适用于内燃机排气净化装置的燃料添加控制方法及排气净化装置

摘要

提供一种排气净化装置，在被要求对排气净化催化剂的过热进行抑制的同时，向排气净化催化剂中添加燃料的状况下，能够快速地实行燃料添加。在具备净化内燃机(1)排气的排气净化催化剂(8)和从排气净化催化剂(8)上游添加燃料的燃料添加阀(10)的内燃机排气净化装置中，对燃料添加阀(10)进行操作，从而为了将排气净化催化剂(8)控制在目标温度，重复进行由燃料添加阀(10)添加燃料的添加期间和停止燃料添加的中止期间组合而成的周期，而且各周期中，中止期间以夹着添加期间的形式被设置。并且使设在添加期间之前的添加前中止期间的长度根据周期起点(P1)上的排气净化催化剂(8)的温度而变化。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及一种内燃机排气净化装置及其燃料添加控制方法，其 在排气净化单元上游添加燃料，以便将储存还原型NOx催化剂等的排 气净化单元控制在目标温度。

背景技术

[0002]作为稀燃式内燃机(例如柴油发动机)排气净化单元所使用的储 存还原型NOx催化剂，由于包含在排气中的硫氧化物的堆积，其催化 剂功能降低。当使用储存还原型NOx催化剂时，为了将堆积于催化剂 上的硫氧化物分解并去除，让催化剂功能得到恢复，有必要定期进行 被称作S再生的再生处理。S再生是通过让催化剂温度升高到比通常运 转状态下的温度区域高的目标温度(例如600℃以上)，且将催化剂附 近的空燃比保持在理论空燃比或浓区域来实施的。催化剂温度是通过 例如将燃料作为还原剂添加到排气中而实施升温的。但是，当为了控 制在目标温度而连续添加必要量的燃料时，因还原反应的连续进行而 有可能发生使催化剂温度上升过度的情况。针对于此，已公开有一种 排气净化装置，其在进行S再生时为将储存还原型NOx催化剂的温度 控制在目标温度，对燃料添加阀进行操作以便将由燃料添加阀添加燃 料的添加期间和停止燃料添加的中止期间组合而成的周期进行重复， 并且，在各周期中对能否由燃料添加阀添加燃料进行控制，以使中止 期间的一半在添加期间之前作为添加前中止期间而被设置(例如参照 专利文献1)。

[0003]专利文献1：日本特开2005-337039号公报

发明内容

发明要解决的课题

[0004]适用于储存还原型NOx催化剂S再生处理的运转状态是被限定 的。通常，S再生处理在内燃机的运转状态适用于该S再生处理的运转 状态时进行。因此，有必要进行S再生处理时，优选在内燃机的运转 状态适用于S再生处理的运转状态时快速进行燃料添加。在专利文献1 的排气净化装置中，由于添加前中止期间的长度被固定为中止期间的 一半，从而容易发生在添加前中止期间中内燃机的运转状态从适用于S 再生处理的运转状态脱离等的失去S再生的机会的情况。

[0005]因此，本发明以提供一种抑制储存还原型NOx催化剂等排气净化 单元的过热，并能够快速地实行向排气净化单元的燃料添加的内燃机 排气净化装置的燃料添加控制方法及适用于实施该方法的排气净化装 置为目的。

解决课题的方法

[0006]本发明的燃料添加控制方法适用于，具备净化内燃机排气的排气 净化单元和从所述排气净化单元上游添加燃料的燃料添加单元的内燃 机排气净化装置，所述燃料添加控制方法为操作所述燃料添加单元， 从而为了将所述排气净化单元控制在目标温度，重复进行由所述燃料 添加单元添加燃料的添加期间与停止燃料添加的中止期间组合而成的 周期，而且各周期中所述中止期间以夹着所述添加期间的形式被分割， 并且，通过操作所述燃料添加单元，以使设在所述添加期间之前的中 止期间即添加前中止期间的长度，根据所述周期起点上的所述排气净 化单元的温度而变化，从而解决上述课题。

[0007]按照本发明的燃料添加控制方法，由于在添加期间之前设置有添 加前中止期间，通过在该添加前中止期间使排气净化单元的温度降低， 从而能对在随后的添加期间排气净化单元温度的过度上升进行抑制。 为防止添加期间的排气净化单元过热，在添加前中止期间内应该降低 的排气净化单元的温度幅度根据在周期起点上的排气净化单元的温度 而不同。由于在添加前中止期间内应该降低的温度幅度与添加前中止 期间的长度相关，根据在周期起点上的排气净化单元的温度来变更添 加前中止期间的长度，从而能设定可防止添加期间的排气净化单元过 热的合适长度的添加前中止期间。由此，能防止设置过长的添加前中 止期间，从而能快速实行燃料添加。

[0008]在本发明的燃料添加控制方法的一个实施方式中，也可以将所述 燃料添加单元操作成在所述周期起点上的所述排气净化单元的温度越 低所述添加前中止期间的长度就越短。添加前中止期间越长就能在该 添加前中止期间中使排气净化单元的温度越低，若排气净化单元的温 度已经较低时，即使不设置长的添加前中止期间，也能防止添加期间 中排气净化单元过热。因此，通过在周期起点上的排气净化单元的温 度越低使添加前中止期间的长度就越短，从而能快速实行燃料添加。

[0009]本发明的内燃机的排气净化装置，包括：储存还原型NOx催化剂， 其被设置于内燃机的排气通道中；燃料添加单元，用于从所述储存还 原型NOx催化剂的上游添加燃料；添加控制单元，用于对所述燃料添 加单元进行操作，从而为了将所述储存还原型NOx催化剂的温度控制 在目标温度，重复进行由所述燃料添加单元添加燃料的添加期间与停 止燃料添加的中止期间组合而成的周期，而且各周期中所述中止期间 以夹着所述添加期间的形式被分割，所述添加控制单元包括：温度要 求添加量计算单元，用于计算出将所述储存还原型NOx催化剂的温度 控制在所述目标温度所需要的燃料添加量；预测添加量计算单元，用 于计算出在规定期间中将所述储存还原型NOx催化剂的空燃比维持在 目标空燃比所需要的燃料添加量；期间计算单元，基于所述温度要求 添加量计算单元及所述预测添加量计算单元各自算出的添加量而计算 出所述周期的长度，通过从得到的周期长度减去作为所述添加期间的 所述规定期间，计算出所述周期中的中止期间的长度；添加前中止期 间计算单元，基于通过所述期间计算单元算出的中止期间长度和所述 周期起点上的所述储存还原型NOx催化剂的温度，计算出设在所述添 加期间之前的中止期间，即添加前中止期间的长度；添加时期控制单 元，通过对所述燃料添加单元的燃料添加与否进行控制，从而使由所 述添加前中止期间计算单元算出的长度的添加前中止期间设置在所述 添加期间之前，从而解决上述课题。

[0010]按照本发明的发动机排气净化装置，由于根据在周期起点上的储 存还原型NOx催化剂的温度设定添加前中止期间的长度，与本发明的 燃料添加控制方法相同，从而能设定可防止添加期间中储存还原型 NOx催化剂过热的合适长度的添加前中止期间。由此，由于能防止设 定过长的添加前中止期间，从而能快速实行对储存还原型NOx催化剂 的燃料添加。而且，由于在添加期间之前设置有添加前中止期间，通 过在添加前中止期间使排气净化单元的温度降低，能抑制在添加期间 中排气净化单元温度的过度上升。

[0011]在本发明的排气净化装置的一个实施方式中，还可以是，所述周 期起点上的所述储存还原型NOx催化剂的温度越低，所述添加前中止 期间计算单元计算出的所述添加前中止期间的长度就越短。在该实施 方式中，由于在周期起点上的储存还原型NOx催化剂的温度越低，使 添加前中止期间的长度越短，因此与上述本发明的燃料添加控制方法 的一个实施方式相同，能抑制添加期间的储存还原型NOx催化剂过热， 并且快速实行对储存还原型NOx催化剂的燃料添加。

[0012]在本发明的排气净化装置的一个实施方式中，还可以是，所述添 加前中止期间计算单元具备老化度补正单元，所述老化度补正单元以 所述储存还原型NOx催化剂越老化，所述添加前中止期间的长度越短 的方式进行补正。由于当储存还原型NOx催化剂老化时催化剂的反应 速度降低，即使添加与老化前相同量的燃料，也难以使催化剂的温度 上升。因此，当储存还原型NOx催化剂已老化时在添加期间难以使催 化剂的温度上升，所以，即使缩短了添加前中止期间的长度也能抑制 添加期间的储存还原型NOx催化剂过热。因此，储存还原型NOx催 化剂越老化将添加前中止期间的长度补正成越短。由此，添加前中止 期间的长度进一步被缩短，能进一步快速实行对储存还原型NOx催化 剂的燃料添加。

[0013]在本发明的排气净化装置的一个实施方式中，还可以是，所述添 加前中止期间计算单元，基于在所述周期起点上的所述储存还原型 NOx催化剂温度与在所述周期起点上的所述内燃机的排气温度之间的 温度差，计算出所述添加前中止期间的长度。未向储存还原型NOx催 化剂添加燃料时，催化剂的温度大致与排气温度相同。即，通过燃料 添加使催化剂的温度上升时，排气温度将成为基准。众所周知，排气 温度根据内燃机的运转状态而变化。因此，通过基于催化剂的温度与 排气温度之间的温度差计算出添加前中止期间的长度而能可靠地抑制 添加期间中储存还原型NOx催化剂的过热，并能计算出适合于该时刻 的发动机运转状态的添加前中止期间。此外，由于考虑排气温度计算 出添加前中止期间的长度，从而能精确地计算出更短的添加前中止期 间的长度。所以能更快速实行对储存还原型NOx催化剂的燃料添加。

[0014]在本发明的排气净化装置的一个实施方式中，还可以是，所述添 加前中止期间计算单元具备添加期间补正单元，以所述添加期间越长， 所述添加前中止期间越长的方式补正所述添加前中止期间的长度。由 于添加期间越长，该添加期间的储存还原型NOx催化剂的温度上升幅 度越大，有必要在添加前中止期间根据添加期间的储存还原型NOx催 化剂的温度上升幅度，预先使储存还原型NOx催化剂的温度降低。因 此，添加期间越长将添加前中止期间的长度补正成越长。由此，能更 可靠地抑制添加期间中的储存还原型NOx催化剂过热。

[0015]在本发明的排气净化装置的一个实施方式中，还可以是，当所述 添加前中止期间中的所述储存还原型NOx催化剂温度达到预先设定的 规定下限温度以下时，所述添加时期控制单元由所述燃料添加单元添 加燃料，从而自所述储存还原型NOx催化剂温度达到所述规定下限温 度以下的时刻起开始所述添加期间。按照该实施方式，即使在添加前 中止期间中，当储存还原型NOx催化剂温度处于规定的下限温度以下 时也进行燃料添加，所以，能更快速实行对储存还原型NOx催化剂的 燃料添加。此外，由于该燃料添加在储存还原型NOx催化剂温度处于 规定的下限温度以下时进行，从而通过设定适当的规定下限温度，就 能可靠地抑制添加期间中的储存还原型NOx催化剂过热。

[0016]在该实施方式中，还可以是，所述添加控制单元具备添加期间长 度补正单元，其基于从所述周期起点到所述添加前中止期间中所述排 气净化单元温度达到所述规定下限温度以下的时刻为止的时间与通过 所述添加前中止期间计算单元计算出的添加前中止期间的长度之间的 比，补正所述添加期间的长度。通过如此补正添加期间的长度，能设 定相应于在添加期间之前实际上未进行添加燃料的时间的合适长度的 添加期间。例如，当实际上在添加期间之前已停止燃料添加的时间短 于计算出的添加前中止期间时，若不对添加期间的长度进行补正就实 行燃料添加则有可能会发生储存还原型NOx催化剂的过热。因此，通 过对添加期间的补正来抑制添加期间的储存还原型NOx催化剂过热。

[0017]而且，还可以是，当通过所述添加期间长度补正单元补正后的添 加期间长度处于预先设定的规定下限值以下时，即使所述添加前中止 期间中所述储存还原型NOx催化剂温度处于所述规定下限温度以下， 所述添加时期控制单元仍禁止由所述燃料添加单元添加燃料，并维持 所述添加前中止期间。添加期间的长度过短时即使实行燃料添加也有 可能无法把储存还原型NOx催化剂的温度稳定控制在目标温度。这时， 燃料添加就变成浪费了。因此，补正后的添加期间的长度处于规定下 限值以下时，即使排气净化单元的温度处于规定下限温度以下也使添 加前中止期间继续。通过让添加前中止期间继续，从而使添加期间的 长度长于规定下限值，防止无用的燃料添加。

[0018]在添加前中止期间中排气净化单元的温度处于预先设定的规定下 限温度以下时开始进行燃料添加的实施方式中，还可以当被要求进行 从所述储存还原型NOx催化剂释放硫氧化物的S再生处理时，所述添 加控制单元将所述储存还原型NOx催化剂的温度控制在目标温度；当 需要进行所述储存还原型NOx催化剂中排气流上游一侧的部分，即催 化剂上游部的S再生处理，而且所述添加前中止期间中所述储存还原 型NOx催化剂温度达到所述规定下限温度以下时，所述添加时期控制 单元由所述燃料添加单元添加燃料，从而自所述储存还原型NOx催化 剂温度达到所述规定下限温度以下的时刻起开始所述添加期间。储存 还原型NOx催化剂在其内部具备温度分布，储存还原型NOx催化剂 即使上游部的温度下降，由于催化剂自身的热容量，上游部以外的部 分与上游部比较其温度难以下降。因此，通过将添加前休止期间中的 燃料添加开始条件限定成，有必要进行储存还原型NOx催化剂上游部 的S再生处理且储存还原型NOx催化剂温度处于规定下限温度以下的 情况，从而防止在催化剂上游部的S再生处理完成后设置不必要长的 添加期间。并且，即使催化剂上游部的温度降低，除此之外的部分的 温度也难以下降，因此，通过进行燃料添加而能迅速将除催化剂上游 部以外的部分的温度升温至适合S再生处理的温度，可迅速实行S再 生处理。

附图说明

[0019]图1为表示将本发明应用于柴油发动机的一种实施方式的图。

图2为表示进行本发明的燃料添加控制时的燃料添加阀的添加脉 冲与催化剂床层温度之间关系的一个例图。

图3为作为比较例表示进行将中止期间整体的一半分配给添加前 中止期间的控制时，燃料添加阀的添加脉冲与催化剂床层温度之间关 系的一个例子的图。

图4为表示第1实施方式中的燃料添加时期控制流程的框图。

图5为表示第1实施方式中的燃料添加实行流程的框图。

图6为表示第1实施方式中ECU在一个周期中计算出的各种值、 ECU控制的标记及燃料添加量之间的相互关系的图。

图7为表示在周期起点上的催化剂床层温度与第1稀空燃比期间 比例之间关系的一个例子的图。

图8为表示催化剂的老化度及在周期起点上的催化剂床层温度与 第1稀空燃比期间比例之间关系的一个例子的图。

图9为表示排气温度及在周期起点上的催化剂床层温度与第1稀 空燃比期间比例之间关系的一个例子的图。

图10为表示第1判断指标与第1稀空燃比期间比例之间关系的一 个例子的图。

图11为表示第2判断指标与第1稀空燃比期间比例之间关系的一 个例子的图。

图12为表示第2实施方式中燃料添加时期控制流程的框图。

图13为接续图12的框图。

图14为表示第1稀空燃比期间缩短比例与浓空燃比期间缩短比例 之间关系的一个例子的图。

图15为表示第2实施方式中燃料添加时期控制流程的改变例的框 图。

图16为表示第2实施方式中燃料添加时期控制流程的其他改变例 的框图。

具体实施方式

[0020]实施例1

图1为表示本发明应用于作为内燃机的柴油发动机1的一种实施 方式的图。发动机1是作为行驶用动力源装载于车辆的，进气通道3 及排气通道4与气缸2连接，在进气通道3设置有进气过滤用空气滤 清器5、涡轮增压器6的压缩机6a、进气量调节用节流阀7，在排气通 道4设置有涡轮增压器6的涡轮6b。在排气通道4的涡轮6b下游侧设 置有：包含作为排气净化单元的储存还原型NOx催化剂(以下简称催 化剂)8的排气净化部件9；以及在该催化剂8的上游添加作为还原剂 的燃料的燃料添加单元，即燃料添加阀10。排气通道4和进气通道3 通过EGR通道11相互连接，在EGR通道11上设置有EGR冷却器12 及EGR阀13。

[0021]为了在催化剂8的上游添加燃料，从而生成释放催化剂8吸收的 NOx和对催化剂8进行S再生所需的还原环境，而设置燃料添加阀10。 燃料添加阀10的燃料添加操作由发动机控制单元(ECU)20进行控制。 ECU20是众所周知的计算机，通过对向气缸2喷射燃料的喷射器30、 储存向喷射器30所提供的燃料压力的共轨31的压力调节阀等各种装 置进行操作而控制发动机1的运转状态。ECU20对喷射器30的燃料喷 射操作进行控制，使作为发动机1所吸入的空气与从喷射器30所添加 的燃料之间的质量比的空燃比被控制在理想空燃比偏稀的一侧。此外， ECU20通过实行如图4及图5所示的流程，发挥作为本发明的添加控 制单元的作用。而且，将详细地后述这些流程。ECU20的控制对象除 此之外还存在很多种，在这里省略了图示。

[0022]其次，参考图2，对将催化剂8控制在进行S再生时的目标温度时 通过ECU20的燃料添加控制概要进行说明。图2为表示进行本发明的 燃料添加控制时燃料添加阀10的添加脉冲与催化剂8温度(以下有时 也称为催化剂床层温度)之间关系的一个例子。而且，图2的L1线表 示用添加脉冲P1控制从燃料添加阀10的燃料添加时，催化剂床层温 度的变化，图2的L2线表示用添加脉冲P2控制从燃料添加阀10的燃 料添加时，催化剂床层温度的变化。图2的燃料添加控制中，将连续 多个脉冲而添加燃料的周期T多次被重复。在周期T中，脉冲连续的 间隔相当于燃料的添加期间。在如图2所示的各周期中，在添加燃料 的添加期间的前后分别设置有停止燃料添加的中止期间。以下，将设 置在添加期间之前的中止期间有时也称作添加前中止期间，设置在添 加期间之后的中止期间有时也称作添加后中止期间。而且，各周期的 长度及添加期间的长度将根据在其周期应添加的燃料量而设定，将添 加前中止期间和添加后中止期间相加的中止期间的长度，是从根据该 燃料量而设定的周期的长度减去添加期间的长度而计算出的。因此， 添加后中止期间的长度被设定为从中止期间的长度减去添加前中止期 间的长度。

[0023]本发明的燃料添加控制中，将添加前中止期间的长度根据在周期T 起点上的催化剂床层温度而改变，催化剂床层温度越低添加前中止期 间的长度就越短。在添加前中止期间，预先让催化剂床层温度降低， 以便将添加期间的催化剂床层温度控制在低于使催化剂8老化进程加 速的规定上限温度(以下简称为床层温度上限温度)。在周期T起点上 的催化剂床层温度较低时，即使添加前中止期间的长度变短也由于催 化剂床层温度已经降低，从而能将添加期间中的催化剂床层温度控制 在床层温度上限温度之下。因此，在周期T起点上的催化剂床层温度 越低使添加前中止期间的长度就越短。因此，在本发明中，如图2所 示，在周期T起点上的催化剂床层温度为θ1时，将添加前中止期间设 定成时间长R1，在周期T起点上的催化剂床层温度为θ2时，将添加 前中止期间设定成时间长R2。

[0024]图3为作为比较例表示，进行将周期T的中止期间整体的一半设 定为添加前中止期间的燃料添加控制时，燃料添加阀10的添加脉冲与 催化剂床层温度之间关系的一个例子。而且，图3为在周期T起点上 的催化剂床层温度与图2线L2的温度θ2相同时进行的控制。如图3 所示，将添加前中止期间的长度固定为其周期的中止期间的一半时， 能将添加期间的催化剂床层温度控制在床层温度上限温度之下，可是 也会控制该期间的催化剂床层温度无用地低于床层温度上限温度。

[0025]接着，参照图4～图6对通过ECU20的燃料添加时期控制流程进行 详细地说明。而且，图6是补充说明图4流程的控制内容的，对图4 流程所计算出的各种值赋予同样符号从而表示与图4的对应关系。

[0026]图4燃料添加时期控制流程以发动机1的运转中所规定的周期重 复实行。在图4控制流程中ECU20，首先在步骤S1中，对是否要求通 过从燃料添加阀10的燃料添加而进行催化剂8温度控制进行判断。该 要求基于ECU20实行的其他流程，在有必要通过燃料添加将催化剂8 的温度控制在S再生中的目标温度时被发出。当判断为无温度控制要 求时，这次的燃料添加时期控制流程结束。另一方面，当判断为要求 进行温度控制时，进入到步骤S2，ECU20获取发动机1的运转状态。 作为发动机1的运转状态将获取例如发动机1的排气温度、排气流量 及催化剂床层温度等。催化剂床层温度可以通过在催化剂8上设置温 度传感器而得到，也可以根据排气温度得到。而且，还可以基于发动 机1的负载、旋转数等进行推断。由于这些获取方法是众所周知的， 所以省略详细说明。

[0027]在接下来的步骤S3中，ECU20计算温度要求添加量Qt(mm³/sec.)。 温度要求添加量Qt，是使催化剂8控制在目标温度所必要的单位时间 的燃料添加量，并基于实行步骤S3时的催化剂8的目标温度和影响催 化剂8的温度的排气温度、排气流量、催化剂8的热容量等参数而确 定。这些值中的几个是根据发动机1的运转状态而变化的值。因此， 在步骤S3计算出的添加量也反映流程实行时的运转状态而依次进行变 化。通过实行该步骤S3，ECU20作为本发明的温度要求添加量计算单 元发挥作用。

[0028]在接下来的步骤S4中，ECU20求出累计温度要求添加量 Qtsum(mm³)。累计温度要求添加量Qtsum是将从燃料添加控制的一个 周期的起点到终点为止的期间作为对象累计出温度要求添加量Qt的 值，如图6所示，其从周期的起点P1起徐徐增加。在一个周期的终点 P3的累计温度要求添加量Qtsum如果与在该周期所添加的实际燃料添 加量Qrich一致，则在该周期内不多不少地添加将催化剂8控制在目标 温度所需的量的燃料。

[0029]在接下来的步骤S5中，ECU20将对用于判别图6的第1稀空燃比 期间是否结束的第1稀空燃比期间结束标记是否关闭，即判别是否处 于意味着第1稀空燃比期间未结束的状态。第1稀空燃比期间在图2 相当于添加前中止期间，在未进行从燃料添加阀10的燃料添加时，由 于将催化剂8附近的空燃比控制在稀的状态，所以称作稀空燃比期间。

[0030]将第1稀空燃比期间结束标记关闭时，进入到步骤S6，ECU20计 算预测添加量Qrichp(mm³)。下式给出预测添加量Qrichp。

[0031]Qrichp＝[(新气量/目标空燃比)-管内喷射量]×浓空燃比时间

[0032]这里，新气量是从外部向吸气通道3吸入的空气量(mm³)，目标空 燃比是在催化剂8附近的S再生中的空燃比的目标值，管内喷射量是 从喷射器30喷射到气缸2的燃料量(mm³)。而且，浓空燃比时间是由 在该时刻的发动机1负载、催化剂8温度的升温性、S释放的要求被单 一地决定的一个周期内的燃料添加时间(sec.)。总之，浓空燃比时间是 从在一个周期中应该添加几秒钟燃料的观点来决定的时间，相当于图2 的添加期间的时间长。从这些关系可看出，预测添加量Qrichp意味着 将催化剂8附近的空燃比只在浓空燃比时间内维持在目标空燃比所必 要的燃料添加量。由于在浓空燃比时间中如果发动机1的负载发生变 化则管内喷射量也会改变，所以，这里被求出的添加量Qrichp最多只 是个预测值。

[0033]图4步骤S6中求出预测添加量Qrichp后，进入到步骤S7，由下 式计算预测添加间隔Tint(sec.)。

[0034]Tint＝Qrichp/Qt

[0035]即，预测添加间隔Tint是假设以步骤S3计算出的单位时间内燃料 添加量Qt继续燃料添加时，为使燃料的添加量达到预测添加量Qrichp 所需要的时间，相当于一个周期的时间长。

[0036]在接下来的步骤S8中，ECU20将计算第1稀空燃比期间比例 Rpreln。第1稀空燃比期间比例Rpreln是表示在一个周期的中止期间 整体时间长内第1稀空燃比期间，即添加前中止期间的时间长应占的 比例的值。ECU20参照表示如图7所示一例的，在周期T起点上的催 化剂床层温度与第1稀空燃比期间比例Rpreln之间关系的设定表，而 算出第1稀空燃比期间比例Rpreln。如上述在本发明的燃料添加控制 中，在周期T起点上的催化剂床层温度越低添加前中止期间的长度就 设定得越短。因此，催化剂床层温度越低第1稀空燃比期间比例Rpreln 就越短。而且，图7所示的关系是例如通过预先的实验等而求出并作 为设定表储存于ECU20。算出第1稀空燃比期间比例Rpreln后进入到 步骤S9，ECU20由下式计算第1稀空燃比期间的时间长Tlean1(sec.)。

[0037]Tlean1＝(Tint-浓空燃比时间)×Rpreln

[0038]在该处理中，通过从一个周期的时间长Tint减去添加期间的时间 长，即步骤S6的运算中所使用的浓空燃比时间，而求出一个周期的中 止期间整体时间长，其中一部分分配给第1稀空燃比期间的时间长 Tlean1。

[0039]在接下来的步骤S10中，由下式计算将第1稀空燃比期间的时间 长Tlean1换算成燃料添加量的第1稀空燃比相应添加量Qlean1(mm³)。

[0040]Qlean1＝Tlean1×Qt

[0041]在接下来的步骤S11中，判断在步骤S4求出的累计温度要求添加 量Qtsum是否达到第1稀空燃比相应添加量Qlean1。即，在图6中累 计温度要求添加量Qtsum与第1稀空燃比相应添加量Qlean1相交之前 停止燃料添加，在相交的时刻(图6的点P2)使第1稀空燃比期间结 束。在图4的步骤S11中进行该判断。将时间长Tlean1换算成第1稀 空燃比相应添加量Qlean1后再进行判断的理由为，温度不是由时间而 是由所提供的能量所决定的。

[0042]步骤S11的条件被否定时，ECU20判断为还处于第1稀空燃比期 间从而结束本次流程。另一方面，步骤S11的条件被肯定时，判断为 第1稀空燃比期间已结束，进入到步骤S12，ECU20将第1稀空燃比 期间结束标记切换到开。在接下来的步骤S13中，ECU20将燃料添加 允许标记切换到开，然后结束本次流程。

[0043]ECU20，与图4的流程并行，以适宜的周期重复实行图5的燃料 添加实行流程。在图5的流程中，步骤S100判断燃料添加阀10是否 处于燃料添加中，若不在燃料添加中则在步骤S101中监视燃料添加允 许标记是否被打开。在图4的步骤S13中由于燃料添加允许标记被打 开，图5的步骤S101被肯定，ECU20在图5的步骤S102中让燃料添 加阀10开始燃料添加。由此，实现在燃料添加期间的燃料添加。在步 骤S101做出否定判断时，结束图5的流程。开始燃料添加时，图5的 步骤S100的条件被肯定，ECU20进入到步骤S103，判断是否只在该 周期中所决定的浓空燃比时间(等于在图4步骤S9的运算中使用的值) 添加燃料。如果被添加就进入到步骤S104，使通过燃料添加阀10的燃 料添加结束并结束图5的流程。另一方面，在步骤S103已做出否定判 断时结束图5的流程。

[0044]在图5的步骤S102中开始燃料添加后，在图4的流程中步骤S5 的条件被否定。这时，ECU20进入到图4的步骤S14的处理。在步骤 S14中将燃料添加允许标记被打开后的燃料添加量作为实际添加量 Qrich(mm³)而获得。在接下来的步骤S15中，ECU20判断累计温度要 求添加量Qtsum是否在实际添加量Qrich以上且从燃料添加阀10的燃 料添加是否结束。即，判断是否到图6的第2稀空燃比期间结束时刻 P3。对步骤S15做出否定判断时，判断周期未结束从而结束本次流程。 另一方面，对步骤S15做出肯定判断时进入到步骤S16，ECU20将累 计温度要求添加量Qtsum及实际添加量Qrich复位到初始值0。在接下 来的步骤S17中，ECU20将第1稀空燃比期间结束标记切换到关，之 后结束图4的流程。

[0045]在以上实施方式中，通过步骤S3，ECU20作为温度要求添加量计 算单元发挥作用；通过步骤S6，ECU20作为预测添加量计算单元发挥 作用；通过步骤S7，ECU20作为期间计算单元发挥作用；通过组合步 骤S5、S10～S13、S15～S17，ECU20作为添加时期控制单元发挥作用。 此外，通过步骤S9，ECU20作为添加前中止期间计算单元发挥作用。

[0046]如以上说明在该实施方式中，由于在周期起点P1上的催化剂温度 越低第1稀空燃比期间就被设定得越短，从而防止添加期间中的催化 剂8过热的同时也能快速实行向催化剂8的燃料添加。由于适用于催 化剂8的S再生的运转状态是被限定的，所以在发动机1的运转状态 容易发生变化的过渡运转时等，即使发动机1的运转状态已变为适用 于S再生的运转状态，也有可能在短时间内变成不适于S再生的运转 状态。在图3的作为比较例所示的控制中，由于添加前中止期间，即 第1稀空燃比期间的长度被定为一个周期的中止期间整体的一半，因 此根据催化剂8的温度，有时会把第1稀空燃比期间的时间长无用地 设定得过长。因此，在第1稀空燃比期间内发动机1的运转状态有可 能不被适用于S再生的运转状态选择，从而漏掉S再生的机会。由图2 的线L2与图3的比较可看出，在本发明的燃料添加控制中，因为根据 催化剂8的温度使第1稀空燃比期间的时间长变化，所以能设定合适 时间长的第1稀空燃比期间而防止添加期间的催化剂8过热，并可根 据催化剂床层温度缩短第1稀空燃比期间的时间长。因此，当发动机1 的运转状态处在适于S再生的运转状态时，能快速进行S再生。

[0047]在图4的步骤S8使用的第1稀空燃比期间比例Rpreln的计算方法 并不限于所述的方法。燃料添加时的催化剂床层温度的上升幅度根据 催化剂8的老化程度(以下简称为老化度)而变化，催化剂8越老化 温度上升幅度越小。即，催化剂8越老化燃料添加时催化剂床层温度 的上升就越难。这时，即使将添加前中止期间的时间缩短成比催化剂8 老化前还短，也能防止燃料添加时的催化剂8过热。因此，如图8所 示例子，可以根据催化剂8的老化度补正在周期起点上的催化剂床层 温度与第1稀空燃比期间比例Rpreln之间的关系。在图8中，先推断 催化剂8的老化度，基于该推断结果补正催化剂床层温度与第1稀空 燃比期间比例Rpreln之间的关系。而且，催化剂8的老化度可以通过 众所周知的推断方法来推断，例如基于发动机1的累计运转时间等进 行的推断。在图8中，第1稀空燃比期间的时间长将被补正为催化剂8 越老化第1稀空燃比期间的比例就越小，即催化剂8越老化第1稀空 燃比期间的时间长就越短。在图8所示的关系是例如通过预先实验等 求出并作为设定表被储存在ECU20。

[0048]通过根据催化剂8的老化度对第1稀空燃比期间比例进行补正， 能进一步缩短第1稀空燃比期间的时间长。因此，能进一步快速实行 向催化剂8的燃料添加。而且，通过根据催化剂8的老化度对第1稀 空燃比期间比例进行补正，ECU20作为本发明的老化度补正单元发挥 作用。

[0049]如图2所示，进行S再生时催化剂床层温度发生周期性变化，发 生该变化时的温度变化的中心温度受到排气温度的影响。这是由于燃 料添加停止时的催化剂床层温度逐渐接近于排气温度而发生的。因此， 进行S再生时应控制的催化剂床层温度的温度范围内的上限值是由催 化剂8的床层温度的上限温度所决定，而该温度范围内的下限值由排 气温度所决定。由于排气温度根据发动机1的运转状态变化，通过根 据在周期起点上的排气温度来补正催化剂床层温度与第1稀空燃比期 间比例之间的关系，从而能计算出适合于此时发动机1的运转状态的 第1稀空燃比期间比例的时间长。因此，如图9所示例子，也可以根 据S再生开始时的排气温度来补正当温度控制被要求时的催化剂床层 温度与第1稀空燃比期间比例之间的关系。如图9所示，当催化剂床 层温度一样时，第1稀空燃比期间被补正为排气温度越高其时间长越 短。

[0050]而且，也可以基于在周期起点上的催化剂床层温度与排气温度所 设定的第1判断指标由下式进行计算，根据该第1判断指标计算第1 稀空燃比期间比例。而且，从第1判断指标得到第1稀空燃比期间的 计算，使用图10所示例子的设定表而进行。

[0051]第1判断指标＝(催化剂床层温度-排气温度)/(床层温度上限温 度-排气温度)

[0052]该式的分母表示进行S再生时应控制的催化剂床层温度的温度范 围所对应的温度幅度，分子表示在周期起点上的催化剂床层温度与排 气温度之间的温度差。因此，在该式中，作为第1判断指标，对于进 行S再生时应控制的温度幅度，从在周期起点上的催化剂床层温度减 去此时的排气温度的温度差将相当于什么程度的比例，进行计算。由 于不仅根据来自催化剂床层温度，还根据将排气温度作为基准的催化 剂床层温度，即排气温度与催化剂床层温度之间的温度差计算出第1 稀空燃比期间，从而能可靠地抑制添加期间的催化剂8过热的同时， 还能计算出适合于此时发动机1运转状态的第1稀空燃比期间。此外， 通过如此地根据将排气温度作为基准的相对温度计算第1稀空燃比期 间比例，而排除因排气温度在催化剂床层温度发生变化时中心不同的 影响，所以，能更精确地计算出最短的第1稀空燃比期间。

[0053]而且，因在一个周期的添加期间越长在该添加期间从燃料添加阀 10所添加的燃料量就越多，从而在该添加期间的催化剂床层温度的上 升幅度就大。因此，根据添加期间的时间长，补正第1稀空燃比期间 比例以使添加期间越长第1稀空燃比期间越长。这时，例如，根据图 11所示例的设定表计算第1稀空燃比期间比例。在图11中，如下式所 示，根据在图10使用的第1判断指标乘以添加期间的时间长(浓空燃 比时间)所算出的第2判断指标，求出第1稀空燃比期间比例。

[0054]第2判断指标＝[(催化剂床层温度-排气温度)/(床层温度上限温度 -排气温度)]×添加期间的时间长

[0055]由于乘以添加期间的时间长(浓空燃比时间)，从而能使添加期间 越长使第1稀空燃比期间的时间长补正成越长。照此，计算出第1稀 空燃比期间，所以，能进一步精确地计算出最短的第1稀空燃比期间。 通过浓空燃比时间越长使计算出的添加前中止期间就越长，从而使 ECU20作为添加期间补正单元发挥作用。

[0056]其他，添加期间的催化剂床层温度的变化幅度受到排气流量及排 气的氧浓度的影响。也可以根据这些排气流量及排气的氧浓度补正第1 稀空燃比期间。

[0057]而且，基于催化剂8的老化度、排气温度、添加期间的时间长、 排气流量及排气的氧浓度的，第1稀空燃比期间的时间长补正，可以 使用全部的这些物理量进行，也可以适当地组合这些物理量中的一部 分进行。全部使用这些物理量进行补正时，能将第1稀空燃比期间补 正为更为符合根据发动机1的运转状态的适宜的时间长，使用这些物 理量内的一部分进行补正时能简化第1稀空燃比期间比例的计算方法。

[0058](第2实施方式)

接下来参照图12～14对本发明的第2实施方式进行说明。该实施 方式只是燃料添加时期控制的内容不同，其他构成与第1实施方式一 致。因此，关于发动机1参照图1。图12为表示对应第1实施方式的 图4的，燃料添加时期控制流程的框图，图13为接续图12的框图。 而且，在第2实施方式也与第1实施方式一样，图5的燃料添加实行 流程与图12控制流程并行，以适宜的周期被重复实行。

[0059]在图12的控制流程中，对于图4的流程删除了步骤S8，设置步骤 S20来替代步骤S9，进一步追加了图13所示的步骤S21～S23。而且， 在图12及图13中，对与图4同样的处理赋予相同的参照符号并省略 其说明。图12及图13的控制流程在发动机1的运转中以规定的周期 被重复实行。

[0060]在图12的控制流程中，ECU20到步骤S7为止进行与图4的流程 同样的处理。在接下来的步骤S20中，ECU20将第1稀空燃比期间的 时间长设定为在中止期间乘以0.5，来代替第1实施方式中的第1稀空 燃比期间比例Rpreln。即，在第2实施方式中将中止期间的一半分配 给第1稀空燃比期间。在接下来的步骤S10中，ECU20计算出第1稀 空燃比相应添加量Qlean1，在接下来的步骤S11中，ECU20判断累计 温度要求添加量Qtsum是否达到第1稀空燃比相应添加量Qlean1。在 步骤S11中做出肯定判断时，实行步骤S12及步骤S13，而后结束图 11的控制流程。

[0061]另一方面，步骤S11做出否定判断时，进入到图13的步骤S21， ECU20判断催化剂床层温度是否处于规定的再生下限温度以下。众所 周知，催化剂8的S再生是使催化剂床层温度上升到目标温度(例如 600℃以上)而进行的。随着催化剂床层温度低于目标温度，堆积在催 化剂8的硫氧化物的分解、去除就会变难。因此，将堆积在催化剂8 的硫氧化物的分解、去除难以进行的温度例如600℃设定为规定的再生 下限温度。当判断催化剂床层温度高于再生下限温度时，结束本次的 控制流程。

[0062]另一方面，判断催化剂床层温度低于再生下限温度时，进入到步 骤S22，ECU20由下式计算第1稀空燃比期间缩短比例Rad，即表示 对于在步骤S20算出的第1稀空燃比期间的时间长Tlean1，实际上作 为第1稀空燃比期间所设置的时间长的比例。

[0063]Rad＝Qtsum/Qlean1

[0064]第1稀空燃比相应添加量Qlean1，由于是基于第1稀空燃比期间 的时间长Tlean1所算出的值，从而与算出的第1稀空燃比期间的时间 长Tlean1相关。另一方面，实行步骤S21时的累计温度要求添加量 Qtsum，由于是到实行步骤S21为止的温度要求添加量Qt的累计值， 从而与从一个周期的起点到实行步骤S21时为止的时间长相关。即， 与实际上作为第1稀空燃比期间而设置的时间长相关。因此，通过累 计温度要求添加量Qtsum除以第1稀空燃比相应添加量Qlean1，从而 能算出第1稀空燃比期间缩短比例Rad。

[0065]在接下来的步骤S23中，ECU20根据第1稀空燃比期间缩短比例 Rad对浓空燃比时间的长度进行补正。在步骤S21做出肯定判断且第1 稀空燃比期间被缩短时，在该第1稀空燃比期间的催化剂8的温度降 低幅度小于在步骤S20算出的时间长Tlean1的第1稀空燃比期间被设 置时的幅度。因此，如图14所示例子，第1稀空燃比期间被缩短时， 若不进行与其缩短比例成比例地缩短浓空燃比时间，则有可能在添加 期间发生催化剂8过热。因此，由下式对浓空燃比时间进行补正，以 便以与第1稀空燃比期间的缩短比例相同的比例来缩短浓空燃比时间。 通过如此补正浓空燃比时间，使ECU20作为本发明的添加期间长度补 正单元发挥作用。

[0066]Trich’＝Trich×Rad

[0067]该处理以后，在图12及图5的控制流程中补正后的浓空燃比时间 Trich’作为浓空燃比时间被使用。在步骤S23中补正浓空燃比时间后， 进入到图12的步骤S12，实行步骤S12及S13的处理。此后，结束图 12的控制流程。

[0068]在该实施方式中，即使在第1稀空燃比期间中也会在催化剂床层 温度处于规定再生下限温度以下的时刻结束第1稀空燃比期间，所以， 能将催化剂床层温度维持在适于S再生的温度。而且，由于根据催化 剂床层温度缩短第1稀空燃比期间，能迅速进行S再生。并且，因根 据第1稀空燃比期间的缩短比例而缩短浓空燃比时间，从而能抑制在 添加期间发生催化剂8过热。

[0069]图15为表示第2实施方式燃料添加时期控制流程的改变例。在该 改变例中，对图12的控制流程内相当于图13的部分进行变动，除此 之外与图12的控制流程相同。因此，在图15只表示图12的控制流程 内相当于图13的部分。而且，在图15的与图13同样的处理赋予相同 的参照符号并省略说明。

[0070]在图15的控制流程中，对于图13的流程的步骤S23之后，追加 了步骤S31。在该步骤S31中，判断补正后浓空燃比时间Trich’是否 未到预先设定的最低浓空燃比时间。最低浓空燃比时间是从对于催化 剂8开始进行S再生到该S再生对于催化剂8开始发生有效作用为止 所需的最低限必要时间，换句话说是为了高效率地实施S再生所需的 最低限必要时间。最低浓空燃比时间由于根据例如催化剂8的性能、 或容量等发生变化，从而，也可以通过这些参数适当地改变。

[0071]补正后浓空燃比时间Trich’处于最低浓空燃比时间以上时进行步 骤S12及S13的处理。即，在步骤S31做出否定判断时使第1稀空燃 比期间结束，允许燃料添加。此后，结束本次的控制流程。

[0072]另一方面，补正后浓空燃比时间Trich’不到最低浓空燃比时间时， 结束本次的控制流程。即，在步骤S31做出肯定判断时继续进行第1 稀空燃比期间。步骤S31做出肯定判断而继续第1稀空燃比期间时， 由于接下来实行图15的控制流程时累计温度要求添加量Qtsum会增 加，从而第1稀空燃比期间缩短比例Rad增加。因此补正后浓空燃比 时间Trich’也增加。即，在图15的控制流程中，一直到补正后浓空燃 比时间Trich’处于最低浓空燃比时间以上为止，继续进行第1稀空燃 比期间。

[0073]在图15所示的改变例中，将进行燃料添加的浓空燃比时间的长度 设定在最低浓空燃比时间以上。由于最低浓空燃比时间是如上所述从 开始进行S再生到该S再生对于催化剂8开始发生有效作用为止所需 的最低限必要时间，所以浓空燃比时间不到最低浓空燃比时间时即使 进行燃料添加，也在S再生处于不充分状态下使浓空燃比时间结束。 因此，有可能该燃料添加变得被浪费。在图15的改变例中，由于浓空 燃比时间的长度肯定被设定在最低浓空燃比时间以上，从而能防止对 催化剂8进行无用的燃料添加。而且，在步骤S31做出肯定判断而继 续第1稀空燃比期间时，催化剂床层温度会暂时低于规定的再生下限 温度，而该催化剂床层温度的下降主要发生在催化剂8的上游部，除 此之外的部分(以下称为中游以下的部分)的温度下降幅度都小于上 游部的温度下降幅度。催化剂8的温度变化先从排气流入的上游部发 生变化，此后中游以下部分的温度变化迟于上游部的温度变化而发生。 这是由催化剂8的热容量所导致的。因此，只要是短时间，即使上游 部的催化剂床层温度达到再生下限温度以下，而在中游以下的部分也 能将催化剂床层温度维持在再生下限温度以上。因此，只要是短时间 内，即使上游部的催化剂床层温度达到再生下限温度以下，也能通过 实行燃料添加实施中游以下部分的S再生处理。

[0074]接下来参照图16对在第2实施方式的燃料添加时期控制流程的其 他改变例进行说明。图16也与图15一样只表示图12的控制流程中相 当于图13的部分。除图16所示部分以外与图12的控制流程相同。在 图16中对与图13同样的处理赋予相同的参照符号并省略说明。

[0075]图16的控制流程中，步骤S11做出否定判断时，先实行步骤S41 的处理，判断催化剂8的上游部的S再生是否未完成。判断催化剂8 的上游部的S再生已完成时，结束本次的控制流程。另一方面，判断 催化剂8的上游部的S再生未完成时，进入到步骤S21，以后与图12 的控制流程进行同样的处理。

[0076]图16的控制流程中，只在需要进行催化剂8的上游部的S再生时 才实行步骤S21以后的处理。只要是短时间，即使催化剂8的上游部 的温度低于再生下限温度以下，如上所述，催化剂8的中游以下部分 的温度也能维持高于再生下限温度。因此，如该改变例，通过限定以 便只在需要进行催化剂8的上游部的S再生时才实行步骤S21以后的 处理，而能防止催化剂8的上游部的S再生完成后的不必要的浓空燃 比时间的缩短。

[0077]本发明并不限定在上述的各种实施方式，能以多种实施方式实施。 例如，本发明不限定于柴油发动机，也适用于利用汽油等其他燃料的 各种内燃机。

[0078]在上述的各种实施方式，对关于将储存还原型NOx催化剂控制在 S再生时的目标温度的例子进行了说明，但本发明并不限定于该种实施 方式。可使本发明能适用于各种有必要将排气净化催化剂等排气净化 单元的温度控制在出于任何目的的目标温度的场合。例如，对以捕捉 排气中微粒状物质作为目的而设计的过滤器，进行被该过滤器捕捉到 的微粒状物质燃烧且让过滤器的功能恢复的处理时进行的温度控制中 也能应用本发明。

[0079]用于控制温度的燃料添加也不受限于使用设置在排气通道催化剂 的上游一侧的燃料添加阀。例如也可以将利用喷射器30的后喷射、即 在气缸2以燃烧为目的的主喷射之后实施以向排气的燃料添加为目的 喷射，按照本发明进行控制。对燃料添加量也可以通过考虑在排气通 道4的燃料附着、蒸发、输送延迟而进行控制。

[0080]如以上说明，按照本发明的燃料添加控制方法，由于在添加期间 之前设置有添加前中止期间，且使添加前中止期间的长度根据在周期 起点上的排气净化单元的温度而变化，从而，对在添加期间的排气净 化单元的温度过度上升进行抑制的同时，能防止设置过长的添加前中 止期间。因此，能实行快速地燃料添加。而且，按照本发明的排气净 化装置，由于根据在周期起点上的储存还原型NOx催化剂的温度所设 定长度的添加前中止期间在添加期间之前被设定，从而对在添加期间 的储存还原型NOx催化剂过热进行抑制的同时，能实行快速地向储存 还原型NOx催化剂的燃料添加。