發動機的燃燒控制的制作方法

專利名稱：發動機的燃燒控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及控制內燃機中的燃燒的技術。
背景技術：
EP1035315A2(對應于JP2000-320386A)說明一種柴油機用燃油噴射系統，該燃油噴射系統被安排成利用燃油噴射器，通過在每個氣缸的壓縮上止點附近的三次分離(split)噴射，以對應于所需發動機扭矩的基本燃油噴射量或者以增大的燃油噴射量噴射燃油，從而促進催化劑的預熱。

發明內容
但是，在該燃油噴射系統中，燃油被這樣噴入，使得燃燒是連續的，并且由三次噴射噴入的燃油被連續燃燒。于是，后續噴射中的燃油被噴入先前噴入的燃油的火焰中，并且主要在擴散燃燒中燃燒。如果在這樣的燃燒狀態下，空燃比被降低，那么排煙量顯著增大。
本發明的目的是提供一種燃燒控制系統和/或方法，用于降低排煙，并且實現濃目標排氣空燃比。
根據本發明的一個方面，內燃機用燃燒控制設備包括內燃機的排氣道中的排氣凈化器；導致主燃燒，并在主燃燒之前導致預燃燒的燃燒控制致動器；和控制燃油噴射從而產生預燃燒，并在預燃燒結束之后，控制燃油噴射從而開始主燃燒的控制器。
根據本發明的另一方面，在其排氣道中裝有排氣凈化器的內燃機的燃燒控制過程包括控制燃油噴射從而產生發動機循環中的預燃燒的步驟；和在結束發動機循環中的預燃燒之后，控制燃油噴射從而開始主燃燒的步驟。
參考附圖，根據下述說明，本發明的其它目的和特征將變得明顯。


圖1是根據本發明的一個實施例的內燃機的燃燒控制系統或設備的示意圖。
圖2是表示由圖1的燃燒控制系統執行的主燃燒控制過程的流程圖。
圖3是在NOx捕獲催化劑的已預熱狀態下，由圖1的燃燒控制系統執行的DPF再生過程的流程圖。
圖4是由圖1的燃燒控制系統執行的硫中毒恢復過程的流程圖。
圖5是由圖1的燃燒控制系統執行的濃混合比峰值(rich spike)燃燒控制過程。
圖6是由圖1的燃燒控制系統執行的防止熔化過程的流程圖。
圖7是由圖1的燃燒控制系統執行的優先權確定過程的流程圖，用于確定DPF再生，NOx再現和硫中毒恢復的優先權。
圖8是由圖1的燃燒控制系統執行的優先權確定過程的流程圖，用于確定SOx再生和NOx再生的優先權。
圖9是由圖1的燃燒控制系統執行的DPF再生請求標記設置過程的流程圖。
圖10是由圖1的燃燒控制系統執行的硫中毒恢復請求標記設置過程的流程圖。
圖11是由圖1的燃燒控制系統執行的NOx再生請求標記設置過程的流程圖。
圖12是用于預熱(warm up)NOx捕獲催化劑的NOx捕獲催化劑預熱過程的流程圖。
圖13表示第一例子的燃燒控制模式。
圖14表示第二例子的燃燒控制模式。
圖15表示根據本發明的一個實施例的第三例子的燃燒控制模式(分離延遲燃燒模式)。
圖16表示根據本發明的該實施例的第四例子的燃燒控制模式(分離延遲燃燒模式)。
圖17表示與圖13和圖14的第一和第二例子相比，圖15的第三例子中的排氣混合物的狀態。
圖18A-18D表示在分離延遲燃燒模式下，相對于主燃燒的正時的排氣狀態。
圖19表示根據本發明的該實施例的主燃燒的目標燃油噴射正時。
圖20表示DPF的排氣壓力閾值。
圖21表示相對于沉積PM的PM累積量的目標空-燃比。
圖22表示目標進氣量。
圖23是用于計算對應于目標燃油噴射正時的扭矩校正系數的示圖。
圖24是表示濃混合比峰值操作的目標進氣量的示圖。
圖25表示防止DPF熔化的目標進氣量。
圖26表示DFP·SOx再生允許區。
圖27表示根據該實施例的預(preliminary)燃燒的目標燃油噴射量。
圖28表示根據該實施例的預燃燒的目標燃油噴射正時。
圖29是表示根據該實施例的到分離延遲燃燒模式的燃燒轉換的過程的流程圖。
圖30表示對應于目標空-燃比的主燃燒的噴射量校正系數。
具體實施例方式
圖1表示內燃機1的燃燒控制系統或設備。在本例中，內燃機是柴油機。
發動機1的進氣系統包括布置在進氣道2的上游部分中的渦輪增壓器(增壓器)3的空氣壓縮機3a，用于壓縮進氣以便增壓；冷卻來自壓縮機3a的加壓空氣的中冷器4；和調節來自中冷器4的冷卻空氣的流速的節氣門6。在經過節氣門之后，進氣通過進氣歧管的收集器部分，流入發動機1的每個氣缸的燃燒室。
燃油系統包括共軌燃油噴射系統，共軌燃油噴射系統包括高壓燃油泵8，和接收來自燃油泵8的高壓燃油，并把燃油供給每個噴射器10的共軌9。每個噴射器10被安排成直接把燃油噴入對應發動機氣缸的燃燒室中。在燃燒室中，通過壓縮點火對噴射器10噴入的燃油和從進氣系統引入的空氣點火，并使之燃燒。排氣被排入排氣道12中。
排氣混合物的一部分作為EGR氣體通過EGR通道11經EGR閥19從排氣道12回流到進氣側。剩余部分的排氣混合物通過可變噴嘴渦輪增壓器3的排氣渦輪3b，并驅動排氣渦輪3b。
排氣凈化裝置或凈化器在排氣渦輪3a的某一下游位置被布置在排氣道12中。在本例中，排氣凈化裝置包括NOx捕獲催化劑(裝置)13和柴油微粒濾清器(DPF)14。
當排氣空燃比稀(氧氣過剩狀態)時，NOx捕獲催化劑13捕獲輸入的排氣中的NOx。當排氣空燃比濃(燃油過剩狀態)時，NOx捕獲催化劑13釋放并凈化捕獲的NOx。NOx捕獲催化劑13包含諸如Pt或其它貴金屬之類的氧化催化劑，用于氧化進入的排氣成分(HC，CO)。
DFP 14具有收集排氣中的排氣微粒物(PM)的PM捕獲功能。此外，DPF 14配有用于氧化輸入的排氣成分(HC，CO)的氧化催化劑(貴金屬)。
在圖1的例子中，DPF 14位于NOx捕獲催化劑13的下游。但是，DPF 14可以被布置在NOx捕獲催化劑13的上游。此外，NOx捕獲催化劑13和DPF 14可被形成為一個單元，其中NOx捕獲催化劑13承載在DPF 14中。
燃燒控制系統還包括一個傳感器部分或輸入部分，它包括用于收集和燃燒控制所需的操作條件相關的信息的各種傳感器。曲軸轉角傳感器(轉速傳感器)20是用于檢測發動機1的發動機轉速Ne的裝置。油門開度傳感器21是用于檢測車輛的油門(accelerator)的油門開度APO的裝置。
傳感器部分還包括用于檢測NOx捕獲催化劑13的溫度(催化劑溫度)的催化劑溫度傳感器22；用于檢測排氣道12中在DPF 14的入口側的排氣壓力的排氣壓力傳感器17；用于檢測DPF 14的溫度(DPF溫度)的DPF溫度傳感器23；和布置在排氣道12的出口側，用于檢測排氣空燃比(或者表示成過剩空氣比的數字值的排氣λ)的空燃比傳感器16。代替直接檢測NOx捕獲催化劑13的溫度，可通過使用布置在NOx捕獲催化劑13下游的溫度傳感器，根據排氣溫度間接確定NOx捕獲催化劑13的溫度。類似地，可通過利用布置在DPF 14下游的溫度傳感器，根據排氣溫度間接確定DPF 14的溫度。
燃燒控制系統還包括一個控制部分或控制器，它包括根據傳感器部分收集的信息，控制發動機1的控制單元或ECU 25。來自傳感器的信號被提供給ECU 25。根據這些輸入信號，ECU 25把燃油噴射命令信號輸出給每個燃油噴射器10，把節氣門開度命令信號輸出給節氣門6，把開度命令信號輸出給EGR閾19。具體地說，通過產生控制燃油噴射量和燃油噴射正時的燃油噴射命令信號，ECU 25命令每個噴射器10進行主噴射和在主噴射之前的至少一個預噴射。此外，ECU 25通過產生節氣門開度命令信號，控制節氣門6，并通過產生EGR開度命令信號，控制EGR閥19。
ECU 25按照下述方式進行捕獲和沉積在DPF 14中的PM的凈化(DPF再生)，NOx捕獲催化劑13捕獲的NOx的凈化(NOx再生)，和由于其暴露在SOx下，而沉積在NOx捕獲催化劑13中的SOx的凈化(SOx再生)的排氣凈化控制。
對于恢復NOx捕獲催化劑13或DPF 14的凈化能力的控制來說，ECU 25改變發動機1的工作條件。例如當產生在等于或小于理論配比值(理論空燃比λ＝1)的濃混合比區域中的濃混合比(rich)操作的請求時，ECU 25通過減小節氣門6的開度，減小供給發動機1的進氣量；或者ECU 25通過控制燃油泵8增大燃油噴射量。
對于DPF 14的再生，本例的ECU 25把目標空燃比λ控制在1-1.4之間(1≤λ≤1.4)，并把DPF 14的溫度控制在600℃或更高(DPF溫度≥600℃)。
在稀薄(lean)條件下的正常操作區域中，通常在主噴射之前進行預噴射，以減輕早期的急劇燃燒。預噴射的燃油噴射正時為40～10°BTDC(在上止點之前的曲軸轉角正時)，預噴射的燃油噴射量為1～3mm3/st。主噴射的正時近似于10～20°BTDC。預噴射和主噴射之間的間隔被設置為近似于10～30°CA(曲軸轉角)。
為了實現低的空-燃比和高的排氣溫度，以便實現DPF 14的再生和硫中毒恢復或消除，控制系統從正常操作下的水平降低進氣量。但是，進氣量的降低導致壓縮終點溫度降低，壓縮終點溫度是在壓縮行程的終點或附近或者在壓縮行程的上止點或附近，氣缸內的溫度，從而燃燒趨向于變得不穩定。于是，當在和正常的稀薄操作類似的設置下執行預噴射時，主噴射的噴射正時被提前，如圖13的第一例子I(比較例子)中所示。
借助燃油噴射量和噴射正時的這種設置，升高排氣溫度的噴射正時的延遲使燃燒變得不穩定，從而延遲量受到限制。例如，在等于或小于1的λ(λ≤1)的λ范圍中，或者在等于或高于600℃的排氣溫度(排氣溫度≥600℃)范圍中，難以實現硫中毒消除或脫硫的操作。
圖14表示在EP1035315 A2(對應于JP2000-320386 A)中公開的第二例子II。在該例子中，燃油噴射正時的延遲的范圍被多個分離的主噴射擴展，從而實現高的排氣溫度和低的空-燃比。
但是，在圖14中表示的第二例子II中，由多個主噴射噴入的燃油被連續燃燒。在在先噴射的燃油的燃燒仍然有效的狀態下，噴入后續噴射的燃油。于是，燃燒是連續的，如圖14中所示。后續噴射的燃油被噴入在先噴射噴入的燃油的燃燒火焰中，并在火焰中立即開始燃燒。于是，例II的燃燒模式增大了擴散燃燒的百分率，使當量比局部非常高，導致排煙水平的顯著退化。
鑒于此，作為第三例子，根據實施例的燃燒控制系統把操作從正常的稀薄燃燒模式轉變成分離燃燒模式或者分離延遲燃燒模式，如圖15中所示，以便恢復排氣凈化裝置(NOx捕獲催化劑13和DPF 14)的排氣凈化功能。
根據本實施例的燃燒控制系統通過控制由于在壓縮上止點之前的燃油噴射，而在壓縮上止點或其附近發生的預燃燒，以及在結束預燃燒之后發生的用于產生主扭矩的主燃燒，執行分離延遲燃燒控制模式。
在分離燃燒模式下，如圖15中所示，燃燒控制系統首先對壓縮行程執行預燃油噴射(由圖15中的“a”表示)，從而在壓縮上止點(TDC)或其附近升高氣缸中的缸內溫度。雖然用于預燃燒的熱生成的燃油噴射量隨著工作條件而不同，不過預噴射至少噴入為確認預燃燒的熱生成所需數量的燃油。從而，通過利用預燃燒的放熱過程升高氣缸溫度，根據本實施例的燃燒控制系統能夠通過移動延遲極限，擴大主燃燒的可能延遲范圍。
可選的是在一個循環中進行多個預燃燒過程。這種情況下，燃油噴射被這樣控制，使得在壓縮上止點或其附近發生至少一個預燃燒過程。
此外，可選的是根據壓縮終點溫度(即，在壓縮上止點或其附近的缸內溫度)，調整預燃燒的燃油噴射量和燃油噴射正時至少之一。根據發動機1的一個或多個發動機工作條件(例如發動機轉速Ne，和燃油噴射量Q)估計壓縮終點溫度。這種情況下，燃油噴射量同樣被設置成能夠實現預燃燒的熱生成的確認的數量，并且在壓縮上止點或其附近發生至少一個預燃燒過程。燃燒是一個放熱過程，當放熱過程結束時，預燃燒結束，從而預燃燒的終點是放熱過程的終點。
本例中，預燃燒的燃油噴射量被設置成等于使用于主燃燒的燃油噴射時的缸內溫度高于能夠在氣缸內實現自動點火的自動點火溫度所需的數量。
在預燃燒結束之后，啟動主燃燒。在預燃燒結束之后，為主燃燒噴射燃油，并且在預混燃燒模式下，燃燒至少一部分噴入的燃油。如圖15中所示，在上止點之后，進行用于主燃燒的主燃油噴射(由圖15中的“b”表示)，使得在預燃燒結束之后開始主燃燒。
本例的燃燒控制系統根據發動機工作條件(尤其是發動機轉速Ne)控制主燃燒的燃油噴射正時，使得主燃燒的燃燒開始正時從預燃燒的燃燒開始正時被延遲等于或大于20度的曲軸轉角(CA)的量，如圖15中所示。從而，通過在預燃燒的開始和主燃燒的開始之間設置20°CA或更大的延遲量，該燃燒控制系統能夠通過借助預燃燒升高缸內溫度，擴大主燃燒的延遲范圍，并在預燃燒結束之后，可靠地進行用于主燃燒的主燃油噴射。于是，通過保證主燃燒的點火延遲的時期，并增大主燃燒中的預混燃燒的百分率，該燃燒控制系統能夠減少排煙。
此外，主燃燒的燃燒終點正時被設置成在上止點之后的50°或更大的曲軸轉角，如圖15中所示。通過把燃油噴射正時設置成主燃燒在50°ATDC或其之后結束的時候，燃燒控制系統能夠根據發動機1的工作狀態，控制排氣溫度。
此外，本例的燃燒控制系統控制主燃燒的燃油噴射量，噴射正時和燃油噴射時期，從而使發動機1產生的扭矩保持恒定。
在該分離延遲燃燒模式下，根據本實施例的控制系統能夠通過借助預燃燒沿延遲方向移動延遲極限，改進對目標溫度的可控性，并且通過在預燃燒的放熱過程結束之后開始主燃燒，減少預燃燒的煙霧排放。
圖17表示了與圖13和14中所示的第一和第二例子I和II相比，圖15中所示的第三例子III的分離延遲燃燒模式對排氣溫度，煙霧濃度和HC(碳氫化合物)濃度的影響。
借助如圖17中III所示的分離延遲燃燒模式，燃燒控制系統能夠通過實現濃混合比條件，同時獲得高的排氣溫度和低的排煙水平。此外，與第一例子I中的加濃操作，以及與第二例子II中的連續燃燒操作相比，燃燒控制系統能夠顯著降低HC濃度。
由于氣缸內的溫度被預燃燒升高，并且主燃燒的延遲范圍被擴大，因此即使主噴射的噴射正時被延遲(retard)，低空燃比下的燃燒仍然穩定，并且排氣溫度仍然較高。
圖18A、18B、18C和18D表示了在分離延遲燃燒模式下，排氣的溫度，煙霧濃度，CO(一氧化碳)濃度和HC濃度相對于主燃燒的正時的變化。在本例中，排氣空燃比恒定(λ＝常數)。如這些圖中所示，由于預混燃燒的比例的增大，即使在低的排氣空燃比下，煙霧排放也被減少。
圖19表示了在根據本實施例的分離延遲燃燒模式下，主燃燒的目標燃油噴射正時的特性曲線。水平軸表示發動機轉速Ne，垂直軸表示發動機負荷Q。如圖19中所示，當負荷Q較低時，用于實現目標排氣溫度的主燃燒的燃燒正時被大大延遲。于是，在一些情況下，僅僅通過一個預燃燒過程，難以在主燃燒的噴射正時之前，使缸內溫度保持足夠高。在這種情況下，通過執行多個預燃燒過程，使得放熱過程并不相互重疊，如圖16中所示(例子IV)，即使在低負荷條件下，燃燒控制系統也能夠實現低煙霧排放的目標和高排氣溫度的目標。
從而，當根據排氣凈化裝置(13，14)的一個或多個條件，產生增大排氣溫度的要求或者在等于或小于理論值的范圍中的濃混合比操作的要求時，根據本發明的實施例的燃燒控制系統把燃燒控制模式從(稀薄操作的)正常模式轉換到具有預燃燒和主燃燒的分離延遲燃燒模式(如圖15、16所示)，從而在高排氣溫度和低空燃比的狀態下進行NOx捕獲催化劑13或DPF 14的再生。
圖2-12表示圖1的燃燒控制系統執行的燃燒控制過程。
圖2表示燃燒控制的主例程。
在步驟S1，ECU 25確定工作條件，包括根據來自傳感器的信號計算的發動機轉速Ne，油門開度APO，催化劑溫度，DPF 14的入口側或出口側的排氣壓力，和DPF溫度；并讀取通過利用發動機轉速Ne和油門開度APO作為參數，從圖中計算得到的燃油噴射量(主噴射量)Q。
在步驟S2，ECU 25檢查排氣道12中的NOx捕獲催化劑13是否處于預熱狀態(激活狀態)。在本例中，ECU 25比較根據位于NOx捕獲催化劑13的出口的排氣溫度傳感器15的輸出信號計算的排氣溫度T和預定的排氣溫度T5(它是在開始激活NOx捕獲催化劑13時的預定排氣溫度)。當排氣溫度T高于預定溫度(T＞T5)時，ECU 25判斷NOx捕獲催化劑13被預熱。
當排氣溫度T大于預定的排氣溫度(T≥T5)時，在假定NOx捕獲催化劑13被預熱的情況下，ECU 25進入步驟S3。
另一方面，當排氣溫度T等于或小于預定的排氣溫度(T≤T5)時，ECU 25認為NOx捕獲催化劑13是冷的，并進入圖12中所示的步驟S1001。從而，當NOx捕獲催化劑13是冷的時，燃燒控制系統進入圖12的例程，并把燃燒模式從正常模式轉換成分離延遲燃燒模式，以便快速預熱NOx捕獲催化劑13，如后所述。
在步驟S3，ECU 25計算NOx捕獲或累積量Qnox，它是在NOx捕獲催化劑13中捕獲或累積的NOx的數量。美國專利5473887(對應于日本專利No.2600492)說明一種根據發動機轉速Ne的漸增(cumulative)值，估計計算NOx吸收量的方法。可以采用該方法，并且在該美國專利中關于NOx吸收或累積量的計算的說明被引為參考。另一方面，可以采用通過計算每次車輛行駛預定的距離時，NOx累積量的增加量的總和，計算NOx累積量的計算方法。這種情況下，燃燒控制系統能夠利用傳感器50確定車輛行駛的距離。在利用求和計算累積或漸增量的方法中，當完成NOx再生時(包括當在關于SOx再生的操作中，與SOx再生同時進行NOx再生的時候)，累積量被重置。
在步驟S4，ECU 25計算在NOx捕獲催化劑13中累積的硫分(SOx)的硫分累積量(S量)Qs。可以如果上面說明的累積NOx的數量的計算那樣，通過根據發動機轉速Ne的累積量或漸增量，或者根據車輛的行駛距離，估計計算硫分累積量。在使用累積或積分量的情況下，當完成再生時，該累積量被重置。
在步驟S5，ECU 25確定在DPF 14中捕獲和累積的PM的PM累積量Qpm。在本例中，ECU 25通過利用排氣壓力傳感器17檢測DPF 14入口的排氣壓力，隨后把檢測的排氣壓力與當前工作狀態下的基準排氣壓力(由發動機轉速Ne，和燃油噴射量Q確定)進行比較，計算PM累積量。這是因為當在DPF 14中累積的PM的數量增大時，DPF 14的入口側的排氣壓力自然升高。可選的是根據在前一DPF再生之后車輛的行駛距離，在前一DPF再生之后的發動機轉速Ne的累積值，和排氣壓力中的一個或多個，估計計算PM累積量。
在步驟S6，ECU 25確定reg標記Freg是否被設置。reg標記Freg是指示DPF 14是否處于再生模式的條件(condition)代碼。如果DPF 14未處于再生模式(Freg＝0)，那么ECU 25進入步驟S7。另一方面，如果DPF 14處于再生模式(Freg＝1)，那么ECU 25按照圖3中的步驟101和后續步驟的DPF再生模式執行操作，如后所述。
在步驟S7，ECU 25檢查脫硫標記Fdesul是否被設置。脫硫標記Fdesul是指示NOx捕獲催化劑13是否處于硫中毒恢復模式(SOx再生模式)的條件代碼。如果NOx捕獲催化劑13未處于硫中毒恢復模式(Fdesul＝0)，那么ECU 25從S7進入步驟S8。另一方面，如果NOx捕獲催化劑13處于硫中毒恢復模式(Fdesul＝1)，那么ECU 25按照圖4中的步驟S201和后續步驟的濃混合比燃燒模式執行操作，如后所述。
在步驟S8，ECU 25檢查sp標記Fsp是否被設置。sp標記Fsp是指示NOx捕獲催化劑13是否處于再生NOx捕獲催化劑13的濃混合比峰值(rich spike)模式的條件代碼。如果NOx捕獲催化劑13未處于濃混合比峰值模式(Fsp＝0)，那么ECU 25從S8進入步驟S9。另一方面，如果NOx捕獲催化劑13處于濃混合比峰值模式(Fsp＝1)，那么ECU 25按照圖5中的步驟S301和后續步驟的濃混合比峰值模式(NOx再生模式)執行操作，如后所述。
在步驟S9，ECU 25檢查rec標記Frec是否被設置。rec標記Frec是指示在DPF再生模式或硫中毒恢復之后，DPF 14是否處于防止熔化模式的條件代碼。如果rec標記未被設置(Frec＝0)，那么ECU 25進入步驟S10。另一方面，如果rec標記被設置(Frec＝1)，那么ECU 25按照圖6中的步驟S401和后續步驟的防止熔化模式執行操作，如后所述。
在步驟S10，ECU 25檢查rq_DPF標記RQdpf是否被設置。rq_DPF標記RQdpf是指示是否對DPF 14發出再生請求的條件代碼。如果DPF再生請求未被發出(RQdpf＝0)，那么ECU 25進入步驟S11。另一方面，如果DPF再生請求被發出(RQdpf＝1)，那么ECU 25在圖7中的步驟S501和后續步驟，在DPF再生請求被發出的情況下，執行確定再生優先權的操作，如后所述。
在步驟S11，ECU 25檢查rq_desul標記RQdesul是否被設置。rq_desul標記RQdesul是指示是否對NOx捕獲催化劑13發出硫中毒恢復請求(SOx再生請求)的條件代碼。如果硫中毒恢復請求未被發出(RQdesul＝0)，那么ECU 25進入步驟S12。另一方面，如果硫中毒恢復請求被發出(RQdesul＝1)，那么ECU 25在圖8中的步驟S601和后續步驟，在硫中毒恢復請求被發出的情況下，執行確定再生優先權的操作，如后所述。
在步驟S12，ECU 25確定在步驟S4計算的PM累積量Qpm是否變得等于或大于指示需要DPF 14的再生的預定量PM1(Qpm＜PM1)，即，是否達到DPF再生正時。相反，例如通過利用圖20中所示的圖，可根據DPF入口側的排氣壓力，確定DPF再生正時。這種情況下，關于每個工作狀態(由發動機轉速Ne，和燃油噴射量Q確定)，確定當DPF 14中的沉積PM的數量達到預定量PM1時，DPF入口側的排氣壓力，并繪制成圖，如圖20中所示。從而，當排氣壓力傳感器17檢測的DPF入口側的排氣壓力達到圖20的圖中和當前工作狀態(發動機轉速Ne，和燃油噴射量Q)對應的排氣壓力的閾值時，ECU 25判斷達到DPF再生正時(Qpm≥PM1)。
如果不是DPF再生正時(Qpm≤PM1)，那么ECU 25從S12進入步驟S13。另一方面，如果確定已達到DPF再生正時(Qpm≥PM1)，那么ECU 25從S12進入圖9中的步驟S701，并把rq_DPF標記RQdpf設為1，從而發出DPF再生請求。從而，當在DPF 14中累積的PM的數量達到預定量PM1時，燃燒控制系統把燃燒模式從正常工作模式(稀薄操作)轉換成把排氣溫度升高到使沉積在DPF 14中的PM自動氧化的溫度的燃燒模式。
在步驟S13中，ECU 25確定在步驟S4計算的NOx捕獲催化劑13中的硫分累積量(SOx的數量)Qs是否變得大于或等于預定量S1，從而確定硫中毒恢復的再生正時或需要(SOx再生請求)。
如果硫分累積量Qs小于預定量S1(Qs＜S1)，那么ECU 25認為還不需要硫中毒恢復，并進入步驟S14。
另一方面，如果硫分累積量Qs等于或大于預定量S1(Qs≥S1)，那么ECU 25認為需要硫中毒恢復，進入圖10中的步驟S801，并把rq_desul標記RQdesul(硫中毒恢復請求標記)設為1，從而發出硫中毒恢復請求。相反，當在前一再生之后車輛的行駛距離超過預定距離，并且同時排氣壓力傳感器17檢測的排氣壓力超過預定閾值時，可以產生硫中毒恢復請求。從而，對于每個行駛距離，燃燒控制系統把燃燒模式從正常工作模式轉換成把排氣溫度升高到能夠在濃混合比氣氛中，實現捕獲在NOx捕獲催化劑13中的硫分的凈化的溫度的燃燒模式。
在步驟S14，ECU 25確定在步驟，S3計算的NOx捕獲催化劑13中的NOx累積量Qnox是否變得大于或等于預定量NOx1，從而檢查是否達到再生正時，即，是否需要NOx再生。
如果NOx累積量Qnox小于預定量NOx1(Qnox＜NOx1)，那么ECU 25認為不需要NOx再生，并終止圖2的過程。
另一方面，如果NOx累積量Qnox等于或大于預定量NOx1(Qnox≥NOx1)，那么確定需要NOx再生。在圖11的步驟901中，ECU25把rq_sp標記(NOx再生請求標記)RQsp設為1，從而發出NOx再生請求。相反，可根據車輛的行駛距離，和排氣壓力傳感器17檢測的排氣壓力，確定再生正時。當在前一再生之后的行駛距離超過預定距離，并且排氣壓力超過預定閾值時，ECU 25產生NOx再生請求。從而，每次行駛預定距離時，燃燒控制系統把燃燒模式從正常工作模式轉換成凈化在NOx捕獲催化劑13中捕獲的NOx的燃燒模式。
圖3表示在在步驟S6，判斷DPF再生模式標記Freg為1(Freg＝1)時，在NOx捕獲催化劑13被預熱狀態下執行DPF再生(防止熔化)過程。
在步驟S101，ECU 25認為燃燒模式轉換的預定條件被滿足，并把燃燒模式從正常的稀薄燃燒轉換成根據本實施例的分離延遲燃燒。即，當根據檢測的或者估計的排氣凈化裝置(13和/14)的條件，產生增大溫度的請求或者在等于或小于理論值的區域中的濃混合比操作請求至少之一時，燃燒控制系統把燃燒模式從正常的稀薄操作轉換成分離延遲燃燒模式，其中包括產生主扭矩的主燃燒過程和在主燃燒之前的至少一個預燃燒過程。
當產生燃燒模式轉換命令時，利用圖29中所示的步驟S1101-S1104的流程，改變燃燒模式。每當產生燃燒模式轉換命令時，按照這種方式轉換燃燒模式。
響應在步驟S1101確定的燃燒模式轉換命令，燃燒控制系統首先在步驟S1102執行預燃油噴射，從而產生預燃燒。根據發動機轉速Ne和燃油噴射量Q，如圖27中所示確定預燃油噴射的燃油噴射量，并根據發動機轉速Ne和燃油噴射量Q，如圖28中所示確定預燃油噴射的燃油噴射正時。
在步驟S1103，燃燒控制系統執行關于主燃燒的主燃油噴射。如圖19中所示，根據發動機轉速Ne和燃油噴射量Q確定主噴射的噴射正時。通過把轉換前的燃油噴射量乘以圖23中所示的校正系數，計算主噴射的噴射量。從而，即使主燃燒的噴射正時被大大延遲，也可使扭矩基本保持與燃燒轉換前的扭矩相等。
由于在首先實現預燃燒之后，主燃燒的噴射量和噴射正時被這樣改變，因此燃燒控制系統能夠迅速改變燃燒狀態。
在圖3的步驟S102，ECU 25把排氣空燃比控制為目標空燃比。DPF14的再生過程中的目標空-燃比隨沉積的PM的PM累積量而不同。于是，根據圖20中所示的DPF 14的排氣壓力閾值，預測或估計沉積PM的PM累積量，并且排氣被控制為與圖21中所示的沉積PM的預測量對應的目標空-燃比。
在步驟S101燃燒模式被轉換成分離延遲燃燒模式之后，節氣門6或EGR閥19把排氣空燃比控制為目標排氣空燃比。為了實現目標進氣量，節氣門6把空氣量控制為通過把目標空燃比乘以圖22中所示的值計算的目標空氣量(用于λ＝1下的工作的目標進氣量)。如果在空氣量控制為圖22中所示的空氣量之后，空燃比偏離目標值，那么節氣門6或EGR閥19把空燃比調整為目標空燃比。
但是，當燃燒模式被轉換成分離延遲燃燒模式時，燃油噴射正時被沿著延遲方向大大移動。于是，除了進氣量的上述控制之外，本例的燃燒控制系統用取決于如圖23中所示的目標燃油噴射正時確定的扭矩校正系數，校正圖22的目標進氣量和燃油噴射量，以便抑制燃燒模式轉換時的扭矩改變。此外，如果目標空燃比λ被降低到1或者接近于1的值，那么發生由進氣節氣門引起的泵氣損失。于是，本例的控制系統把目標進氣量和燃油噴射量校正為通過乘以根據目標λ確定的校正系數計算得到的值，如圖30中所示。
在步驟S103，ECU 25檢查DPF 14的溫度是否等于或大于再生期間的目標下限值(預定溫度)T22(DPF溫度≥T22)。如果DPF溫度等于或大于目標溫度下限值T22(DPF溫度≥T22)，那么ECU 205從S103進入步驟S104。另一方面，如果它小于目標下限值T22(DPF溫度＜T22)，那么ECU 25從S103進入步驟S111和112。
在步驟S104，ECU 25檢查DPF 14的溫度是否等于或小于再生期間的目標上限值(預定溫度)T21(DPF溫度≤T21)。如果DPF溫度等于或小于目標溫度上限值T21(DPF溫度≤T21)，那么ECU 205從S104進入步驟S105。另一方面，如果它超過目標溫度上限值T21(DPF溫度＞T21)，那么ECU 25進入步驟S109和110。
在步驟S105，ECU 25檢查把排氣空燃比控制到目標值所用的時間t是否大于基準時間tDPFreg1(t＞tDPFreg1)。如果排氣空燃比控制所用的時間t大于基準時間tDPFreg1(t＞tDPFreg1)，那么ECU 205進入步驟S106。從而，燃燒控制系統能夠可靠地燃燒并除去沉積在DPF 14中的PM。另一方面，如果確定時間t不大于基準時間tDPFreg1(t≤tDPFreg1)，那么ECU 25終止圖3的過程。
在步驟S106，燃燒控制系統使燃燒模式從分離延遲燃燒模式返回正常的燃燒模式，從而終止加熱DPF 14的操作。之后，在步驟S107，ECU25把DPF再生模式的reg標記Freg重置為0，并終止DPF 14的再生。
在步驟S107之后的步驟S108，ECU 25把防止熔化模式的rec標記Frec設為1。這樣，燃燒控制系統防止由于排氣空燃比的急劇增大，由結束DPF再生之后留在DPF 14中的未燃燒的PM的燒盡而引起的熔化破壞。從而，ECU 25通過在再生模式或硫中毒恢復模式之后設置防止熔化模式的rec標記Frec，終止圖3的過程。
在從S103到達的步驟S111，燃燒控制系統延遲主燃燒的主燃油噴射正時。從而，當在DPF再生期間，DPF溫度變得低于下限值T22(DPF溫度＜T22)時，本例的控制系統通過把主燃燒的燃油噴射正時延遲預定量，增大排氣溫度。
在步驟S112，ECU 25根據主燃燒的主燃油噴射正時的延遲量調整扭矩。由于主燃油噴射正時的延遲降低了扭矩，因此ECU 25通過使用圖23中所示的扭矩校正系數與主燃燒的燃油噴射正時的扭矩校正系數計算圖，根據延遲量計算目標扭矩校正系數；并通過利用計算的扭矩校正系數調整扭矩。隨后，ECU 25終止圖3的過程。
在從S104到達的步驟S109，本例的燃燒控制系統提前主燃燒的主燃油噴射正時。從而，當在DPF再生期間，DPF溫度變得高于上限值T21(DPF溫度＞T21)時，控制系統通過把主燃油噴射正時提前預定量，降低排氣溫度。
在步驟S110，ECU 25通過使用圖23中所示的扭矩校正系數計算圖，根據提前量計算目標扭矩校正系數；并通過利用計算的扭矩校正系數調整扭矩。隨后，ECU 25終止圖3的過程。
圖4表示了硫中毒恢復的過程。
類似于圖3的S101，在步驟S201，響應濃混合比氣氛中高排氣溫度下的硫中毒恢復請求，燃燒控制系統把燃燒模式轉換成分離延遲燃燒模式。
在步驟S202，由于NOx捕獲催化劑13中的沉積硫分的硫分累積量Qs已達到預定量，因此控制系統把排氣空燃比控制為理論配比值。隨后，控制系統通過減小節氣門6的開度，減小進氣流量，從而獲得圖22中所示的目標進氣量(實現λ＝1的進氣量)，從而獲得目標空燃比。如果實際空燃比偏離目標空燃比，那么控制系統利用節氣門6或EGR閥19調整排氣空燃比。從而，類似于步驟S102，根據主燃燒的燃油噴射正時，校正進氣量和燃油噴射量。
在步驟S203，ECU 25檢查NOx捕獲催化劑13的溫度是否大于預定溫度T4(催化劑溫度＞T4)。例如，在基于Ba的NOx捕獲催化劑被用作NOx捕獲催化劑13的情況下，在濃到理論配比氣氛中，該溫度必須大于600℃，于是，預定溫度T4被設置成等于600℃。
如果催化劑溫度高于預定溫度T4(催化劑溫度＞T4)，那么ECU 25從S203進入步驟S204。另一方面，如果催化劑溫度等于或小于預定溫度T4(催化劑溫度≤T4)，那么ECU 25進入步驟S210。
在步驟S204，ECU 25檢查硫中毒恢復操作是否在目標空燃比和目標床溫下被執行預定時間tdesul(t＞tdesul)。如果硫中毒恢復操作被恰當地持續進行大于tdesul的時間(t＞tdesul)，那么ECU 25進入步驟S205。另一方面，如果沒有充分進行硫中毒恢復操作(t≤tdesul)，那么ECU 25終止圖4的過程。
在步驟S205，ECU 25取消理論配比操作，因為硫中毒恢復已完成。
在步驟S206，ECU 25設置防止熔化模式的rec標記Frec(Frec＝1)。從而，控制系統保護DPF 14免受由于排氣空燃比的急劇增大，在硫中毒恢復之后的高溫條件下，留在DPF 14中的PM的燒盡而引起的熔化損害。
在步驟S207，由于硫中毒恢復模式已結束，因此ECU 25把脫硫標記Fdesul重置為0。
在步驟S208，由于硫中毒恢復操作已完成，因此ECU 25把NOx捕獲催化劑13中的沉積硫分的硫分累積量Qs重置為0(Qs＝0)。
在步驟S209，ECU 25把NOx再生的rq_sp標記RQsp重置為0(RQsp＝0)。這里因為由于硫中毒恢復的緣故，NOx捕獲催化劑13被長時間暴露在理論配比空燃比的條件下，從而執行NOx再生。隨后，如果存在NOx再生請求，那么與硫中毒恢復同時地進行NOx再生。
當催化劑溫度低于或等于T4時，從S203到達步驟S210。S210和S211中的操作類似于上面提及的圖3中的步驟S111和S112的操作。即，在步驟S210中，控制系統把主燃燒的燃油噴射正時延遲預定量，從而增大排氣溫度，因為NOx捕獲催化劑13的溫度等于或小于預定溫度T4(催化劑溫度≤T4)。
在步驟S211，ECU 25通過使用圖23中所示的扭矩校正系數計算圖，根據延遲量計算目標扭矩校正系數；并通過利用計算的扭矩校正系數調整扭矩。隨后，ECU 25終止圖4的過程。
圖5表示了當Fsp＝1時執行的濃混合比峰值控制過程。
在步驟S301，燃燒控制系統改變燃燒模式。在本例中，燃燒模式被轉換成分離延遲燃燒模式。
在步驟S302，空燃比被控制成預定的目標空燃比，以便執行濃混合比峰值控制。通過把進氣量調整為圖24中所示的進氣量，實現目標空燃比。從而，當執行濃混合比峰值控制時，燃燒控制系統在短循環中的恰當時刻把還原劑提供到NOx捕獲催化劑13的上游排氣中，從而暫時降低流入NOx捕獲催化劑13的排氣的空燃比，使得在NOx捕獲催化劑13中捕獲的NOx被釋放和還原。
在步驟S303，ECU 25檢查(在濃混合比條件下)進行濃混合比峰值控制所用的時間是否大于預定時間tspike(t＞tspike)。如果它大于預定時間tspike(t＞tspike)，那么ECU 25進入步驟S304。另一方面，如果它不大于預定時間tspike(t≤tspike)，那么ECU 25終止圖5的過程。
在步驟S304，峰值標記Fsp被重置為0(Fsp＝0)。從而，控制系統持續預定的時間tspike執行濃混合比峰值控制，隨后在預定時間tspike結束時取消該濃混合比操作。
圖6表示防止熔化控制。
在步驟S401，檢測PDF 14的溫度。如果難以直接檢測PDF 14的溫度，那么根據替代參數(例如排氣溫度)估計DPF 14的溫度。
在步驟S402，ECU 25檢測DPF 14的溫度是否小于預定溫度T3(DPF溫度＜T3)。從而，控制系統確定DPF溫度是否低于不存在開始PM的急劇氧化的風險的溫度T3(DPF溫度＜T3)。
如果DPF 14的溫度低于預定溫度(DPF溫度＜T3)，那么ECU 25從S402進入步驟S403。這使得即使氧濃度變得等于大氣的氧濃度，也能夠避免DPF 14的熔化。
另一方面，如果DPF 14的溫度等于或大于預定溫度T3(DPF溫度≥T3)，那么ECU 25從S402進入步驟S405。在S405，控制系統把排氣空燃比控制為等于或小于預定值的值，以便降低排氣溫度，隨后結束圖6的過程。這種情況下，由于需要較低的排氣溫度，因此利用正常的稀薄(lean)燃燒(圖13中所示的燃燒)而不是分離延遲燃燒，把排氣空燃比控制為預定值。隨后，進氣量被設為圖25中所示的目標進氣量。如果傳感器輸出偏離目標空燃比，那么通過調節節氣門或EGR閥19，實現目標空燃比。
在步驟S403，由于不存在熔化DPF 14的風險，因此控制系統終止空燃比控制。
在步驟S404，防止熔化模式的rec標記Frec被重置為0(Frec＝0)。從而結束防止熔化模式。
圖7表示在同時發出DPF再生請求，以及NOx再生請求和硫中毒恢復請求之一或兩者的情況下，確定優先權的過程。
在步驟S501，ECU 25檢查硫分累積量Qs，以確定沉積的硫分的硫分累積量Qs是否小于需要硫中毒恢復或脫硫的預定量S1。如果它小于預定量S1(Qs＜S1)，那么ECU 25從S501進入步驟S502。另一方面，如果它等于或大于預定量S1(Qs≥S1)，那么ECU 25進入圖10的過程。
在步驟S502，ECU 25檢查NOx再生請求(峰值請求)RQsp的存在/不存在。如果不存在NOx再生請求(RQsp＝0)，那么ECU 25進入步驟S503。另一方面，如果存在NOx再生請求(RQsp＝1)，那么ECU25進入步驟S506。
在發出DPF再生請求之后，在步驟S503，ECU 25檢查沉積NOx的NOx累積量Qnox是否小于需要NOx再生的預定量NOx1(Qnox＜NOx1)。如果它小于預定量NOx1(Qnox＜NOx1)，那么ECU25進入步驟S504。另一方面，如果它等于或大于預定量NOx1(Qnox≥NOx1)，那么ECU 25進入圖11的過程。
在步驟S504，ECU 25檢查工作點是否在DPF再生和SOx再生(硫中毒恢復或脫硫)允許區域中。在本例中，ECU 25通過使用圖26中所示的DPF·SOx再生允許圖，根據當前的發動機轉速Ne和負荷，確定工作點是否在DPF再生和SOx再生允許區域中。如果依據當前的發動機轉速Ne和發動機負荷確定的當前工作點在再生允許區域中，那么ECU 25進入步驟S505。另一方面，如果它不在再生允許區域中，從而S504的回答是否定的，那么ECU 25終止圖7的過程。
在步驟S505，ECU 25把再生模式的reg標記Freg設為1(Freg＝1)。從而，由于在發生DPF再生請求的狀態下，不存在NOx再生請求和SOx再生請求，并且發動機工作點在DPF再生允許區域中，因此燃燒控制系統著手進行DPF再生。
在從S502到達的步驟S506，ECU 25檢查是否存在低NOx條件。這用于判斷發動機是否處于低NOx排放的條件，例如穩態條件，因為DPF再生請求和NOx再生請求都被發出。
如果低NOx條件被確認，那么ECU 25進入步驟S507。其原因如下。在低NOx排放的條件下，即使捕獲的NOx的再生被或多或少地延遲，來自排氣尾管的排氣也很難被惡化。于是，優先進行極大地影響駕駛性能的DPF 14的再生。在高NOx排放的條件下，例如在加速條件下，優先進行NOx的再生，以便防止來自排氣尾管的排氣的惡化。
另一方面，如果低NOx條件未被確認，從而S506的回答是否定的，那么ECU 25進入步驟S508，把sp標記Fsp設為1(Fsp＝1)。隨后結束圖7的過程。
在步驟S507，ECU 25檢查DPF 14的床溫Tbed是否高于預定溫度T3(Tbed＞T3)。從而判斷是否優先進行NOx再生。如果DPF床溫Tbed高于預定溫度T3(Tbed＞T3)，那么ECU 25進入步驟S504。另一方面，如果它等于或小于預定溫度T3(Tbed≤T3)，那么ECU 25進入S508。其原因如下。當開始DPF 14的升溫時，如果溫度等于或小于DPF 14承載的NOx捕獲催化劑13被激活的預定溫度T3(Tbed≤T3)，那么在開始升溫之后，在達到能夠進行再生的溫度之前，升溫需要時間。于是，在升溫期間來自排氣尾管的NOx的惡化風險被考慮，優先進行NOx的再生。
在步驟S508，由于優先考慮NOx再生，因此ECU 25把峰值標記設為1(Fsp＝1)并著手進行NOx再生。
圖8表示在同時發出SOx再生請求和NOx再生請求的情況下，確定SOx再生和NOx再生之間的優先權的過程。
在步驟S601，ECU 25檢查沉積在DPF 14中的PM的PM累積量Qpm是否小于預定量PM1(Qpm＜PM1)。如果它小于預定量PM1(Qpm＜PM1)，那么ECU 25進入步驟S602。另一方面，如果它等于或大于預定量(Qpm≥PM1)，那么燃燒控制系統在圖9的步驟S701把rq_DPF標記RQdpf設為1，并進行DPF 14的再生。從而，即使發出了SOx再生請求，仍然優先考慮DPF再生。
在步驟S602，ECU 25檢查NOx捕獲催化劑13的床溫Tbed是否高于預定溫度T1(Tbed＞T1)。預定溫度T1是適合于所承載的NOx捕獲催化劑13的SOx再生的溫度。如果NOx捕獲催化劑13的床溫Tbed高于預定溫度T1(Tbed＞T1)，那么ECU 25從S602進入步驟S603。另一方面，如果它等于或小于預定溫度T1(Tbed≤T1)，那么ECU 25從S602進入步驟S605。其原因如下。因為在開始升溫之后，到達能夠實現再生的溫度需要時間，因此在升溫期間來自排氣尾管的NOx的惡化風險被考慮，優先進行NOx再生。
在步驟S603，ECU 25檢查發動機工作點是否在DPF再生和SOx再生(硫中毒恢復或脫硫)允許區域中。類似于上述步驟S504，通過使用圖26中所示的DPF再生和SOx再生允許區域圖，根據當前的發動機轉速Ne和負荷，判斷允許這些再生的區域。如果依據當前發動機轉速和負荷確定的當前發動機工作點在再生允許區域中，那么ECU 25進入步驟S604。另一方面，如果它不在再生允許區域中(如果它在不允許再生區域中)，那么結束圖8的過程。
在步驟S604，ECU 25把脫硫標記Fdesul設為1(Fdesul＝1)，并結束圖8的過程。這用于轉變到SOx再生，因為所有條件都被滿足，即，不存在峰值請求和DPF再生請求，床溫等于或高于預定值，并且工作點在再生允許區域中。
在從S602到達的步驟S605，ECU 25檢查是否存在峰值請求。如果不存在峰值請求(RQsp＝0)，那么ECU 25進入步驟S606。從而，即使發出了SOx再生請求，如果NOx捕獲催化劑13的溫度等于或小于預定溫度T1(NOx捕獲催化劑溫度≤T1)，那么優先進行NOx再生，以抑制來自排氣尾管的NOx惡化。
另一方面，如果存在峰值請求(RQsp＝1)，那么ECU 25從S605進入步驟S607，并把NOx再生標記Fsp設為1(Fsp＝1)，從而轉變到NOx再生。從而，確定即使發出了SOx再生請求，也應優先進行NOx再生。
在步驟S606，在發出SOx再生請求之后，ECU 25檢查沉積的NOx的NOx累積量是否小于要求NOx再生的預定量NOx1(Qnox＜NOx1)。如果它小于預定量NOx1(Qnox＜NOx1)，那么結束圖8的過程。另一方面，如果它等于或大于預定量NOx1(Qnox≥NOx1)，那么ECU 25進入圖11的步驟S901，把rq_sp標記RQsp設為1(RQsp＝1)，從而發出NOx再生請求。
圖12表示通過利用預燃燒和主燃燒的分離延遲燃燒控制模式，預熱NOx捕獲催化劑的過程。當圖2的步驟S2的回答是否定的時，執行圖12的過程。
在步驟S1001，ECU 25檢查NOx捕獲催化劑13的預熱促進操作是否可能。這是因為確定NOx捕獲催化劑13的溫度等于或小于激活溫度T5(催化劑溫度≤T5)，從而要求利用預熱促進操作升高NOx捕獲催化劑13的溫度。通過檢查依據當前發動機轉速和負荷確定的發動機工作點是否在圖26中所示的DPF和SOx再生允許區域中，根據當前的發動機轉速Ne和負荷，做出該判斷。
如果允許預熱促進操作，那么EUC 25進入步驟S1002。另一方面，如果發動機工作點不在允許區域中，并且不允許預熱促進操作，那么結束圖12的過程。
在步驟S1002，控制系統把燃燒模式轉換成分離延遲燃燒模式。從而，通過執行預燃燒，壓縮上止點附近氣缸中的溫度被升高，并且主燃燒的點火延遲的范圍被擴大。通過執行分離延遲燃燒，燃燒控制系統增大排氣溫度，從而促進NOx捕獲催化劑13的預熱。
在S1002之后的步驟S1003，ECU 25檢查NOx捕獲催化劑13的溫度是否變得高于激活溫度(預定溫度)T5(催化劑溫度＞T5)。如果它高于預定溫度T5(催化劑溫度＞T5)，那么ECU 25進入步驟S1004。另一方面，如果它等于或小于預定溫度T5(催化劑溫度≤T5)，那么結束圖12的過程，并且繼續分離延遲模式下的燃燒控制。
在步驟S1004，預熱促進操作被取消。從而，由于判斷NOx捕獲催化劑13已被充分預熱，即，NOx捕獲催化劑13已被激活，因此控制系統把燃燒模式從分離延遲燃燒模式轉換成正常燃燒模式，從而結束NOx捕獲催化劑13的預熱。
根據本發明的例證實施例，用于內燃機1的燃燒控制系統或設備至少包括布置在內燃機的排氣道12中的排氣凈化器或凈化裝置(NOx捕獲催化劑13和/DPF 14)；包括至少一個燃油噴射器的燃燒控制致動器，用于產生主燃燒，和在主燃燒之前產生預燃燒；至少包括ECU 25的控制器25，用于控制燃油噴射，從而產生預燃燒，和控制燃油噴射，從而在預燃燒結束之后開始主燃燒。于是，燃燒控制系統能夠借助預燃燒預先增大缸內溫度；從而擴大主燃燒的點火延遲的范圍(延遲極限)；并降低煙霧排放。從而，在氣缸內能夠獲得所需的濃混合比氣氛。
控制器(25)執行預燃油噴射，從而在上止點或其附近產生預燃燒，并在結束預燃燒之后，執行主燃油噴射，從而開始主燃燒。控制器(25)被配置成當產生使排氣凈化器處于工作狀態(例如再生狀態或預熱狀態)的分離燃燒請求(例如Freg＝1，Fdesul＝1，Fsp＝1，RQdpf＝1，RQdesul＝1，S2的“否”或S1001的“是”)時，通過控制燃油噴射在上止點或其附近產生預燃燒，并在預燃燒結束之后控制燃油噴射開始主燃燒，以分離燃燒模式(在一個循環中利用兩個或更多獨立的燃燒過程，例如分離延遲燃燒模式)控制燃燒控制致動器(包括項10、6或19)。
控制器(25)被配置成以正常燃燒模式正常控制燃燒控制致動器，并且響應根據檢測或估計的排氣凈化器的條件產生的分離燃燒請求，把燃燒控制模式從正常燃燒模式轉換成分離燃燒模式(在S101，S201，S301或S1002)。
控制器被配置成確定排氣凈化器的估計條件，并根據排氣凈化器的估計條件，產生分離燃燒請求，從而請求發動機的排氣溫度的升高和發動機的濃混合比操作之一。
此外，根據本實施例，主燃燒是預混燃燒。于是，該系統在高溫狀態下執行用于主燃燒的燃油噴射，擴大主燃燒的點火延遲的范圍，并有效地抑制煙霧排放。
另外，根據本實施例，預燃燒的燃油噴射量被設為等于在主燃燒的燃油噴射時，氣缸中的溫度超過能夠實現自點火的溫度所必需的燃油噴射量。于是，由于預燃燒時的燃油噴射升高了氣缸中的溫度，當執行主燃燒的燃油噴射時，在氣缸中能夠保持高溫，并且能夠穩定每個循環的燃燒。
此外，根據本實施例，主燃燒的燃燒開始正時是離預燃燒的開始正時的20°或更大的曲軸轉角。于是，可使預燃燒的起點和主燃燒的起點之間的間隔等于或大于預定時間，能夠抑制主燃燒中燃燒的惡化，并防止煙霧的惡化。
另外，根據本實施例，主燃燒的終止正時與壓縮上止點相隔50°或更大的曲軸轉角。于是，通過盡可能多地延遲主燃燒的終止正時，該控制系統能夠防止主燃燒的燃燒過程變得不活潑，并防止燃燒噪聲方面的惡化。
此外，根據本實施例，發動機循環的每個壓縮行程，都執行預燃燒的燃油噴射。于是，能夠確保預燃燒中點火的穩定性。
另外，根據本實施例，根據壓縮終點溫度，調整燃油噴射量和燃油噴射正時至少之一。于是，根據每個工作條件下的壓縮終點溫度，預燃燒的燃油噴射量可被設為最小量，并且能夠實現預燃燒的穩定性。另外，在主燃燒開始之前，確實能夠完成預燃燒。
此外，根據本實施例，在主燃燒中，通過改變燃油噴射正時控制排氣溫度。于是，通過控制主燃燒的燃燒終止正時，控制系統能夠靈活地控制排氣溫度。
另外，根據本實施例，控制系統控制主燃燒，以使發動機1產生的輸出扭矩保持恒定。于是，通過根據主燃燒的燃油噴射正時，校正燃油噴射量，控制系統能夠獲得所需的排氣溫度或者排氣氣氛，從而抑制燃燒模式轉換和控制排氣溫度時扭矩的變化。
此外，根據本實施例，提供用于捕獲排氣微粒物的濾清器(DPF)14作為排氣凈化裝置。當沉積在濾清器14中的排氣微粒物(PM)的數量達到預定量PM1(S12)，并且溫度將被增大，以便實現排氣微粒物的自動氧化時，產生分離燃燒的請求。于是，控制系統能夠根據發動機1的工作條件(例如，發動機轉速Ne和燃油噴射量Q)，適當調整進行燃燒控制的正時。從而，控制系統能夠恰當地確定DPF 14的再生正時，及時地把燃燒模式轉換成分離燃燒，從而在低煙霧排放和高排氣溫度下實現DPF的穩定再生。
另外，根據本實施例，提供用于在稀薄操作時捕獲NOx的NOx捕獲催化劑13作為排氣凈化裝置。當捕獲在NOx捕獲催化劑13中的NOx將被凈化時，產生分離燃燒模式請求。于是，能夠以分離燃燒模式進行濃混合比峰值控制，并且NOx捕獲催化劑13的凈化性能可被保持較高。
當每次行駛預定的距離，凈化NOx時(步驟S3、12～14)，控制系統能夠以簡單的結構間隔足夠的距離凈化NOx。
另外，根據本實施例，提供用于在稀薄操作時捕獲NOx的NOx捕獲催化劑13作為排氣凈化裝置。當捕獲在NOx捕獲催化劑13中的硫分(SOx)將被凈化時，產生分離燃燒模式請求。于是，利用分離燃燒模式能夠進行硫中毒恢復或脫硫(SOx再生)，并且能夠實現低煙霧排放和高排氣溫度的濃混合比條件。NOx捕獲催化劑13的性能可被最大化。
此外，根據本實施例，由于每次行駛預定的距離時硫分被凈化，因此能夠每隔適當的時間距離凈化NOx。
另外，根據本實施例，提供用于在稀薄操作時捕獲NOx的NOx捕獲催化劑13作為排氣凈化裝置。當NOx捕獲催化劑13較冷時產生分離燃燒模式請求(S2)，于是NOx捕獲催化劑13將被快速預熱。于是，當NOx捕獲催化劑13較冷時能夠使用分離燃燒模式，并且NOx捕獲催化劑13可在短時間內被預熱到激活溫度。
此外，根據本實施例，預燃燒的結束是熱量產生的結束。于是，在預燃燒的熱量產生結束之后，燃燒可被轉換成主燃燒。
在低發動機負荷區域中，可多次進行預燃燒。這種情況下，控制系統能夠在低負荷條件下，實現低煙霧排放和高排氣溫度的目標。
根據各種可能結構或解釋之一，根據例證實施例的燃燒控制系統至少包括確定排氣凈化器的估計條件的裝置(25、S3、S4、S5、20-23、50)；根據排氣凈化器的估計條件，產生分離燃燒請求的裝置(S2～S14)；和響應分離燃燒請求，按照分離燃燒模式控制對發動機的燃油噴射的裝置(S1102、S1103)。
本申請基于在先日本專利申請No.2003-193310(于2003年7月8日在日本申請)。該日本專利申請No.2003-193310的整個內容作為參考包含于此。
雖然上面參考本發明的一些實施例說明了本發明，不過本發明并不局限于上述實施例。鑒于上述教導，本領域的技術人員易于想到上述實施例的各種修改和變化。本發明的范圍由下述權利要求限定。
權利要求
1.一種用于內燃機的燃燒控制設備，包括內燃機的排氣道中的排氣凈化器；導致主燃燒，并在主燃燒之前導致預燃燒的燃燒控制致動器；和控制燃油噴射從而產生預燃燒，并在預燃燒結束之后，控制燃油噴射從而開始主燃燒的控制器。
2.按照權利要求1所述的燃燒控制設備，其中燃燒控制致動器包括把燃油直接噴入發動機的燃燒室的燃油噴射器；控制器被配置成進行預燃油噴射，從而在上止點或其附近產生預燃燒，并在預燃燒結束之后，進行主燃油噴射，從而開始主燃燒。
3.按照權利要求2所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成當產生使排氣凈化器處于工作狀態的分離燃燒請求時，通過控制燃油噴射，在上止點或其附近產生預燃燒，并通過在預燃燒結束之后控制燃油噴射，開始主燃燒，以分離燃燒模式控制燃燒控制致動器。
4.按照權利要求3所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成以正常燃燒模式正常控制燃燒控制致動器，并且響應根據排氣凈化器的條件產生的分離燃燒請求，把燃燒控制模式從正常燃燒模式轉換成分離燃燒模式。
5.按照權利要求4所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成確定排氣凈化器的估計條件，并根據排氣凈化器的估計條件，產生分離燃燒請求，從而請求發動機的排氣溫度的升高和發動機的濃混合比操作之一。
6.按照權利要求5所述的燃燒控制設備，其中燃燒控制設備還包括收集確定排氣凈化部分的估計條件所需的信息的條件傳感器。
7.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成相對于預燃燒的結束，延遲主燃燒的開始，從而在主燃燒中，預混燃燒過程是主要的。
8.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成在預燃燒的放熱過程結束之后開始主燃燒的正時，進行主燃燒的主燃油噴射。
9.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成在燃燒室中的火焰減弱的狀態下噴射燃油的正時，開始用于主燃燒的主燃油噴射，以防止主燃燒中的擴散燃燒過程。
10.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成把預燃油噴射的預燃油噴射量控制為增大燃燒室中的缸內溫度所需的較小量，并使主燃燒的主燃油噴射量大于預燃油噴射量，從而利用主燃燒產生發動機扭矩。
11.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成把預燃油噴射的預燃油噴射量控制為等于使在主燃燒的燃油噴射正時，燃燒室中的缸內溫度大于或等于能夠在燃燒室中實現自發點火的自動點火溫度所需的燃油量。
12.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中相對于預燃燒的燃燒開始正時，主燃燒的燃燒開始正時的延遲量等于或大于20°曲軸轉角。
13.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中相對于壓縮上止點，主燃燒的燃燒結束正時的延遲量等于或大于50°曲軸轉角。
14.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成在壓縮行程內執行用于預燃燒的預燃油噴射。
15.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成在使預燃燒的放熱過程在壓縮上止點之前開始，并在壓縮上止點之后結束的正時進行預噴射。
16.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成根據壓縮終點溫度，改變預燃燒的預燃油噴射的燃油噴射量和燃油噴射正時至少之一，壓縮終點溫度是壓縮行程結束時燃燒室中的溫度。
17.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成通過改變主燃燒的燃油噴射正時，控制發動機的排氣溫度。
18.按照權利要求2-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成控制主燃燒，以使發動機產生的扭矩保持恒定。
19.按照權利要求3-6之一所述的燃燒控制設備，其中排氣凈化器包括收集排氣微粒物的微粒濾清器，控制器被配置成根據累積在微粒濾清器中的微粒物的估計量，產生分離燃燒請求，從而增大排氣溫度，以便自動氧化微粒濾清器中的微粒物。
20.按照權利要求3-6之一所述的燃燒控制設備，其中排氣凈化器包括在發動機的稀薄操作中捕獲NOx的NOx捕獲催化劑裝置，控制器被配置成在凈化捕獲在NOx捕獲裝置中的NOx時，產生分離燃燒請求。
21.按照權利要求20所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成根據在NOx捕獲裝置中捕獲的NOx的估計量，產生分離燃燒請求。
22.按照權利要求20所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成根據由內燃機提供動力的車輛行駛的距離，產生分離燃燒請求。
23.按照權利要求3-6之一所述的燃燒控制設備，其中排氣凈化器包括在發動機的稀薄操作中，捕獲NOx的NOx捕獲裝置，控制器被配置成在凈化捕獲在NOx捕獲裝置中的硫分時，產生分離燃燒請求。
24.按照權利要求23所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成根據在NOx捕獲裝置中捕獲的硫分的估計量，產生分離燃燒請求。
25.按照權利要求23所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成根據由內燃機提供動力的車輛行駛的距離，產生分離燃燒請求。
26.按照權利要求3-6之一所述的燃燒控制設備，其中排氣凈化器包括在發動機的稀薄操作中捕獲NOx的NOx捕獲催化劑裝置，控制器被配置成在預熱NOx捕獲裝置時，產生分離燃燒請求。
27.按照權利要求1-6之一所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成在主燃燒之前，執行多個預燃油噴射，從而導致預燃燒的多個放熱過程，使得在上止點或其附近產生預燃燒的至少一個放熱過程。
28.按照權利要求27所述的燃燒控制設備，其中控制器被配置成在低發動機負荷區域中進行多個預燃油噴射，從而導致預燃燒的多個放熱過程。
29.按照權利要求1-6之一所述的燃燒控制設備，其中燃燒控制設備還包括內燃機，所述內燃機是柴油機。
30.一種內燃機的燃燒控制方法，在所述內燃機的排氣道中裝有排氣凈化器，所述燃燒控制方法包括控制燃油噴射從而產生發動機循環中的預燃燒；和在結束發動機循環中的預燃燒之后，控制燃油噴射從而開始主燃燒。
31.按照權利要求30所述的燃燒控制方法，還包括確定排氣凈化器的估計條件；根據排氣凈化器的估計條件，產生分離燃燒請求；響應分離燃燒請求，把燃燒控制模式從正常模式轉換成分離燃燒模式；和在分離燃燒模式下控制燃油噴射以產生預燃燒，和控制燃油噴射以便在預燃燒結束之后開始主燃燒。
32.一種用于內燃機的燃燒控制設備，包括確定排氣凈化器的估計條件的裝置；根據排氣凈化器的估計條件，產生分離燃燒請求的裝置；通過控制燃油噴射產生預燃燒，和控制燃油噴射，從而在預燃燒結束之后開始主燃燒，響應分離燃燒請求，在分離燃燒模式下控制對發動機的燃油噴射的裝置。
全文摘要
內燃機用燃燒控制設備包括排氣道中的排氣凈化器，和產生主燃燒，以及在主燃燒之前產生預燃燒的燃燒控制致動器，例如燃油噴射器。控制器控制燃油噴射，從而在上止點或其附近產生預燃燒，并控制燃油噴射，從而在預燃燒結束之后開始主燃燒。
文檔編號F02D41/02GK1701171SQ200480001119
公開日2005年11月23日 申請日期2004年7月7日 優先權日2003年7月8日
發明者北原靖久 申請人:日產自動車株式會社