稀土元素中的至少一种成分和铂Pt等贵金属。NOx吸附还原催化剂进行如下NOx的吸附放出作用，当流入排气的空燃比稀时，通过吸收、吸着或两者来吸附排气中的NOx(NO2、NO)，当流入排气中的氧浓度下降时，将吸附的NOx以NO2的形式放出。
例如，当内燃机1以稀空燃比运转、流入NOx吸附还原催化剂7的排气为稀空燃比时，排气中的NOx(NO2、NO)被NOx吸附还原催化剂7吸附，通过NOx吸附还原催化剂7后的排气中NOx浓度几乎为零。
而且，当流入排气中的氧浓度大幅度下降时(即，排气的空燃比变为理论空燃比或浓空燃比时)，NOx吸附还原催化剂7吸附的NOx被排气中CO、H2等作为还原剂的功能成分或HC成分(以下称为还原成分等)还原，以NO2的形式从NOx吸附还原催化剂7放出。
在本实施方式中，ECU30进行如下浓点火操作，每当NOx吸附还原催化剂7吸附的NOx的量达到规定值，内燃机1就短时间地以浓空燃比运转，向NOx吸附还原催化剂提供浓空燃比的排气。由此，NOx吸附还原催化剂7吸附的NOx以NO2的形式放出，可以防止NOx吸附还原催化剂由于吸收的NOx而达到饱和。
而且，在本实施方式中，作为浓点火操作开始时间、即NOx吸附还原催化剂7的NOx吸附量达到上述规定值的判定方法，可以使用公知的任何方法，所以在此不作详细说明。
另外，在本实施方式中，上游侧空燃比传感器29a、29b和下游侧空燃比传感器31的输出功率，除了用于对提供给内燃机1的燃料供给量进行反馈控制以使内燃机1的运转空燃比达到规定的目标空燃比的空燃比控制之外，下游侧空燃比传感器31的输出功率还用于判定后述的浓点火操作的结束时间。
接着，说明本实施方式的内燃机1的运转模式。
图2是表示本实施方式的内燃机1的各气缸上喷油器11、13的配置的气缸剖面图。
在图2中，100表示气缸燃烧室，101表示活塞，103表示进气口，105表示排气口，107表示进气阀，109表示排气阀，111表示火花塞。
如图2所示，进气口喷油器13配置在吸气歧管4上，向各气缸的进气口喷射燃料。另外，直喷式喷油器11有向内燃机的燃烧室100内开口的喷射孔，直接向气缸内喷射燃料。
在本实施方式中，内燃机1可以在从稀空燃比到浓空燃比的较大的空燃比范围内运转。另外，稀空燃比运转时，根据内燃机的运转模式如下使用直喷式喷油器11和进气口喷油器13。
即，在稀空燃比运转中的低负荷运转时，内燃机1以由直喷式喷油器喷射燃料的成层燃烧模式运转。
在成层燃烧模式中，燃料由直喷式喷油器11在压缩冲程后半期喷射。在成层燃烧模式中，由于燃料喷射量非常少，所以燃料在整个燃烧室均匀扩散时，混合气会过稀而脱离可燃空燃比的范围。因此，在成层燃烧模式中，在压缩冲程后半期由直喷式喷油器进行燃料喷射，使喷射燃料在火花塞附近成层，在火花塞的周围形成可燃空燃比范围的混合气。而且，该成层混合气在扩散前，通过火花塞进行点火，由此在整个燃烧室以非常稀的空燃比进行稳定的燃烧。
另外，稀空燃比运转时，当负荷进一步增大时，内燃机以均质燃烧模式运转。
在均质燃烧模式中，燃料由进气口喷油器13向进气口喷射。喷射到进气口的燃料在进气阀107打开时以与吸气充分混合的状态流入燃烧室内，在燃烧室中形成均匀的稀空燃比的可燃混合气。由此以稀空燃比进行较高负荷的运转。
另外，在上述均质燃烧模式与成层燃烧中间的负荷范围内，以如下的中间模式进行运转，由进气口喷油器和直喷式喷油器两喷油器进行燃料喷射，使由直喷式喷油器进行燃料喷射形成的混合气在由进气口喷油器进行燃料喷射形成的稀薄均质混合气中成层。
但是，在如上所述的增压稀燃发动机的负荷较高的区域，由于大量的空气因增压而填充在气缸内，故排气量增加。
因此，在增压稀燃发动机中，浓点火操作时NOx吸附还原催化剂7中的排气空间速度变大，产生因上述窜气而导致的NOx还原效率降低、因下游侧空燃比传感器的空燃比检测误差而导致的以不充分的状态结束浓点火操作等问题。
在本实施方式中，通过根据增压而相应地改变浓点火操作时的内燃机运转空燃比(在浓空燃比的范围内)，具体而言是增压越高、将空燃比设定得越高(浓程度小)，来解决上述的问题。
即，由于内燃机排气流速变得越高，则浓点火操作时通过NOx吸附还原催化剂7的排气的空间速度变得越高，所以没有用于NOx吸附还原催化剂上NOx的还原而由于窜气直接通过NOx吸附还原催化剂的还原成分等的量增加。
排气流速越大或排气中含有的HC、CO等的量越多，即浓点火操作时排气(内燃机运转空燃比)的浓程度越大，上述由于窜气通过NOx吸附还原催化剂的还原成分等(HC、CO等)的量越多。
此时，若减少浓点火操作时空燃比的浓程度，则排气中含有的HC、CO的量减少，与之相对应，通过NOx吸附还原催化剂而从下游侧放出的HC、CO的量减少。
因此，在本实施方式中窜气成为问题的吸入空气量增大区域，吸入空气量越大、将浓点火操作时空燃比的浓程度设定得越小，由此来解决上述问题。
即，吸入空气量越大，将浓点火操作时空燃比的浓程度设定得越小，由此可以防止由于窜气通过NOx吸附还原催化剂的HC、CO的增大，因此没有用于NOx吸附还原催化剂上NOx的还原地从催化剂下游侧流出的HC、CO的量减少，可以抑制浓点火操作中NOx吸附还原催化剂的NOx还原效率的降低。另外，因为由此可以抑制下游侧排气中HC、CO浓度的增大，所以可以防止尽管实际上下游侧排气空燃比没有变为浓空燃比，但空燃比传感器检出值达到浓空燃比而导致的浓点火操作中断。
图3是详细说明上述的本实施方式的浓点火操作的流程图。
图3的操作是作为由ECU30每隔一定时间执行的程序进行。
图3的操作开始时，首先判断步骤301中浓点火操作执行标志RS的值是否设定为1。
在这里，标志RS是在由ECU30执行的其他浓点火执行判断操作中设定的标志，RS＝1表示在浓点火操作执行中。
在本实施方式中，当NOx吸附还原催化剂7吸附的NOx量增大到预定的上限值时，ECU30将标志RS的值设为1，而在图3的浓点火操作(步骤303到305)执行时，当由下游侧空燃比传感器31检测出的排气空燃比从稀空燃比变为浓空燃比时，ECU30将标志RS的值设为0。
在本实施方式中，RS的值设为1时，步骤311中燃料喷射量被设定为内燃机空燃比变为浓空燃比的值，且燃料全部由进气口喷油器13喷射。由此，燃料的雾化、扩散变得良好从而燃烧状态良好，所以可以抑制浓点火操作时发生的HC、CO成分的增多。
而且，在本实施方式中，作为NOx吸附还原催化剂7吸附NOx量的推算方法，也可以使用公知的任何方法，故在此不作详细说明。
在步骤301中，当RS＝0时，此时NOx吸附还原催化剂的NOx吸附量少，没有必要执行浓点火操作，所以此次的程序执行直接结束。
另一方面，在步骤301中，当RS＝1时，NOx吸附还原催化剂的NOx吸附量增大，所以执行从步骤303到305的浓点火操作。
即，在步骤303中，读取来自吸气压传感器33的内燃机的吸气压力(即增压)，在步骤305中，判断内燃机增压是否变得高于预定的判定值PM0。
在这里，PM0是指使下述增量系数的值为规定的定值QRS0时，浓点火时不产生窜气问题的增压的上限值。PM0的值根据内燃机型号、催化剂的形式、大小等的不同而不同，优选在使用实际的内燃机和催化剂的试验结果的基础上设定。
在步骤305中，当PM≤PM0时，由于增压降低、排气流量较小，故不发生窜气，所以不会有大量的HC、CO成分从催化剂下游侧流出。因此，此时进入步骤309，设定增量系数为预定的固定值QRS0。
在本实施方式中，当增量系数QRS确定时，步骤311中内燃机的燃料喷射量QIJ由QIJ＝QIJST×(1+QRS)决定。在这里，QIJST是指使内燃机的空燃比为理论空燃比所必须的燃料喷射量。因此，增量系数QRS(QRS≥0)表示剩余的燃料量，即空燃比的浓程度。
如上所述，当增压PM≤PM0、排气流量较小时，QRS的值被设定为定值QRS0，但该QRS0是比下述步骤307中设定的QRS的值大(即浓程度变大)的值。
另一方面，在步骤305中，当PM＞PM0时，增量系数QRS的值在步骤307中根据增压PM的值来设定。
图4是表示步骤307中设定的QRS的值与增压PM的关系的图。如图4所示，增量系数QRS的值在增压PM小于PM0时被设定为定值QRS0(步骤309)，而在增压PM大于PM0时，随着增压的增大，被设定成急剧减小的值，若在本实施方式中进一步增大增压，使之超过值PM1(图4)，则QRS的下降变得缓慢。
这样，在产生窜气问题的区域，通过增大增压并随之将QRS的值(浓程度)设定得较小，可以防止浓点火操作时NOx吸附还原催化剂的NOx还原效率降低，还可以防止在吸附的NOx量达到预先设定的下限值前浓点火操作结束。
接着，参照图5说明本发明的其他实施方式。
在本实施方式中，浓点火操作时的燃料喷射量与图3的实施方式一样根据增压来设定，但当增压超过规定值PM0时，进气口喷油器13进行的燃料喷射时间由进气非同期喷射(步骤513)到进气同期喷射(步骤509)切换的这一点与图3的实施方式不同。
即，在步骤505中，当增压变得高于判定值PM0时，以图4的关系为基础，根据增压的值设定步骤507中的QRS，并在步骤509中将同期喷射标志XSYNC的值设为1。由此，在用ECU30执行的其他燃料喷射时间设定操作中，设定燃料喷射时间为进气同期喷射。
另外，在步骤505中，当PM≤PM0时，将QRS的值设定为定值QRS0，并将标志XSYNC的值设为0，从而将燃料喷射时间设为进气非同期喷射。
通过在浓点火操作时进行进气同期喷射，在进气口壁面不容易产生由湿口导致的燃料附着，因此可以防止浓点火操作时实际提供给燃烧室的燃料的增量减少，还可以防止空燃比变化的应答性降低。
而且，在本实施方式中，可以使进行增量系数的设定方法转换的增压判定值与使燃料喷射时间转换的增压判定值为同一数值(PM0)，也可以使它们为彼此不同的数值。
另外，在图3和图5的实施方式中，使用增压作为表示排气流量的指标，但也可以用内燃机的吸入空气量GA代替增压作为表示排气流量的指标。
如上所述，在本实施方式中，ECU30用于计算内燃机的燃料喷射量，其进行如下操作，用由吸气压传感器33检测出的吸气压(增压)和由转速传感器35检测出的内燃机转速，计算内燃机的吸入空气量。因此，可以用吸入空气量GA代替增压PM，进行与图3、图5完全相同的操作。
此时，实际的流程图如下，在图3、图5的步骤303、503中读取其他计算出的吸入空气量GA，在步骤305、505中根据GA是否大于预定的判定值GA0而相应地设定增量系数、燃料喷射时间等。
图6是表示此时设定的QRS的值与吸入空气量GA的关系的一个例子的与图4对应的图。在图6的例子中，QRS的值在GA的值小于GA0的区域被设为定值QRS0，在GA的值大于GA0的区域，随着GA的增加，该被设定的值直线地减少。
如图6所示，通过根据吸入空气量GA而相应地改变浓点火操作时空燃比的浓程度(QRS)，可以更精确地根据排气流量相应地改变浓点火操作时空燃比的浓程度。而且，也可以用实际填充气缸的空气量(气缸填充空气量)代替吸入空气量GA进行同样的操作。
另外，在上述的例子中，使用增压或吸入空气量(或气缸填充空气量)作为表示排气流量的指标，但也可以用排气流量本身代替这些指标进行上述图3到图5的操作。此时，排气流量可以用配置在排气系统上的流量传感器直接测量，但由于排气流量由内燃机的运转状态(例如，内燃机转速、燃料喷射量等)决定，所以也可以预先用实际的内燃机，改变内燃机运转状态而实测排气流量，将内燃机转速和燃料喷射量等作为参数以数值图的形状存入ECU的ROM，由实际运转时的内燃机转速和燃料喷射量算出排气流量。
而且，在图3和图5的例子中，当浓点火操作中排气流量或表示排气流量的指标(以下称“排气流量等”)也变化时，空燃比的浓程度相应地改变，但由于实际上浓点火操作的持续时间比较短，所以也可以在浓点火操作开始时，在排气流量等的基础上，用图3到图6中说明的方法设定空燃比的浓程度，并在浓点火操作执行中使空燃比的浓程度固定为上述设定的值。
另外，图3到图6的例子是以增压稀燃发动机为例来说明的，但如上所述，不仅仅是增压稀燃发动机，自然吸气稀燃发动机在排气流量(催化剂中的空间速度)大时也产生同样的问题。
因此，自然吸气稀燃发动机也可以进行与图3到图6的说明相同的操作，通过根据排气流量等而相应地改变浓点火操作时空燃比的浓程度，或者通过根据浓点火操作开始时排气流量等的值而相应地设定浓点火操作中空燃比的浓程度，可以防止NOx还原效率的降低。此时的操作与图3到图6中说明的相同，故在此不作详细的说明。
Claims (30)
1.一种内燃机的排气净化装置，是设有增压机并在稀空燃比运转时进行增压的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据内燃机的增压改变内燃机运转空燃比的浓程度。
2.一种内燃机的排气净化装置，是设有增压机并在稀空燃比运转时进行增压的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据浓点火操作开始时内燃机的增压设定浓点火操作中的内燃机运转空燃比的浓程度。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，当所述内燃机的增压变得高于预定值时，根据增压改变所述浓程度。
4.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据增压改变所述浓程度时，增压越高，改变所述浓程度使之越小。
5.如权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据增压改变所述浓程度时，增压越高，改变所述浓程度使之越小。
6.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机在各气缸内设有直接喷射燃料的直喷式喷油器和将燃料喷射到吸气通路的进气口喷油器，在所述浓点火操作时，只由进气口喷油器喷射燃料，且当增压变得比规定的切换值高时，由进气口喷油器进行的燃料喷射从非同期喷射转换为同期喷射。
7.一种内燃机的排气净化装置，是设有增压机并在稀空燃比运转时进行增压的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据内燃机的吸入空气量改变内燃机运转空燃比的浓程度。
8.一种内燃机的排气净化装置，是设有增压机并在稀空燃比运转时进行增压的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据浓点火操作开始时内燃机的吸入空气量设定浓点火操作中的内燃机运转空燃比的浓程度。
9.如权利要求7或8所述的内燃机的排气净化装置，其中，当所述内燃机的吸入空气量变得大于预定值时，根据吸入空气量改变所述浓程度。
10.如权利要求7或8所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据吸入空气量改变所述浓程度时，吸入空气量越大，改变所述浓程度使之越小。
11.如权利要求9所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据吸入空气量改变所述浓程度时，吸入空气量越大，改变所述浓程度使之越小。
12.如权利要求7或8所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机在各气缸内设有直接喷射燃料的直喷式喷油器和将燃料喷射到吸气通路的进气口喷油器，在所述浓点火操作时，只由进气口喷油器喷射燃料，且当吸入空气量变得比规定的切换值大时，由进气口喷油器进行的燃料喷射从非同期喷射转换为同期喷射。
13.一种内燃机的排气净化装置，是能够以稀空燃比运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据内燃机的排气流量改变内燃机运转空燃比的浓程度。
14.一种内燃机的排气净化装置，是能够以稀空燃比运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据浓点火操作开始时内燃机的排气流量设定浓点火操作中的内燃机运转空燃比的浓程度。
15.如权利要求13或14所述的内燃机的排气净化装置，其中，当所述内燃机的排气流量变得大于预定值时，根据排气流量改变所述浓程度。
16.如权利要求13或14所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据排气流量改变所述浓程度时，排气流量越大，改变所述浓程度使之越小。
17.如权利要求15所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据排气流量改变所述浓程度时，排气流量越大，改变所述浓程度使之越小。
18.如权利要求13或14所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机在各气缸内设有直接喷射燃料的直喷式喷油器和将燃料喷射到吸气通路的进气口喷油器，在所述浓点火操作时，只由进气口喷油器喷射燃料，且当排气流量变得比规定的切换值大时，由进气口喷油器进行的燃料喷射从非同期喷射转换为同期喷射。
19.一种内燃机的排气净化装置，是能够以稀空燃比运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据内燃机的吸入空气量或气缸填充空气量改变内燃机运转空燃比的浓程度。
20.一种内燃机的排气净化装置，是能够以稀空燃比运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据浓点火操作开始时内燃机的吸入空气量或气缸填充空气量设定浓点火操作中的内燃机运转空燃比的浓程度。
21.如权利要求19或20所述的内燃机的排气净化装置，其中，当所述内燃机的吸入空气量或气缸填充空气量变得大于预定值时，根据吸入空气量或气缸填充空气量改变所述浓程度。
22.如权利要求19或20所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据吸入空气量或气缸填充空气量改变所述浓程度时，吸入空气量或气缸填充空气量越大，改变所述浓程度使之越小。
23.如权利要求21所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据吸入空气量或气缸填充空气量改变所述浓程度时，吸入空气量或气缸填充空气量越大，改变所述浓程度使之越小。
24.如权利要求19或20所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机在各气缸内设有直接喷射燃料的直喷式喷油器和将燃料喷射到吸气通路的进气口喷油器，在所述浓点火操作时，只由进气口喷油器喷射燃料，且当吸入空气量或气缸填充空气量变得比规定的切换值大时，由进气口喷油器进行的燃料喷射从非同期喷射转换为同期喷射。
25.一种内燃机的排气净化装置，是能够以稀空燃比运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据内燃机的吸气压力改变内燃机运转空燃比的浓程度。
26.一种内燃机的排气净化装置，是能够以稀空燃比运转的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具有配置在内燃机排气通路上的NOX吸附还原催化剂，该NOX吸附还原催化剂在流入的排气为稀空燃比时，通过吸收、吸着或两者吸附排气中的NOX，当流入的排气变为理论空燃比或浓空燃比时，还原净化吸附的NOX，
在实施如下浓点火操作，即在内燃机的稀空燃比运转中，使内燃机运转空燃比短时间地转换为浓空燃比运转，从而将浓空燃比排气提供给所述NOX吸附还原催化剂，由此还原净化NOX吸附还原催化剂吸附的NOX时，根据浓点火操作开始时内燃机的吸气压力设定内燃机运转空燃比的浓程度。
27.如权利要求25或26所述的内燃机的排气净化装置，其中，当所述内燃机的吸气压力变得高于预定值时，根据吸气压力改变所述浓程度。
28.如权利要求25或26所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据吸气压力改变所述浓程度时，吸气压力越高，改变所述浓程度使之越小。
29.如权利要求27所述的内燃机的排气净化装置，其中，在根据吸气压力改变所述浓程度时，吸气压力越高，改变所述浓程度使之越小。
30.如权利要求25或26所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机在各气缸内设有直接喷射燃料的直喷式喷油器和将燃料喷射到吸气通路的进气口喷油器，在所述浓点火操作时，只由进气口喷油器喷射燃料，且当吸气压力变得比规定的切换值高时，由进气口喷油器进行的燃料喷射从非同期喷射转换为同期喷射。
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