內燃機的排氣淨化系統和方法
2023-06-26 01:21:06 1
專利名稱：內燃機的排氣淨化系統和方法
背景技術：
本發明涉及內燃機的排氣淨化系統，特別涉及那種具有NOx捕集型催化劑的內燃機排氣淨化系統。當排氣空/燃比稀時該NOx捕集型催化劑捕集排氣中的NOx，當排氣空/燃比濃時該NOx捕集型催化劑釋放捕集的NOx，由此淨化排出的氣體。本發明還涉及內燃機的排氣淨化方法。
在柴油機中，當開始將燃油噴射進氣缸時，噴射的燃油被汽化並且形成混合氣。當缸內的溫度和壓力達到預定值時，存在於缸內的混合氣進行初始燃燒(預混合燃燒)。通過該燃燒，缸內的溫度和壓力變高，以使初始燃燒後的噴射燃油被汽化並且與噴射的燃油同時燃燒(擴散燃燒)。相對於整個燃燒期，由於從開始燃油噴射到發生預混合燃燒的周期(滯燃期)通常較短，所以擴散燃燒為主燃燒。
與此相反，日本專利2864896公開了一項技術，該技術通過大幅度增加再循環排氣(EGR)率使燃燒溫度保持在低溫，而同時推遲噴油正時到上止點後的一個點，由此使滯燃期變長並且使所有的燃油量在滯燃期內噴射以使預混合燃燒用做主燃燒，從而降低排氣中的NOx和煙霧。
與此同時，其中主燃燒為擴散燃燒的燃燒狀況(在這裡其簡單地被稱做擴散燃燒或擴散燃燒模式)和其中主燃燒為預混合燃燒的燃燒模式(在這裡其簡單地被稱做預混合燃燒或預混合燃燒模式)取決於驅動狀況從一種方式轉換為另一種方式(例如，在圖8中，具有EGR的區對應於預燃燒區，不具有EGR的區對應於擴散燃燒區)。
另一方面，日本專利第3079933號公開了一項技術，即在排氣管道具有NOx捕集型催化劑的情況下和在淨化捕集的NOx時，柴油機的燃燒模式從擴散燃燒模式轉換為預混合燃燒模式，由此降低過量空氣係數，減少和淨化捕集的NOx。
發明內容
由日本專利第3079933號所公開的該項技術適於在淨化NOx捕集型催化劑中所捕集的NOx時，在預混合燃燒期間執行濃混合氣峰值控制。然而，當車輛處於低負荷運轉狀況時，由於排氣溫度保持低溫和低排氣溫度使NOx淨化效果保持較低水平，即該催化劑不能被充分激活，所以不能充分地獲得濃混合氣峰值控制的排氣淨化效果。
因此本發明的目的是提供一種內燃機的排氣淨化系統，取決於NOx捕集型催化劑的激活狀況，通過對NOx捕集型催化劑所捕獲的NOx執行淨化，該排氣淨化系統可具有改進的排氣淨化能力。
本發明的進一步的目的是提供一種通過具有上述特性的該排氣淨化系統執行的排氣淨化系統。
根據本發明的另一個方面，這裡提供了一種內燃機的排氣淨化系統，該排氣淨化系統包括NOx捕集型催化劑，設置在發動機的排氣管道中以當排氣的空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，和當排氣的空/燃比濃時釋放捕集的NOx；和控制單元，用於根據NOx捕集型催化劑的激活條件控制NOx捕集型催化劑；該控制單元包括淨化時間確定部分，用於確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；催化劑激活確定部分，用於確定NOx捕集型催化劑是否被激活；燃燒模式轉換部分，用於根據發動機的運行狀況在擴散模式和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；和空/燃比控制部分，用於控制空/燃比，以使當淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下排氣空/燃比變濃，和使NOx捕集型催化劑被激活，以及使當淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
根據本發明的另一個方面，這裡提供了一種用於內燃機的排氣淨化方法，該內燃機具有設置在排氣管道中的NOx捕集型催化劑，以使當排氣空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，和使當排氣空/燃比濃時排出捕集的NOx，該排氣淨化方法包括確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；確定該NOx捕集型催化劑是否被激活；根據發動機的運行狀況在擴散燃燒模式和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；和控制排氣空/燃比，以使當是淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑被激活，和使當是淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
根據本發明的另一個方面，這裡提供了一種用於內燃機的排氣淨化系統，包括設置在排氣管道中的NOx捕集型催化劑，當排氣空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，當排氣空/燃比濃時釋放捕集的NOx；淨化時間確定裝置，用於確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；催化劑激活確定裝置，用於確定NOx捕集型催化劑是否被激活；燃燒模式轉換裝置，用於在擴散燃燒和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；用於控制的空/燃比控制裝置，以使當是淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑被激活，以及使當是淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
附圖的簡要說明
圖1是具有根據本發明的實施例的排氣淨化系統的柴油機的方框圖；圖2是由圖1的排氣淨化系統所執行的排氣淨化控制的流程圖；圖3是上接圖2的排氣淨化控制的流程圖；圖4是上接圖2的排氣淨化控制的流程圖；圖5是當燃燒處於擴散燃燒中的濃混合氣狀態時和當燃燒處於預混合燃燒中的濃混合氣狀態時說明發動機的性能特性的圖；圖6是說明在排氣溫度和NOx淨化率之間的關係曲線的圖；
圖7是說明在預混合燃燒中的以濃混合氣運轉的目標進氣量的圖；圖8是說明在預混合燃燒中的以濃混合氣運轉的目標EGR率的圖；圖9是說明在擴散燃燒中的濃混合氣運轉的目標進氣量的圖；圖10是說明用於PM(微粒)燃燒的目標柴油機微粒濾清器(DPF)進氣λ的圖。
附圖的詳細說明參照圖1，通過可變截面噴嘴型渦輪增壓器3的空氣壓縮機，提供到柴油機的進氣通過進氣管2被增壓。中冷器4對該進氣冷卻，然後通過進氣節氣門5和集合管6流進每一氣缸的燃燒室。高壓燃油泵7對燃油加壓並且輸送到共軌8。然後從每一氣缸的噴油器9燃油被噴射進燃燒室。因此提供到燃燒室的空氣和燃油混合氣通過壓縮點火被燃燒，並且排氣通過排氣管道10被噴出。
使一部分已流入排氣管道10的排氣通過EGR管道11和EGR控制閥12流回進氣側。使殘留排氣通過可變截面噴嘴型渦輪增壓器3的排氣渦輪以驅動該排氣渦輪。
在這種情況下，用於淨化排氣的置於排氣渦輪下遊的為NOx捕集型催化劑13，當排氣空/燃比變稀時其捕集排氣中的NOx，當排氣空/燃比變濃時其排出或減少NOx。此外，NOx捕集型催化劑13在其上帶有氧化型催化劑以具有氧化排氣中的碳氫混合物(HC)和一氧化碳(CO)的功能，因此其適於用做具有氧化功能的NOx捕集型催化劑。
此外，置於NOx捕集型催化劑13下遊的為柴油機微粒濾清器(DPF)14以清除排氣中的微粒(PM)。此外，在DPF14上裝有三元催化劑以具有氧化排氣中的HC和CO和還原(reduce)排氣中的NOx的功能，因此其適於構成具有三元催化劑功能的DPF。
輸入到控制單元20的為來自發動機轉速傳感器21的信號以檢測發動機轉速Ne，和為來自加速器開啟度傳感器22的信號以檢測加速器開啟度APO等以控制發動機1。
此外，在本實施例中提供了催化劑溫度傳感器23，檢測NOx捕集型催化劑13的溫度(催化劑溫度)；排氣壓力傳感器24，檢測在排氣管道10中的DPF14進入側的排氣壓力；DPF溫度傳感器25，檢測DPF14的溫度(DPF溫度)；和氧濃度傳感器26，檢測在排氣管道10中的DPF的排氣側的氧濃度。來自這些傳感器的信號也被輸入到控制單元20。然而，通過檢測排氣目前的相鄰的NOx捕集型催化劑13和DPF14的溫度，NOx捕集型催化劑13的溫度和DPF14的溫度可被檢測。
根據這些信號，控制單元20將噴油命令信號輸出到噴油器9以控制主噴射和先於主噴射的預噴射的噴油量和噴油器9的噴油正時；將開啟度命令信號輸出到進氣節氣門；將開啟度命令信號輸出到EGR控制閥12等。
本實施例的排氣淨化系統適於執行排氣淨化控制以釋放由NOx捕集型催化劑所捕集的和聚積在NOx捕集型催化劑上的NOx，燃燒而由此去除由S-毒化(S-poisoning)所造成的聚積在NOx捕集型催化劑上的硫(S)(去除硫毒化)，並且燃燒而由此去除由DPF14所清除的PM(DPF恢復)。下面將詳細說明排氣淨化控制。
圖2-4示出了在控制單元20中所執行的排氣淨化控制的流程圖。
在步驟S1中，從發動機轉速傳感器21和加速器開啟度傳感器22中可讀出發動機運轉狀況(發動機轉速Ne和加速器開啟度APO)。
在步驟S2中，由NOx捕集型催化劑13所捕集的和聚積在NOx捕集型催化劑13上的NOx量被檢測。然而，由於很難直接檢測NOx的累積量，所以通過根據發動機轉速Ne和燃油噴射量Q估計每單位時間的NOx的產生量，通過根據NOx捕集率獲得每單位時間的NOx的累積量和合計每單位時間的NOx的累積量，NOx的累積量被間接檢測。當然，在以上述方式通過合計獲得NOx累積量的情況下，當執行下面將要描述的NOx淨化處理時，合計值被重新設置或被清除。
在步驟S4中，由硫毒化所造成的NOx捕集型催化劑上的硫的累積量被檢測。然而，很難直接檢測硫的累積量，所以以下列方式間接檢測硫的累積量。取決於排氣中硫的濃度，硫的累積量被確定。因此認為只要燃油相同，取決於燃油消耗可確定硫的累積量。因此燃油消耗被檢測並且根據燃油消耗可測定硫的累積量。此外，由於行駛距離隨著燃油消耗的增加而增加，所以可認為消耗的燃油量與行駛距離彼此相等。因此這裡取決於行駛距離測定硫的累積量。
在步驟S5中，由DPF14所清除和累積在DPF14上的PM的量被測定。然而由於很難直接檢測PM的累積量，所以以下列方式PM的累積量被間接檢測。DPF14上的PM累積量的增加自然使DPF14的上遊側排氣壓力變高。因此排氣壓力傳感器24檢測DPF14的上遊側排氣壓力，並且與目前運行條件(發動機轉速Ne和燃油噴射量Q)的基準排氣壓力相比較，由此估算PM的累積量。
在步驟S6中，用於NOx捕集型催化劑13的NOx淨化的預混合濃混合氣峰值(rich spike)狀況標誌SP1是否被設定為1被確定。如果SP1＝1，則程序進到步驟S7。
在步驟S7中，用於NOx捕集型催化劑13的NOx淨化的擴散濃混合氣峰值狀況標誌SP2是否被設定為1被確定。如果SP2＝1，則程序進到步驟S8。
在步驟S8中，用於DPF14恢復(或從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑13)的恢復溫升標誌reg1是否被設定為1被確定。如果reg1＝0，則程序進到步驟S9。
在步驟S9中，用於DPF14恢復(或從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑)的恢復燃燒標誌reg2是否被設定為1被確定。如果reg2＝0，則程序進到步驟S10。
在步驟S10中，NOx捕集型催化劑13的NOx的累積量是否等於或大於預定值NOx1被確定。如果NOx捕集型催化劑13的NOx的累積量小於預定值NOx1，則程序進到步驟S17。
在步驟S17中，在步驟S4中被檢測的NOx捕集型催化劑13的硫的累積量是否等於或大於預定值S1(車輛是否已行駛預定距離)被確定。如果NOx捕集型催化劑的硫的累積量小於預定值S1，則程序進到步驟S18。
在步驟S18中，在步驟S5中被檢測的DPF14的PM的累積量是否等於預定值PM1(DPF14的上遊側排氣壓力是否超過對應於目前發動機運行狀況的排氣壓力閾值)被確定。如果DPF14的PM的累積量小於預定值PM1，則終止該流程。
與此同時，如果該流程不執行特殊控制，則根據發動機1的運轉狀況，執行在擴散燃燒模式和預混合燃燒模式之間的轉換。更具體地說，如圖8所示，當發動機1處於執行EGR的低速-中速範圍和低負荷-中負荷範圍時，執行預混合燃燒，當發動機處於未執行EGR的高速、高負荷範圍時，執行擴散燃燒。
然後，就下列情況進行說明，即當步驟S10中確定，NOx捕集型催化劑13的NOx的累積量已等於或大於預定值NOx1(也就是淨化NOx捕集型催化劑13的NOx的時間到了)；步驟S17確定的NOx捕集型催化劑13的硫的累積量已等於或大於預定值S1(也就是從S-毒化恢復的時間到了)；和步驟18中確定DPF14的PM的累積量已等於或大於預定值PM1(也就是DPF恢復的時間到了)。
(在為淨化NOx捕集型催化劑的NOx的時間的情況下)如果在步驟S10中確定NOx捕集型催化劑13的NOx的累積值等於或大於預定值NOx1，則程序進到步驟S11以淨化NOx捕集型催化劑13的NOx。
在這裡首先對NOx捕集型催化劑的NOx的淨化進行描述。
對於NOx捕集型催化劑13的NOx淨化，執行發動機1的濃混合氣運轉，以釋放由NOx捕集型催化劑13捕集和在NOx捕集型催化劑13上累積的NOx。
如果在預混合燃燒(大量的EGR和強渦流)期間執行發動機1的濃混合氣運轉，與在滯燃期較短的擴散燃燒期間濃混合氣運轉下的排氣溫度相比，則該排氣溫度較低，如圖5所示。相反，如果擴散燃燒中的濃混合氣狀況被實現，與預混合燃燒中的濃混合氣狀況中的排氣溫度相比，則該排氣溫度可變高。
然而，擴散燃燒中的濃混合氣狀態增加了燃油消耗率，因此惡化了燃油消耗。此外，如果過度地加熱，NOx捕集型催化劑13可能破裂。因此降低了捕集和淨化能力。
因此，當催化劑13的活性特別高時，對於由NOx捕集型催化劑13所捕集的NOx的淨化，由於其可抑制燃油消耗和催化劑13的惡化，所以最好採用預混合燃燒中的濃混合氣峰值運轉。
與此相反，當催化劑13的活性較低時，如果有濃混合氣峰值命令，則可獲得較高排氣溫度的擴散燃燒中的濃峰值運轉被執行。這使得能夠提高NOx淨化率。然而有一種擔心，認為擴散燃燒中的濃混合氣峰值產生惡化的燃燒噪聲。通過執行預噴射該燃燒噪聲可被抑制。
在上述的條件下，從步驟S11開始的控制將被執行。
在步驟S11中，由催化劑溫度傳感器23檢測的催化劑溫度被讀出並且該催化劑的溫度是否等於或高於預定溫度Tlow(該預定溫度Tlow被設定為一個低於催化劑13的激活溫度的值)被確定。
在步驟S12中，當催化劑溫度對於或高於預定溫度Tlow時，該催化劑溫度是否等於或高於對應於NOx捕集型催化劑13的激活溫度Tdif被進一步確定。
通過此，被分成三種情況，即催化劑溫度≥Tdif的情況，Tlow≤催化劑溫度＜Tdif的情況和催化劑溫度＜Tlow的情況。
在該種情況下，如圖6所示，當催化劑的溫度處在高於Tdif的範圍內時，NOx捕集型催化劑13的NOx的淨化率相當高。然而，當催化劑溫度低於Tdif時，NOx的淨化率較低。當催化劑的溫度低於Tlow時，NOx的淨化率進一步低到不能淨化的NOx的程度。
因此，如果催化劑溫度≥Tdif(即當步驟S12中的確定為肯定時)，確定NOx捕集型催化劑13處於充分被激活的狀態，並且程序進到步驟S13。在步驟S13中，預混合燃燒中的濃混合氣運轉被執行，由此淨化NOx而防止燃油消耗和催化劑的惡化。
在該種情況下，在步驟S13中，通過使用用做發動機運行狀況參數的發動機速度Ne和燃油噴射量Q，通過參照圖7的目標進氣量圖和圖8的目標EGR圖，用於實現預混合燃油中的濃混合氣運轉的目標進氣量和目標EGR率被設定。根據這樣設定的目標進氣空氣量和目標EGR率，進氣節氣門15和EGR閥12被控制，由此實現預混合燃油中的濃混合氣運轉。在步驟S14中，預混合濃混合氣峰值狀況標誌SP1被設定為1，並且終止該流程。
此外，如果Tlow≤催化劑溫度＜Tdif(即當步驟S12中的確定為否定時)，則確定NOx捕集型催化劑13未處在充分被激活的狀態，並且程序進到步驟S15。在步驟S15中，在排氣溫度高於預混合燃燒的擴散燃燒中，濃混合氣運轉被執行。這使得排氣溫度上升到等於或高於Tdif的一個值，因此使得能夠執行濃混合氣峰值運轉，由此提高NOx的淨化率。
在該種情況下，在步驟S15中，參照用於實現擴散燃燒中的濃混合氣運轉的圖9的目標進氣量圖，目標進氣量被設定。根據這樣設定的目標進氣量，當在燃燒噴射器9執行預噴射的同時，進氣節氣門5被控制，由此實現擴散燃燒中的濃混合氣運轉。在步驟S16中，擴散濃混合氣峰值狀態標誌SP2被設定為1，並且終止該流程。
此外，如果催化劑溫度＜Tlow(即當步驟S11中的確定為否定時)，則終止該流程。在該種情況下，由於NOx捕集型催化劑13的激活條件不夠理想，所以即使執行擴散燃燒中的濃混合氣運轉，也很難增加催化劑溫度超過Tdif，即在Tlow≤催化劑溫度＜Tdif條件下的濃峰值運轉對NOx的淨化幾乎沒有什麼影響，濃混合氣峰值運轉不被執行並且僅通過預混合燃燒NOx的排放受到抑制。在預混合燃燒時的排氣溫度有例外地從Tlow到Tdif範圍內，以使預混合燃燒繼續期間，催化劑溫度升高以超過Tlow。
在預混合燃燒中的濃混合氣運轉(rich operation)開始的情況下(步驟S13)，在步驟S14中，預混合濃峰值狀態標誌SP1被設定為1。因此在步驟S6中的確定後，從下次開始，程序進到下面的步驟S21(圖3)，在步驟S21中，預混合燃燒中的濃混合氣運轉被繼續預定時間。
在步驟S21中，NOx淨化所需的預定時間tsp1是否已經過被確定。如果預定時間tsp1還沒有經過，則該流程立刻被終止。如果預定時間tsp1已經過，則在步驟S22中預混合燃燒中的濃混合氣運轉被取消，並且在步驟S23中預混合濃峰值狀況標誌SP1被設定為0。此後，該流程結束。
此外，在擴散燃燒中的濃混合氣運轉開始的情況下(S15)，在步驟S16中，擴散濃混合氣狀況標誌SP2被設定為1，因此在步驟S7中確定後，從下次開始，程序進到下面的步驟S24(圖3)，在步驟S24中，擴散燃燒中的濃混合氣運轉被繼續預定時間。
在步驟S24中，NOx淨化所必需的預定時間tsp2是否已經過去被確定。如果預定時間tsp2還沒有過去，則該流程立刻被終止。如果預定時間tsp2已過去，則在步驟S25中，預擴散燃燒中的濃混合氣運轉被取消，並且在步驟S26中，擴散濃混合氣峰值狀況標誌SP2被設定為0。之後，該流程被終止。
以及[當是DPF恢復的時間]如果在步驟S17中確定NOx捕集型催化劑13的累積量等於或大於預定值S1，則程序進到用於從S-毒化恢復的步驟S19和步驟S20。
如果在步驟S18中確定DPF 14的PM的累積量等於或大於預定值PM1，則程序進到用於DPF14恢復的步驟S19和S20。
這裡，首先對DPF14的恢復和從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑進行描述。
為了DPF的恢復和從S-毒化恢復，濃混合氣運轉被執行以升高排氣溫度，由此使DPF14的溫度升高在PM的可燃溫度之上。與此同時，硫的可燃溫度低於PM的可燃溫度。此外，由於在本實施例中硫聚積在其上的NOx捕集型催化劑13位於DPF14的上遊，所以通過使DPF14的溫度升高在PM的可燃溫度之上，從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑13可被實現。
如果在預混合燃燒中濃混合氣運轉被執行(大量的EGR+高渦流)，則由於對由EGR所提供的工作氣體的比熱等，當與滯燃期較短的擴散燃燒中的濃混合氣狀況中的溫度相比時，產生的排氣溫度較低。換句話說，如果在擴散燃燒期間的濃混合氣狀況被實現，則與預燃燒中的濃混合氣狀態相比，較高排氣溫度可被實現。
由於DPF14恢復和從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑要求高排氣溫度(即＞600℃)，所以希望通過可實現較高排氣溫度的擴散燃燒中的濃混合氣狀況，增加DPF14的溫度。然而，如果在擴散燃燒期間濃混合氣峰值控制被執行，則有一種擔心，認為其加劇了燃燒噪聲。通過執行預噴射，該燃燒噪聲可被抑制。
因此，在步驟S19中，由於已確定是DPF14恢復或從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑13的時間，所以通過其可實現較高排氣溫度的擴散燃燒的濃混合氣運轉被執行，以增加DPF14的溫度在PM的可燃溫度之上。在該種情況下，預噴射也被執行。
然後，在步驟S20中，恢復溫度上升標誌reg1被設定到1，並且該流程被終止。
通過這樣，從下次開始，由於在步驟S8中reg1＝1被確定，所以程序進到下面的步驟S27。
在步驟S27中，當通過擴散燃燒中的濃混合氣狀態DPF14的溫度被升高時，在DPF14的排氣口的氧濃度即空/燃比(DPF排氣(outlet)λ)由氧濃度傳感器26檢測，並且進氣節氣門5被控制以使空/燃比變為理論配比。在該種情況下，如果DPF14在其上帶有三元催化劑，則通過控制、三元催化的功能可被實現以使DPF排氣(outlet)λ變為理論值。因此甚至在DPF14的溫度升高期間也能夠繼續淨化排氣。
在步驟S28中，有DPF14溫度傳感器25檢測的DPF14的溫度被讀出並且DPF14的溫度是否超過PM的可燃溫度T2被確定。
如果DPF14的溫度還沒有超過T2，則該流程立刻被終止並且DPF排氣λ控制下的擴散燃燒中的濃混合氣運轉被繼續。如果DPF14的溫度超過T2，則程序進到步驟S29。
在步驟S29中，由於DPF14的溫度已達到允許PM可燃的溫度T2，所以DPF排氣λ控制被終止。
在步驟S30中，在DPF的進氣口的排氣空/燃比(DPF進氣(inlet)λ)被啟動。也就是說，如圖10所示，參照使用發動機速度Ne和燃油噴射量Q作為發動機運轉狀況參數和確定目標DPF進氣λ以燃燒由此去除PM的圖，進氣節氣門15被控制以獲得目標DPF進氣λ，由此向DPF14提供預定量的氧氣並且燒盡聚積在DPF14的PM。由於DPF14的溫度已達到PM的可燃溫度，所以向DPF14提供氧氣使得聚積在DPF14的PM立刻全被燃燒。與此同時，由於通過控制DPF進氣λ可控制PM的燃燒速度，所以能夠防止DPF14的熔化和燃燒。
在步驟S31中，由於DPF14已不在恢復溫度上升條件內，所以該恢復溫度上升標誌reg1被設置為0。
在步驟S32中，由於DPF14符合恢復燃燒條件，所以恢復燃燒標誌reg2被設定為1並且該流程被終止。
通過這樣，從下次開始，由於在步驟S9中已確定reg2＝1，所以程序進到步驟S33(圖4)。
在步驟S33中，由DPF溫度傳感器25檢測的DPF14的溫度被讀出並且DPF14的溫度是否低於溫度T1(由於在DPF14的PM的燃燒已接近完成所以其不會引起不正常燃燒)被確定。
如果DPF14的溫度還沒有降到T1，則該流程立刻被終止，並且DPF進氣λ控制被繼續。這是因為由於非正常燃燒的可能性所以有必要繼續DPF進氣λ控制，以由此保持DPF進氣λ在預定值，直到DPF14的溫度低於溫度T1。
如果DPF14的溫度已降到T1之下，則程序進到步驟S34。
在步驟S34中，DPF進氣λ控制被終止。
在步驟S35中，由於DPF14已不在恢復燃燒條件內，所以恢復燃燒標誌reg2被設定為0並且該流程被終止。
在上述的步驟中，應當注意存儲在控制單元20中的程序的步驟S11對應於用於確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間的淨化時間確定部分。
還應當注意，存儲在控制單元20中的程序的步驟S12對應於用於確定NOx捕集型催化劑13的激活條件的激活條件確定部分。
還應當注意，存儲在控制單元20中的程序的步驟S13和S15構成用於控制淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx的排氣空/燃比的空/燃比控制部分，和構成用於轉換發動機1的燃燒模式的燃燒模式轉換部分。
還應當注意，存儲在控制單元20中的程序的步驟S18構成用於確定是否是執行DPF14的恢復的時間的恢復時間確定部分。
還應當注意，存儲在控制單元20中的程序步驟S17對應於用於確定是否是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑的時間的S-毒化確定恢復時間。
還應當注意，存儲在控制單元20中的程序步驟S19對應於用於控制從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑13的排氣空/燃比的空/燃比控制部分。
從上述的步驟中應當理解當NOx捕集型催化劑所捕集的NOx被淨化時和由於低排氣溫度所造成的催化劑13的活性較低時，在擴散燃燒模式下濃混合氣運轉被執行，由此使排氣溫度急劇地上升並且催化劑13被激活，因此能夠淨化聚積在催化劑13上的NOx，即從催化劑13釋放捕集的NOx。此外，在催化劑溫度較高的情況下和催化劑13被充分激活的條件下，在預混合燃燒模式下濃混合氣運轉被執行。這使得能夠防止燃油消耗的惡化和保護催化劑13被過分加熱，由此抑制催化劑13的惡化。
還應當理解在通過降低排氣溫度和使滯燃期延長所獲得的燃燒模式中，通過提高預混合燃燒程度能夠設定濃混合氣狀況，因此在不引起排煙的惡化的情況下能夠設定濃混合氣狀況。此外，由於沒有引起在預混合燃燒為濃混合氣時和預混合燃燒為稀混合氣時之間的任何燃燒的變化，所以能夠設定預混合燃燒的濃混合氣狀況，而抑制在從濃混合氣狀況轉換為稀混合氣狀況時，或從稀混合氣狀況轉換為濃混合氣狀況時所引起的燃燒噪聲的變化。
應當理解，為了恢復用於清除排氣中的PM(即用於燃燒和由此去除DPF14所清除和聚積的PM)的濾清器14，需要在低氧氣濃度條件下的高排氣溫度。因此，在擴散燃燒模式下的濃混合氣狀況下，DPF14的溫度被升高。這使得能夠在短時間內將DPF14的排氣溫度升高到目標值，並且將燃油消耗的惡化降到最小。
第2001-254517號日本專利申請的整個內容以參考方式被包含於此。
儘管以上參照本發明的某一實施例對本發明進行了描述，但本發明不限於上述的實施例。根據上述的教導，本領域的技術人員可對上述的實施例進行各種修改和變化。參照下面權利要求本發明的範圍被限定。
權利要求
1.一種用於內燃發動機的排氣淨化系統，包括NOx捕集型催化劑，設置在發動機的排氣管道中以當排氣的空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，和當排氣的空/燃比濃時釋放捕集的NOx；和控制單元，用於根據NOx捕集型催化劑的激活條件控制NOx捕集型催化劑；該控制單元包括淨化時間確定部分，用於確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；催化劑激活確定部分，用於確定NOx捕集型催化劑是否被激活；燃燒模式轉換部分，用於根據發動機的運行狀況在擴散模式和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；和空/燃比控制部分，用於控制空/燃比，以使當淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下排氣空/燃比變濃，和使NOx捕集型催化劑被激活；以及使當淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
2.根據權利要求1的排氣淨化系統，其中燃燒模式轉換部分包括燃燒溫度控制部分，用於根據發動機的運行狀況降低發動機的燃燒溫度；滯燃期控制部分，用於在燃燒溫度控制部分工作期間使滯燃期顯著變長，從而獲得由預混合模式和擴散燃燒模式中的一種模式所產生的熱產生模式，通過燃燒溫度控制部分和滯燃期控制部分獲得預混合燃燒模式。
3.根據權利要求1的排氣淨化系統，還包括設置在排氣管道中的濾清器，用於清除排氣中的微粒(PM)，該控制單元還包括恢復時間確定部分，用於確定是否是執行濾清器的恢復的時間，其中該控制單元還包括空/燃比控制部分，用於控制排氣空/燃比以使當是執行濾清器的恢復時在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃。
4.根據權利要求3的排氣淨化系統，其中該濾清器具有下列催化功能中的至少一種催化功能，即當置於稀空氣時呈現氧化能力和置於濃空氣時呈現還原能力的催化功能，和當置於稀空氣時吸收NOx和當置於濃空氣時還原而由此淨化吸收的NOx的催化功能。
5.根據權利要求1的排氣淨化系統，其中催化劑激活確定部分具有檢測部分，用於檢測NOx捕集型催化劑的溫度和根據NOx捕集型催化劑的溫度確定是否激活NOx捕集型催化劑。
6.根據權利要求1的排氣淨化系統，其中催化劑激活確定部分具有估算部分，用於估算NOx捕集型催化劑的溫度和確定是否激活NOx捕集型催化劑。
7.根據權利要求1的排氣淨化系統，其中當在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃時，空/燃比控制部分執行預噴射。
8.根據權利要求2的排氣淨化系統還包括發動機的進氣節氣門和EGR控制閥，當在預混合燃燒模式下排氣空/燃比變濃時，空/燃比控制部分通過進氣節氣門和EGR控制閥控制排氣空/燃比。
9.根據權利要求1的排氣淨化系統，其中控制單元還包括S-毒化恢復時間確定部分，用於確定是否是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑的時間；空/燃比控制部分用於控制排氣空/燃比以當是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑的時間，在擴散燃燒模式下使空/燃比變濃。
10.一種內燃機的排氣淨化系統，包括設置在排氣管道中的NOx捕集型催化劑，當排氣空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，當排氣空/燃比濃時釋放捕集的NOx；淨化時間確定裝置，用於確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；催化劑激活確定裝置，用於確定NOx捕集型催化劑是否被激活；燃燒模式轉換裝置，用於在擴散燃燒和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；用於控制的空/燃比控制裝置，以使當是淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑被激活；以及使當是淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
11.一種內燃機的排氣淨化方法，該內燃機具有設置在排氣管道中的NOx捕集型催化劑，以使當排氣空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，和使當排氣空/燃比濃時排出捕集的NOx，該排氣淨化方法包括確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；確定該NOx捕集型催化劑是否被激活；根據發動機的運行狀況在擴散燃燒模式和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；和控制排氣空/燃比，以使當是淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑被激活；以及使當是淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
12.根據權利要求11的排氣淨化方法，其中燃燒模式的轉換包括根據發動機的運行狀況降低發動機的燃燒溫度，和在燃燒溫度控制部分工作期間使滯燃期顯著變長，以獲得由預混合燃燒模式和擴散燃燒模式中的一種模式所產生的熱產生模式，通過降低燃燒溫度和使滯燃期變長獲得預混合燃燒。
13.根據權利要求11的排氣淨化方法，其中該發動機還包括設置在排氣管道中的濾清器以清除排氣中的微粒(PM)，其中該排氣淨化方法還包括確定是否是執行濾清器的恢復的時間，和控制排氣空/燃比，以使當是執行濾清器的恢復的時間在擴散燃燒模式排氣空/燃比變濃。
14.根據權利要求11的排氣淨化方法，其中確定NOx捕集型催化劑是否被激活包括檢測NOx捕集型催化劑的溫度和根據NOx捕集型催化劑的溫度確定NOx捕集型催化劑是否被激活。
15.根據權利要求11的排氣淨化方法，其中確定NOx捕集型催化劑是否被激活包括估算NOx捕集型催化劑的溫度和根據估算的NOx捕集型催化劑的溫度確定NOx捕集型催化劑是否被激活。
16.根據權利要求11的排氣淨化方法，其中排氣空/燃比的控制包括當在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃時執行預噴射。
17.根據權利要求12的排氣淨化方法，其中該發動機還包括進氣節氣門和EGR控制閥，其中排氣空/燃比的控制包括當在預混合燃燒模式下排氣空/燃比變濃時，通過進氣節氣門和EGR閥控制排氣空/燃比。
18.根據權利要求11的排氣淨化方法，其中還包括確定是否是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑的時間；和控制排氣空/燃比，以使當是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑時間時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃。
19.一種用於內燃發動機的排氣淨化系統包括NOx捕集型催化劑，設置在發動機的排氣管道中以當排氣的空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，和當排氣的空/燃比濃時釋放捕集的NOx；和控制單元，用於根據NOx捕集型催化劑的激活條件控制NOx捕集型催化劑；該控制單元包括淨化時間確定部分，用於確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；催化劑激活確定部分，用於確定NOx捕集型催化劑是否被激活；燃燒模式轉換部分，用於根據發動機的運行狀況在擴散模式和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；和空/燃比控制部分，用於控制空/燃比，以使當淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下排氣空/燃比變濃，和使NOx捕集型催化劑被激活；以及使當淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
20.根據權利要求19的排氣淨化系統，其中燃燒模式轉換部分包括燃燒溫度控制部分，用於根據發動機的運行狀況降低發動機的燃燒溫度；滯燃期控制部分，用於在燃燒溫度控制部分工作期間使滯燃期顯著變長，從而獲得由預混合模式和擴散燃燒模式中的一種模式所產生的熱產生模式，通過燃燒溫度控制部分和滯燃期控制部分可獲得預混合燃燒模式。
21.根據權利要求19或20的排氣淨化系統，還包括設置在排氣管道中的濾清器，用於清除排氣中的微粒(PM)，該控制單元還包括恢復時間確定部分，用於確定是否是執行濾清器的恢復的時間，其中該控制單元還包括空/燃比控制部分，用於控制排氣空/燃比以使當是執行濾清器的恢復時在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃。
22.根據權利要求21的排氣淨化系統，其中該濾清器具有下列催化功能中的至少一種催化功能，即當置於稀空氣時呈現氧化能力和置於濃空氣時呈現還原能力的催化功能，和當置於稀空氣時吸收NOx和當置於濃空氣時還原而由此淨化吸收的NOx的催化功能。
23.根據權利要求19-22中的任何一個的排氣淨化系統，其中激活條件確定部分具有檢測或估算部分，以檢測或估算NOx捕集型催化劑的溫度，和根據NOx捕集型催化劑的溫度確定催化劑是否被激活。
24.根據權利要求19-23中任何一個的排氣淨化系統，其中當在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃時，空/燃比控制部分執行預噴射。
25.根據權利要求20的排氣淨化系統還包括發動機的進氣節氣門和EGR控制閥，當在預混合燃燒模式下排氣空/燃比變濃時，空/燃比控制部分通過進氣節氣門和EGR控制閥控制排氣空/燃比。
26.根據權利要求19-25的任何一個的排氣淨化系統，其中控制單元還包括S-毒化恢復時間確定部分，用於確定是否是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑的時間；空/燃比控制部分用於控制排氣空/燃比以當是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑的時間，在擴散燃燒模式下使空/燃比變濃。
27.一種內燃機的排氣淨化系統，包括設置在排氣管道中的NOx捕集型催化劑，當排氣空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，當排氣空/燃比濃時釋放捕集的NOx；淨化時間確定裝置，用於確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；催化劑激活確定裝置，用於確定NOx捕集型催化劑是否被激活；燃燒模式轉換裝置，用於在擴散燃燒和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；用於控制的空/燃比控制裝置，以使當是淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑被激活；以及使當是淨化NOx捕集型催化劑所捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
28.一種內燃機的排氣淨化方法，該內燃機具有設置在排氣管道中的NOx捕集型催化劑，以使當排氣空/燃比稀時捕集進入排氣中的NOx，和使當排氣空/燃比濃時排出捕集的NOx，該排氣淨化方法包括確定是否是淨化由NOx捕集型催化劑所捕集的NOx的時間；確定NOx捕集型催化劑的激活狀況；根據發動機的運行狀況在擴散燃燒模式和預混合燃燒模式之間轉換發動機的燃燒模式；和控制排氣空燃比，以使當是淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑被激活；以及使當是淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃，和NOx捕集型催化劑不被激活。
29.根據權利要求28的排氣淨化方法，其中燃燒模式的轉換包括根據發動機的運行狀況降低發動機的燃燒溫度，和在燃燒溫度控制部分工作期間使滯燃期顯著變長，以獲得由預混合燃燒模式和擴散燃燒模式中的一種模式所產生的熱產生模式，通過降低燃燒溫度和使滯燃期變長獲得預混合燃燒。
30.根據權利要求28或29的排氣淨化方法，其中該發動機還包括設置在排氣管道中的濾清器以清除排氣中的微粒(PM)，其中該排氣淨化方法還包括確定是否是執行濾清器的恢復的時間，和控制排氣空/燃比，以使當是執行濾清器的恢復的時間在擴散燃燒模式排氣空/燃比變濃。
31.根據權利要求28-30的任何一個的排氣淨化方法，其中確定NOx捕集型催化劑是否被激活包括檢測或估算NOx捕集型催化劑的溫度和根據NOx捕集型催化劑的溫度確定NOx捕集型催化劑是否被激活。
32.根據權利要求28-31的任何一個的排氣淨化方法，其中排氣空/燃比的控制包括當在擴散燃燒模式下排氣空/燃比變濃時執行預噴射。
33.根據權利要求29的排氣淨化方法，其中該發動機還包括進氣節氣門和EGR控制閥，其中排氣空/燃比的控制包括當在預混合燃燒模式下排氣空/燃比變濃時，通過進氣節氣門和EGR閥控制排氣空/燃比。
34.根據權利要求28-33的任何一個的排氣淨化方法，其中還包括確定是否是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑的時間；和控制排氣空/燃比，以使當是執行從S-毒化恢復NOx捕集型催化劑時間時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃。
全文摘要
提供了一種用於內燃發動機(1)的排氣淨化系統，其包括NOx捕集型催化劑(13)和空/燃比控制器(20)，該空/燃比控制器(20)用於控制排氣淨化系統以使當是淨化NOx捕集型催化劑捕集的NOx時，在預混合燃燒模式下，排氣空/燃比變濃和NOx捕集型催化劑被激活(S13)，和使當是淨化NOx捕集型催化劑的捕集的NOx時，在擴散燃燒模式下，排氣空/燃比變濃和NOx捕集型催化劑不被激活(S15)。也提供一種排氣淨化方法。
文檔編號F01N13/02GK1498305SQ02802050
公開日2004年5月19日 申請日期2002年7月26日 優先權日2001年8月24日
發明者北原靖久 申請人:日產自動車株式會社