专利名称：废气净化系统的控制方法及废气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及废气净化系统的控制方法及废气净化系统，在NOx吸藏还原型催化剂 或柴油机微粒过滤器(DPF)等的再生时，在为了浓空燃比控制等而进行未燃燃料供给控制 时，降低白烟和黑烟的双方。
背景技术：
为了减少从车辆搭载的内燃机向大气中的NOx排出量，作为NOx降低催化剂使用 NOx吸藏还原型催化剂(LNT=Lean NOx Trap)。该NOx吸藏还原型催化剂为，在废气为稀空 燃比时吸藏NOx，在为浓空燃比时将吸藏的N0x放出，并且在还原气氛中将该放出的NOx进行 还原而降低NOx。为了将该NOx吸藏还原型催化剂所吸藏的NOx放出以及还原而进行再生，需要使 NOx吸藏还原型催化剂暴露在还原气氛中。因此，在柴油机中，通常运转时为稀状态，但为了 NOx吸藏还原型催化剂的再生，实施变更内燃机的运转状态而使废气暂时成为浓状态的浓 空燃比控制。并且，为了捕获废气中的PM(微粒状物质)，使用柴油机微粒过滤器(DPF)。在该 DPF中，在PM的捕获量增加的情况下，使DPF升温到PM的燃烧温度而燃烧去除PM。为了基 于该DPF升温的PM的燃烧去除，而进行废气升温控制。在该废气升温控制中实施浓空燃比 控制。在该浓空燃比控制的实施中，大多进行未燃燃料供给控制。在该未燃燃料供给控 制中，使用以下控制在气缸内的燃料喷射控制中在主喷射之后进行后喷射的后喷射控制； 以及从设置在排气管上的燃料(还原剂)喷射装置将燃料直接喷射到排气管内的排气管内 直接喷射控制。例如，在日本特开2007-170218号公报中，提出一种内燃机排气净化装置，在NOx 吸藏还原型催化剂的NOx还原控制中，具备增加在气缸内燃烧的燃料而使从内燃机排出的 废气的空燃比暂时成为浓侧的浓净化机构、以及向废气中喷射未燃燃料而向催化剂供给未 燃燃料的燃料添加机构，选择地使用浓净化机构和燃料添加机构，作为该燃料添加机构，使 用设置在催化剂的上游侧的燃料添加阀的排气管内直接喷射以及在主喷射后进行后喷射 的后喷射的某一种。但是，在后喷射的情况下，仅通过基于后喷射的燃料喷射量，无法使催化剂达到还 原气氛，因此在后喷射的同时进行大量的EGR(排气再循环)。当在高负载状态、发动机内的 燃烧温度较高时进行该大量的EGR时，存在主喷射的燃烧所需的氧的浓度下降，气缸内的 燃烧恶化而产生黑烟的问题。并且，在排气管内直接喷射的情况下，仅通过燃料喷射量就能够使催化剂到达还 原气氛，因此不进行大量EGR。但是，若在低负载状态、催化剂温度较低时进行，则催化剂未 活性化，因此燃料会直接通过催化剂(滑移)。因此，存在未燃烧的燃料直接被排出到大气 中，产生白烟的问题。
该白烟和黑烟的减少，在对于汽车的新的长期废气限制中，与PM的限制的强化一 起被重视，该白烟和黑烟的减少成为重要的课题。专利文献1 日本特开2007-170218号公报
发明内容
本发明鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种废气净化系统的控制方法及 废气净化系统，在恢复废气净化装置的净化能力的再生时进行的浓空燃比控制中，在向废 气中供给未燃燃料的未燃燃料供给控制时，能够减少黑烟和白烟的双方。用于实现上述目的的废气净化系统的控制方法是如下废气净化系统的控制方法， 该废气净化系统具备废气净化装置，该废气净化装置在内燃机的废气为稀空燃比状态时净 化废气，在废气为浓空燃比状态时再生净化能力，并且该废气净化系统为，在用于使废气成 为浓空燃比状态的未燃燃料供给控制中，进行在气缸内喷射中进行后喷射的后喷射以及将 燃料直接喷射到排气管内的排气管内直接喷射的双方。在该废气净化系统的控制方法中，在内燃机的运转状态为低负载时，使用后喷射 而不使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制，在中负载时使用后喷射和排气管内 直接喷射双方来进行未燃燃料供给控制，在高负载时不使用后喷射而使用排气管内直接喷 射来进行未燃燃料供给控制。与此同时，在中负载时的未燃燃料供给控制中，用吸入空气量除根据内燃机的运 转状态计算出的目标空燃比，从进行了该除法运算而得到的值中减去内燃机的运转状态所 要求的燃料流量，而计算为了使废气成为浓空燃比状态而增加的未燃燃料的目标添加量， 根据内燃机的运转状态计算后喷射量与排气管内直接喷射量的比率即添加量比率，将该添 加量比率与上述目标添加量相乘而计算后喷射量，从上述目标添加量中减去上述后喷射量 而计算排气管内直接喷射量，按照所计算的上述后喷射量和上述排气管内直接喷射量来进 行未燃燃料供给。所谓后喷射是指如下的喷射控制将未燃燃料添加以及供给到排气管内，燃料虽 然被喷射到气缸内但不使其在气缸内燃烧而保持未燃的状态流出到排气管中；其与所喷射 的燃料在气缸内燃料而有助于从气缸排出的废气的温度上升的多次喷射(多级延迟喷射) 不同。并且，与排气管内直接喷射的不同点为排气管内燃料喷射不通过高温的气缸内，后 喷射通过气缸内。该后喷射为，在气缸内被喷射到比排气管喷射高的温度的气氛中，因此燃料以某 种程度分解并作为HC气体供给至催化剂等，因此即使在催化剂为低温时也成为容易燃烧 的状态，在低负载等的排气温度较低的情况下，在催化剂反应上后喷射比排气管内直接喷 射有利。另一方面，在高负载时，由于气缸内温度较高，后喷射的燃料会超过HC气体生成 而促进氧化燃烧反应，但当此时由于EGR等而气缸内的氧浓度较低时，发生不完全燃烧而 产生黑烟。并且，作为本发明的废气净化装置的具体例子，存在载持了 NOxK藏还原型催化 剂的催化剂装置、或者柴油机微粒过滤器或载持了催化剂的柴油机微粒过滤器等过滤器装置。
根据该控制方法，在低负载时不使用排气管内直接喷射，因此能够避免产生白烟， 同时能够进行某种程度的燃料的HC气体化即分解而能够促进催化剂反应。另一方面，在高 负载时不使用后喷射，因此能够避免由气缸内的不完全燃料导致的黑烟的产生。并且，在中 负载时，根据基于内燃机的运转状态而计算出的添加量比率，求出后喷射量和排气管内直 接喷射量。因此，能够在抑制黑烟和白烟双方的产生的同时进行未燃燃料供给。在上述废气净化系统的控制方法中，基于在同时进行了 EGR控制和后喷射控制的 情况下不产生黑烟的极限，来设定上述添加量比率。根据该方法，通过后喷射供给至催化剂的未燃燃料为，燃料以某种程度分解而成 为容易反应的HC气体，因此在催化剂上迅速反应。另一方面，通过排气管内喷射供给至催 化剂的未燃燃料为，由于在催化剂上分解之后进行反应，因此需要更高温度的气氛，并且催 化剂反应也变慢。在该方法中，使后喷射比排气管内直接喷射优先，因此能够在避免产生黑 烟的同时高效地使未燃燃料进行催化剂反应。在上述废气净化系统的控制方法中，上述废气净化装置构成为，具有NOx吸藏还原 型催化剂装置及其上游侧的氧化催化剂装置，在标识上述NOx吸藏还原型催化剂装置的催 化剂温度的第一温度为规定的第一温度阈值以下的情况下，禁止后喷射，在上述第一温度 为规定的第二温度阈值以下、且标识上述氧化催化剂装置的催化剂温度的第二温度为规定 的第三温度阈值以下的情况下，禁止上述排气管内直接喷射，并且将上述规定的第一温度 阈值设为通过后喷射所喷射的未燃燃料在NOx吸藏还原型催化剂中反应的温度，将上述规 定的第二温度阈值设为通过排气管内直接喷射所喷射的未燃燃料在NOx吸藏催化剂中反应 的温度，将上述规定的第三温度阈值设为通过排气管内直接喷射所喷射的未燃燃料在氧化 催化剂中反应的温度。所谓标识该催化剂温度是指，为了推测该催化剂温度而使用的温度， 能够使用流入催化剂的废气温度或流出催化剂的废气温度等。根据该方法，在后喷射时和排气管内直接喷射时，都能够防止所喷射的未燃燃料 以未反应的状态流出到NOx吸藏还原型催化剂的下游侧。并且，用于实现上述目的的废气净化系统为，具备废气净化装置，该废气净化装置 在内燃机的废气为稀空燃比状态时净化废气，在废气为浓空燃比状态时再生净化能力，并 且该废气净化系统具备控制装置，该控制装置在用于使废气成为浓空燃比状态的未燃燃料 供给控制中，进行在气缸内喷射中进行后喷射的后喷射以及将燃料直接喷射到排气管内的 排气管内直接喷射的双方。在该废气净化系统中，上述控制装置构成为，在内燃机的运转状态为低负载时，使 用后喷射而不使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制，在中负载时使用后喷射和 排气管内直接喷射双方来进行未燃燃料供给控制，在高负载时不使用后喷射而使用排气管 内直接喷射来进行未燃燃料供给控制。与此同时，上述控制装置构成为，在中负载时的未燃燃料供给控制中，进行如下控 制用吸入空气量除根据内燃机的运转状态计算出的目标空燃比，从进行了该除法运算而 得到的值中减去内燃机的运转状态所要求的燃料流量，而计算为了使废气成为浓空燃比状 态而增加的未燃燃料的目标添加量，根据内燃机的运转状态计算后喷射量与排气管内直接 喷射量的比率即添加量比率，将该添加量比率与上述目标添加量相乘而计算后喷射量，从 上述目标添加量中减去上述后喷射量而计算排气管内直接喷射量，按照所计算的上述后喷
6射量和上述排气管内直接喷射量来进行未燃燃料供给。并且，在上述废气净化系统中，上述控制装置构成为基于在同时进行了 EGR控制 和后喷射控制的情况下不产生黑烟的极限，来设定上述添加量比率。并且，在上述废气净化系统中，上述废气净化装置构成为，具有NOx吸藏还原型催 化剂装置及其上游侧的氧化催化剂装置，上述控制装置构成为在标识上述NOx吸藏还原型 催化剂装置的催化剂温度的第一温度为规定的第一温度阈值以下的情况下，禁止后喷射， 在上述第一温度为规定的第二温度阈值以下、且标识上述氧化催化剂装置的催化剂温度的 第二温度为规定的第三温度阈值以下的情况下，禁止上述排气管内直接喷射，并且将上述 规定的第一温度阈值设为通过后喷射所喷射的未燃燃料在NOx吸藏还原型催化剂中反应的 温度，将上述规定的第二温度阈值设为通过排气管内直接喷射所喷射的未燃燃料在NOx吸 藏催化剂中反应的温度，将上述规定的第三温度阈值设为通过排气管内直接喷射所喷射的 未燃燃料在氧化催化剂中反应的温度。根据这些废气净化系统，能够实施上述废气净化系统的控制方法，并能够发挥同 样的效果。发明的效果为根据本发明的废气净化系统的控制方法及废气净化系统，在恢复废气净化装置的 净化能力的再生时进行的浓空燃比控制中，在向废气中供给未燃燃料的未燃燃料供给控制 时，分开使用后喷射控制和排气管内直接喷射控制，由此能够防止气缸内的燃烧状态恶化 而在将气缸内燃烧维持为良好状态的同时向废气中供给未燃燃料。因此，能够减少黑烟和 白烟的双方，并且能够抑制PM的产生量增加。
图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统的结构的图。图2是表示本发明的实施方式的废气净化系统的控制方法的未燃燃料供给控制 的控制流程图。图3是表示燃料流量增加时的后喷射量与排气管内直接喷射量的关系的图。图4是示意地表示燃料流量增加时仅通过后喷射进行了对应时的黑烟的产生的 图。图5是示意地表示燃料流量增加时仅通过排气管内直接喷射进行了对应时的白 烟的产生的图。符号的说明1废气净化系统10柴油机(内燃机)11排气通路12废气净化装置12a氧化催化剂装置12b NOx吸藏还原型催化剂装置12c过滤器装置13排气管内燃料喷射阀
14吸气通路16MAF传感器(吸入空气量传感器)22EGR 阀23第一废气温度传感器24第二废气温度传感器25N0X/空气过剩率传感器30 控制装置(ECM)
具体实施例方式以下，参照
本发明实施方式的废气净化系统的控制方法及废气净化系 统。另外，在此，引用从上游侧依次具备氧化催化剂装置、NOxK藏还原型催化剂装置和过滤 器装置的废气净化系统进行说明。但是，本发明不限于此，能够适用于如下的废气净化系统，该废气净化系统具备废 气净化装置，该废气净化装置在内燃机的废气为稀空燃比状态时净化废气，在废气为浓空 燃比状态时再生净化能力；并且该废气净化系统具备控制装置，该控制装置通过用于使废 气成为浓空燃比状态的未燃燃料供给控制，进行在气缸内喷射中进行后喷射的后喷射和向 排气管内直接喷射燃料的排气管内直接喷射的双方。图1表示本发明实施方式的废气净化系统1的结构。该废气净化系统1构成为 在柴油机(内燃机)10的排气通路11上，设置有从上游侧依次配置了氧化催化剂装置12a、 NOxK藏还原型催化剂装置12b、过滤器装置12c的废气净化装置12。在该废气净化装置12 的上游侧设置排气管内燃料喷射阀13。并且，在排气通路11的更上游侧配置有涡轮增压器 17的涡轮17b。氧化催化剂装置12a为，在多孔质陶瓷的蜂窝结构等的载持体上载持白金等的氧 化催化剂而形成。并且，NOxK藏还原型催化剂装置12b构成为由整体催化剂形成，在堇青 石蜂窝等载持体上设置氧化铝、氧化钛等催化剂涂层，并在该催化剂涂层上载持白金(Pt)、 钯(Pd)、铑(Rh)等催化剂金属、以及钡(Ba)、钾⑷等NOx吸藏材料(NOx吸藏物质)。NOx吸藏还原型催化剂装置12b为，在氧浓度较高的废气的状态、即稀空燃比状态 时，通过NOx吸藏材料吸藏废气中的N0X，由此净化废气中的N0X。并且，在氧浓度较低或为 零的废气的状态、即浓空燃比状态或理论空燃比状态时，将吸藏的NOx放出，并且通过催化 剂金属的催化剂作用对该放出的NOx进行还原。由此，防止NOx向大气中流出。过滤器装置12c由将多孔质陶瓷的蜂窝的通道(废气的通路)的入口和出口交替 地封闭的整体蜂窝壁流式的过滤器等形成。根据需要，在该过滤器的部分上载持白金或氧 化铈等催化剂。废气中的PM(微粒子状物质)由该过滤器装置12c的多孔质陶瓷的壁捕 获。在该过滤器装置12c中，为了防止PM的捕获量增加而压力损失增加，进行排气升温控 制。在该排气升温控制中，在PM的捕获量超过了规定捕获量的情况或过滤器装置12c的前 后差压超过了规定差压量的情况下，使废气温度上升，而将过滤器装置升温到PM的燃料温 度以上。在该排气升温控制中，进行包括未燃燃料供给控制的浓空燃比控制。并且，在吸气通路14上设置有空气滤清器15、MAF传感器(吸入空气量传感 器)16、涡轮增压器17的压缩机17a、中间冷却器18、吸气节流阀19。并且，EGR通路20将吸气总管14a和排气总管Ila连接地设置。在该EGR通路20上设置有EGR冷却器21和 EGR 阀 22。并且，为了该废气净化系统1的控制，进一步在氧化催化剂装置12a与NOx吸藏还 原型催化剂装置12b之间设置有第一废气温度传感器23，并在氧化催化剂装置12a的上游 侧设置有第二废气温度传感器24。并且，在过滤器装置12c的下游侧设置有NOx/空气过剩 率传感器25。设置有控制装置(ECM 发动机控制模块)30，对其输入这些传感器23、24、25的计 测值、和表示柴油机10的运转状况的发动机转速Ne、燃料流量(或负载)Q、冷却水温度、吸 入空气量Va等，而控制发动机10、涡轮增压器17和排气管内燃料喷射阀13等。该控制装置30进行发动机10的整体控制，并且进行用于NOx吸藏还原型催化剂 装置12b的NOx净化能力的恢复的再生控制(以下称为NOx再生控制)、用于从硫中毒恢复 的除硫控制、以及用于将过滤器装置12c的PM燃烧除去的再生控制(以下称为PM再生控 制)。通过从该控制装置30输出的控制信号，控制发动机的燃料喷射控制以及涡轮增压器 17、吸气节流阀19、EGR阀22、排气管内燃料喷射阀13等。下面，说明上述废气净化系统1中的控制方法。在该控制方法中，在通过控制装置 30进行用于对由NOx吸藏还原型催化剂装置12b的NOx吸藏能力产生的NOx净化能力进行 恢复的NOx再生控制、用于对由硫中毒引起的NOx净化能力进行恢复的除硫控制、以及通过 燃烧去除过滤器装置12c所捕获的PM而实现PM净化能力的恢复的PM再生控制等时，进行 如下那样的未燃燃料供给控制。并且，在本发明中，未燃燃料供给控制按照图2所示的控制流程来进行。该图2的 控制流程所表示的控制流程，是在上级的控制流程中判断为需要浓空燃比控制并且需要未 燃燃料供给控制时所调用的控制流程。在判断为需要该控制的期间反复进行如下内容调 用并执行该控制流程而返回上级流程。当该图2的控制流程开始时，在最初的步骤Sll的目标空燃比(或目标空气过 剩率)的计算中，根据发动机转速Ne和燃料流量Q、参照第一映射数据来计算目标空燃比 At(或目标空气过剩率At)。该燃料流量Q在通常运转的情况下是为了产生发动机10被 要求的输出所需的燃料量。该目标空燃比At(或目标空气过剩率At)是在此次的未燃燃料供给控制中需要 的空燃比(或空气过剩率)，在通常的浓空燃比控制中，按照换算为空气过剩率λ的值、大 概为0. 85 0. 95左右。该第一映射数据是以发动机转速Ne和燃料流量Q为基础来表示 目标的空燃比(或空气过剩率)的数据，是基于台架试验等的结果而预先设定的数据。接着，在步骤S12的目标添加量的计算中，根据吸入空气量Va、燃料流量Q、理论空 燃比Ar，计算为了成为浓气氛所需要的目标添加量Qr、即后喷射量Qp和排气管内直接喷射 量Qe之和Qr。吸入空气量Va使用由MAF传感器16测定的值。在该计算中，使用目标空燃 比At=吸入空气量/总燃料量=吸入空气量Va/(目标添加量Qr+燃料流量Q)的关系。由 此，目标添加量Qr =吸入空气量Va/目标空燃比At-燃料流量Q。S卩，目标添加量Qr成为 从吸入空气量Va除以目标空燃比At的(商)(Va/At)中减去燃料流量Q的值(差)(Va/ At-Q)。并且，在使用目标空气过剩率λ t的情况下，进一步使用目标空气过剩率= g标空燃比At/理论空燃比Ar的关系。即，由于目标空燃比At =目标空气过剩率λ Χ理 论空燃比Ar，因此目标添加量Qr =(吸入空气量Va/(目标空气过剩率AtX理论空燃比 Ar))-燃料流量Q= (Va/UtXAr)-Q)。换言之，目标添加量Qr作为如下的值而求出用 目标空气过剩率λ t与理论空燃比Ar相乘的值(积)(AtXAr)来除吸入空气量Va，并从 进行了该除法运算而得到的值(商)Va/UtXAr)中减去由发动机10的运转状态要求的 燃料流量Q而得到的值(差)。该理论空燃比Ar在柴油机中为14. 8左右。接着，在步骤S13的添加量比率的计算中，计算后喷射量Qp与目标喷射量Qr (= Qp+Qe)之比(Qp/Qr)即添加量比率Rp。该添加量比率Rp的计算，是根据发动机转速Ne和 燃料流量(或负载)Q、参照第二映射数据来计算添加量比率Rp。该第二映射数据是以发动 机转速Ne和燃料流量Q为基础来表示添加量比率Rp的数据，是基于台架试验等的结果而 预先设定的数据。关于该第二映射数据的添加量比率Rp，在发动机10的运转状态为低负载时设为 Rp = 1. 0，以便使用后喷射而不使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制；在中负 载时设为1. 0 > Rp > 0. 0，以便使用后喷射和排气管内直接喷射的双方来进行未燃燃料供 给控制；在高负载时设为Rp = 0. 0，以便不使用后喷射而使用排气管内直接喷射来进行未 燃燃料供给控制。并且，根据在同时进行了 EGR控制和后喷射控制的情况下不产生黑烟的极限，来 设定该中负载的添加量比率Rp。通过试验确认该黑烟产生的极限，根据这些数据制作表示 后喷射量Qp与排气管内直接喷射量Qe的添加量比率Rp的第二映射数据。该第二映射数 据是以发动机转速Ne和燃料流量Q为基础的3维映射。并且，该添加量比率Rp为，在规定的发动机运转状态下，基于通过EGR和后喷射而 不产生黑烟的极限，该产生黑烟的状态由气缸内的燃烧温度决定，但难以进行燃烧温度的 检测，因此也可以构成为代替该燃烧温度而使用EGR率、废气温度和EGR气体温度，根据 EGR率和废气温度来计算添加量比率Rp。例如，在EGR率为50% 60%以上、EGR温度为 200°C 250°C以下等的范围中，能够在抑制黑烟的产生的同时进行EGR和后喷射。据此，在后喷射中供给至催化剂的未燃燃料，由于燃料以某种程度分解而成为容 易反应的HC气体，因此在催化剂上迅速地进行反应。另一方面，在排气管内喷射中供给至 催化剂的未燃燃料，由于在催化剂上分解之后进行反应，所以需要更高温度的气氛，并且催 化剂反应也变慢。在该方法中，使后喷射比排气管内直接喷射优先，所以能够在避免黑烟产 生的同时高效地使未燃燃料进行催化剂反应。在之后的步骤S14的后喷射量的计算中，计算后喷射量Qp。该后喷射量Qp通过 目标添加量QrX添加量比率Rp = QrXRp来计算。即，作为目标添加量Q乘以添加量比率 Rp的值(积)来计算。在之后的步骤S15的排气管内直接喷射量的计算中，计算排气管内直接喷射量 Qe。该排气管内直接喷射量Qe通过目标添加量Qr-后喷射量Qp = Qr-Qp来计算。S卩，作 为从目标添加量Qr中减去后喷射量Qp的值(差)来计算。在之后的步骤S16和S17的基于废气温度的可否进行后喷射和排气管内直接喷射 的判断中，根据第一废气温度Tl和第二废气温度T2，进行禁止后喷射的判断和禁止排气管 内直接喷射的判断。该第一废气温度Tl是标识NOx吸藏还原型催化剂装置12b的催化剂
10温度的温度，是由第一废气温度传感器23检测的温度。并且，第二废气温度T2是标识氧化 催化剂装置12a的催化剂温度的温度，是由第二废气温度传感器24检测的温度。关于该禁止后喷射的判断和禁止排气管内直接喷射的判断为，在步骤S16的可否 进行后喷射的判断中，判断是否禁止基于后喷射的燃料添加。关于后喷射，在由第一废气温 度传感器23检测的第一废气温度Tl比规定的第一温度阈值Tla高的情况(是)下，判断 为可以进行后喷射，并前进至步骤S16。并且，在第一废气温度Tl为规定的第一温度阈值 Tla以下的情况(否)下，判断为不可以进行后喷射，并前进至返回。在之后的步骤S17的能否进行排气管内直接喷射的判断中，判断是否禁止基于排 气管内直接喷射的燃料添加。关于排气管内直接喷射，在第一废气温度Tl比规定的第二温 度阈值Tlb高、且由第二废气温度传感器24检测的第二废气温度T2比规定的第三温度阈 值T3a高的情况(是)下，判断为可以进行排气管内直接喷射，并前进至步骤S18。并且，在 第一废气温度Tl为规定的第二温度阈值Tlb以下、或者第二废气温度T2为规定的第三温 度阈值T2a以下的情况(否)下，判断为不可以进行排气管内直接喷射，并前进至返回。该规定的第一温度阈值Tla和规定的第二温度阈值Tlb是NOx吸藏还原型催化剂 装置12b的催化剂活性化的温度，规定的第三温度阈值T2a是氧化催化剂装置12a的催化 剂活性化的温度。当为这些温度阈值Tla、Tlb、T2a以下时，未燃燃料保持不发生催化剂反 应的状态而向下游侧流出，成为白烟。这些规定的第一温度阈值Tla和规定的第二温度阈值T2a表示相同NOx吸藏还原 型催化剂装置12b中的白烟极限值。前者是基于未然燃料更容易被分解的后喷射的未然燃 料开始催化剂反应的温度，后者是基于排气管内直接喷射的未燃燃料开始催化剂反应的温 度。另外，这两者之差较小，因此也可以为了控制方便而设为相同值。并且，规定的第三温 度阈值T2a表示排气管内直接喷射中的氧化催化剂装置12a的白烟极限值。这些温度阈值Tla、Tib、T2a通过以发动机转速Ne、燃料流量(或负载)Q为基础 的三维的第三、第四及第五映射数据来计算。并且，这些阈值Tla、Tlb、T2a的值为200°C 250 °C左右。通过该步骤S16和步骤S17的未燃燃料供给的禁止，在急加速时等催化剂温度仍 较低的状态、即即使为高负载而催化剂温度为低温的情况下，不进行未燃燃料供给，因此能 够防止白烟的产生。在之后的步骤S18中，按照后喷射量Qp和排气管内直接喷射量Qe，通过后喷射量 和排气管内直接喷射的某一方或双方，在规定时间(与一系列的控制的间隔相关的时间) 的期间进行未燃燃料供给。之后返回。该返回之后，在再生控制等中，如果需要该图2的未燃燃料供给控制的状态持续， 则再次从上级的控制流程调用，反复执行步骤Sll 步骤S16或步骤S17或步骤S18。并 且，由于发动机10的运转状态的变化或浓空燃比控制的进展，在从需要未燃燃料供给控制 的状况变化为不需要的状况的情况下，根据其变化，虽未图示、但在图2的控制流程的过程 中发生中断，在根据需要进行了结束操作之后返回，而该图2的控制流程结束。之后，在产 生新的需要之前，不调用图2的控制流程。根据该控制方法，能够在发动机(内燃机)10的运转状态为低负载时使用后喷射 而不使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制，在中负载时使用后喷射和排气管内直接喷射的双方来进行未燃燃料供给控制，在高负载时不使用后喷射而使用排气管内直接 喷射来进行未燃燃料供给控制。与此同时，在中负载时的未燃燃料供给控制中，使吸入空气量Va除以根据发动机 10的运转状态而计算的目标空燃比At，从进行了该除法运算而得到的值中减去由发动机 10的运转状态要求的燃料流量Q，而计算为了使废气成为浓空燃比状态而增加的未燃燃料 的目标添加量Qr，根据发动机10的运转状态计算后喷射量Qp与排气管内直接喷射量Qe的 比率即添加量比率Rp，将该添加量比率Rp与目标添加量Qr相乘而计算后喷射量Qp，从目 标添加量Qr中减去后喷射量Qp而计算排气管内直接喷射量Qe，并能够按照计算出的后喷 射量Qp和排气管内直接喷射量Qe来进行未燃燃料供给。S卩，在低负载时通过难以产生白烟的后喷射来进行未燃燃料供给，在高负载时通 过难以产生黑烟的排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给。并且，在切换后喷射与排气管 内直接喷射的中负载区域中，同时使用双方，并具有倾斜(斜坡)地逐渐切换。由此，能够 抑制白烟和黑烟双方的产生。对于该中负载时的并用后喷射与排气管内直接喷射的效果，参照图3 图5进行 说明。图3表示并用上述后喷射和排气管内直接喷射的情况，图4表示仅通过后喷射而不进 行排气管内直接喷射的情况。图5表示仅通过排气管内直接喷射而不进行后喷射的情况。 在各个图中，横轴都是与发动机10的转矩产生量(负载)相关的燃料流量Q，纵轴在图3中 为“后喷射量Qp/目标添加量Qr”和“排气管内直接喷射量Qe/目标添加量Qr”、在图4中 为“Qp/Qr”和“黑烟产生量”、在图5中为“Qe/Qr”和“白烟产生量”。在图3中，在燃料流量Q增加时，最初仅通过后喷射量Qp来对应，如果达到了黑烟 的产生极限，则在此之后减少后喷射量Qp的比例，增加排气管内直接喷射量Qe，如果超过 了黑烟的产生极限Qtl，则在此之后仅通过排气管内直接喷射量Qe来对应。在该情况下，在 进行双方喷射的“Qp+Qe”的范围内，多少会看到白烟和黑烟的产生。另外，在图3中，该白 烟和黑铅的产生量未图示。另一方面，如图4所示，在仅通过后喷射量Qp来对应的情况下，当燃料流量Q增加 时，在黑烟的产生极限Qtl之后会看到黑烟的产生。并且，如图5所示，在仅通过排气管内 直接喷射来对应的情况下，当燃料流量Q减少时，废气的温度较低而产生白烟，因此在白烟 的产生极限Qt2之前会看到白烟的产生。因此，根据上述废气净化系统的控制方法及废气净化系统1，在对废气净化装置 12的净化能力进行恢复的再生时进行的浓空燃比控制中，在向废气中供给未燃燃料的未燃 燃料供给控制时，分开使用后喷射控制和排气管内直接喷射控制。由此，能够在防止气缸内 的燃烧状态恶化而将气缸内燃烧维持为良好的状态的同时向废气中供给未燃燃料。因此， 能够减少黑烟和白烟双方，并且能够抑制PM的产生量增加。并且，根据实际的吸入空气量和实际的燃料量来求出后喷射量和排气管内直接喷 射量，因此仅在确认NOx吸藏还原型催化剂等的还原量等的同时变更目标空燃比At即可。 因此，容易进行后喷射量Qp和排气管内直接喷射量Qe的最佳化。关于后喷射量Qp和排气 管内直接喷射量Qe，当变更添加量比率Rp和目标空燃比At时，由黑烟、白烟、发动机输出的 变化引起的驾驶性(驾乘舒适度)的三个参数的比例变化。但是，目标空燃比At的变化不 对这三个参数以外的参数造成影响，因此不发生添加量Qr变少而NOx无法还原的情况等。
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工业可利用性具有上述优良效果的本发明的废气净化系统的控制方法及废气净化系统，对于在 车辆搭载的内燃机等中设置的NOxK藏还原型催化剂或柴油微粒过滤器(DPF)等废气净化 系统，能够极为有效地进行利用。
权利要求
一种废气净化系统的控制方法，该废气净化系统具备废气净化装置，该废气净化装置在内燃机的废气为稀空燃比状态时净化废气，在废气为浓空燃比状态时再生净化能力；并且该废气净化系统为，在用于使废气成为浓空燃比状态的未燃燃料供给控制中，进行在气缸内喷射中进行后喷射的后喷射以及将燃料直接喷射到排气管内的排气管内直接喷射的双方；该废气净化系统的控制方法的特征在于，在内燃机的运转状态为低负载时，使用后喷射而不使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制，在中负载时使用后喷射和排气管内直接喷射双方来进行未燃燃料供给控制，在高负载时不使用后喷射而使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制；并且，在中负载时的未燃燃料供给控制中，用吸入空气量除根据内燃机的运转状态计算出的目标空燃比，并从进行了该除法运算而得到的值中减去由内燃机的运转状态要求的燃料流量，而计算为了使废气成为浓空燃比状态而增加的未燃燃料的目标添加量，根据内燃机的运转状态计算后喷射量与排气管内直接喷射量的比率即添加量比率，将该添加量比率与上述目标添加量相乘而计算后喷射量，从上述目标添加量中减去上述后喷射量而计算排气管内直接喷射量，按照所计算的上述后喷射量和上述排气管内直接喷射量来进行未燃燃料供给。
2.如权利要求1记载的废气净化系统的控制方法，其特征在于，基于在同时进行了 EGR控制和后喷射控制的情况下不产生黑烟的极限，来设定上述添 加量比率。
3.如权利要求1或2记载的废气净化系统的控制方法，其特征在于，上述废气净化装置构成为，具有NOx吸藏还原型催化剂装置及其上游侧的氧化催化剂装置；在标识上述NOx吸藏还原型催化剂装置的催化剂温度的第一温度为规定的第一温度阈 值以下的情况下，禁止后喷射，在上述第一温度为规定的第二温度阈值以下、且标识上述氧 化催化剂装置的催化剂温度的第二温度为规定的第三温度阈值以下的情况下，禁止上述排 气管内直接喷射；并且，将上述规定的第一温度阈值设为通过后喷射所喷射的未燃燃料在NOxK藏还原 型催化剂中反应的温度，将上述规定的第二温度阈值设为通过排气管内直接喷射所喷射的 未燃燃料在NOx吸藏催化剂中反应的温度，将上述规定的第三温度阈值设为通过排气管内 直接喷射所喷射的未燃燃料在氧化催化剂中反应的温度。
4.一种废气净化系统，具备废气净化装置，该废气净化装置在内燃机的废气为稀空燃 比状态时净化废气，在废气为浓空燃比状态时再生净化能力；并且该废气净化系统具备控 制装置，该控制装置在用于使废气成为浓空燃比状态的未燃燃料供给控制中，进行在气缸 内喷射中进行后喷射的后喷射以及将燃料直接喷射到排气管内的排气管内直接喷射的双 方；该废气净化系统的特征在于，上述控制装置为，在内燃机的运转状态为低负载时，使用后喷射而不使用排气管内直接喷射来进行未 燃燃料供给控制，在中负载时使用后喷射和排气管内直接喷射双方来进行未燃燃料供给控 制，在高负载时不使用后喷射而使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制；并且，在中负载时的未燃燃料供给控制中，进行如下控制用吸入空气量除根据内燃机的运转状态计算出的目标空燃比，从进行了该除法运算而 得到的值中减去由内燃机的运转状态要求的燃料流量，而计算为了使废气成为浓空燃比状 态而增加的未燃燃料的目标添加量；根据内燃机的运转状态计算后喷射量与排气管内直接喷射量的比率即添加量比率，将 该添加量比率与上述目标添加量相乘而计算后喷射量；从上述目标添加量中减去上述后喷射量而计算排气管内直接喷射量； 按照所计算的上述后喷射量和上述排气管内直接喷射量来进行未燃燃料供给。
5.如权利要求4记载的废气净化系统，其特征在于，上述控制装置，基于在同时进行了 EGR控制和后喷射控制的情况下不产生黑烟的极 限，来设定上述添加量比率。
6.如权利要求4或5记载的废气净化系统，其特征在于，上述废气净化装置构成为具有NOx吸藏还原型催化剂装置及其上游侧的氧化催化剂装置；上述控制装置为，在标识上述NOx吸藏还原型催化剂装置的催化剂温度的第一温度为规定的第一温度阈 值以下的情况下，禁止后喷射，在上述第一温度为规定的第二温度阈值以下、且标识上述氧 化催化剂装置的催化剂温度的第二温度为规定的第三温度阈值以下的情况下，禁止上述排 气管内直接喷射；并且，将上述规定的第一温度阈值设为通过后喷射所喷射的未燃燃料在NOx吸藏还原 型催化剂中反应的温度，将上述规定的第二温度阈值设为通过排气管内直接喷射所喷射的 未燃燃料在NOx吸藏催化剂中反应的温度，将上述规定的第三温度阈值设为通过排气管内 直接喷射所喷射的未燃燃料在氧化催化剂中反应的温度。
全文摘要
一种废气净化系统的控制方法及废气净化系统，其构成为在内燃机(10)的运转状态为低负载时，使用后喷射而不使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制，在中负载时使用后喷射和排气管内直接喷射双方来进行未燃燃料供给控制，在高负载时不使用后喷射而使用排气管内直接喷射来进行未燃燃料供给控制。由此，在对废气净化装置的净化能力进行恢复的再生时进行的浓空燃比控制中，在向废气中供给未燃燃料的未燃燃料供给控制时，能够减少黑烟和白烟的双方。
文档编号F02D21/08GK101946077SQ200880126788
公开日2011年1月12日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年2月27日
发明者中田辉男, 游座裕之, 长冈大治 申请人:五十铃自动车株式会社