内燃机的排气净化系统.pdf

提供一种技术，在排气净化装置的净化能力的再生处理中，在向排气净化装置供给还原剂的同时使一部分排气绕过排气净化装置，从而能够更切实地提高排气的排放。在NSR的NOx还原处理时，判断在添加还原剂的同时进行使通过排气管的排气中的通过旁通管的排气的量增加而使通过NSR的排气的量减少的添加同步旁通控制的情况下，伴随着进行添加同步旁通控制的、由NSR的净化率的上升而获得的NOx排出的减少量(S105)、和由通过旁通管的排气的增加而导致的NOx排出的增加量(S103)的多少(S106)，在判断为由NSR的净化率的上升而获得的NOx排出的减少量多于由通过旁通管的排气的增加而导致的NOx排出的增加量的情况下，执行添加同步旁通控制(S107)。

1.  一种内燃机的排气净化系统，其特征在于，具有：
排气净化装置，其设置在内燃机的排气通道中，净化通过上述排气通道的排气；
旁通通道，其在上述排气净化装置的上游侧从上述排气通道分支，并在上述排气净化装置的下游侧与上述排气通道合流，使通过上述排气通道的排气绕过上述排气净化装置；
还原剂供给机构，其在上述排气净化装置的上游侧将还原剂供给于通过上述排气通道的排气；
再生机构，其在积蓄在上述排气净化装置中的净化物质的量为预定量以上时，进行再生处理，该再生处理中通过从上述还原剂供给机构向排气供给还原剂并将该还原剂导入上述排气净化装置，使上述排气净化装置的净化能力得以再生；以及
再生时排气流量控制机构，其在上述再生机构进行上述再生处理时，进行再生时排气流量控制，该再生时排气流量控制中使通过上述排气通道的排气中的通过上述旁通通道的排气的量增加，而使通过上述排气净化装置的排气的量减少；
基于如下两个量来决定是否执行上述再生时排气流量控制，即，在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量。

2.  如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，还具有净化物质量判断机构，该净化物质量判断机构判断在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量的多少；
在利用上述净化物质量判断机构判断为由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量多于由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量的情况下，执行上述再生时排气流量控制。

3.  如权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，上述净化物质量判断机构进行如下的判断，即，判断在从上述再生处理中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间中的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量的多少。

4.  如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，上述排气净化装置是吸藏还原型NO_x催化剂；
该排气净化系统还具有氧化催化剂，该氧化催化剂设置于上述排气通道中的、上述排气通道和上述旁通通道的合流部的下游侧，具有氧化能力；
基于如下三个量来决定是否执行上述再生时排气流量控制，即，在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量、和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量。

5.  如权利要求4所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，还具有NO_x量判断机构，其判断在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、与由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量的多少；
在利用上述NO_x量判断机构判断为由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量多于由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量的情况下，执行上述再生时排气流量控制。

6.  如权利要求5所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，上述NO_x量判断机构进行如下的判断，即，判断在从上述再生处理中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间中的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、与由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量的多少。

内燃机的排气净化系统
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化系统。
背景技术
在内燃机的排气中含有NO_x等的有害物质。为了降低这些有害物质的排出，已知有在内燃机的排气系统中设置净化排气中的NO_x的NO_x催化剂。在该技术中，在设置了例如吸藏还原型NO_x催化剂的情况下，当吸藏的NO_x量增加时，净化能力下降，所以，通过进行燃料过量供给控制，向吸藏还原型NO_x催化剂供给还原剂，将吸藏在该催化剂中的NO_x还原释放出来(以下称为“NO_x还原处理”)。
另外，在内燃机的排气中含有以碳为主要成分的微粒物质(PM：Particulate Matter)。为了防止这些微粒物质释放到大气中，已知有在内燃机的排气系统中设置捕集微粒物质的微粒过滤器(以下称为“过滤器”)的技术。
在该过滤器中，若捕集的微粒物质的堆积量增加，则由于过滤器的堵塞而导致排气中的背压上升、内燃机性能降低，因此，使过滤器的温度上升来氧化去除捕集的微粒物质(以下称为“PM再生处理”)。在此情况下，为了使过滤器的温度上升，有时也向过滤器供给作为还原剂的燃料。
在此，提出了如下技术，即，在进行对NO_x催化剂的NO_x还原处理、对过滤器(尤其是担载着NO_x催化剂的过滤器)的PM再生处理之际，在进行供给还原剂的同时使排气的一部分绕过NO_x催化剂、过滤器等的排气净化装置，降低通过排气净化装置的排气的流量。由此，抑制在还原剂到达排气净化装置之前被大量的排气氧化的问题，并且，能够充分确保还原剂在排气净化装置内的反应时间，能够提高排气净化装置的净化能力的再生效率。
关于这样的排气净化系统的技术，存在例如日本特开2002-349236号公报所公开的技术。也就是说，在发动机的排气管上设置NO_x吸藏还原催化剂，将可喷射还原剂的液体喷射喷嘴设置在NO_x吸藏还原催化剂的排气上游侧的排气管上。另外，将起到氧化催化剂作用的微粒过滤器设置在NO_x吸藏还原催化剂的排气下游侧的排气管上。而且，以绕过NO_x吸藏还原催化剂的方式将旁通管连接在排气管上，排气调节阀进行切换使得排气流向NO_x吸藏还原催化剂或旁通管的任一方。基于检测NO_x吸藏还原催化剂的排气上游侧的排气管内的排气温度的温度传感器的检测输出，分别控制还原剂的喷射和排气调节阀的开度。
在该技术中，在排气温度不足预定值时，关闭还原剂的喷射，调节排气调节阀使排气流入NO_x吸藏还原催化剂且不流入旁通管。由此，排气中的NO_x被吸藏到催化剂中，排气中的HC在催化剂所担载的贵金属的氧化作用下被氧化。在排气温度为预定值以上时，调节排气调节阀使大部分的排气流过旁通管而一部分的排气流过催化剂，并且从液体喷射喷嘴喷射还原剂。由此，催化剂入口的排气的过量空气系数降低，并且被吸藏到催化剂的NO_x与上述HC等反应、成为N₂、CO₂、H₂O，从催化剂中释放。另外，由还原剂的喷射而成生的HC等的一部分通过催化剂、被过滤器所捕集。在喷射还原剂时，大部分的排气流过旁通管，过量空气系数高的排气流入过滤器，因此，该被过滤器所捕集的HC等在过滤器所担载的活性金属的氧化作用下氧化、燃烧。
由此，能够高效地降低排气中所含的NO_x和微粒的排出量，并且能够防止从液体喷射喷嘴喷射到排气管中的还原剂在气化的状态下排出到大气中。
另外，日本特开2000-265827号公报所公开的发动机的排气净化装置具有：配置在排气歧管紧下方的排气净化用催化剂、绕过排气净化用催化剂的旁通通道、检测排气温度的传感器、以及限制排气流入排气净化用催化剂的排气控制阀。在应升温排气净化用催化剂的条件成立的情况下，控制器减弱排气控制阀的限制，使流入排气净化催化剂的排气量增加。由此，不使运转性、燃料利用率恶化地上升催化剂温度。
但是，在NO_x还原处理、PM再生处理等的净化能力再生处理中，在使排气绕过排气净化装置的情况下，能够如上述那样提高排气净化装置的净化能力的再生效率、期待净化率的提高，但是却存在绕过的排气中的净化物质不通过排气净化装置就被排出的情况，从而可能导致排放恶化。
本发明的目的在于提供一项技术，在排气净化装置的净化能力的再生处理中，向排气净化装置供给还原剂，并使排气的一部分绕过排气净化装置，由此更切实地提高排气的排放。
发明内容
为了达到上述目的的本发明以在排气净化装置的净化能力的再生处理时，供给还原剂，并进行使通过排气通道的排气中的通过旁通通道的排气的量增加而使通过排气净化装置的排气的量减少的再生时排气流量控制作为前提。并且，其最大的特征在于，基于在进行了再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量，决定是否执行上述再生时排气流量控制。
更详细地说，本发明的特征在于，具有：
排气净化装置，其设置在内燃机的排气通道中，净化通过上述排气通道的排气；
旁通通道，其在上述排气净化装置的上游侧从上述排气通道分支，并在上述排气净化装置的下游侧与上述排气通道合流，使通过上述排气通道的排气绕过上述排气净化装置；
还原剂供给机构，其在上述排气净化装置的上游侧将还原剂供给于通过上述排气通道的排气；
再生机构，其在积蓄在上述排气净化装置中的净化物质的量为预定量以上时，进行再生处理，该再生处理中通过从上述还原剂供给机构向排气供给还原剂并将该还原剂导入上述排气净化装置，使上述排气净化装置的净化能力得以再生；以及
再生时排气流量控制机构，其在上述再生机构进行上述再生处理时，进行再生时排气流量控制，该再生时排气流量控制中使通过上述排气通道的排气中的通过上述旁通通道的排气的量增加，而使通过上述排气净化装置的排气的量减少；
基于如下两个量来决定是否执行上述再生时排气流量控制，即，在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量。
由此，能够在考虑了在进行了再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量这两方面的基础上，决定是否执行再生时排气流量控制。更具体地说，能够仅在判断为较之不执行再生时排气流量控制时，排出到排气通道和旁通通道的合流部的下游侧的净化物质的量变少的情况下，才执行再生时排气流量控制。因此，能够利用再生时排气流量控制更切实地提高排气排放。
上述中，净化物质是NO_x、微粒物质等包含在内燃机的排气中、应由排气净化装置净化的物质的总称。另外，在净化物质的量为预定量以上的情况下使排气净化装置的净化能力再生指的是，在NO_x过度地吸藏在吸藏还原型NO_x催化剂中而导致吸藏还原型NO_x催化剂的NO_x吸藏能力显著下降的情况下、在微粒物质过度地堆积在过滤器中而导致过滤器的背压显著上升的情况下，进行NO_x还原处理、PM再生处理等。
另外，本发明以在排气净化装置的净化能力的再生处理时，供给还原剂，并进行使通过排气通道的排气中的通过旁通通道的排气的量增加而使通过排气净化装置的排气的量减少的再生时排气流量控制作为前提。
本发明的特征在于，判断在进行了再生时排气流量控制的情况下的、由排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从排气净化装置排出的排出减少量、和由通过旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从旁通通道排出的排出增加量的多少，在判断为由排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从排气净化装置排出的排出减少量多于由通过旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从旁通通道排出的排出增加量的情况下，执行再生时排气流量控制。
更详细地说，其特征在于，还具有净化物质量判断机构，该净化物质量判断机构判断在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量的多少；
在利用上述净化物质量判断机构判断为由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量多于由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量的情况下，执行上述再生时排气流量控制。
也就是说，是一种内燃机的排气净化系统，具有：
排气净化装置，其设置在内燃机的排气通道中，净化通过上述排气通道的排气；
旁通通道，其在上述排气净化装置的上游侧从上述排气通道分支，并在上述排气净化装置的下游侧与上述排气通道合流，使通过上述排气通道的排气绕过上述排气净化装置；
还原剂供给机构，其在上述排气通道的向上述旁通通道分支的分支部的上游侧将还原剂供给于通过上述排气通道的排气；
再生机构，其在积蓄在上述排气净化装置中的净化物质的量为预定量以上时，进行再生处理，该再生处理中通过从上述还原剂供给机构向排气供给还原剂并将该还原剂导入上述排气净化装置，使上述排气净化装置的净化能力得以再生；
再生时排气流量控制机构，其在上述再生机构进行上述再生处理时，进行再生时排气流量控制，该再生时排气流量控制中使通过上述排气通道的排气中的通过上述旁通通道的排气的量增加，而使通过上述排气净化装置的排气的量减少；以及
净化物质量判断机构，该净化物质量判断机构判断在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量的多少；
在利用上述净化物质量判断机构判断为由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量多于由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量的情况下，执行上述再生时排气流量控制。
由此，仅在较之不执行再生时排气流量控制时，在执行了再生时排气流量控制时，排出到排气通道和旁通通道的合流部的下游侧的净化物质的总量(由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质从上述排气净化装置排出的排出减少量和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质从上述旁通通道排出的排出增加量之差)变少的情况下，才能够执行再生时排气流量控制。因此，能够利用再生时排气流量控制更切实地提高排气排放。
另外，在本发明中，上述净化物质量判断机构可以进行如下的判断，即，判断在从上述再生处理中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间中的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质的排出减少量、和由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的净化物质的排出增加量的多少。
在此，在再生处理中执行了再生时排气流量控制的情况下，在从还原剂供给机构供给还原剂的期间进行再生时排气流量控制。这样，通过旁通通道的排气的增加而导致的净化物质的排出增加在执行再生时排气流量控制期间产生。另一方面，由于在执行再生时排气流量控制期间中、排气净化装置的净化能力得以再生，所以，之后在直至净化物质积蓄在排气净化装置的期间，由于净化率的提高，净化物质的排出减少。并且，以在下一再生处理中供给还原剂为起点，反复进行同样的变化。
因此，在各再生处理中是否执行再生时排气流量控制，基于如下两个量的大小关系是恰当的，即，在从再生处理中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间的、由排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质的排出的减少量、和由通过旁通通道的排气的增加而导致的净化物质的排出的增加量。
因此，在本发明中，判断在从再生处理中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间中的、由排气净化装置的净化率的上升而获得的净化物质的排出的减少量、和由通过旁通通道的排气的增加而导致的净化物质的排出的增加量的多少。
据此，能够以各再生处理的整个期间的净化物质的总排出量为基准、进行再生时排气流量控制的执行判断，所以，能够更切实地利用再生时排气流量控制来提高排气排放。
另外，在本发明中，上述排气净化装置是吸藏还原型NO_x催化剂；
还具有氧化催化剂，该氧化催化剂设置于上述排气通道中的、上述排气通道和上述旁通通道的合流部的下游侧，具有氧化能力；
基于如下三个量来决定是否执行上述再生时排气流量控制，即，在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量、和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量。
在此，考虑内燃机的排气净化装置是吸藏还原型NO_x催化剂的情况。在此情况下，在再生处理时，吸藏(包括吸收、吸着)在吸藏还原型NO_x催化剂中的NO_x和在再生处理中从内燃机新排出的NO_x中的大部分被还原，而其中一部分成为NH₃、从吸藏还原型NO_x催化剂排出。于是，存在该NH₃的一部分在下游的氧化催化剂中被氧化而恢复到NO_x的情况。这样，存在由此产生的NO_x导致内燃机的整个排气系统的NO_x净化率的降低的情况。
而与之相对地，在本发明中，能够考虑到如下三个量来决定是否执行再生时排气流量控制，即，在进行了再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量、和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量。更具体地说，仅在能够判断较之不执行再生时排气流量控制时，排出到氧化催化剂的下游侧的NO_x的量减少的情况下才能够执行再生时排气流量控制。因此，能够利用再生时排气流量控制更切实地提高排气排放。
另外，在本发明中，还具有NO_x量判断机构，其判断在执行上述再生处理时进行了上述再生时排气流量控制的情况下的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、与由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量的多少；
在利用上述NO_x量判断机构判断为由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量多于由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量的情况下，执行上述再生时排气流量控制。
由此，仅在较之不执行再生时排气流量控制时，执行了再生时排气流量控制时，排出到氧化催化剂的下游侧的NO_x的总量(由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量与由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量之差)变少的情况下，才能够执行再生时排气流量控制。因此，能够利用再生时排气流量控制更切实地提高排气排放。
另外，在本发明中，上述NO_x量判断机构进行如下的判断，即，判断在从上述再生处理(在此为NO_x还原处理)中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间中的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、与由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量的多少。
在此，如上所述，在各再生处理中是否执行再生时排气流量控制，基于如下两个量的大小关系是恰当的，即，在从再生处理中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间中的，由排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x的排出的减少量、与由通过旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量。
因此，在本发明中，判断在从再生处理中开始供给还原剂到下一再生处理中开始供给还原剂的期间中的、由上述排气净化装置的净化率的上升而获得的NO_x从上述排气净化装置排出的排出减少量、与由通过上述旁通通道的排气的增加而导致的NO_x从上述旁通通道排出的排出增加量和从上述排气净化装置排出的NH₃由上述氧化催化剂氧化而产生的NO_x的增加量的总量的多少。
据此，也能够以各再生处理的整个期间的NO_x的总排出量为基准、进行再生时排气流量控制的执行判断，所以，能够更切实地利用再生时排气流量控制来提高排气排放。
本发明的为了解决问题的机构可以进行有限的组合而使用。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的内燃机及其排气系统和控制系统的概略结构的图。
图2是表示本发明的实施例的燃料添加和切换阀的开闭定时的时序图的例子。
图3是表示本发明的实施例1的添加同步旁通控制执行判断例程(例行程序)的流程图。
图4是表示本发明的实施例2的内燃机及其排气系统和控制系统的概略结构的图。
图5是表示本发明的实施例2的添加同步旁通控制执行判断例程2的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的最佳方式进行例示地详细说明。
实施例1
图1是表示本实施例的内燃机及其排气系统和控制系统的概略结构的图。图1所示的内燃机1是柴油机。在图1中，省略内燃机1的内部及其进气系统。
在图1中，在内燃机1上连接着作为从内燃机1排出的排气流通的排气通道的排气管5，该排气管5在下游连接于未图示的消声器。另外，在排气管5的中途，配置着净化排气中的NO_x的吸藏还原型NO_x催化剂(以下简称为“NSR”)10。在排气管5的NSR10的下游侧配置着捕集排气中的微粒物质的过滤器11。也可以构成为在NSR10中附加具有氧化能力的氧化催化剂CCo。
另外，在NSR10的上游的分支部5a处，从排气管5分支出作为旁通通道的旁通管6。在旁通管6上具有切换使来自内燃机1的排气通过旁通管6或切断该排气的通过的切换阀15。另外，旁通管6在NSR10和过滤器11之间的部分处与排气管5合流。
在此，使切换阀15动作，使来自内燃机1的排气保持原样地通过排气管5，由此，能够使排气通过NSR10和过滤器11双方。同样地，通过使来自内燃机1的排气通过旁通管6，能够使排气绕过NSR10而仅通过过滤器11。
在排气管5的NSR10上游侧配置燃料添加阀14，在NSR10的NO_x还原处理或SO_x催化剂中毒再生处理时、过滤器11的PM再生处理时，向排气中添加作为还原剂的燃料。在上述中，NSR10在本实施例中相当于排气净化装置。另外，燃料添加阀14相当于还原剂供给机构。
在上述构成的内燃机1及其排气系统中并设有用于控制该内燃机1及排气系统的电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)20。该ECU20是除了根据内燃机1的运转条件、驾驶者的要求控制内燃机1的运转状态等以外，进行包括内燃机1的NSR10、过滤器11在内的排气净化系统的控制的单元。
在ECU20，通过电配线连接着未图示的空气流量计、曲柄位置传感器、加速踏板位置传感器等的与内燃机1的运转状态的控制相关的传感器类，并且将输出信号输入到ECU20中。另一方面，ECU20上通过电配线连接着内燃机1内的未图示的燃料喷射阀等，此外，通过电配线还连接着本实施例的切换阀15、燃料添加阀14等，利用ECU20进行控制。
另外，在ECU20中具有CUP、ROM、RAM等，ROM中存储着用于进行内燃机1的各种控制的程序、收容(寄存)数据的图表(映射)。在以下说明的本实施例的添加同步旁通控制执行判断例程也是存储在ECU20内的ROM中的程序之一。
在此，在上述结构中，考虑进行NSR10的NO_x还原处理的情形。此时，从燃料添加阀14添加作为还原剂的燃料，并且，在添加燃料期间打开切换阀15，使排气的一部分通过旁通管6。由此，减少流入NSR10的排气的量(低SV(Space Velocity，空间速度)化)，能够抑制从燃料添加阀14添加的燃料在到达NSR10之前就被氧化消耗掉的问题。另外，能够确保到达了NSR10的燃料在NSR10内充分完成还原反应的时间，能够提高NO_x的还原效率(以下将该控制称为“添加同步旁通控制”)。在图2中表示了NO_x还原处理中的来自燃料添加阀14的燃料添加和切换阀15的开闭的时序图。添加同步旁通控制相当于再生时排气流量控制，执行添加同步旁通控制的ECU20和切换阀15构成再生时流量控制机构。另外，ECU20在本实施例中也是再生机构。
但是，在进行添加同步旁通控制时，在打开切换阀15期间，排气经由旁通管6而不通过NSR10就流出到下游侧，从而增加了未经净化就排出的NO_x的量。可以想到根据NO_x还原处理的间隔(interval)等条件，从旁通管6排出的排出NO_x量的增加量多于由于提高了NSR10的净化率而排出NO_x量减少的量，从而排放总量恶化。
也就是说，例如，有时尽管添加同步旁通控制的切换阀15的打开时间一定，可NO_x还原处理的间隔却相应于NSR10中的NO_x吸藏量、从内燃机1排出的NO_x量而大幅变化。此时，由于NSR10的净化率的提高而产生的排出NO_x量的减少量和来自旁通管6的排出NO_x量的增加量之间的大小关系可能发生变化。
另外，也考虑到根据稳定状态下的适合性而事先做出上述排出NO_x量的多少的判断，但在这种方法中，却存在难以应对在实际的过渡状态下的间隔变化的问题。
因此，在本实施例中，对于NO_x还原处理的间隔，比较NSR10的净化率的提高而产生的排出NO_x量的减少量和来自旁通管6的排出NO_x量的增加量，仅在判断为NSR10的净化率的提高而产生的排出NO_x量的减少量比来自旁通管6的排出NO_x量的增加量多的情况下，才进行添加同步旁通控制。
图3表示本实施例的添加同步旁通控制执行判断例程的流程图。本例程是存储在ECU20内的ROM中的程序，是在NO_x还原处理的执行中由ECU20每当预定期间执行的例程。
当执行本例程时，首先，在S101中，由该时刻的内燃机转速和燃料喷射量导出每单位时间从内燃机1排出的NO_x量(g/s)。具体地说，从收容着内燃机转速和燃料喷射量与每单位时间从内燃机1排出的NO_x量之间的关系的图表中，读出与该时刻的内燃机转速和燃料喷射量相对应的每单位时间排出的NO_x量，由此导出。当S101的处理结束时，进入到S102。
在S102中，基于该时刻的吸入空气量，导出由切换阀15控制的排气向旁通管6的分流比。具体地说，从收容着吸入空气量和进行添加同步旁通控制时成为控制目标的分流比之间的关系的图表中，读出与该时刻的吸入空气量相对应的分流比的值，由此导出。当S102处理结束时，进入到S103。
在S103中，计算出在打开切换阀15期间、经由旁通管6排出的NO_x的增加量。具体地说，通过将切换阀15的打开时间(s)、与在S101导出的每单位时间从内燃机1排出的NO_x量(g/s)和在S102导出的分流比相乘而计算出来。当S103处理结束时，进入到S104。
在S104中，从该时刻的NSR10的床温和吸入空气量，导出由添加同步旁通控制(低SV化)而获得的NO_x净化率的上升量。具体地说，从收容着NSR10的床温和吸入空气量与NO_x净化率上升量之间的关系的图表中，读出与该时刻的NSR10的床温和吸入空气量相对应的NO_x净化率的上升量的值，由此导出。当S104处理结束时，进入到S105。
在S105中，计算出由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量。具体地说，通过将NO_x还原间隔(s)与每单位时间从内燃机1排出的NO_x量(g/s)和由低SV化而产生的NO_x净化率的上升量相乘而计算出来。当S105处理结束时，进入到S106。
在S106中，比较在S103中计算出的在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在S105中计算出的由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量。在判断为由添加同步旁通控制而获得的NO_x排出的减少量多于在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量的情况下，进入到S107。而另一方面，当判断为在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量为添加同步旁通控制而获得的NO_x排出的减少量以上时，就此一度结束本例程。
在S107中，执行添加同步旁通控制。当S107的处理结束时，一度结束本例程。
这样，在本例程中，比较在打开切换阀15期间经由旁通管6排出的NO_x量(也称之为排出NO_x量的增加量)和在S105中计算出的由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量，只在判断为由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量多的情况下才执行添加同步旁通控制。因此，能够仅在判断为通过执行添加同步旁通控制而可提高总排放的情况下，才执行添加同步旁通控制，从而能够更切实地得到提高排放的效果。
在上述中，执行S101～S106的处理的ECU20相当于本实施例中的净化物质量判断机构。
另外，在上述实施例中，对排气净化装置是NSR10的情况进行了说明，但排气净化装置也可以是在过滤器中担载着吸藏还原型NO_x催化剂的DPNR，也可以是选择还原型NO_x催化剂。另外，在排气净化装置是DPNR的情况下，本发明也可以适用于DPNR的PM再生。而且本发明也可以适用于作为还原剂使用燃料以外的液体(例如尿素水)的排气净化系统。而且向排气净化装置供给燃料的方法不限于从燃料添加阀14添加燃料，也可以通过例如内燃机1的副喷射来实现。
另外，在上述实施例中，添加同步旁通控制是通过切换切换阀15的开闭来进行的，但也可以通过连续地变化切换阀15的开度，适当调整通过排气管5的排气中通过旁通管6的排气的量和通过NSR10的排气的量来进行。也可以作为切换阀15的替代，采用配置在分支部5a的三通阀来进行控制。
另外，在上述添加同步旁通控制执行判断例程中，对于再生处理(NO_x还原)间隔，比较了在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x量和由提高NSR10的净化率而获得的NO_x排出的减少量。但是，成为该比较对象的期间并不限于NO_x还原间隔。例如，在添加同步旁通控制结束后，NSR10的净化率随着NO_x的吸藏逐渐地恶化，因此，可以将实际上能够显著地期待由提高NSR10的净化率而获得的NO_x排出的减少的期间作为对象而进行比较。另外，对于多个NO_x还原间隔，可以比较在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x量的平均值和由提高NSR10的净化率而获得的NO_x排出的减少量的平均值。
另外，在上述添加同步旁通控制执行判断例程的S101～S105中，计算出在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x量和由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量的方法并不特别局限于本实施例所示的方法。如果有能够更精确地计算的方法，则可以进行适当的改变。
此外，在上述实施例中，在添加同步旁通控制执行判断例程的S106中，比较在S103中计算出的在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在S105中计算出的由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量。仅在判断为由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量多于在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量的情况下，执行添加同步旁通控制。
但是，基于在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量、决定是否执行添加同步旁通控制的方法并不局限于此。例如，在S103中计算出的在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在S105中计算出的由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量、在计算精度上存在差异的情况下，可适当地进行对任一方乘以加权系数等的改变。
也就是说，只要是在实质上考虑了在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x量和由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量这两个因素之后判断为总排放提高的情况下、执行添加同步旁通控制即可。
实施例2
下面对本发明的实施例2进行说明。在本实施例中，对如下例子进行说明：在内燃机的排气系统中设置NSR和氧化催化剂；在是否进行添加同步旁通控制的判断中，除了由提高NSR10的净化率而获得的排出NO_x量的减少量和来自旁通管6的排出NO_x量的增加量以外，还考虑在NO_x还原处理中从NSR排出的NH₃被氧化催化剂氧化而获得的NO_x的增加量。
图4表示本实施例的内燃机及其排气系统和控制系统的概略结构。在本实施例中，燃料添加阀24配置在排气管5向旁通管6分支的分支部5a的下游侧的排气管5上。另外，在排气管5的NSR10的下游侧的与旁通管6合流的合流部的更下游侧，配置着氧化催化剂21。其他结构与图1所示的相同，下面对与图1所示结构相同的结构采用相同的符号，并且其说明从略。另外，在本实施例中，根据图2所示的时序图来进行NO_x还原处理。
在该结构中，考虑进行添加同步旁通控制、进行NSR10的NO_x还原处理的情况。在该情况下，在NSR10中，通过从燃料添加阀24添加燃料，使得吸藏在NSR10中的NO_x和从内燃机1排出的NO_x大部分被还原，而一部分成为NH₃，从NSR10排出。
在此，存在从NSR10排出的NH₃在氧化催化剂21处被氧化、再次成为NO_x的情况。这样，就存在由此产生的NO_x从氧化催化剂21排出，结果降低了NO_x的净化率的情况。
而与之相对地，在本实施例中，对于NO_x还原处理的间隔，比较由提高NSR10的净化率而获得的排出NO_x量的减少量、与来自旁通管6的排出NO_x量的增加量和从NSR10排出的NH₃被氧化催化剂21氧化而获得的NO_x增加量的总量，仅在判断为由提高NSR10的净化率而获得的排出NO_x量的减少量多于来自旁通管6的排出NO_x量的增加量和从NSR10排出的NH₃被氧化催化剂21氧化而获得的NO_x增加量的总量的情况下，才进行添加同步旁通控制。
图5表示本实施例的添加同步旁通控制执行判断例程2的流程图。本例程是存储在ECU20内的ROM中的程序，是在NO_x还原处理的执行中由ECU20每当预定期间执行的例程。本例程中的S101～S105的处理与图3所示的添加同步旁通控制执行判断例程相同，故而其说明从略。
在本例程的S201中，由在图2所示的NO_x还原(再生处理)间隔中从内燃机1排出的NO_x量和吸藏在NSR10中的NO_x量的总和、以及添加同步旁通控制时的推定空燃比的值，导出在NO_x还原间隔中从NSR10中排出的NH₃的量。
具体地说，由将在S101中导出的每单位时间从内燃机1排出的NO_x量(g/s)和NO_x还原间隔的时间相乘得到的值、以及从内燃机1的运转状态的经历推定的吸藏在NSR10中的NO_x量，导出NO_x量的总和。在图表中收容有该NO_x量的总和、基于从燃料添加阀24向排气中添加的燃料量和吸入空气量而推定的空燃比、以及在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃的量之间的关系。通过从该图表中读出而导出与该时刻的NO_x量的总和和推定的空燃比相对应的NH₃的量。此时，在NO_x还原(再生处理)间隔中从内燃机1排出的NO_x量的一部分通过旁通管6而未导入NSR10中，但该值在本实施例中作为误差而被忽略。当S201的处理结束时，进入S202。
在S202中，从氧化催化剂21的床温导出从NSR10排出的NH₃在氧化催化剂21中向NO_x转化的转化率。具体地说，从收容氧化催化剂21的床温和转化率之间的关系的图表中，通过读出而导出相对于该时刻的氧化催化剂21的床温的转化率的值。氧化催化剂21的床温可以通过利用未图示的排气温度传感器检测从氧化催化剂排出的排气的温度而获得。另外，也可以从内燃机1的运转状态来推定。当S202的处理结束时，进入S203。
在S203中，计算出从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量。具体地说，通过将在S201中导出的在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃的量和在S202中导出的向NO_x的转化率相乘，计算出在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量。当S203的处理结束时，进入S204。
在S204中，比较在S103中计算出的在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在S203中计算出的在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量的总量、与在S105中计算出的由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量。在判断为由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量多于在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量的总量时，进入S107。而另一方面，在判断为该总量为由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量以上的情况下，就此一度结束本例程。
这样，在本例程中，比较在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在S203中计算出的在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量的总量、与由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量，仅在判断为由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量多于该总量的情况下，执行添加同步旁通控制。因此，能够仅在判断为通过执行添加同步旁通控制而可提高总排放的情况下，才执行添加同步旁通控制，从而能够更切实地得到提高排放的效果。
在本实施例中，执行S101～S204的处理的ECU20相当于本实施例中的NO_x量判断机构。
另外，在上述添加同步旁通控制执行判断例程2中，对于NO_x还原间隔，比较了在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量的总量、与由提高NSR10的净化率而获得的NO_x排出的减少量。但是，成为该比较对象的期间并不限于NO_x还原间隔。例如，对于多个NO_x还原间隔，也可以比较在切换阀15的打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量和在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量的总量的平均值、与由提高NSR10的净化率而获得的NO_x排出的减少量的平均值。
另外，在上述添加同步旁通控制执行判断例程2的S201～S203中，计算出在NO_x还原间隔中从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量的方法并不特别局限于本实施例所示的方法。如果有能够更精确地计算的方法，则可以进行适当的改变。
此外，在添加同步旁通控制执行判断例程2的S204中，比较在S103中计算出的NO_x排出量和在S203中计算出的NO_x产生量的总量、与在S105中计算出的NO_x排出的减少量。仅在判断为在S105中计算出的NO_x排出的减少量多于在S103中计算出的NO_x排出量和在S203中计算出的NO_x产生量的总量的情况下，执行添加同步旁通控制。
但是，基于在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x排出量、由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量、和从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量来决定是否执行添加同步旁通控制的方法并不局限于此。例如，在S103中计算出的NO_x排出量、在S105中计算出的NO_x排出的减少量和在S203中计算出的NO_x产生量、在计算精度上存在差异的情况下，可适当地进行对任一方乘以加权系数等的改变。
也就是说，只要是在实质上考虑了在切换阀15打开期间经由旁通管6排出的NO_x量、从NSR10排出的NH₃由氧化催化剂21氧化而产生的NO_x的量、和由添加同步旁通控制而获得的从NSR10排出的NO_x的减少量这三个因素之后判断为总排放提高的情况下、执行添加同步旁通控制即可。
在本发明中，在排气净化装置的净化能力的再生处理中，通过向排气净化装置供给还原剂并使排气的一部分绕过排气净化装置，能够更切实地提高排气的排放。