專利名稱：用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括排氣再循環(huán)設備的用于內燃機的凈化系統(tǒng)及 其控制方法。
背景技術：
作為用于減少從內燃機排出到大氣中的氮氧化物(NOx)量的技術， 已知一種包括排氣再循環(huán)設備(以下稱為"EGR設備")和NOx儲存還 原催化劑(以下可簡稱為"NOx催化劑")的排氣凈化系統(tǒng)。EGR設備通過將排氣的一部分導入到用于內燃機的進氣系統(tǒng)從而 降低燃燒室內的空氣燃料混合物的燃燒溫度來減少在內燃機中產生的 NOx的量。當流入到NOx催化劑內的排氣中的氧濃度高時，NOx催化劑儲存 (吸收，吸附)排氣中的NOx。當流入到NOx催化劑內的排氣中的氧濃 度降低并且存在還原劑時，NOx催化劑還原所儲存的NOx。當儲存在 NOx催化劑中的NOx的量增加時，NOx催化劑的凈化性能降低。因此， 執(zhí)行過量供給(rich spike)控制。通過將還原劑(例如，燃料)從設置在 NOx催化劑上游的還原劑供給閥供給到排氣中以將流入到NOx催化劑 中的排氣的空燃比暫時減小，所述過量供給控制還原儲存在NOx催化 劑中的NOx。為了抑制NOx催化劑的溫度降低，要求將NOx催化劑布置得接 近內燃機。日本專利申請公開No. 2000-8835(JP-A-2000-8835)描述了一種排氣凈化系統(tǒng)，該排氣凈化系統(tǒng)包括EGR設備，該EGR設備將經 過排氣通道的位于NOx催化劑下游的部分的排氣的一部分再循環(huán)到進然而，如果在排氣再循環(huán)時執(zhí)行對NOx催化劑的過量供給控制， 則已經流出NOx催化劑的大量還原劑可能流入到用于內燃機的進氣系統(tǒng)。結果，由于空氣燃料混合物的燃燒狀態(tài)的惡化，扭矩可能急劇減 小(g卩，可能發(fā)生所謂的扭矩沖擊)，這可導致駕駛性能的惡化。發(fā)明內容本發(fā)明提供一種用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)及其控制方法，該排氣凈化系統(tǒng)包括將含有還原劑的排氣的一部分再循環(huán)到內燃機的EGR 設備，所述還原劑被供給到設置在排氣通道中的NOx儲存還原催化劑， 其中當EGR設備使排氣再循環(huán)并且過量供給控制被執(zhí)行時，在內燃機 中盡可能多地抑制扭矩的急劇減小。本發(fā)明的第一方面涉及一種用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)。該排氣 凈化系統(tǒng)包括NOx儲存還原催化劑，該NOx儲存還原催化劑設置在 用于內燃機的排氣通道中；還原劑供給裝置，該還原劑供給裝置用于 將還原劑從NOx儲存還原催化劑上游的位置供給到NOx儲存還原催化 劑；EGR設備，該EGR設備將含有還原劑的排氣的一部分再循環(huán)到內 燃機；過量供給控制裝置，該過量供給控制裝置用于通過控制還原劑 供給裝置使得該還原劑供給裝置供給還原劑以將流入到NOx儲存還原 催化劑中的排氣的空燃比暫時減小到預定的目標流入空燃比，來執(zhí)行 恢復NOx儲存還原催化劑的排氣凈化性能的過量供給控制；以及基礎 空燃比控制裝置，該基礎空燃比控制裝置用于當EGR設備使排氣再循 環(huán)并且過量供給控制被執(zhí)行時將內燃機中的基礎空燃比減小到預定的 供給基礎空燃比，其中，所述預定的供給基礎空燃比低于不執(zhí)行過量 供給控制時的基礎空燃比。在具有上述構造的排氣凈化系統(tǒng)中，還原劑供給裝置以將流入到 NOx儲存還原催化劑中的排氣的空燃比減小到預定的目標流入空燃比所需的量供給還原劑(例如，燃料)。該預定的目標流入空燃比是當NOx 儲存還原催化劑的排氣凈化性能恢復時的流入到NOX儲存還原催化劑 中的排氣的空燃比的目標值。更具體地，該預定的目標流入空燃比是適于還原儲存在NOx儲存還原催化劑中的NOx或SOx的空燃比。例 如，該預定的目標流入空燃比可以大致是化學計量空燃比或濃空燃比。當EGR設備使排氣再循環(huán)并且過量供給控制大約同時被執(zhí)行時， 該EGR設備將含有還原劑的排氣的一部分再循環(huán)到內燃機。即，其空 燃比已過度減小的EGR氣體被再循環(huán)到內燃機。結果，在內燃機的燃 燒室內，空氣燃料混合物的一些部分中氧不足。因此，每次執(zhí)行過量 供給控制時，都會引起急劇的燃燒變動，這可能導致內燃機中的失火 (misfire)或扭矩急劇減小。根據(jù)第一方面，當EGR設備使排氣再循環(huán)并且過量供給控制被執(zhí) 行時，內燃機中的基礎空燃比減小到供給基礎空燃比。該供給基礎空 燃比低于不執(zhí)行過量供給控制時的基礎空燃比。第一方面中的"基礎 空燃比"是供給到內燃機的燃料量與吸入到內燃機中的空氣量之比(即， 空氣燃料混合物的空燃比)。"不執(zhí)行過量供給控制時的基礎空燃比"可以是適于當不執(zhí)行過 量供給控制時的內燃機的運行狀態(tài)的基礎空燃比(例如，適于產生所需 發(fā)動機扭矩的基礎空燃比)。為方便起見，不執(zhí)行過量供給控制時(以下 可稱為"在正常運行期間")的基礎空燃比稱為"正常運行基礎空燃比"。 "供給基礎空燃比"是當執(zhí)行過量供給控制時的基礎空燃比的目標值。 該供給基礎空燃比可高于(稀于)目標流入空燃比，或者可大致等于目標 流入空燃比，只要該供給基礎空燃比低于正常運行基礎空燃比。根據(jù)第一方面，能夠減少需要供給以將流入到NOx儲存還原催化 劑中的排氣的空燃比減小到目標流入空燃比的還原劑的量，因為預先 使從內燃機排出的排氣的空燃比低于(濃于)正常運行期間的排氣的空燃比。因此，能夠適當?shù)販p少被包含在EGR氣體中并且再循環(huán)到內燃機的還原劑的量。根據(jù)第一方面，當含有還原劑的EGR氣體再循環(huán)時，基礎空燃比 已減小到低于正常運行基礎空燃比的供給基礎空燃比。因此，能夠適 當?shù)販p小由于其空燃比已過度減小的EGR氣體再循環(huán)所引起的基礎空 燃比的變動。因此，能夠減小在內燃機中引起的燃燒變動，并且能夠 抑制內燃機中的失火或扭矩急劇減小。而且，提高了駕駛性能。另外， 能夠減少通過由過量供給控制裝置控制的還原劑供給裝置供給的還原 劑的量。因此，例如當將燃料作為還原劑供給時，提高了燃料效率。在第一方面中，還原劑供給裝置可包括還原劑供給閥，該還原劑 供給閥在排氣通道中設置在NOx儲存還原催化劑上游的位置處。通過 使還原劑供給閥供給還原劑，還原劑供給裝置可將還原劑供給到NOx 儲存還原催化劑。而且，通過使燃料噴射閥執(zhí)行副噴射，即通過使燃 料噴射閥在與燃料噴射閥執(zhí)行主噴射的時刻不同的時刻噴射充當還原 劑的燃料，還原劑供給裝置可將還原劑供給到NOx儲存還原催化劑。 例如，通過使燃料噴射閥在內燃機的膨脹沖程或排氣沖程期間執(zhí)行后 噴射，還原劑供給裝置可將還原劑供給到NOx儲存還原催化劑。在第一方面中，EGR設備可以使尚未流入到NOx儲存還原催化劑 中的排氣或已從NOx儲存還原催化劑中流出的排氣再循環(huán)，只要該 EGR設備使含有還原劑的排氣的一部分再循環(huán)。在第一方面中，基礎空燃比控制裝置可通過控制所述EGR設備使 得EGR氣體的量增加而將基礎空燃比減小到供給基礎空燃比。可替代 地，該基礎空燃比控制裝置可通過減少吸入到內燃機中的新空氣的量 來將基礎空燃比減小到供給基礎空燃比。例如，通過減小內燃機的節(jié) 流閥的開度，可以減少新空氣的量。根據(jù)上述控制，供給到內燃機的 燃料量沒有增加。因此，抑制了燃料效率的惡化，這是所希望的。給控制裝置可隨著供給基礎空燃比和目標 流入空燃比之差的減小來減少所供給的還原劑的量。即，當過量供給 控制中的目標流入空燃比的值相等時，所供給的還原劑的量可隨著基 礎空燃比的減小程度的增大而減少。因而，能夠減少還原劑供給裝置 將過大量的還原劑供給到NOX儲存還原催化劑的可能性。這節(jié)約了還 原劑。如果基礎空燃比控制裝置將基礎空燃比過度減小，g卩，如果供給 基礎空燃比與正常運行基礎空燃比相比極低，則燃燒狀態(tài)可能由于基 礎空燃比的變化而不穩(wěn)定，因為在內燃機的每個燃燒循環(huán)中燃燒變動 增大了。燃燒變動是一種概念，其例如包括內燃機中的扭矩減小、 失火、從內燃機排出的煙氣增加以及燃燒噪音。優(yōu)選地，由于減小基礎空燃比引起的燃燒變動應盡可能小。因此， 在第一方面中，基礎空燃比控制裝置可將供給基礎空燃比設定在燃燒 變動不超過預定的容許極限的范圍內，該燃燒變動是在基礎空燃比控 制裝置減小基礎空燃比時引起的。因而，能夠抑制當基礎空燃比控制 裝置減小基礎空燃比時引起的燃燒變動的過度增大。所述"容許極限"意味著內燃機中允許的燃燒變動的程度或幅度 的上限?？深A先通過實驗確定在內燃機的每個運行狀態(tài)中正常運行基 礎空燃比、供給基礎空燃比以及燃燒變動之間的關系。可使用發(fā)動機 負荷和發(fā)動機轉速作為參數(shù)來建立用于供給基礎空燃比的控制映射。 因而，能夠將供給基礎空燃比適當?shù)卦O定在由于減小基礎空燃比引起 的燃燒變動不超過容許極限的范圍內。根據(jù)上述控制，以一定的靈活性設定供給基礎空燃比，只要燃燒 變動不超過容許極限。例如，優(yōu)選將供給基礎空燃比設定為最低的可 能值，以使當EGR設備將含有還原劑的排氣再循環(huán)到內燃機時引起的扭矩減小最小化。在這種情況下，該供給基礎空燃比可設定為使得燃 燒變動接近容許極限。替代地，該供給基礎空燃比可設定為使得燃燒 變動低于容許極限一定的量。在第一方面中，排氣凈化系統(tǒng)還可包括燃燒變動確定裝置，該 燃燒變動確定裝置用于確定當基礎空燃比控制裝置減小基礎空燃比時 引起的燃燒變動；以及扭矩減小量確定裝置，該扭矩減小量確定裝置 用于確定當EGR設備將含有還原劑的排氣再循環(huán)到內燃機時扭矩減小 的扭矩減小量。術語"確定"可包括"估算"和"檢測"。基礎空燃比控制裝置可設定供給基礎空燃比，使得燃燒變動等于 或低于預定的容許極限并且扭矩減小量等于或低于預定的容許值。扭 矩減小量的"預定的容許值"是內燃機中允許的扭矩減小量的上限值 并且可預先通過實驗設定。而且，可考慮駕駛員是否感覺到所謂的扭 矩沖擊來設定該容許值。例如，當燃燒變動超過容許極限并且扭矩減小量等于或低于容許 值時，基礎空燃比控制裝置可增大供給基礎空燃比。因而，當基礎空 燃比控制裝置在過量供給控制期間減小基礎空燃比時，能夠抑制空燃 比的變動。因此，能夠更適當?shù)販p小由于減小基礎空燃比引起的燃燒 變動，使得燃燒變動等于或低于容許極限。可以在基礎空燃比減小到被設定為使得燃燒變動大致等于容許極 限的供給基礎空燃比的情況下執(zhí)行增大供給基礎空燃比的控制。這是 因為例如當內燃機的運行狀態(tài)在過量供給期間突然改變時，燃燒變動 可能超過容許極限。當扭矩減小量高于容許值并且燃燒變動等于或低于容許極限時， 基礎空燃比控制裝置可減小供給基礎空燃比。因而，能夠進一步減少 通過由過量供給控制裝置控制的還原劑供給裝置供給的還原劑的量。在這種情況下，供給基礎空燃比和目標流入空燃比之差減小，因此， 基礎空燃比的變動適當?shù)販p小了。因此，能夠精確地減少當EGR設備 將含有還原劑的排氣再循環(huán)到內燃機時引起的扭矩減小量，使得該扭 矩減小量等于或低于容許值。由于以下原因，當燃燒變動高于容許極限并且扭矩減小量也在高 于容許值時，燃燒變動和扭矩減小量都不可通過簡單地增大或減小供 給基礎空燃比來減小。如果增大供給基礎空燃比來減小燃燒變動，則 扭矩減小量增大。如果減小供給基礎空燃比來減小扭矩減小量，則燃 燒變動增大。在這種情況下，過量供給控制裝置可控制還原劑供給裝置，使得 當執(zhí)行一次過量供給控制時，該還原劑供給裝置通過執(zhí)行一次或多次 還原劑排出操作來供給還原劑。過量供給控制裝置可增加還原劑供給 裝置執(zhí)行還原劑排出操作的次數(shù)，并且基礎空燃比控制裝置可增大供 給基礎空燃比。與增加還原劑供給裝置執(zhí)行還原劑排出操作的次數(shù)之前相比，當 增加還原劑供給裝置執(zhí)行還原劑排出操作的次數(shù)時，每次通過執(zhí)行還 原劑排出操作而供給的還原劑的量的平均值減小。因此，通過多次減 小扭矩或增加扭矩減小的次數(shù)，能夠減少每次的扭矩減小量(即，扭 矩每次所減小的扭矩減小量)。通過調節(jié)還原劑供給裝置執(zhí)行還原劑排 出操作的次數(shù)，將每次的扭矩減小量精確地減小到等于或低于容許值。而且，由于以上述方式減小每次的扭矩減小量，所以能夠增大供 給基礎空燃比。這減小了由于將基礎空燃比減小到供給基礎空燃比所 引起的燃燒變動。根據(jù)第一方面，通過調節(jié)還原劑排出操作的執(zhí)行次數(shù)所增加的值， 以及通過調節(jié)供給基礎空燃比所增加的修正量，能夠抑制燃燒變動使得燃燒變動等于或低于容許極限，并且能夠減小扭矩減小量使得扭矩 減小量等于或低于容許值。每次通過執(zhí)行還原劑排出操作而供給的還原劑的量可以相等或可 以不相等。根據(jù)第一方面，當執(zhí)行一次過量供給控制時，供給到NOx 儲存還原催化劑的還原劑的總量不減少。因此，能夠抑制恢復NOx儲存還原催化劑的排氣凈化性能的效率過度惡化。在第一方面中，基礎空燃比控制裝置可包括燃燒變動抑制裝置， 該燃燒變動抑制裝置用于減小當基礎空燃比控制裝置減小基礎空燃比 時引起的燃燒變動。因此，即使當基礎空燃比控制裝置減小基礎空燃 比時，也能夠減小或抑制燃燒變動。因此，能夠減小供給基礎空燃比， 從而適當?shù)販p小在內燃機中引起的扭矩減小。例如，燃燒變動抑制裝置可包括渦流控制閥，該渦流控制閥的 開度被控制，以在內燃機中產生空氣燃料混合物的渦流；以及渦流強 度增加裝置，該渦流強度增加裝置用于當基礎空燃比控制裝置減小基 礎空燃比時通過減小渦流控制閥的開度來增加渦流的強度。因此，能 夠增加空氣燃料混合物的渦流的強度，從而適當?shù)財嚢柙摽諝馊剂匣?合物。結果，使空氣燃料混合物的燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，并且抑制了燃燒變 動。在第一方面中，燃燒變動抑制裝置可包括主噴射定時提前裝置， 該主噴射定時提前裝置用于當基礎空燃比控制裝置減小基礎空燃比時 將執(zhí)行主噴射的主噴射定時提前。主噴射是在壓縮沖程期間的上死點 (TDC)附近的時刻執(zhí)行的到氣缸內的燃料噴射，用以提供所需的發(fā) 動機扭矩。通過將主噴射定時提前，不發(fā)生失火的空燃比的范圍增大 了。這適當?shù)匾种屏巳紵儎印Ｈ紘娚溲b置用于在執(zhí)行主噴射之前噴射比在主噴射中噴射的燃料量少 的燃料量；以及引燃噴射增加裝置，該引燃噴射增加裝置用于當基礎 空燃比控制裝置減小基礎空燃比時增加從引燃噴射裝置噴射的燃料量 (即，引燃噴射量)。當在引燃噴射中噴射的燃料在壓縮沖程期間燃燒時，燃燒室內的 溫度和缸內壓力在執(zhí)行主噴射之前升高，并且產生火焰核。由于引燃 噴射增加裝置增加了引燃噴射量，所以能夠提高當在執(zhí)行引燃噴射之 后執(zhí)行主噴射時的著火穩(wěn)定性。因此，能夠促進空氣燃料混合物的燃 燒，從而改善燃燒狀態(tài)。在第一方面中，在包括EGR設備的用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)中， 當EGR設備使排氣再循環(huán)并且過量供給控制被執(zhí)行時，能夠使扭矩在 內燃機中急劇減小的可能性最小化，所述EGR設備將含有還原劑的排 氣的一部分再循環(huán)到內燃機，所述還原劑被供給到設置在排氣通道中 的NOx儲存還原催化劑。本發(fā)明的第二方面涉及一種用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)的控制方 法，該排氣凈化系統(tǒng)包括NOx儲存還原催化劑，該NOx儲存還原催 化劑設置在用于內燃機的排氣通道中；還原劑供給裝置，該還原劑供 給裝置用于將還原劑從NOx儲存還原催化劑上游的位置供給到NOx 儲存還原催化劑；EGR設備，該EGR設備將含有還原劑的排氣的一部 分再循環(huán)到內燃機；以及過量供給控制裝置，該過量供給控制裝置用 于通過控制還原劑供給裝置使得該還原劑供給裝置供給還原劑以將流 入到NOx儲存還原催化劑中的排氣的空燃比暫時減小到預定的目標流 入空燃比，來執(zhí)行恢復NOx儲存還原催化劑的排氣凈化性能的過量供 給控制。該控制方法包括當EGR設備使排氣再循環(huán)并且過量供給控 制被執(zhí)行時，將內燃機中的基礎空燃比減小到預定的供給基礎空燃比， 其中，該預定的供給基礎空燃比低于不執(zhí)行過量供給控制時的基礎空 燃比。從以下參照附圖的對示例性實施例的描述，本發(fā)明的前述及進一 步的目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中，同樣的附圖標記 用于表示同樣的元件，其中

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的內燃機、用于該內燃機的進氣/排 氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的基本構造的圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的內燃機的沿著氣缸的軸線截取的 橫截面的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的扭矩減小抑制基本例程的流程圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的基礎空燃比反饋控制例程的流程 圖；并且圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的扭矩減小抑制例程的流程圖。
具體實施方式
以下，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。除非另外指明，本 發(fā)明的技術范圍不限于例如每個構成元件的尺寸、材料和形狀以及在 本實施例中描述的構成元件的相對位置。圖1是示出根據(jù)本實施例的內燃機1、用于該內燃機1的進氣/排 氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的基本構造的圖。圖1所示的內燃機1是包括四 個氣缸2的柴油發(fā)動機。圖2是示出根據(jù)本實施例的內燃機的沿著氣 缸2的軸線截取的橫截面的示意圖。[進氣系統(tǒng)]內燃機1連接到進氣歧管8。進氣歧管8的每個支管 均通過進氣口連接到相應氣缸2的燃燒室。第一進氣節(jié)流閥21設置在 進氣歧管8連接到進氣通道9置在第一進氣節(jié)流閥21上游的位置處。中間冷卻器14冷卻在進氣通道9中流動的氣體。另外，渦輪增壓器25的壓縮機殼體25a在進氣通道9中設置在中 間冷卻器14上游的位置處。渦輪增壓器25使用排氣的能量作為驅動 動力源來運行?？諝饬髁坑?5布置在壓縮機殼體25a的上游?？諝饬?量計15輸出與在進氣通道9中流動的進氣量對應的電信號?？諝鉃V清 器16設置在空氣流量計15的上游。第二進氣節(jié)流閥22在進氣通道9 中設置在空氣流量計15和壓縮機殼體25a之間的位置處。該第二進氣 節(jié)流閥22調節(jié)在進氣通道9中流動的進氣的流量。在具有上述構造的用于內燃機1的進氣系統(tǒng)中，在空氣濾清器16 去除進氣中的灰塵之后，進氣通過進氣通道9流入到壓縮機殼體25a 中。在進氣流入到壓縮機殼體25a中之后，進氣通過設置在壓縮機殼體 25a內部的壓縮機葉輪(未示出)的旋轉而壓縮。然后，在進氣的溫度 由于壓縮而升高后，進氣被中間冷卻器14冷卻。然后，根據(jù)需要通過 第一進氣節(jié)流閥21調節(jié)進氣的流量，然后進氣流入到進氣歧管8中。 在進氣流入到進氣歧管8中之后，進氣通過進氣口 4分配給氣缸2。如圖2中所示，活塞3可滑動地設置在內燃機1的每個氣缸2中。 位于氣缸2的上部中的燃燒室ll連接到進氣口 4和排氣口 5。氣缸2 設置有檢測燃燒室11內的壓力(燃燒壓力)的燃燒壓力傳感器12和 檢測空氣燃料混合物的空燃比的空燃比傳感器29。渦流控制閥13設置 在進氣口4中。該渦流控制閥13的開度被控制，以產生空氣燃料混合 物的渦流。通過打開/關閉渦流控制閥13，控制了從進氣口4到燃燒室 11的空氣流。朝燃燒室11打開的進氣口 4的開口部由進氣閥6打開/ 關閉。朝燃燒室11打開的排氣口 5的開口部由排氣閥7打開/關閉。進氣口 4和排氣口 5分別連接到進氣歧管8和排氣歧管18。將燃 料直接噴射到燃燒室11中的燃料噴射閥10設置在每個氣缸2中。分的燃料噴射閥10噴射的燃料作為著 火源而燃燒。再次參照圖1，內燃機1連接到排氣歧管18。該排氣歧管18的每個支管均通過排氣口 5連接到相應氣缸2的燃燒室11。排氣歧管18連 接到渦輪增壓器25的渦輪機殼體25b。該渦輪機殼體25b連接到排氣 通道19。該排氣通道19的下游部連接到消聲器(未示出)。[排氣系統(tǒng)]NOx儲存還原催化劑(以下稱為"NOx催化劑")20 設置在排氣通道19中。燃料供給閥24在排氣通道19中設置在NOx 催化劑20和渦輪機殼體25b之間的位置處。燃料供給閥24根據(jù)來自 ECU (電子控制單元)26 (稍后描述)的指令信號打開，以將充當還 原劑的燃料供給到排氣中。排氣節(jié)流閥23在排氣通道19中設置在NOx 催化劑20下游的位置處。排氣節(jié)流閥23調節(jié)在排氣通道19中流動的 排氣的流量。從燃料供給閥24供給到排氣通道19內的排氣中的燃料降低了排 氣中的氧濃度。以上述方式產生的具有低氧濃度的排氣流入到NOx催 化劑20中。結果，儲存在NOx催化劑20中的NOx被釋放并還原成氮 氣(N2)。目卩，通過執(zhí)行過量供給控制來執(zhí)行對NOx催化劑20的NOx 還原處理，所述過量供給控制即通過從燃料供給閥24供給充當還原 劑的燃料來暫時降低流入到NOx催化劑20中的排氣中的氧濃度。在本 實施例中，將充當還原劑的燃料供給到排氣中的燃料供給閥24可以視 作本實施例中的還原劑供給裝置。在具有上述構造的用于內燃機l的排氣系統(tǒng)中，內燃機i的每個 氣缸2中的燃燒過的氣體通過排氣口 5排出到排氣歧管18中。然后， 該排氣從排氣歧管18流入到渦輪增壓器25的渦輪機殼體25b中。在 排氣流入到渦輪機殼體25b中之后，可旋轉地支承在渦輪機殼體25b 中的渦輪機葉輪(未示出)利用排氣的熱能而旋轉。此時，渦輪機葉輪(未示出)的轉動力矩傳遞到壓縮機殼體25a的壓縮機葉輪(未示出)。在排氣從渦輪機殼體25b中流出之后，排氣中的NOx被儲存在 NOx催化劑20中。然后，根據(jù)需要通過排氣節(jié)流閥23調節(jié)排氣的流 量，然后排氣通過消聲器排出到大氣中。[EGR設備]為內燃機1設置排氣再循環(huán)設備(以下稱為"EGR設 備")30。該EGR設備30將經過排氣通道19的位于NOx催化劑20 下游的部分的排氣的一部分再循環(huán)到進氣通道9的位于壓縮機殼體25a 上游的部分。EGR設備30包括EGR通道31，該EGR通道31將排 氣通道19的位于排氣節(jié)流閥23下游的部分連接到進氣通道9的位于 壓縮機殼體25a上游和第二進氣節(jié)流閥22下游的部分；EGR閥32，該 EGR閥32調節(jié)在EGR通道31中流動的排氣(以下稱為"EGR氣體") 的流量；以及EGR冷卻器33,該EGR冷卻器33使在EGR通道31的 位于EGR閥32上游的部分中流動的EGR氣體冷卻。在具有上述構造的EGR設備30中，當EGR閥32打開時，EGR 通道31被打開，并且已從NOx催化劑20中流出的排氣的一部分通過 EGR通道31流入到進氣通道9中。在EGR氣體流入到進氣通道9中 之后，該EGR氣體通過壓縮機殼體25a和進氣歧管8再循環(huán)到內燃機 1的燃燒室11。通過調節(jié)第二進氣節(jié)流閥22的開度以增大/減小進氣通道9的連 接到EGR通道31的連接部處的進氣壓力來調節(jié)EGR氣體的流量(以 下稱為"EGR氣體流量")。例如，當減小第二進氣節(jié)流閥22的開度時， 在進氣通道9的連接到EGR通道31的連接部處產生負壓，因此增大 了 EGR氣體流量。EGR氣體含有未燃燒且具有高熱容量的不活潑氣體成分，例如水 (H20)和二氧化碳(C02)。因此，如果空氣燃料混合物含有EGR氣的燃燒溫度降低。這抑制了內燃機1中的NOx 的生成。當EGR氣體在EGR冷卻器33中冷卻時，EGR氣體的溫度降低并 且氣體的體積減小。因此，當EGR氣體再循環(huán)到燃燒室11中時，燃燒 室11中的環(huán)境溫度不會不必要地升高。另外，不存在這種可能性供 給到燃燒室11中的新空氣的量(新空氣的體積)不必要地減少。為具有上述構造的內燃機1設置ECU (電子控制單元)26，以控 制內燃機1和進氣/排氣系統(tǒng)。該ECU 26例如根據(jù)內燃機1所運行的 運行條件和來自駕駛員的請求來控制內燃機1的運行狀態(tài)。ECU 26經由電線連接到與內燃機的運行狀態(tài)的控制相關的傳感 器，例如空氣流量計15、檢測發(fā)動機轉速的曲軸位置傳感器27、檢測 加速器踏板操作量的加速器踏板位置傳感器28、空燃比傳感器29以及 燃燒壓力傳感器12。從所述傳感器輸出的信號被輸入到ECU26。 ECU 26經由電線連接到由該ECU26控制的燃料噴射閥10、渦流控制閥13、 第一進氣節(jié)流閥21、第二進氣節(jié)流閥22、排氣節(jié)流閥23、燃料供給閥 24、 EGR閥32等。例如，當ECU 26改變渦流控制閥13的開度時，燃燒室11內的空 氣燃料混合物的渦流強度增大或減小。ECU26執(zhí)行與來自燃料噴射閥 10的主噴射和引燃噴射有關的控制。主噴射是在內燃機1的壓縮沖程 期間的上死點(TDC)附近的時刻執(zhí)行的用以提供發(fā)動機扭矩的燃料 噴射。引燃噴射在執(zhí)行主噴射之前執(zhí)行。在引燃噴射中噴射的燃料量 少于在主噴射中噴射的燃料量。在本實施例中，ECU26控制在引燃噴 射中噴射的燃料量(以下稱為"引燃噴射量")和執(zhí)行在主噴射時的主 噴射定時。稍后將詳細描述由ECU26執(zhí)行的控制。ECU 26包括CPU、 ROM和RAM。該ROM存儲程序和映射，該程序用于執(zhí)行對內燃機1的控制，該映射存儲數(shù)據(jù)。存儲在ECU26的 ROM中的程序包括稍后描述的例程。除了過量供給控制和與EGR設備30有關的 控制之外，ECU26還執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的扭矩減小抑制控制。以下，將 詳細描述所述控制。
能夠儲存在NOx催化劑20中的NOx的量存在上限。因此，在本 實施例中，當在NOx催化劑20中儲存一定量的NOx時，通過執(zhí)行過 量供給控制來執(zhí)行NOx還原處理。更具體地，燃料從燃料供給閥24 供給到排氣中，使得流入到NOx催化劑20中的排氣的空燃比暫時減小 到濃空燃比，并且儲存在NOx催化劑20中的NOx被適當釋放。該NOx 還原處理可視作根據(jù)本發(fā)明的對NOx儲存還原催化劑的排氣凈化性能 的恢復。
如果當EGR設備30正在再循環(huán)EGR氣體時或者在EGR設備30 再循環(huán)EGR氣體時執(zhí)行過量供給控制，則大量的燃料從燃料供給閥24 供給到排氣中，因此，EGR氣體的空燃比被過度減小。而且，從燃料 供給閥24供給的燃料(以下稱為"所供給的燃料")的一部分經過NOx 催化劑20，然后，這部分所供給的燃料與EGR氣體一起再循環(huán)到內燃 機1。結果，每次執(zhí)行過量供給控制時，由于燃燒室11的部分中氧濃 度降低，可能發(fā)生失火或者扭矩可能急劇減小(可能發(fā)生所謂的扭矩 沖擊)。
因此，在本實施例中，當EGR設備30再循環(huán)EGR氣體并且大約 同時執(zhí)行過量供給控制時，執(zhí)行扭矩減小抑制控制，以抑制由于將空 燃比過低的EGR氣體再循環(huán)到內燃機1中所引起的扭矩急劇減小。更 具體地，當執(zhí)行過量供給控制時，預先將內燃機1中的基礎空燃比AFb 減小到供給基礎空燃比AFbs，該供給基礎空燃比AFbs低于(濃于) 正常運行基礎空燃比AFbn。從燃料供給閥24供給到排氣 中之前通過將燃料從燃料噴射閥10噴射到每個燃燒室11中而獲得的 空燃比。根據(jù)內燃機1的運行狀態(tài)來改變正常運行基礎空燃比AFbn， 以產生內燃機1的所需的發(fā)動機扭矩。供給基礎空燃比AFbs是執(zhí)行過 量供給控制時的基礎空燃比AFb的目標值。在本實施例中，供給基礎 空燃比AFbs可視作"低于不執(zhí)行過量供給控制時的基礎空燃比的預定 的供給空燃比"。
如果當基礎空燃比AFb減小到供給基礎空燃比AFbs時空燃比的 變動過大，則由于內燃機1的每個燃燒循環(huán)中的燃燒變動過大，因此 內燃機1中的燃燒狀態(tài)可能不穩(wěn)定。這可能導致例如扭矩減小、失火、 煙氣增加、以及燃燒噪音增大。因此，在本實施例中，在燃燒變動ACC 不超過容許極限ACCL的范圍內減小基礎空燃比AFb。該容許極限 ACCL意味著內燃機1中允許的燃燒變動的上限。例如，使用發(fā)動機轉 速的變動或燃燒壓力的變動作為表示燃燒變動ACC的參數(shù)。在本實施 例中，容許極限ACCL可視作根據(jù)本實施例的預定的容許極限。
在本實施例中，執(zhí)行控制來使空氣燃料混合物的燃燒穩(wěn)定，以抑 制由于減小基礎空燃比Afb所引起的燃燒變動ACC。該控制被稱為燃 燒變動抑制處理。更具體地，本實施例中的燃燒變動抑制處理通過減 小渦流控制閥13的開度來增加空氣燃料混合物的渦流的強度。這抑制 了由于使空燃比過低的EGR氣體再循環(huán)所引起的扭矩急劇減小，同時 抑制了由于減小基礎空燃比Afb所引起的燃燒變動ACC。以下將參照圖3中的流程圖來描述由 ECU26執(zhí)行的扭矩減小抑制控制。圖3是示出本實施例中的扭矩減小 抑制基本例程的流程圖。該例程由ECU 26以預定間隔重復執(zhí)行。將基 于EGR設備30正在再循環(huán)排氣的假設來描述該例程。在本實施例中， 執(zhí)行過量供給控制的ECU 26可視作過量供給控制裝置。將基礎空燃比AFb從正常運行基礎空燃比AFbn減小到供給基礎空燃比AFbs的ECU 26可視作根據(jù)本發(fā)明的基礎空燃比控制裝置。
首先，在步驟S101中，確定是否輸出了對NOx催化劑20的NOx 進行還原的請求(以下稱為"NOx還原請求")。例如，該NOx還原請 求可以基于通過將剛剛進行的對NOx催化劑20的NOx還原處理結束 之后的進氣量進行累加而獲得的值來輸出。而且，可以在排氣通道19 中設置NOx傳感器(未示出)，并且可基于來自該NOx傳感器的輸出 來輸出NOx還原請求。當在步驟S101中做出肯定判定時，該例程進 行到步驟S102。當在步驟S101中做出否定判定時，該例程結束。
在步驟S102中，ECU 26檢測內燃機1的運行狀態(tài)。更具體地， ECU 26基于由曲軸位置傳感器27檢測的曲軸轉角和由加速器踏板位 置傳感器28檢測的加速器踏板操作量來計算發(fā)動機轉速NE和燃料噴 射量(負荷)QF。
隨后，在步驟S103中，基于由空燃比傳感器29檢測的值來估算 當前的基礎空燃比AFb (正常運行基礎空燃比AFbn)。當前的基礎空 燃比AFb可基于燃料噴射量QF和由空氣流量計15檢測的值(進氣量 Ga)來計算。在步驟S103中的處理結束之后，該例程進行到步驟S104。
在步驟S104中，計算與發(fā)動機轉速NE和燃料噴射量QF對應的 供給基礎空燃比AFbs。內燃機1中的發(fā)動機轉速NE、燃料噴射量QF、 燃燒變動ACC以及供給基礎空燃比AFbs之間的關系預先通過實驗確 定，并且顯示該關系的控制映射被存儲在ECU26中。然后，使用發(fā)動 機轉速NE和燃料噴射量QF作為參數(shù)來訪問該控制映射，并且在燃燒 變動ACC不超過容許極限ACCL的范圍內計算供給基礎空燃比AFbs。
在步驟S105中，計算需要供給以將流入到NOx催化劑20中的排 氣的空燃比(以下稱為"流入排氣空燃比")AFc減小到目標流入排氣空燃比AFct的燃料量Qad (以下，此量Qad將稱為"過量供給添加量 Qad")。從內燃機1排出的排氣的空燃比等于供給基礎空燃比AFbs。 與未預先減小基礎空燃比AFb時相比，過量供給添加量Qad減少了， 該過量供給添加量Qad是從燃料供給閥24供給的燃料量。在該例程中， 過量供給添加量Qad隨著供給基礎空燃比AFbs和目標流入排氣空燃比 AFct之差的減小而減少。
目標流入排氣空燃比AFct是能夠有效還原儲存在NOx催化劑20 中的NOx的空燃比。在本實施例中，將目標流入排氣空燃比AFct設定 為低于(濃于)化學計量空燃比。而且，在本實施例中，目標流入排 氣空燃比AFct可視作根據(jù)本發(fā)明的目標流入空燃比。
在步驟S106中，計算用來將基礎空燃比AFb從正常運行基礎空 燃比AFbn減小到供給基礎空燃比AFbs的目標EGR率Rt。在本實施 例中，通過增加EGR氣體的量(即通過增大EGR率(EGR氣體量/(EGR 氣體量+進氣量)))，減小了基礎空燃比AFb。當EGR率增大時，進 氣量(新空氣的量)占空氣燃料混合物量的比例減小，因此，基礎空 燃比AFb減小。目標EGR率Rt是EGR率的目標值。
隨后，在步驟S107中，ECU26通過向渦流控制閥13輸出指令來 將渦流控制閥13的開度(以下稱為"渦流開度")SCV改變?yōu)楣┙o渦 流開度SCVs。該供給渦流開度SCVs是當執(zhí)行過量供給控制時的渦流 開度的目標值。供給渦流開度SCVs小于正常運行期間的渦流開度。該 供給渦流開度SCVs預先通過實驗設定。在步驟S107中的處理結束之 后，該例程進行到步驟S108。
在步驟S108中，ECU 26通過向EGR閥32輸出指令來將EGR閥 32的開度(以下稱為"EGR開度")Degr增大到目標開度Degrt，使得 EGR率等于目標EGR率Rt。該目標開度Degrt是當EGR率改變?yōu)槟?標EGR率Rt時的EGR開度的目標值。目標開度Degrt預先通過實驗設定。在步驟S108中，可根據(jù)需要來調節(jié)第二進氣節(jié)流閥22的開度。
隨后，在步驟S109中，ECU26通過向燃料供給閥24輸出指令來 控制該燃料供給闊24，使得燃料供給閥24以在步驟S105中計算的過 量供給添加量Qad供給燃料，以將流入排氣空燃比AFc減小到目標流 入排氣空燃比AFct。因此，儲存在NOx儲存還原催化劑20中的NOx 被還原。在步驟S109中的處理結束之后，該例程結束。
根據(jù)該例程，在含有從燃料噴射閥24供給的燃料的EGR氣體再 循環(huán)到內燃機1的時間點上，基礎空燃比AFb已減小到供給基礎空燃 比AFbs。因此，能夠減小當其空燃比已減小到目標流入排氣空燃比AFct 的EGR氣體再循環(huán)到內燃機1時(即，當過濃的EGR氣體再循環(huán)到 內燃機1時)的空燃比的變動。結果，能夠進一步減小上述的扭矩急 劇減小。
該例程中的供給渦流開度SCVs可以是盡可能多地促進空氣燃料 混合物的燃燒的開度，并可根據(jù)內燃機1的運行狀態(tài)而改變。例如， 供給渦流開度SCVs可基于正常運行基礎空燃比AFbn和供給基礎空燃 比AFbs之差來設定。當該差增大時，基礎空燃比AFb的減小程度增大， 因此燃燒變動ACC也趨于增大。因此，當基礎空燃比AFb的減小程度 增大時，可減小供給渦流開度SCVs。結果，能夠更適當?shù)匾种迫紵?動ACC。
供給基礎空燃比AFbs可根據(jù)供給渦流開度SCVs來設定。例如， 當供給渦流開度SCVs減小時，燃燒變動ACC減小，因此，可減小供 給基礎空燃比AFbs。
在該例程中，執(zhí)行控制來減小渦流開度SCV，從而抑制燃燒變動 △CC (即，執(zhí)行燃燒變動抑制處理)。然而，該燃燒變動抑制處理對于 應用本發(fā)明不是必須的。在不執(zhí)行燃燒變動抑制處理的情況下，當供給基礎空燃比AFbs減小時，燃燒變動ACC趨于增大。同樣在這種情 況下，將供給基礎空燃比AFbs設定在燃燒變動ACC不超過A CCL的
范圍內。接下來，將描述實施例中的與上述扭矩減小抑制基本 例程不同的扭矩減小抑制控制。在以下描述的扭矩減小抑制控制中， 基于由于將基礎空燃比AFb減小到供給基礎空燃比Afbs所引起的燃燒 變動ACC和當EGR設備30將含有所供給的燃料的排氣再循環(huán)到內燃 機1時扭矩減小的扭矩減小量ATD來執(zhí)行對供給基礎空燃比AFbs的 反饋控制。
更具體地，燃燒變動ACC超過容許極限ACCL時，ECU 26增大 供給基礎空燃比AFbs。結果，能夠減小當基礎空燃比AFb減小時的空 燃比的變動，從而抑制燃燒變動ACC。在該控制中，作為表示燃燒變 動ACC的參數(shù)，使用了發(fā)動機轉速NE的變動ANE (例如，以預定的 曲軸轉角間隔輸出的發(fā)動機轉速脈沖信號的相位變動ANE)。這種以預 定的曲軸轉角間隔輸出的發(fā)動機轉速脈沖信號的相位變動ANE (以下 簡稱"相位變動ANE")表示燃燒變動。當相位變動ANE大于預先通 過實驗設定的容許值ANEL時，確定"燃燒變動ACC超過容許極限 ACCIZ，。
在該反饋控制中，當扭矩減小量ATD大于容許值ATDL時，ECU 26減小供給基礎空燃比AFbs。"容許值ATDL"是內燃機1中允許的 扭矩減小量的上限值。該容許值ATDL是扭矩減小量的上閾值，當?shù)?于和低于該上閾值時，駕駛員感覺不到扭矩沖擊。該容許值ATDL預 先通過實驗設定。在本實施例中，容許值ATDL可視作根據(jù)本發(fā)明的 預定的容許值。
如上所述，當基礎空燃比AFbs減小時，能夠減小當其空燃比已減 小到目標流入排氣空燃比AFct的EGR氣體再循環(huán)時引起的空燃比的變動。這減小了扭矩減小量ATD。在該控制中，作為表示扭矩減小量 ATD的參數(shù)，使用了內燃機1中的燃燒壓力所減小的燃燒壓力減小量 △PC。當燃燒壓力減小量APC大于預先通過實驗設定的容許值APCL 時，確定為"扭矩減小量ATD大于容許值ATDL"。
當燃燒變動ACC超過容許極限ACCL并且扭矩減小量ATD大于 容許值ATDL時，ECU 26增加當ECU 26控制燃料供給閥24使得該燃 料供給閥24以過量供給添加量Qad供給燃料時的燃料排出次數(shù)EN。 另外，ECU26增大供給基礎空燃比AFbs。燃料排出次數(shù)EN是當燃料 供給閥24通過執(zhí)行多次排出操作而以過量供給添加量Qad供給燃料時 燃料供給閥24執(zhí)行的排出操作的次數(shù)。通過增加燃料排出次數(shù)EN， 當再循環(huán)含有所供給的燃料的排氣時，扭矩以多次減小。而且，當燃 料排出次數(shù)EN增加時，通過執(zhí)行一次排出操作而供給的燃料量減少。 因此，扭矩以多次減小。這減小了每次的扭矩減小量ATDL (即，扭矩 每次減小的扭矩減小量ATDL)。另外，由于供給基礎空燃比AFbs增 大，所以抑制了燃燒變動ACC。即，能夠減小燃燒變動ACC并且能夠 減小扭矩減小量ATD。
該反饋控制中的燃燒變動抑制處理增加引燃噴射量QFp，該引燃 噴射量QFp是在引燃噴射中從由ECU 26控制的燃料噴射閥IO噴射的 燃料量。這在執(zhí)行主噴射之前升高了燃燒室11中的缸內溫度和缸內壓 力。因此，提高了主噴射中的著火穩(wěn)定性。因此，能夠通過促進空氣 燃料混合物的燃燒來適當?shù)匾种迫紵儎覣CC。以下，將參照圖4中的流程圖來描述 由ECU 26執(zhí)行的對供給基礎空燃比AFbs的反饋控制。圖4是示出本 實施例中的基礎空燃比反饋控制例程的流程圖。該例程由ECU 26以預 定間隔重復執(zhí)行。也將基于EGR設備30正在再循環(huán)排氣的假設來描 述該例程。在該例程中，與上述扭矩減小抑制基本例程中的相同的處 理用相同的步驟號表示，并且將省略其詳細描述。首先，步驟S101至步驟S103中的處理與扭矩減小抑制基本例程
中的相同。當步驟S103中的處理結束時，該例程進行到步驟S201。在 步驟S201中，計算與發(fā)動機轉速NE和燃料噴射量QF對應的修正前 的供給基礎空燃比AFbsb。該修正前的供給基礎空燃比AFbsb是當未 考慮修正系數(shù)Kfb (稍后描述)時的基礎空燃比AFb的目標值。
隨后，在步驟S202中，ECU 26讀出在剛剛進行的例程中存儲的 修正系數(shù)Kfb。該修正系數(shù)Kfb是用來對基本供給基礎空燃比(修正前 的供給基礎空燃比)AFbsb進行修正的修正系數(shù)。更具體地，該修正系 數(shù)Kfb基于燃燒變動ACC和扭矩減小量ATD來設定。
隨后，在步驟S203中，ECU 26通過將修正前的供給基礎空燃比 AFbsb乘以修正系數(shù)Kfb來計算供給基礎空燃比AFbs。在步驟S203 中的處理結束之后，該例程進行到步驟S204。
在步驟S204中，ECU 26基于燃料噴射量QF和供給基礎空燃比 AFbs來計算供給引燃噴射量QFps。該供給引燃噴射量QFps是當執(zhí)行 過量供給控制時的引燃噴射量QFp的目標值。該供給引燃噴射量QFps 大于正常運行期間的引燃噴射量QFpb。當供給基礎空燃比AFbs減小 時(即，當供給基礎空燃比AFbs變濃時)，燃燒變動ACC趨于增大。 因此，在該例程中，當供給基礎空燃比AFbs減小時，供給引燃噴射量 QFps增加。在步驟S204中的處理結束之后，該例程進行到步驟S205。
在步驟S205中，ECU26設定當執(zhí)行過量供給(RS)時應該滿足 的條件(以下稱為"過量供給執(zhí)行條件")。更具體地，如扭矩減小抑 制基本例程的步驟S105中，首先，基于供給基礎空燃比AFbs和目標 流入排氣空燃比AFct來計算過量供給添加量Qad。另外，在步驟S205 中，ECU 26讀出當該ECU 26最后一次執(zhí)行該例程時存儲的燃料排出 次數(shù)EN。稍后將詳細描述該燃料排出次數(shù)EN。在步驟S205中的處理結束之后，該例程進行到步驟S106。
在步驟S106中，計算目標EGR率Rt。在步驟S106中的處理結 束之后，該例程進行到步驟S206。在步驟S206中，ECU26通過向燃 料噴射閥10輸出指令來將引燃噴射量QFp增加到在步驟S204中設定 的供給引燃噴射量QFps。在步驟S206中的處理結束之后，該例程進 行到步驟S108。在步驟S108中，ECU 26通過向EGR閥32輸出指令 來將EGR開度Degr增大到目標開度Degrt，使得EGR率等于目標EGR 率Rt。結果，基礎空燃比AFb減小到供給基礎空燃比AFbs。此時，由 于在步驟S206中增加了引燃噴射量QFp (即，執(zhí)行了燃燒變動抑制處 理)，所以燃燒變動ACC減小了。在步驟S108中的處理結束之后，該 例程進行到步驟S207。
在步驟S207中，ECU26確定燃燒變動ACC。更具體地，ECU 26 基于由曲軸位置傳感器27檢測的值來檢測在ECU 26將EGR開度Degr 增大到目標開度Degrt之后的預定時段期間的相位變動ANE。該預定 時段是用于檢測燃燒變動的取樣時段。該預定時段預先通過實驗設定。 在該例程中，確定燃燒變動ACC的ECU 26可視作根據(jù)本發(fā)明的燃燒 變動確定裝置。
隨后，在步驟S208中，ECU26通過向燃料供給閥24輸出指令來 控制燃料供給閥24，使得燃料供給閥24根據(jù)在步驟S205中設定的過 量供給(RS)執(zhí)行條件將燃料供給到排氣中。即，ECU26控制燃料供 給閥24使得燃料供給閥24通過執(zhí)行與燃料排出次數(shù)EN相等次數(shù)的排 出操作來以過量供給添加量Qad供給燃料。結果，流入排氣空燃比AFc 減小到目標流入排氣空燃比AFct，并且儲存在NOx儲存還原催化劑20 中的NOx被還原。
隨后，在步驟S209中，ECU26確定由于含有在步驟S208中供給 的燃料的EGR氣體的再循環(huán)而使扭矩減小的扭矩減小量ATD。更具體地，基于由燃燒壓力傳感器12檢測的值來檢測燃燒壓力減小量APC。
在該例程中，確定扭矩減小量ATD的ECU 26可視作根據(jù)本發(fā)明的扭 矩減小量確定裝置。
隨后，在步驟S210中，確定在步驟S207中確定的燃燒變動ACC 是否等于或低于容許極限ACCL。更具體地，確定相位變動(發(fā)動機轉 速脈沖信號的相位變動)ANE是否等于或低于容許值ANEL。當在步 驟S210中做出肯定判定時，該例程進行到步驟S211。當在步驟S210 中做出否定判定時，該例程進行到步驟S214。
在步驟S211中，確定在步驟S209中確定的扭矩減小量ATD是否 等于或低于容許值ATDL。更具體地，確定燃燒壓力減小量APC是否 等于或低于容許值APCL。當在步驟S211中做出肯定判定時，該例程 進行到步驟S212。當在步驟S211中做出否定判定時，該例程進行到步 驟S213。
在步驟S212中，由于已經確定燃燒變動ACC等于或低于容許極 限ACCL并且扭矩減小量ATD等于或低于容許值ATDL，所以確定為 供給基礎空燃比AFbs不需要修正。因此，ECU 26存儲修正系數(shù)Kfb 而沒有對修正系數(shù)Kfb進行修正。然后，該例程結束。
在步驟S213中，由于巳經確定為燃燒變動ACC等于或低于容許 極限ACCL而扭矩減小量ATD高于容許值ATDL，所以燃燒變動ACC 需要減小。因此，ECU26減小修正系數(shù)Kfb使得供給基礎空燃比AFbs 減小，并存儲該減小的修正系數(shù)Kfb。在步驟S213中的處理結束之后， 該例程結束。
在步驟S214中，如步驟S211中一樣，確定扭矩減小量ATD是否 等于或低于容許值ATDL。當在步驟S214中做出肯定判定時，該例程 進行到步驟S215。當在步驟S214中做出否定判定時，該例程進行到步驟S216。
在步驟S215中，由于已經確定扭矩減小量ATD等于或低于容許 值ATDL并且燃燒變動ACC高于容許極限ACCL，所以燃燒變動ACC 需要減小。因此，ECU26增大修正系數(shù)Kfb使得供給基礎空燃比AFbs 增大，并存儲該增大的修正系數(shù)Kfb。在步驟S215中的處理結束之后，
該例程結束。
在步驟S216中，由于己經確定為燃燒變動ACC高于容許極限 △CCL并且扭矩減小量ATD高于容許值ATDL，所以燃燒變動ACC和 扭矩減小量ATD需要減小。因此，ECU26增加燃料排出次數(shù)EN。另 外，ECU 26增大修正系數(shù)Kfb使得供給基礎空燃比AFbs增大，并存 儲該增大的修正系數(shù)Kfb。在步驟S216中的處理結束之后，該例程結 束。
如上所述，根據(jù)本例程，能夠基于燃燒變動ACC和扭矩減小量 ATD來適當?shù)貓?zhí)行對供給基礎空燃比AFbs的反饋控制。因此，能夠精 確地控制該供給基礎空燃比AFbs，使得燃燒變動ACC等于或低于容許 極限ACCL并且扭矩減小量ATD等于或低于容許值ATDL。
而且，在該例程中，作為表示燃燒變動ACC的參數(shù)，使用了相位 變動ANE (以預定的曲軸轉角間隔輸出的發(fā)動機轉速脈沖信號的相位 變動ANE)。然而，可使用燃燒壓力的變動。而且，作為表示扭矩減小 量ATD的參數(shù)，使用了燃燒壓力減小量APC。然而，可使用相位變動 ANE (以預定的曲軸轉角間隔輸出的發(fā)動機轉速脈沖信號的相位變動 ANE)o接下來，將描述與上述扭矩減小抑 制控制不同的扭矩減小抑制控制的修改例。在該修改例中，在燃燒變 動ACC抑制處理中，過量供給控制期間的燃料噴射闊10執(zhí)行主噴射的主噴射定時TM相對于正常運行期間的主噴射定時TM提前了。通 過將主噴射定時TM提前，當基礎空燃比AFb減小時，不發(fā)生失火的 空燃比范圍增大了。因此，能夠適當?shù)匾种迫紵儎覣CC。圖5是示出根據(jù)本實施例的修改的扭 矩減小抑制例程的流程圖。該例程由ECU26以預定間隔重復執(zhí)行。也 將基于EGR設備30正在再循環(huán)排氣的假設來描述該例程。在該例程 中，與上述扭矩減小抑制基本例程和基礎空燃比反饋控制例程中的處 理相同的處理用相同的步驟號表示，并且將省略其詳細描述。
步驟S101至步驟S106中的處理與扭矩減小抑制基本例程中的處 理相同。在步驟S106中的處理結束之后，該例程進行到步驟S301。在 步驟S301中，ECU26通過向燃料噴射閥IO輸出指令來將主噴射定時 TM改變?yōu)楣┙o主噴射定時TMs。該供給主噴射定時TMs是過量供給 控制期間的主噴射定時的目標定時。供給主噴射定時TMs被設定為相 對于正常運行期間的主噴射定時TM提前。
在步驟S301中的處理結束之后，該例程進行到步驟S108。艮P， ECU 26通過向EGR閥32輸出指令來將EGR開度Degr增大到目標開 度Degrt。在步驟S108中的處理結束之后，該例程進行到步驟S207。 即，ECU 26確定燃燒變動ACC。在步驟S207中的處理結束之后，該 例程進行到步驟S210。
在步驟S210中，確定在步驟S207中確定的燃燒變動ACC是否等 于或低于容許極限ACCL。當在步驟S210中做出肯定判定時，該例程 進行到步驟S302。當在步驟S210中做出否定判定時，該例程進行到步 驟S303。
在步驟S302中，將EGR開度Degr減小一預定的開度，使得供給 基礎空燃比AFbs增大。該預定的開度預先通過實驗設定。在步驟S302中的處理結束之后，該例程進行到步驟S207。即，EGR減小并且供給 基礎空燃比AFbs增大，直到燃燒變動ACC等于或低于容許極限ACCL。
在步驟S303中，ECU26計算過量供給添加量Qad。在步驟S303 中，基于當前的發(fā)動機轉速NE、當前的燃料噴射量QF和當前的EGR 開度Degr來估算當前的流入排氣空燃比AFc，并計算將流入排氣空燃 比AFc減小到目標流入排氣空燃比AFct所需的過量供給添加量Qad。
隨后，在步驟S304中，ECU26估算扭矩減小量ATD。例如，可 基于發(fā)動機轉速NE、燃料噴射量QF、 EGR開度Degr以及過量供給添 加量Qad來估算扭矩減小量ATD。
隨后，在步驟S305中，確定在步驟S304中估算的扭矩減小量ATD 是否等于或低于容許值ATDL。當在步驟S305中做出肯定判定時，該 例程進行到步驟S306。在步驟S306中，ECU26通過向燃料供給閥24 輸出指令來將燃料以過量供給添加量Qad供給到排氣中。結果，流入 排氣空燃比AFc減小到目標流入排氣空燃比AFct，并且儲存在NOx 儲存還原催化劑20中的NOx被還原。在步驟S306中的處理結束之后， 該例程結束。
當在步驟S305中做出否定判定時，確定為扭矩減小量ATD需要 減小。因此，該例程進行到步驟S307。在步驟S307中，ECU26增加 燃料排出次數(shù)EN，并控制燃料供給閥24使得該燃料供給閥24以過量 供給添加量Qad供給燃料。因此，能夠將流入排氣空燃比AFc減小到 目標流入排氣空燃比AFct，同時適當?shù)販p小扭矩減小量ATD。而且， 當增加燃料排出次數(shù)EN時的燃料排出次數(shù)EN的目標值可例如根據(jù)扭 矩減小量ATD和容許值ATDL之差來設定。該燃料排出次數(shù)EN的目 標值預先通過實驗設定。在步驟S307中的處理結束之后，該例程結束。
如上所述，根據(jù)該例程，通過控制主噴射定時TM和EGR開度Degr，能夠適當?shù)匾种迫紵儎覣CC，使得燃燒變動ACC等于或低于 容許極限ACCL。而且，通過精確地估算由于含有所供給燃料的EGR 氣體的再循環(huán)而使扭矩減小的扭矩減小量ATD以及根據(jù)需要增加燃料 排出次數(shù)EN，能夠精確地減小扭矩減小量ATD，使得扭矩減小量ATD 等于或低于容許值ATDL。
在該例程中，供給主噴射定時TMs可以基于正常運行基礎空燃比 AFbn和供給基礎空燃比AFbs之差來設定。例如，供給主噴射定時TMs 可以隨著正常運行基礎空燃比AFbn和低于該正常運行基礎空燃比 AFbn的供給基礎空燃比AFbs之差的增大而提前。因此，能夠適當?shù)?抑制燃燒變動ACC。
已描述了與渦流開度SCV、引燃噴射量QFp和主噴射定時TM有 關的控制，作為本實例中的燃燒變動抑制處理。通過以組合方式使用 上述控制，能夠更適當?shù)匾种迫紵儎印?br> 而且，在本實施例中，已描述了用于NOx儲存還原催化劑20的 NOx還原處理。然而，本發(fā)明不限于NOx還原處理。例如，本發(fā)明可 應用于對NOx儲存還原催化劑20的SOx中毒恢復處理，即，所執(zhí)行 的使得NOx儲存還原催化劑20從SOx中毒中恢復的處理。
在本實施例的過量供給控制中，燃料供給閥24供給燃料，以減小 流入NOx催化劑20中的排氣的空燃比。然而，例如，燃料噴射閥10 可在執(zhí)行主噴射之后的膨脹沖程或排氣沖程期間執(zhí)行后噴射，以減小 排氣的空燃比。
而且，在本實施例的排氣凈化系統(tǒng)中，設置有渦輪增壓器25，并 且將排氣的一部分再循環(huán)到進氣通道9的位于壓縮機殼體25a上游的 部分。然而，可以將排氣的一部分再循環(huán)到進氣系統(tǒng)的位于壓縮機殼 體25a下游的部分。當然，本發(fā)明可應用于不包括渦輪增壓器的排氣凈化系統(tǒng)。而且，在排氣通道19的位于燃料供給閥24和NOx催化劑 20之間的部分中的排氣可通過EGR通道31再循環(huán)到進氣系統(tǒng)。而且， 本發(fā)明還可應用于包括除EGR設備30以外的所謂高壓EGR設備的排 氣凈化系統(tǒng)，該高壓EGR設備將經過排氣歧管18的排氣的一部分再 循環(huán)到進氣歧管8。
權利要求
1.一種用于內燃機(1)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于包括NOx儲存還原催化劑(20)，所述NOx儲存還原催化劑(20)設置在用于所述內燃機(1)的排氣通道中；還原劑供給裝置(24)，所述還原劑供給裝置(24)用于將還原劑從所述NOx儲存還原催化劑(20)上游的位置供給到所述NOx儲存還原催化劑(20)；EGR設備(30)，所述EGR設備(30)將含有所述還原劑的排氣的一部分再循環(huán)到所述內燃機(1)；過量供給控制裝置(26)，所述過量供給控制裝置(26)用于通過控制所述還原劑供給裝置(24)使得所述還原劑供給裝置(24)供給還原劑以將流入到所述NOx儲存還原催化劑(20)中的排氣的空燃比暫時減小到預定的目標流入空燃比，來執(zhí)行恢復所述NOx儲存還原催化劑(20)的排氣凈化性能的過量供給控制；以及基礎空燃比控制裝置(26)，所述基礎空燃比控制裝置(26)用于當所述EGR設備(30)使排氣再循環(huán)并且所述過量供給控制被執(zhí)行時將所述內燃機(1)中的基礎空燃比減小到預定的供給基礎空燃比，其中，所述預定的供給基礎空燃比低于不執(zhí)行所述過量供給控制時的所述基礎空燃比。
2. 根據(jù)權利要求l所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述過量供給控制 裝置(26)隨著所述供給基礎空燃比和所述目標流入空燃比之差的減小 而減少所供給的還原劑的量。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述基礎空燃 比控制裝置(26)將所述供給基礎空燃比設定在燃燒變動不超過預定的 容許極限的范圍內，該燃燒變動是在所述基礎空燃比控制裝置(26)減小 所述基礎空燃比時引起的。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于還包括燃燒變動確定裝置(26)，所述燃燒變動確定裝置(26)用于確定在所 述基礎空燃比控制裝置(26)減小所述基礎空燃比時引起的燃燒變動；以及扭矩減小量確定裝置(26)，所述扭矩減小量確定裝置(26)用于確定 當所述EGR設備(30)將含有所述還原劑的排氣再循環(huán)到所述內燃機(1) 時扭矩減小的扭矩減小量，其中，所述基礎空燃比控制裝置(26)設定所 述供給基礎空燃比，使得所述燃燒變動等于或低于預定的容許極限， 并且所述扭矩減小量等于或低于預定的容許值。
5. 根據(jù)權利要求4所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中當所述燃燒變動超 過所述容許極限并且所述扭矩減小量等于或低于所述容許值時，所述 基礎空燃比控制裝置(26)增大所述供給基礎空燃比。
6. 根據(jù)權利要求4所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中當所述扭矩減小量 高于所述容許值并且所述燃燒變動等于或低于所述容許極限時，所述 基礎空燃比控制裝置(26)減小所述供給基礎空燃比。
7. 根據(jù)權利要求4所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述過量供給控制 裝置(26)控制所述還原劑供給裝置(24)，使得當執(zhí)行一次所述過量供給 控制時，所述還原劑供給裝置(24)通過執(zhí)行一次或多次還原劑排出操作 來供給所述還原劑；并且當所述燃燒變動超過所述容許極限并且所述扭矩減小量高于所述 容許值時，所述過量供給控制裝置(26)增加所述還原劑供給裝置(24)執(zhí) 行還原劑排出操作的次數(shù)，并且所述基礎空燃比控制裝置(26)增大所述 供給基礎空燃比。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述 基礎空燃比控制裝置(26)包括燃燒變動抑制裝置，所述燃燒變動抑制裝置用于減小在所述基礎空燃比控制裝置(26)減小所述基礎空燃比時引起的燃燒變動。
9. 根據(jù)權利要求8所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述燃燒變動抑制裝置包括渦流控制閥(13)，所述渦流控制閥(13)的開度被控制，以在所述內 燃機(l)中產生空氣燃料混合物的渦流；以及渦流強度增加裝置，所述渦流強度增加裝置用于當所述基礎空燃 比控制裝置(26)減小所述基礎空燃比時通過減小所述渦流控制閥(13)的開度來增加渦流的強度。
10. 根據(jù)權利要求8所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述燃燒變動抑 制裝置包括主噴射定時提前裝置，所述主噴射定時提前裝置用于當所 述基礎空燃比控制裝置(26)減小所述基礎空燃比時將執(zhí)行主噴射的主 噴射定時提前。
11. 根據(jù)權利要求8所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述燃燒變動抑 制裝置包括引燃噴射裝置，所述引燃噴射裝置用于在執(zhí)行主噴射之前噴射比 在所述主噴射中噴射的燃料量少的燃料量，以及引燃噴射增加裝置，所述引燃噴射增加裝置用于當所述基礎空燃 比控制裝置(26)減小所述基礎空燃比時增加從所述引燃噴射裝置噴射 的燃料量。
12. —種用于內燃機(l)的排氣凈化系統(tǒng)的控制方法，所述排氣凈 化系統(tǒng)包括NOx儲存還原催化劑(20)，所述NOx儲存還原催化劑(20) 設置在用于所述內燃機(l)的排氣通道中；還原劑供給裝置(24)，所述還 原劑供給裝置(24)用于將還原劑從所述NOx儲存還原催化劑(20)上游 的位置供給到所述NOx儲存還原催化劑(20); EGR設備(30)，所述EGR 設備(30)將含有所述還原劑的排氣的一部分再循環(huán)到所述內燃機(1);以及過量供給控制裝置(26)，所述過量供給控制裝置(26)用于通過控制所 述還原劑供給裝置(24)使得所述還原劑供給裝置(24)供給還原劑以將流 入到所述NOx儲存還原催化劑(20)中的排氣的空燃比暫時減小到預定 的目標流入空燃比，來執(zhí)行恢復所述NOx儲存還原催化劑(20)的排氣 凈化性能的過量供給控制，所述控制方法的特征在于包括當所述EGR設備(30)使排氣再循環(huán)并且所述過量供給控制被執(zhí)行 時，將所述內燃機(l)中的基礎空燃比減小到預定的供給基礎空燃比， 其中，所述預定的供給基礎空燃比低于不執(zhí)行所述過量供給控制時的 所述基礎空燃比。
13. —種用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)，包括NOx儲存還原催化劑，所述NOx儲存還原催化劑設置在用于所述 內燃機的排氣通道中；還原劑供給裝置，所述還原劑供給裝置將還原劑從所述NOx儲存 還原催化劑上游的位置供給到所述NOx儲存還原催化劑；EGR設備，所述EGR設備將含有所述還原劑的排氣的一部分再循 環(huán)到所述內燃機；過量供給控制裝置，所述過量供給控制裝置通過控制所述還原劑 供給裝置使得所述還原劑供給裝置供給還原劑以將流入到所述NOx儲 存還原催化劑中的排氣的空燃比暫時減小到預定的目標流入空燃比， 來執(zhí)行恢復所述NOx儲存還原催化劑的排氣凈化性能的過量供給控 制；以及基礎空燃比控制裝置，當所述EGR設備使排氣再循環(huán)并且所述過 量供給控制被執(zhí)行時，所述基礎空燃比控制裝置將所述內燃機中的基 礎空燃比減小到預定的供給基礎空燃比，其中，所述預定的供給基礎 空燃比低于不執(zhí)行所述過量供給控制時的所述基礎空燃比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)及其控制方法。其中，用于內燃機的排氣凈化系統(tǒng)包括NO_X儲存還原催化劑；還原劑供給裝置；EGR設備；過量供給控制裝置，過量供給控制裝置用于通過控制還原劑供給裝置使得還原劑供給裝置供給還原劑以將流入到NO_X儲存還原催化劑中的排氣的空燃比暫時減小到預定的目標流入空燃比，來執(zhí)行恢復NO_X儲存還原催化劑的排氣凈化性能的過量供給控制；及基礎空燃比控制裝置，基礎空燃比控制裝置用于當EGR設備使排氣再循環(huán)并且過量供給控制被執(zhí)行時將內燃機中的基礎空燃比減小到預定的供給基礎空燃比，其中預定的供給基礎空燃比低于不執(zhí)行過量供給控制時的基礎空燃比并且稀于化學計量空燃比。
文檔編號F01N3/08GK101622429SQ200880006815
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權日2007年3月1日
發(fā)明者中谷好一郎, 友田晃利, 古橋道雄, 小鄉(xiāng)知由, 小野智幸, 石山忍 申請人:豐田自動車株式會社