專利名稱：內燃機的排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機的排氣凈化裝置，具體而言，涉及與理論空燃比相比以稀空燃比進行運轉的稀燃發(fā)動機的排氣凈化裝置。
背景技術：
已知一種NOx吸附還原催化劑，在流入的排氣空燃比稀時，通過吸收或吸著而吸附排氣中的氮氧化物(NOx)，當排氣空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，利用排氣中的CO等還原成分、HC成分等還原凈化吸附的NOx。以這種NOx吸附還原催化劑作為排氣凈化催化劑使用時，有必要進行如下濃點火操作每當稀空燃比運轉中NOx吸附還原催化劑吸附的NOx量增大時，將運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比，進行濃空燃比運轉，向NOx吸附還原催化劑提供濃空燃比的排氣，從而還原凈化催化劑吸附的NOx。
但是，在上述濃點火操作中，伴隨著短時間地增大對內燃機的燃料供給量而使運轉空燃比由稀空燃比轉換為濃空燃比的操作，因此當進行必要以上的長時間或頻繁的濃點火操作時，會產生內燃機的燃料消耗量增大、沒有用于還原凈化NOx的剩余HC、CO成分排放到大氣中的問題。
因此，有必要有效地進行NOx吸附還原催化劑的濃點火操作，例如在特開2003-56379號公報的排氣凈化裝置中，為了有效地進行NOx吸附還原催化劑的濃點火操作，利用設置在NOx吸附還原催化劑下游側排氣通路上的空燃比傳感器輸出功率。
即，在特開2003-56379號公報的裝置中，在NOx吸附還原催化劑的下游側排氣通路上設有檢測排氣空燃比的空燃比傳感器，濃點火操作時，當空燃比傳感器輸出功率由理論空燃比附近的稀空燃比等效值變?yōu)闈饪杖急鹊刃е禃r，使?jié)恻c火操作結束。
濃點火操作時，如果向NOx吸附還原催化劑供給濃空燃比的排氣，則在NOx吸附還原催化劑上被吸附的NOx與排氣中的HC、CO成分等反應，HC、CO成分等從NOx奪取氧而使NOx還原。因此，在NOx吸附還原催化劑上發(fā)生NOx的還原反應時，排氣中的HC、CO成分在NOx吸附還原催化劑上被氧化，經(jīng)NOx吸附還原催化劑出來的排氣的空燃比成為理論空燃比(實際上是比理論空燃比稍稀的空燃比)。
另一方面，當NOx吸附還原催化劑吸附的NOx的還原完全結束時，在NOx吸附還原催化劑上不再發(fā)生排氣中HC、CO成分等的氧化，經(jīng)NOx吸附還原催化劑出來的排氣的空燃比急劇地變化到濃空燃比附近。
在特開2003-56379號公報的裝置中，當濃點火操作時的下游側空燃比傳感器輸出功率達到規(guī)定的判定值時，使?jié)恻c火操作結束，而且根據(jù)內燃機的運轉狀態(tài)相應地改變該判定值，從而對應于內燃機運轉狀態(tài)使?jié)恻c火操作結束時間達到最佳化。
近年來，使用設有增壓機且在稀空燃比運轉時也進行增壓的內燃機(即增壓稀燃發(fā)動機)。增壓稀燃發(fā)動機由于在稀空燃比運轉時進行增壓，故可以在氣缸中填充更多的空氣。因此，通過進行增壓稀燃運轉，提供給內燃機的燃料量增加，從而能夠在增大內燃機輸出功率的同時維持稀空燃比，可以使稀空燃比區(qū)域擴大到現(xiàn)有自然吸氣發(fā)動機不能進行稀空燃比運轉的高負荷區(qū)域。
但是，在使用增壓稀燃發(fā)動機時，氣缸內的填充空氣量因增壓而變大，故可知在NOx吸附還原催化劑的濃點火操作時會出現(xiàn)問題。
例如，增壓稀燃發(fā)動機與自然吸氣發(fā)動機相比，由于氣缸內的填充空氣量大，所以排氣流量也變大。因此，催化劑中的SV值(空間速度)也隨之變大，排氣中的HC、CO等成分中，不與催化劑上的NOx反應而直接從催化劑下游側流出的物質的量增多，即產生“竄氣”。
如上所述，若產生“竄氣”，則不能使排氣中的HC、CO成分有效地用于NOx吸附還原催化劑中NOx的還原，從而不能有效地進行NOx的還原。
另外，如上述特開2003-56379號公報的裝置，根據(jù)催化劑下游側的空燃比傳感器輸出功率來判斷濃點火操作的結束時間時，不管實際上NOx吸附還原催化劑上吸附NOx的還原完成與否，都會因竄氣而有較多的HC、CO成分到達空燃比傳感器，出現(xiàn)檢測的空燃比達到判定值的情況。
此時，因為在NOx吸附還原催化劑吸附的NOx的還原凈化完成前，濃點火操作已經(jīng)結束，所以NOx吸附還原催化劑以吸附較大量NOx的狀態(tài)重新進行下一次稀空燃比運轉，產生NOx吸附還原催化劑吸附NOx的能力下降的問題。
另外，除了上述以外，由于增壓稀燃發(fā)動機在稀空燃比運轉中缸內的空氣量大，故用于濃空燃比運轉的燃料的增量變大。
另一方面，通常濃點火操作在NOx吸附還原催化劑的NOx吸附量達到規(guī)定值時開始，所以為了使吸附的NOx全部還原，有必要使HC、CO的量大致一定。
濃點火操作在將上述量的HC、CO成分等提供給NOx吸附還原催化劑時結束，但排氣中能用于還原NOx的HC、CO成分的量由排氣空燃比決定。也就是說，若將內燃機的吸氣量和提供給內燃機的燃料量的比定義為排氣空燃比，則理論空燃比和濃點火時的排氣空燃比的差(以下稱為“濃程度”)與排氣中剩余的HC、CO成分的濃度(在排氣中，作為沒有燃燒的未燃HC、CO成分的含有量)成正比。
因此，將濃點火時能用于還原NOx的HC、CO的量，作為整體成為排氣流量乘以濃點火操作時空燃比的濃程度(理論空燃比與濃點火操作時的空燃比差)的值。
如上所述，增壓稀燃運轉時內燃機的排氣流量變得相當大。但是，另一方面，為了還原NOx吸附還原催化劑吸附的NOx，必要的HC、CO成分的總量是大致一定的。
因此，與通常的自然吸氣內燃機相比，使用增壓稀燃發(fā)動機時，原本必要的濃點火操作持續(xù)時間變得非常短。
但是，因為實際上增壓稀燃發(fā)動機排氣流量大、NOx吸附還原催化劑的SV值高，所以不能有效地使用排氣中的HC、CO成分，因此，實際上必要的濃點火操作持續(xù)時間比原本必要的時間長很多，從而成為內燃機燃料費增加的原因。
這樣，在增壓稀燃發(fā)動機的排氣凈化裝置上使用NOx吸附還原催化劑時，進行與以往相同的濃點火操作會產生NOx的還原效率變差的問題。
另外，上文以增壓稀燃發(fā)動機為例進行了說明，雖然只有一定的差別，但即使使用自然吸氣稀燃發(fā)動機，吸入空氣量多時也可能產生與上述相同的竄氣問題，在濃點火操作時出現(xiàn)NOx的還原效率降低的情況。
發(fā)明內容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供在稀燃發(fā)動機的排氣凈化裝置上使用NOx吸附還原催化劑時，可以防止?jié)恻c火操作時NOx的還原效率降低的內燃機的排氣凈化裝置。
本發(fā)明提供一種內燃機的排氣凈化裝置，其為設有增壓機并在稀空燃比運轉時進行增壓的內燃機的排氣凈化裝置，具有配置在內燃機排氣通路上的NOx吸附還原催化劑，該NOx吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOx，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOx；在實施濃點火操作時，即，在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，將濃空燃比排氣提供給上述NOx吸附還原催化劑，由此還原凈化NOx吸附還原催化劑吸附的NOx時，根據(jù)內燃機的增壓而相應地改變內燃機運轉空燃比的濃程度。
即，在本發(fā)明中，進行增壓稀燃發(fā)動機的濃點火操作時，根據(jù)增壓而相應地改變運轉空燃比的濃程度。
對于增壓稀燃發(fā)動機，由于增壓越高，缸內填充的吸入空氣量越多，故排氣流量也隨著增壓的增高而增大。
此時，若不管排氣流量是否增加，都維持濃點火操作時運轉空燃比的濃程度(理論空燃比與運轉空燃比的差)與排氣流量小的時候相同，則會如上所述，不能有效地進行濃點火操作，產生濃點火操作時NOx吸附還原催化劑的NOx還原效率降低的問題。
在權利要求1～3的發(fā)明中，通過根據(jù)濃點火操作時的增壓而相應地改變運轉空燃比的濃程度來解決上述的問題。
增壓高時(即，排氣流量大時)，產生上述的竄氣，沒有用于NOx吸附還原催化劑上NOx的還原而從催化劑下游側流出的HC、CO成分等增多，因此NOx凈化效率變差，但例如，即使減小此時運轉空燃比(排氣空燃比)的濃程度，用于NOx吸附還原催化劑上NOx的凈化的HC、CO成分的量也幾乎沒有變化，所以可知因竄氣而從催化劑下游側白白流出的HC、CO成分的量減少。
因此，減少排氣中的HC、CO成分中通過催化劑但沒有用于還原NOx的物質的量，可以防止NOx吸附還原催化劑的NOx還原效率降低。另外，由于因竄氣而從催化劑下游側流出的HC、CO成分的量減少，故濃點火操作中催化劑下游側排氣中HC、CO成分的濃度降低，所以即使在根據(jù)下游側空燃比傳感器輸出功率來判斷濃點火操作結束時間時，也可以防止在催化劑吸附的NOx的全量被還原之前誤檢出濃空燃比。
而且，在本發(fā)明中進行濃點火操作時，濃點火操作中也根據(jù)內燃機增壓而相應地改變空燃比的濃程度，但是因為通常濃點火操作的持續(xù)時間短，所以例如可以根據(jù)濃點火操作開始時的內燃機增壓而相應地設定濃點火操作中空燃比的濃程度，并在濃點火操作中將空燃比濃程度維持(固定)在上述設定的濃程度。
而且，在排氣流量小的區(qū)域中，由于在催化劑中的空間速度低，即使增大空燃比的濃程度也不會產生竄氣。因此，根據(jù)增壓而相應地改變空燃比的濃程度的操作，也可以只在增壓達到一定值以上的區(qū)域實施。
另外，設有直噴式噴油器和進氣口噴油器兩者的內燃機，在濃點火操作時優(yōu)選只由進氣口噴油器進行燃料噴射。由于直噴式噴油器是直接將燃料噴射到缸內，所以在如濃點火操作等大量增加燃料噴射量時，燃料的氣化變得不充分，產生排氣中未燃HC成分增多的問題。
另一方面，進氣口噴油器因為能得到充足的時間使燃料氣化、擴散，所以即使噴射較大量的燃料，也不會產生排氣中未燃HC成分增多的問題。
但是，在由進氣口噴油器噴射時，噴射的燃料的一部分附著在進氣口的壁面上，產生濕口現(xiàn)象。由于濕口，附著在壁面上的燃料量隨著燃料噴射量的增多而增多。因此，在為使運轉空燃比為濃空燃比而需要大量燃料的高增壓區(qū)域(吸入空氣量大的區(qū)域)，濃點火操作時由進氣口噴油器噴射的燃料中附著在壁面上的燃料量增大，產生空燃比變化的應答性變差的問題。
與在進氣閥關閉時向進氣口進行噴射的進氣非同期噴射時相比，在進氣閥打開、存在進氣流的狀態(tài)下向進氣口進行噴射的進氣同期噴射時更難產生濕口。因此，在濃點火操作時，由進氣口噴油器進行燃料噴射，且當增壓高于規(guī)定的切換值時由非同期噴射轉換為同期噴射，可以防止在容易產生濕口的高增壓區(qū)域(吸入空氣量大的區(qū)域)中空燃比變化的應答性變差。
另外，在上述的例子中，用增壓作為表示排氣流量(催化劑中的空間速度)的指標而改變濃點火操作時的濃程度，但也可以代替增壓用吸入空氣量作為表示排氣流量的指標，根據(jù)吸入空氣量而相應地改變濃程度。此時，通過根據(jù)吸入空氣量改變濃程度，可以更正確地對應排氣流量來設定空燃比的濃程度，因此可以更有效地防止NOx還原效率的降低。
而且，上述內容對于設有增壓機的稀燃發(fā)動機進行了論述，但也適用于沒有設置增壓機的自然吸氣稀燃發(fā)動機。
即，對于自然吸氣稀燃發(fā)動機，通過根據(jù)排氣流量或表示排氣流量的指標(例如吸入空氣量、氣缸填充空氣量或吸氣壓力)而相應地改變濃點火操作時空燃比的濃程度，或者通過在濃點火操作開始時根據(jù)這些指標設定濃點火操作中空燃比的濃程度，也可以防止NOx還原效率的降低。
圖1是說明本發(fā)明應用于汽車用內燃機時的實施方式的概略構成圖。
圖2是表示直噴式噴油器和進氣口噴油器配置的一個例子的圖。
圖3是表示本發(fā)明中濃點火操作的一個例子的流程圖。
圖4是表示根據(jù)增壓設定濃點火操作時的空燃比濃程度的圖。
圖5是表示濃點火操作的其他的例子的流程圖。
圖6是表示根據(jù)內燃機吸入空氣量設定濃點火操作時的空燃比濃程度的圖。
具體實施例方式
下面參照
本發(fā)明的實施方式。
圖1是說明本發(fā)明應用于汽車用內燃機時的實施方式的概略構成圖。
在圖1中，1表示汽車用內燃機。在本實施方式中，內燃機1是設有#1到#4四個氣缸的四氣缸汽油內燃機。如下所述，本實施方式的內燃機1是能夠以比理論空燃比高的(稀)空燃比運轉的稀燃發(fā)動機。
另外，在本實施方式中，#1到#4的氣缸以彼此的點火時間不連續(xù)的兩個氣缸組成一組地分成兩個氣缸群。(例如，在圖1的實施方式中，氣缸點火順序為1-3-4-2，#1、#4氣缸與#2、#3氣缸分別構成氣缸群。)另外，各氣缸的排氣口與每個氣缸群的排氣歧管連接，再連接到每個氣缸群的排氣通路上。
在圖1中，21a是將由#1、#4氣缸組成的氣缸群的排氣口連接到獨立排氣通路2a上的排氣歧管，21b是將#2、#3氣缸組成的氣缸群的排氣口連接在獨立排氣通路2b上的排氣歧管。在本實施方式中，在獨立排氣通路2a、2b上，分別配置由三元催化劑組成的初始催化劑(以下稱“SC”)5a和5b。而且，獨立排氣通路2a、2b在SC下游側合流為通用的排氣通路2。
在通用排氣通路2上，配置后述的NOx吸附還原催化劑7。在圖1中，29a、29b表示配置在獨立排氣通路2a、2b的初始催化劑5a、5b上游側的上游側空燃比傳感器，31表示配置在排氣通路2的NOx吸附還原催化劑7出口的下游側空燃比傳感器。在本實施方式中，空燃比傳感器29a、29b和31在較大的空燃比范圍內對應著排氣空燃比輸出電壓信號，是所謂的線性空燃比傳感器，但也可以代替線性空燃比傳感器，使用具有排氣中的氧濃度的檢測輸出以理論空燃比為界急劇變化的輸出特性，即具有Z型輸出特性的氧氣傳感器。
在圖1中，4a表示將內燃機各氣缸的進氣口連接到吸氣通路4上的吸氣歧管。
在圖1中，43表示調節(jié)內燃機1的吸入空氣量的節(jié)流閥，45表示渦輪增壓機等給吸入空氣加壓的增壓機。
另外，在本實施方式中，在#1到#4的各個氣缸上，設有將燃料直接噴射到氣缸內的直噴式噴油器11，和將燃料噴射到氣缸進氣口的進氣口噴油器13。
而且，在圖1中，30表示內燃機1的電子控制組件(ECU)。在本實施方式中，ECU30是指設有RAM、ROM、CPU的公知構造的微機，進行內燃機1的點火時間控制、燃料噴射控制等基本控制。另外，在本實施方式中，ECU30除了進行上述的基本操作之外，還如下所述，根據(jù)NOx吸附還原催化劑7的NOx吸附狀態(tài)，相應地增加稀空燃比運轉中對內燃機的燃料噴射量，使內燃機短時間地以濃空燃比運轉，進行使吸附的NOx從NOx吸附還原催化劑7放出的濃點火操作，并進行根據(jù)內燃機1的吸入空氣量而相應地改變濃點火操作時內燃機運轉空燃比的濃程度的控制。
為了進行這些控制，除了向ECU30的輸入口分別輸入來自設在內燃機吸氣歧管上的吸氣壓傳感器33的與內燃機吸氣壓力對應的信號、來自配置在內燃機曲柄軸(圖中未示出)附近的轉速傳感器35的與內燃機轉速對應的信號、來自配置在內燃機1的加速踏板(圖中未示出)附近的加速踏板開度傳感器37的表示駕駛員加速踏板踏入量(加速踏板開度)的信號之外，還分別輸入來自上游側空燃比傳感器29a、29b的分別從#1、#4氣缸和#2、#3氣缸出來的排氣空燃比，以及來自下游側空燃比傳感器31的NOx吸附還原催化劑7出口的排氣空燃比。
在本實施方式中，ECU30在由吸氣壓傳感器33檢測出的內燃機吸氣壓力和由轉速傳感器35檢測出的內燃機轉速的基礎上，計算出內燃機1的吸入空氣流量，控制內燃機理論空燃比或濃空燃比運轉時的燃料噴射量。
另外，ECU30在由加速踏板開度傳感器37檢測出的加速踏板開度和內燃機轉速的基礎上，控制內燃機稀空燃比運轉時的燃料噴射量。
為了控制向各氣缸的燃料噴射量和燃料噴射時間，ECU30的輸出口通過圖中未示出的燃料噴射回路與各氣缸的直噴式噴油器11和進氣口噴油器13連接。
作為這些燃料噴射控制，也可以使用任何公知的控制，所以在此不作詳細說明。
下面說明本實施方式的NOx吸附還原催化劑7。
本實施方式的NOx吸附還原催化劑7，例如，使用形成蜂窩狀的堇青石等載體，在該載體表面形成氧化鋁層，并使該氧化鋁層上載負選自例如鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs等堿金屬，鋇Ba、鈣Ca等堿土金屬，鑭La、鈰Ce、釔Y等稀土元素中的至少一種成分和鉑Pt等貴金屬。NOx吸附還原催化劑進行如下NOx的吸附放出作用，當流入排氣的空燃比稀時，通過吸收、吸著或兩者來吸附排氣中的NOx(NO2、NO)，當流入排氣中的氧濃度下降時，將吸附的NOx以NO2的形式放出。
例如，當內燃機1以稀空燃比運轉、流入NOx吸附還原催化劑7的排氣為稀空燃比時，排氣中的NOx(NO2、NO)被NOx吸附還原催化劑7吸附，通過NOx吸附還原催化劑7后的排氣中NOx濃度幾乎為零。
而且，當流入排氣中的氧濃度大幅度下降時(即，排氣的空燃比變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r)，NOx吸附還原催化劑7吸附的NOx被排氣中CO、H2等作為還原劑的功能成分或HC成分(以下稱為還原成分等)還原，以NO2的形式從NOx吸附還原催化劑7放出。
在本實施方式中，ECU30進行如下濃點火操作，每當NOx吸附還原催化劑7吸附的NOx的量達到規(guī)定值，內燃機1就短時間地以濃空燃比運轉，向NOx吸附還原催化劑提供濃空燃比的排氣。由此，NOx吸附還原催化劑7吸附的NOx以NO2的形式放出，可以防止NOx吸附還原催化劑由于吸收的NOx而達到飽和。
而且，在本實施方式中，作為濃點火操作開始時間、即NOx吸附還原催化劑7的NOx吸附量達到上述規(guī)定值的判定方法，可以使用公知的任何方法，所以在此不作詳細說明。
另外，在本實施方式中，上游側空燃比傳感器29a、29b和下游側空燃比傳感器31的輸出功率，除了用于對提供給內燃機1的燃料供給量進行反饋控制以使內燃機1的運轉空燃比達到規(guī)定的目標空燃比的空燃比控制之外，下游側空燃比傳感器31的輸出功率還用于判定后述的濃點火操作的結束時間。
接著，說明本實施方式的內燃機1的運轉模式。
圖2是表示本實施方式的內燃機1的各氣缸上噴油器11、13的配置的氣缸剖面圖。
在圖2中，100表示氣缸燃燒室，101表示活塞，103表示進氣口，105表示排氣口，107表示進氣閥，109表示排氣閥，111表示火花塞。
如圖2所示，進氣口噴油器13配置在吸氣歧管4上，向各氣缸的進氣口噴射燃料。另外，直噴式噴油器11有向內燃機的燃燒室100內開口的噴射孔，直接向氣缸內噴射燃料。
在本實施方式中，內燃機1可以在從稀空燃比到濃空燃比的較大的空燃比范圍內運轉。另外，稀空燃比運轉時，根據(jù)內燃機的運轉模式如下使用直噴式噴油器11和進氣口噴油器13。
即，在稀空燃比運轉中的低負荷運轉時，內燃機1以由直噴式噴油器噴射燃料的成層燃燒模式運轉。
在成層燃燒模式中，燃料由直噴式噴油器11在壓縮沖程后半期噴射。在成層燃燒模式中，由于燃料噴射量非常少，所以燃料在整個燃燒室均勻擴散時，混合氣會過稀而脫離可燃空燃比的范圍。因此，在成層燃燒模式中，在壓縮沖程后半期由直噴式噴油器進行燃料噴射，使噴射燃料在火花塞附近成層，在火花塞的周圍形成可燃空燃比范圍的混合氣。而且，該成層混合氣在擴散前，通過火花塞進行點火，由此在整個燃燒室以非常稀的空燃比進行穩(wěn)定的燃燒。
另外，稀空燃比運轉時，當負荷進一步增大時，內燃機以均質燃燒模式運轉。
在均質燃燒模式中，燃料由進氣口噴油器13向進氣口噴射。噴射到進氣口的燃料在進氣閥107打開時以與吸氣充分混合的狀態(tài)流入燃燒室內，在燃燒室中形成均勻的稀空燃比的可燃混合氣。由此以稀空燃比進行較高負荷的運轉。
另外，在上述均質燃燒模式與成層燃燒中間的負荷范圍內，以如下的中間模式進行運轉，由進氣口噴油器和直噴式噴油器兩噴油器進行燃料噴射，使由直噴式噴油器進行燃料噴射形成的混合氣在由進氣口噴油器進行燃料噴射形成的稀薄均質混合氣中成層。
但是，在如上所述的增壓稀燃發(fā)動機的負荷較高的區(qū)域，由于大量的空氣因增壓而填充在氣缸內，故排氣量增加。
因此，在增壓稀燃發(fā)動機中，濃點火操作時NOx吸附還原催化劑7中的排氣空間速度變大，產生因上述竄氣而導致的NOx還原效率降低、因下游側空燃比傳感器的空燃比檢測誤差而導致的以不充分的狀態(tài)結束濃點火操作等問題。
在本實施方式中，通過根據(jù)增壓而相應地改變濃點火操作時的內燃機運轉空燃比(在濃空燃比的范圍內)，具體而言是增壓越高、將空燃比設定得越高(濃程度小)，來解決上述的問題。
即，由于內燃機排氣流速變得越高，則濃點火操作時通過NOx吸附還原催化劑7的排氣的空間速度變得越高，所以沒有用于NOx吸附還原催化劑上NOx的還原而由于竄氣直接通過NOx吸附還原催化劑的還原成分等的量增加。
排氣流速越大或排氣中含有的HC、CO等的量越多，即濃點火操作時排氣(內燃機運轉空燃比)的濃程度越大，上述由于竄氣通過NOx吸附還原催化劑的還原成分等(HC、CO等)的量越多。
此時，若減少濃點火操作時空燃比的濃程度，則排氣中含有的HC、CO的量減少，與之相對應，通過NOx吸附還原催化劑而從下游側放出的HC、CO的量減少。
因此，在本實施方式中竄氣成為問題的吸入空氣量增大區(qū)域，吸入空氣量越大、將濃點火操作時空燃比的濃程度設定得越小，由此來解決上述問題。
即，吸入空氣量越大，將濃點火操作時空燃比的濃程度設定得越小，由此可以防止由于竄氣通過NOx吸附還原催化劑的HC、CO的增大，因此沒有用于NOx吸附還原催化劑上NOx的還原地從催化劑下游側流出的HC、CO的量減少，可以抑制濃點火操作中NOx吸附還原催化劑的NOx還原效率的降低。另外，因為由此可以抑制下游側排氣中HC、CO濃度的增大，所以可以防止盡管實際上下游側排氣空燃比沒有變?yōu)闈饪杖急?，但空燃比傳感器檢出值達到濃空燃比而導致的濃點火操作中斷。
圖3是詳細說明上述的本實施方式的濃點火操作的流程圖。
圖3的操作是作為由ECU30每隔一定時間執(zhí)行的程序進行。
圖3的操作開始時，首先判斷步驟301中濃點火操作執(zhí)行標志RS的值是否設定為1。
在這里，標志RS是在由ECU30執(zhí)行的其他濃點火執(zhí)行判斷操作中設定的標志，RS＝1表示在濃點火操作執(zhí)行中。
在本實施方式中，當NOx吸附還原催化劑7吸附的NOx量增大到預定的上限值時，ECU30將標志RS的值設為1，而在圖3的濃點火操作(步驟303到305)執(zhí)行時，當由下游側空燃比傳感器31檢測出的排氣空燃比從稀空燃比變?yōu)闈饪杖急葧r，ECU30將標志RS的值設為0。
在本實施方式中，RS的值設為1時，步驟311中燃料噴射量被設定為內燃機空燃比變?yōu)闈饪杖急鹊闹?，且燃料全部由進氣口噴油器13噴射。由此，燃料的霧化、擴散變得良好從而燃燒狀態(tài)良好，所以可以抑制濃點火操作時發(fā)生的HC、CO成分的增多。
而且，在本實施方式中，作為NOx吸附還原催化劑7吸附NOx量的推算方法，也可以使用公知的任何方法，故在此不作詳細說明。
在步驟301中，當RS＝0時，此時NOx吸附還原催化劑的NOx吸附量少，沒有必要執(zhí)行濃點火操作，所以此次的程序執(zhí)行直接結束。
另一方面，在步驟301中，當RS＝1時，NOx吸附還原催化劑的NOx吸附量增大，所以執(zhí)行從步驟303到305的濃點火操作。
即，在步驟303中，讀取來自吸氣壓傳感器33的內燃機的吸氣壓力(即增壓)，在步驟305中，判斷內燃機增壓是否變得高于預定的判定值PM0。
在這里，PM0是指使下述增量系數(shù)的值為規(guī)定的定值QRS0時，濃點火時不產生竄氣問題的增壓的上限值。PM0的值根據(jù)內燃機型號、催化劑的形式、大小等的不同而不同，優(yōu)選在使用實際的內燃機和催化劑的試驗結果的基礎上設定。
在步驟305中，當PM≤PM0時，由于增壓降低、排氣流量較小，故不發(fā)生竄氣，所以不會有大量的HC、CO成分從催化劑下游側流出。因此，此時進入步驟309，設定增量系數(shù)為預定的固定值QRS0。
在本實施方式中，當增量系數(shù)QRS確定時，步驟311中內燃機的燃料噴射量QIJ由QIJ＝QIJST×(1+QRS)決定。在這里，QIJST是指使內燃機的空燃比為理論空燃比所必須的燃料噴射量。因此，增量系數(shù)QRS(QRS≥0)表示剩余的燃料量，即空燃比的濃程度。
如上所述，當增壓PM≤PM0、排氣流量較小時，QRS的值被設定為定值QRS0，但該QRS0是比下述步驟307中設定的QRS的值大(即濃程度變大)的值。
另一方面，在步驟305中，當PM＞PM0時，增量系數(shù)QRS的值在步驟307中根據(jù)增壓PM的值來設定。
圖4是表示步驟307中設定的QRS的值與增壓PM的關系的圖。如圖4所示，增量系數(shù)QRS的值在增壓PM小于PM0時被設定為定值QRS0(步驟309)，而在增壓PM大于PM0時，隨著增壓的增大，被設定成急劇減小的值，若在本實施方式中進一步增大增壓，使之超過值PM1(圖4)，則QRS的下降變得緩慢。
這樣，在產生竄氣問題的區(qū)域，通過增大增壓并隨之將QRS的值(濃程度)設定得較小，可以防止?jié)恻c火操作時NOx吸附還原催化劑的NOx還原效率降低，還可以防止在吸附的NOx量達到預先設定的下限值前濃點火操作結束。
接著，參照圖5說明本發(fā)明的其他實施方式。
在本實施方式中，濃點火操作時的燃料噴射量與圖3的實施方式一樣根據(jù)增壓來設定，但當增壓超過規(guī)定值PM0時，進氣口噴油器13進行的燃料噴射時間由進氣非同期噴射(步驟513)到進氣同期噴射(步驟509)切換的這一點與圖3的實施方式不同。
即，在步驟505中，當增壓變得高于判定值PM0時，以圖4的關系為基礎，根據(jù)增壓的值設定步驟507中的QRS，并在步驟509中將同期噴射標志XSYNC的值設為1。由此，在用ECU30執(zhí)行的其他燃料噴射時間設定操作中，設定燃料噴射時間為進氣同期噴射。
另外，在步驟505中，當PM≤PM0時，將QRS的值設定為定值QRS0，并將標志XSYNC的值設為0，從而將燃料噴射時間設為進氣非同期噴射。
通過在濃點火操作時進行進氣同期噴射，在進氣口壁面不容易產生由濕口導致的燃料附著，因此可以防止?jié)恻c火操作時實際提供給燃燒室的燃料的增量減少，還可以防止空燃比變化的應答性降低。
而且，在本實施方式中，可以使進行增量系數(shù)的設定方法轉換的增壓判定值與使燃料噴射時間轉換的增壓判定值為同一數(shù)值(PM0)，也可以使它們?yōu)楸舜瞬煌臄?shù)值。
另外，在圖3和圖5的實施方式中，使用增壓作為表示排氣流量的指標，但也可以用內燃機的吸入空氣量GA代替增壓作為表示排氣流量的指標。
如上所述，在本實施方式中，ECU30用于計算內燃機的燃料噴射量，其進行如下操作，用由吸氣壓傳感器33檢測出的吸氣壓(增壓)和由轉速傳感器35檢測出的內燃機轉速，計算內燃機的吸入空氣量。因此，可以用吸入空氣量GA代替增壓PM，進行與圖3、圖5完全相同的操作。
此時，實際的流程圖如下，在圖3、圖5的步驟303、503中讀取其他計算出的吸入空氣量GA，在步驟305、505中根據(jù)GA是否大于預定的判定值GA0而相應地設定增量系數(shù)、燃料噴射時間等。
圖6是表示此時設定的QRS的值與吸入空氣量GA的關系的一個例子的與圖4對應的圖。在圖6的例子中，QRS的值在GA的值小于GA0的區(qū)域被設為定值QRS0，在GA的值大于GA0的區(qū)域，隨著GA的增加，該被設定的值直線地減少。
如圖6所示，通過根據(jù)吸入空氣量GA而相應地改變濃點火操作時空燃比的濃程度(QRS)，可以更精確地根據(jù)排氣流量相應地改變濃點火操作時空燃比的濃程度。而且，也可以用實際填充氣缸的空氣量(氣缸填充空氣量)代替吸入空氣量GA進行同樣的操作。
另外，在上述的例子中，使用增壓或吸入空氣量(或氣缸填充空氣量)作為表示排氣流量的指標，但也可以用排氣流量本身代替這些指標進行上述圖3到圖5的操作。此時，排氣流量可以用配置在排氣系統(tǒng)上的流量傳感器直接測量，但由于排氣流量由內燃機的運轉狀態(tài)(例如，內燃機轉速、燃料噴射量等)決定，所以也可以預先用實際的內燃機，改變內燃機運轉狀態(tài)而實測排氣流量，將內燃機轉速和燃料噴射量等作為參數(shù)以數(shù)值圖的形狀存入ECU的ROM，由實際運轉時的內燃機轉速和燃料噴射量算出排氣流量。
而且，在圖3和圖5的例子中，當濃點火操作中排氣流量或表示排氣流量的指標(以下稱“排氣流量等”)也變化時，空燃比的濃程度相應地改變，但由于實際上濃點火操作的持續(xù)時間比較短，所以也可以在濃點火操作開始時，在排氣流量等的基礎上，用圖3到圖6中說明的方法設定空燃比的濃程度，并在濃點火操作執(zhí)行中使空燃比的濃程度固定為上述設定的值。
另外，圖3到圖6的例子是以增壓稀燃發(fā)動機為例來說明的，但如上所述，不僅僅是增壓稀燃發(fā)動機，自然吸氣稀燃發(fā)動機在排氣流量(催化劑中的空間速度)大時也產生同樣的問題。
因此，自然吸氣稀燃發(fā)動機也可以進行與圖3到圖6的說明相同的操作，通過根據(jù)排氣流量等而相應地改變濃點火操作時空燃比的濃程度，或者通過根據(jù)濃點火操作開始時排氣流量等的值而相應地設定濃點火操作中空燃比的濃程度，可以防止NOx還原效率的降低。此時的操作與圖3到圖6中說明的相同，故在此不作詳細的說明。
權利要求
1.一種內燃機的排氣凈化裝置，是設有增壓機并在稀空燃比運轉時進行增壓的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)內燃機的增壓改變內燃機運轉空燃比的濃程度。
2.一種內燃機的排氣凈化裝置，是設有增壓機并在稀空燃比運轉時進行增壓的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)濃點火操作開始時內燃機的增壓設定濃點火操作中的內燃機運轉空燃比的濃程度。
3.如權利要求1或2所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，當所述內燃機的增壓變得高于預定值時，根據(jù)增壓改變所述濃程度。
4.如權利要求1或2所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)增壓改變所述濃程度時，增壓越高，改變所述濃程度使之越小。
5.如權利要求3所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)增壓改變所述濃程度時，增壓越高，改變所述濃程度使之越小。
6.如權利要求1或2所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機在各氣缸內設有直接噴射燃料的直噴式噴油器和將燃料噴射到吸氣通路的進氣口噴油器，在所述濃點火操作時，只由進氣口噴油器噴射燃料，且當增壓變得比規(guī)定的切換值高時，由進氣口噴油器進行的燃料噴射從非同期噴射轉換為同期噴射。
7.一種內燃機的排氣凈化裝置，是設有增壓機并在稀空燃比運轉時進行增壓的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)內燃機的吸入空氣量改變內燃機運轉空燃比的濃程度。
8.一種內燃機的排氣凈化裝置，是設有增壓機并在稀空燃比運轉時進行增壓的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)濃點火操作開始時內燃機的吸入空氣量設定濃點火操作中的內燃機運轉空燃比的濃程度。
9.如權利要求7或8所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，當所述內燃機的吸入空氣量變得大于預定值時，根據(jù)吸入空氣量改變所述濃程度。
10.如權利要求7或8所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)吸入空氣量改變所述濃程度時，吸入空氣量越大，改變所述濃程度使之越小。
11.如權利要求9所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)吸入空氣量改變所述濃程度時，吸入空氣量越大，改變所述濃程度使之越小。
12.如權利要求7或8所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機在各氣缸內設有直接噴射燃料的直噴式噴油器和將燃料噴射到吸氣通路的進氣口噴油器，在所述濃點火操作時，只由進氣口噴油器噴射燃料，且當吸入空氣量變得比規(guī)定的切換值大時，由進氣口噴油器進行的燃料噴射從非同期噴射轉換為同期噴射。
13.一種內燃機的排氣凈化裝置，是能夠以稀空燃比運轉的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)內燃機的排氣流量改變內燃機運轉空燃比的濃程度。
14.一種內燃機的排氣凈化裝置，是能夠以稀空燃比運轉的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)濃點火操作開始時內燃機的排氣流量設定濃點火操作中的內燃機運轉空燃比的濃程度。
15.如權利要求13或14所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，當所述內燃機的排氣流量變得大于預定值時，根據(jù)排氣流量改變所述濃程度。
16.如權利要求13或14所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)排氣流量改變所述濃程度時，排氣流量越大，改變所述濃程度使之越小。
17.如權利要求15所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)排氣流量改變所述濃程度時，排氣流量越大，改變所述濃程度使之越小。
18.如權利要求13或14所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機在各氣缸內設有直接噴射燃料的直噴式噴油器和將燃料噴射到吸氣通路的進氣口噴油器，在所述濃點火操作時，只由進氣口噴油器噴射燃料，且當排氣流量變得比規(guī)定的切換值大時，由進氣口噴油器進行的燃料噴射從非同期噴射轉換為同期噴射。
19.一種內燃機的排氣凈化裝置，是能夠以稀空燃比運轉的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)內燃機的吸入空氣量或氣缸填充空氣量改變內燃機運轉空燃比的濃程度。
20.一種內燃機的排氣凈化裝置，是能夠以稀空燃比運轉的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)濃點火操作開始時內燃機的吸入空氣量或氣缸填充空氣量設定濃點火操作中的內燃機運轉空燃比的濃程度。
21.如權利要求19或20所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，當所述內燃機的吸入空氣量或氣缸填充空氣量變得大于預定值時，根據(jù)吸入空氣量或氣缸填充空氣量改變所述濃程度。
22.如權利要求19或20所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)吸入空氣量或氣缸填充空氣量改變所述濃程度時，吸入空氣量或氣缸填充空氣量越大，改變所述濃程度使之越小。
23.如權利要求21所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)吸入空氣量或氣缸填充空氣量改變所述濃程度時，吸入空氣量或氣缸填充空氣量越大，改變所述濃程度使之越小。
24.如權利要求19或20所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機在各氣缸內設有直接噴射燃料的直噴式噴油器和將燃料噴射到吸氣通路的進氣口噴油器，在所述濃點火操作時，只由進氣口噴油器噴射燃料，且當吸入空氣量或氣缸填充空氣量變得比規(guī)定的切換值大時，由進氣口噴油器進行的燃料噴射從非同期噴射轉換為同期噴射。
25.一種內燃機的排氣凈化裝置，是能夠以稀空燃比運轉的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)內燃機的吸氣壓力改變內燃機運轉空燃比的濃程度。
26.一種內燃機的排氣凈化裝置，是能夠以稀空燃比運轉的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，具有配置在內燃機排氣通路上的NOX吸附還原催化劑，該NOX吸附還原催化劑在流入的排氣為稀空燃比時，通過吸收、吸著或兩者吸附排氣中的NOX，當流入的排氣變?yōu)槔碚摽杖急然驖饪杖急葧r，還原凈化吸附的NOX，在實施如下濃點火操作，即在內燃機的稀空燃比運轉中，使內燃機運轉空燃比短時間地轉換為濃空燃比運轉，從而將濃空燃比排氣提供給所述NOX吸附還原催化劑，由此還原凈化NOX吸附還原催化劑吸附的NOX時，根據(jù)濃點火操作開始時內燃機的吸氣壓力設定內燃機運轉空燃比的濃程度。
27.如權利要求25或26所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，當所述內燃機的吸氣壓力變得高于預定值時，根據(jù)吸氣壓力改變所述濃程度。
28.如權利要求25或26所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)吸氣壓力改變所述濃程度時，吸氣壓力越高，改變所述濃程度使之越小。
29.如權利要求27所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，在根據(jù)吸氣壓力改變所述濃程度時，吸氣壓力越高，改變所述濃程度使之越小。
30.如權利要求25或26所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機在各氣缸內設有直接噴射燃料的直噴式噴油器和將燃料噴射到吸氣通路的進氣口噴油器，在所述濃點火操作時，只由進氣口噴油器噴射燃料，且當吸氣壓力變得比規(guī)定的切換值高時，由進氣口噴油器進行的燃料噴射從非同期噴射轉換為同期噴射。
全文摘要
在稀燃發(fā)動機1的排氣通路2上配置NO
文檔編號F01N3/28GK1973122SQ20058002093
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權日2004年6月25日
發(fā)明者田中比呂志 申請人:豐田自動車株式會社