專利名稱：內燃機的排氣凈化裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及內燃機的排氣凈化裝置及其控制方法。
技術背景在公知的6缸內燃機(參見例如日本專利申請JP-A-2004-686卯號 公報)中，氣缸分成由三個氣缸組成的第一氣缸組和由另三個氣缸組成 的第二氣缸組，且第一氣缸組的氣缸連接到共用的第一排氣通道，而第二氣缸組的氣缸連接到共用的第二排氣通道。第 一排氣通道和第二排氣 通道中的每一個都設置有空燃比傳感器和三元催化劑。在這些三元催化 劑的下游，第一排氣通道和第二排氣通道連接到共用的NOx儲存還原 催化劑。NOx儲存還原催化劑的溫度有時需要升高以從SOx中毒恢復。當 要升高NOx儲存還原催化劑的溫度時，調節空燃比；例如，采用流入 NOx儲存還原催化劑的排氣的空燃比變得與化學計量空燃比相等的方 式，使第一氣缸組的三個氣缸中的空燃比為濃(低于化學計量比)、第 二氣缸組的三個氣缸中的空燃比為稀。此時，通過設置在第一排氣通道 和第二排氣通道中的空燃比傳感器來對濃度和稀度進行反饋控制，使得 流入NOx儲存還原催化劑的排氣的空燃比變得與化學計量空燃比精確 相等。如上所述地，如果使第一氣缸組的三個氣缸的空燃比為濃、第二氣 缸組的三個氣缸的空燃比為稀而由此使得流入NOx儲存還原催化劑的 排氣的空燃比變得與化學計量空燃比相等，則來自于第一氣缸組的包含 大量未燃燒HC及CO的排氣與來自于第二氣缸組的包含大量過剩氧氣 的排氣在NOx儲存還原催化劑處相匯。由此，大量未燃燒的HC及CO 被大量的氧氣氧化，進而，由此產生的氧化反應熱使NOx儲存還原催 化劑的溫度升高。在此情形下，為了增加NOx儲存還原催化劑的溫度升高量，需要 增加第一氣缸組中的濃度并增加第二氣缸組中的稀度。然而，在實際中，以此方式增加濃度和稀度通常導致偏離可由空燃比傳感器精確檢測的空燃比的范圍。由此，出現了不能將流入NOx儲存還原催化劑的排氣 的空燃比精確地控制為化學計量空燃比的問題。另外，NOx儲存還原催化劑也具有三元催化劑的功能。因此，當排 氣的空燃比為化學計量時，此NOx儲存還原催化劑具有同時除去或減 少排氣中的未燃燒HC及CO和NOx的功能。在濃空燃比的排氣以及 稀空燃比的排氣流入NOx儲存還原催化劑后，在位于NOx儲存還原催 化劑的上游部分時，這些排氣并沒有充分混合，而是作為濃空燃比部分 和稀空燃比部分保持分開。直到它們抵達NOx儲存還原催化劑的下游 部分時，它們的空燃比才變成等于化學計量空燃比。因此，僅僅在NOx 儲存還原催化劑的下游部分內去除未燃燒的HC及CO和NOx。如果第一氣缸組的濃度增加且第二氣缸組的稀度增加，則其中濃空 燃比的排氣與稀空燃比的排氣未充分混合的區域膨脹到NOx儲存還原 催化劑的下游側。由此，出現了必須增加NOx儲存還原催化劑的容量 以確保其中排氣空燃比變為化學計量的區域足以用于去除未燃燒HC及 CO和NOx的問題。發明內容依據本發明的第一方面，在具有六個或更多個氣缸的內燃機中，其 中，氣釭分成由至少三個氣缸組成的第一氣釭組和由至少三個氣缸組成 的第二氣缸組，且第一氣缸組的所述至少三個氣缸連接到共用的第一排 氣通道，而第二氣缸組的所述至少三個氣缸連接到共用的第二排氣通 道，且第一排氣通道和第二排氣通道分別設置有催化劑，且第一排氣通 道和第二排氣通道連接到位于催化劑下游的共用NOx儲存還原催化劑， 且其中，當要升高NOx儲存還原催化劑的溫度時，使第一氣缸組和第 二氣缸組中的一個氣缸組的平均空燃比為濃，而使第一氣缸組和第二氣 缸組中的另一個氣缸組的平均空燃比為稀，內燃機的排氣凈化裝置操作 如下。對于當要升高NOx儲存還原催化劑的溫度時平均空燃比為濃的 氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的空燃比為 化學計量或為稀，或者是使至少一個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中 的空燃比為化學計量。對于當要升高NOx儲存還原催化劑的溫度時平 均空燃比為稀的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸中的空燃比為化學計量或為濃，或者是使至少一個氣缸中的空燃比為 稀而其它氣缸中的空燃比為化學計量。依據本發明的第二方面，在具有六個或更多個氣缸的內燃機中，其 中，氣缸分成由至少三個氣缸組成的第 一 氣缸組和由至少三個氣缸組成 的第二氣缸組，且第一氣缸組的所述至少三個氣缸連接到共用的第一排 氣通道，而第二氣缸組的所述至少三個氣缸連接到共用的第二排氣通 道，且第一排氣通道和第二排氣通道分別設置有催化劑，且第一排氣通道和第二排氣通道連接到位于催化劑下游的共用NOx儲存還原催化劑， 且其中，當要升高NOx儲存還原催化劑的溫度時，使第一氣缸組和第 二氣缸組中的一個氣缸組的平均空燃比為濃，而使第一氣缸組和第二氣 缸組中的另一個氣缸組的平均空燃比為稀，內燃機的排氣凈化裝置的控 制方法操作如下。對于當要升高NOx儲存還原催化劑的溫度時平均空 燃比為濃的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中 的空燃比為化學計量或為稀，或者是使至少一個氣缸中的空燃比為濃而 其它氣缸中的空燃比為化學計量。對于當要升高NOx儲存還原催化劑 的溫度時平均空燃比為稀的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為 稀而其它氣缸中的空燃比為化學計量或為濃，或者是使至少一個氣缸中 的空燃比為稀而其它氣缸中的空燃比為化學計量。因此，所述裝置及用于該裝置的控制方法能夠增加供應到NOx儲 存還原催化劑的排出的未燃燒HC及CO的量以及排出的過剩氧氣的量 而沒有明顯地增加各氣缸組的平均空燃比的濃度和稀度。
通過下文參照附圖對優選實施方式的描述，本發明的上述及其它目 的、特征和優點將變得明顯，其中類似的標號用于指代類似的元件，且 其中圖1為V型6缸發動機的整體視圖；圖2為僅示出圖1所示發動機的第一氣缸組與第二氣缸組的示圖； 圖3為V型8缸發動機的整體視圖；圖4為僅示出圖3所示發動機的第一氣缸組與第二氣缸組的示圖；圖5為直列式6釭發動機的整體視圖；圖6為僅示出圖5所示發動機的第一氣缸組與第二氣缸組的示圖； 圖7A和7B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的優選示例的示圖； 圖8A和8B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的非優選示例的示圖；圖9A和9B為示出V型8缸發動機中氣缸布置的優選示例的示圖；圖IOA和IOB為示出V型8缸發動機中氣缸布置的非優選示例的 示圖；圖11A和11B為示出直列式6缸發動機中氣缸布置的優選示例的示圖；圖12A和12B為示出直列式6缸發動機中氣缸布置的非優選示例 的示圖；圖13A至13D為示出用于V型6缸發動機的多種氣缸布置的示圖， 其中添加了化學計量氣缸；圖14A和14B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的優選示例的示圖；圖15A和15B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的非優選示例的 示圖；圖16A和16B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的非優選示例的 示圖；圖17A和17B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的優選示例的示圖；圖18A和18B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的非優選示例的 示圖；圖19A和19B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的優選示例的示圖；圖20A和20B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的非優選示例的 示圖；圖21A和21B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的優選示例的示圖；圖22A和22B為示出V型6缸發動機中氣缸布置的非優選示例的 示圖；圖23A和23B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的一種情形；圖24A和24B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的另一種情形；圖25A和25B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的再一種情形；圖26A和26B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的又一種情形；圖27A和27B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的再又一種情形；圖28A和28B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的還又一種情形；圖29A和29B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的又一種情形；以及圖30A和30B的示圖示出在V型6缸發動機中至少其中一個化學 計量氣缸的點火正時延遲的又一種情形。
具體實施方式
圖1示出具有第一氣缸列l及第二氣缸列2的V型6缸發動機。如 圖1所示，由第一氣缸列l組成的第一氣缸組具有三個氣缸5，即一號 氣缸#1、三號氣缸#3和五號氣缸#5,每個氣缸都配備有燃料噴射閥3 和火花塞4。類似地，由第二氣缸列2組成的第二氣缸組具有三個氣缸5，即二號氣缸#2、四號氣缸#4和六號氣缸#6，每個氣缸都配備有燃料 噴射閥3和火花塞4。通過共用的進氣通道6為氣缸5供應進氣。第一排氣通道7連接到第一氣缸組1。空燃比傳感器8和三元催化 劑9設置在第一排氣通道7中。類似地，第二排氣通道10連接到第二 氣缸組2。空燃比傳感器11和三元催化劑12也設置在第二排氣通道10 中。第一排氣通道7和第二排氣通道10匯合到一起并與共用的NOx儲 存還原催化劑13相連。另一空燃比傳感器14設置在NOx儲存還原催 化劑13的下游。電子控制單元20由數字計算機形成，并設有通過雙向總線21相互 連接的ROM (只讀存儲器)22、 RAM (隨機存儲器)23、 CPU (微處 理器)24、輸入端口 25和輸出端口 26。空燃比傳感器8、 11、 14的輸 出信號通過對應的模擬-數字轉換器27輸入到輸入端口 25。產生與加 速器踏板30的壓下量成比例的輸出電壓的負載傳感器31連接到該加速 器踏板30。負載傳感器31的輸出電壓通過對應的一個模擬-數字轉換 器27輸入到輸入端口 25。此外，曲柄角傳感器32連接到輸入端口 25。 例如，曲柄角傳感器32在曲軸每轉30。時就產生一個輸出脈沖。在另一 方面，輸出端口 26通過對應的驅動回路28連接到燃料噴射閥3和火花 塞4。圖1所示的NOx儲存還原催化劑13具有在流入NOx儲存還原催化 劑13的排氣的空燃比稀時存儲來自于排氣的NOx、在流入NOx儲存還 原催化劑13的排氣的空燃比濃時釋放和還原所存儲的NOx的功能。通 常地，在圖l所示的內燃機中，第一氣缸組1與第二氣缸組2具有稀空 燃比。因此，在通常狀況下，含于排氣中的NOx存儲在NOx儲存還原 催化劑13中。此外，在這種內燃機中，在存儲于NOx儲存還原催化劑 13內的NOx的量達到飽和程度之前，使流入NOx儲存還原催化劑13 內的排氣的空燃比暫時為濃，由此存儲在NOx儲存還原催化劑13中的 NOx得以釋放。排氣還含有SOx，所述SOx也存儲在NOx儲存還原催化劑13中。 隨著存儲于NOx儲存還原催化劑13內的SOx的量的增加，可存儲的 NOx的量減少。因此，當所存儲的SOx的量增加時，需要從NOx儲存 還原催化劑13中釋放所存儲的SOx。然而，SOx比NOx更不易釋放。 為了從NOx儲存還原催化劑13中釋放出SOx,需要升高NOx儲存還原催化劑13的溫度并將流入NOx儲存還原催化劑13的排氣的空燃比 保持在化學計量空燃比處或者位于其濃的一側。因而，為了從NOx儲存還原催化劑13中釋放出SOx,需要首先升 高NOx儲存還原催化劑13的溫度。因此，在本發明的第一方面中，當 要升高NOx儲存還原催化劑13的溫度時，使兩個氣缸組中的一個氣缸 組(例如第一氣缸組l)的平均空燃比為濃而使另一個氣缸組(例如第 二氣缸組2)的平均空燃比為稀，從而使得流入NOx儲存還原催化劑 13的排氣的空燃比變為等于化學計量空燃比。具體地，含有大量未燃燒 的HC和CO的排氣從第一氣缸組1送入NOx儲存還原催化劑13，而 含有大量過剩氧氣的排氣從第二氣缸組2送入NOx儲存還原催化劑13。 由于未燃燒的HC和CO與過剩氧氣的氧化反應熱，NOx儲存還原催化 劑13的溫度升高。接下來將參照圖2對此進行詳細的描述。圖2僅示出圖l所示V型 6缸發動機的第一氣缸組1與第二氣缸組2。在下文中，當示出V型6 缸發動機時，僅僅示出第一氣缸組1與第二氣缸組2而省去其它氣缸部 件等，如圖2所示。另外，在本發明實施方式的氣缸#1到#6中，燃燒 濃空燃比的混合物、化學計量空燃比的混合物或稀空燃比的混合物。在 下文中，如果氣缸經歷濃空燃比的混合物的燃燒，則以在虛線圓內示出 的"R，，指代該氣缸。此氣缸稱為濃氣缸。類似地，如果氣缸經歷化學計 量空燃比的混合物的燃燒，則以在虛線圓內示出的"S"指代該氣缸。此 氣缸稱為化學計量氣缸。此外，如果氣缸經歷稀空燃比混合物的燃燒， 則以在虛線圓內示出的"L，，指代該氣缸。此氣缸稱為稀氣缸。另外，圖 1和2所示V型6缸發動機的氣缸的燃燒順序為#1-#2-#3-#4-#5-#6。圖2示出在NOx儲存還原催化劑13的溫度需要升高時氣缸組的空 燃比的示例情形。在此示例情形中，如圖2所示，在第一氣缸組l中， 1號氣缸#1是濃氣缸R, 3號氣缸#3是稀氣缸L，且5號氣缸#5是濃氣 缸R。在另一方面，在第二氣釭組2中，2號氣缸弁2是稀氣缸L， 4號 氣缸#4是濃氣缸議，且6號氣缸#6是稀氣缸L。也就是說，在此示例 情形中，第一氣缸組l的排氣的平均空燃比濃，而第二氣缸組2的排氣 的平均空燃比稀。現有技術的布置與圖2中布置的不同之處在于3號氣缸#3是濃氣缸 R、 4號氣缸弁4是稀氣缸L。也就是說，在現有技術中，第一氣缸組1中的所有氣缸都是濃氣缸R，而第二氣缸組2中的所有氣缸都是稀氣缸 L。在此情形下，從第一氣缸組l排出的未燃燒HC和CO的量越大， 則產生使NOx儲存還原催化劑13的溫度升高的氧化反應熱所需要的第 一氣缸組l的濃度越高。而且，第二氣缸組2的稀度變高。因此，出現 了本說明書開始部分所述的無法將流入NOx儲存還原催化劑13的排氣 的空燃比精確地控制為化學計量空燃比的問題。此外，為了充分地確保 獲得具有化學計量的排氣空燃比的區域，需要增加NOx儲存還原催化 劑13的容量，這引出了另一問題。然而，如圖2所示，如果使平均空燃比為濃的第一氣缸組l中的一 個氣缸(例如3號氣缸#3)為稀氣缸L，并使平均空燃比為稀的第二氣 缸組l中的一個氣缸(例如4號氣缸#4)為濃氣缸R,則可以增加排出 的未燃燒HC和CO的量并由此增加氧化反應熱而不會導致上述的問 題。也就是說，如果如圖2所示示例表明地，濃氣缸R的濃度增加且稀 氣缸L的稀度增加，則排出的未燃燒HC和CO的量增加且排出的過剩 氧氣的量增加，從而使得氧化反應熱增加。然而，雖然濃氣缸R的濃度 增加且稀氣缸L的稀度增加，但是第一氣缸組1的平均濃度不會變得非 常高，且第二氣缸組2的平均稀度不會變得非常高，如可從圖2所示示 例中觀察到的那樣。因此，上述問題不會出現。在此應當注意，圖2中所示出的、可以增加所排出的未燃燒HC和 CO的量而不會導致上述問題的濃氣缸R和稀氣缸L的布置僅僅是一個 示例。對于第一氣缸組l而言，只要氣缸中的任意兩個為濃氣缸R而另 一個氣缸為稀氣缸L，任何布置都是允許的。對于第二氣缸組2而言， 只要氣缸中的任意兩個為稀氣缸L而另一個氣缸為濃氣缸R，任何布置 都是允許的。圖3示出本發明一個實施方式應用到V型8缸發動機的情形。在這 個實施方式中，第一氣缸組l的一號氣缸#1、三號氣缸#3、五號氣缸#5 和七號氣缸#7連接到共用的第一排氣通道7，而第二氣缸組2的二號氣 缸#2、四號氣缸#4、六號氣缸#6和八號氣缸#8連接到共用的第二排氣 通道IO。與圖2類似地，圖4僅示出圖3所示的第一氣缸組1與第二氣 缸組2。另外，此V型8缸發動機的氣缸的燃燒順序為 #1國#8-#7-#3-#6-5-#4-#2。參見圖4,在第一氣缸組l中， 一號氣缸#1、三號氣缸#3和七號氣缸弁7為濃氣缸R，五號氣釭弁5為稀氣缸L。在第二氣缸組2中，二號 氣釭#2、六號氣釭#6和/\號氣釭#8為稀氣缸L，四號氣缸#4為濃氣缸 R。圖4所示的為濃氣缸R與稀氣缸L的布置僅僅是一個示例。對于第 一氣缸組1而言，只要氣缸中的任意三個為濃氣缸R而另一個氣缸為稀 氣缸L，任何布置都是允許的。對于第二氣缸組2而言，只要氣缸中的 任意三個為稀氣缸L而另一個氣缸為濃氣缸R,任何布置都是允許的。圖5示出本發明一個實施方式應用到直列式6缸發動機的情形。在 這個實施方式中，第一氣缸組1的一號氣缸#1、 二號氣缸#2和三號氣釭 #3連接到共用的第一排氣通道7，而第二氣缸組2的四號氣缸#4、五號 氣缸#5和六號氣缸#6連接到共用的第二排氣通道10。與圖2類似地， 圖6僅示出圖5所示的第一氣缸組1與第二氣缸組2。另外，此直列式 6缸發動機的氣缸的燃燒順序為#1-#5-#3-#6-#2-#4。參見圖6，在第一氣缸組l中， 一號氣缸#1和三號氣缸#3為濃氣缸 R， 二號氣缸弁2為稀氣缸L。在第二氣缸組2中，四號氣缸#4和五號氣 缸弁5為稀氣缸L,六號氣缸弁6為濃氣缸R。圖6所示的為濃氣缸R與 稀氣缸L的布置僅僅是一個示例。對于第一氣缸組1而言，只要氣缸中 的任意兩個為濃氣缸R而另 一個氣缸為稀氣缸L，任何布置都是允許的。 對于第二氣缸組2而言，只要氣缸中的任意兩個為稀氣缸L而另一個氣 缸為濃氣缸R，任何布置都是允許的。由此，在確定將哪個氣缸選作濃氣缸R及將哪個氣缸選作稀氣缸L 時具有相對大的自由度。然而，優選地，在確定將哪個氣缸選作濃氣缸 R或稀氣缸L時考慮振動的發生情況。具體地，發動機中的反復燃燒用 作在車體等中引起振動的起振力。在此情形下，因為頻率越高則與車體等的共振頻率相差越大，因此，發動機中出現的起振力的頻率越高，車 體等中出現振動的可能性就越低。除此之外，發動機中出現的起振力的 頻率越高，則發動機中出現的起振力變得越小，因而車體等中發生振動 的可能性就越低。簡而言之，為了使車體等中更不易于發生振動，優選 地將出現在發動機中的起振力的頻率增加到盡可能高的頻率。因此，優選的是濃氣缸R和稀氣缸L確定為使得出現在發動機中的 起振力的頻率變高。首先，參見圖7A和7B，將對濃氣缸R和稀氣缸L 的一種布置進行描述。圖7A示出V型6缸發動才幾中濃氣缸R和稀氣釭 L的一種布置。圖7B示出圖7A所示氣缸弁1至#6中每個氣缸的空燃比和爆炸力。空燃比由R(濃)、S (化學計量)和L (稀)來標示，而爆 炸力(即，燃燒時的輸出)按照#1-#2-#3-#4-#5-#6的順序以實線表示。 除此之外，圖7B還以虛線示出發動機所產生的起振力。剛剛結合圖7A 和7B描述的標示與圖8A和8B及隨后的附圖相同。不用說，濃氣缸R的爆炸力(即，其燃燒時的輸出)大于化學計量 氣缸S的爆炸力(即，其燃燒時的輸出)，而化學計量氣缸S的爆炸力 (即，其燃燒時的輸出)大于稀氣缸L的爆炸力(即，其燃燒時的輸出)。 圖7B中的實線示意性地示出每個氣缸的爆炸力(即，燃燒時的輸出)。 從圖7B中可以理解到，由發動機導致的起振力在爆炸力大的濃氣缸R 燃燒時變得較高，而在爆炸力小的稀氣缸L燃燒時變得較低。在圖7A和7B所示的示例中，稀氣缸弁2位于濃氣缸針與濃氣缸#3、 #4之間，因此起振力虛線在一個周期中有兩個峰值。圖8A和8B示出 連續三次在濃氣缸R中發生燃燒的情形。在此情形中，起振力虛線在一 個周期中僅有一個峰值。因此，在圖7A和7B所示情形中的起振力的 頻率高于圖8A和8B所示的情形。也就是說，圖7A所示的濃氣缸R 和稀氣缸L的布置是優選的。在另一方面，如圖8A所示的濃氣缸R和稀氣缸L的布置是非優選 的。也就是說，需要避免使得連續三次在濃氣缸R中發生燃燒的情形的 濃氣缸R和稀氣缸L的布置。因此，在本發明的實施方式中，濃氣缸R 和稀氣缸L的布置確定為使得當依據預定的燃燒順序依次在氣缸中發 生燃燒時不會連續三次或更多次在濃氣缸R中發生燃燒。雖然圖7A示出了濃氣缸R和稀氣缸L的布置的一個優選示例，但 還有與圖7A所示布置不同的優選布置。例如，可將圖7A所示布置改 變為三號氣缸#3是稀氣缸L、五號氣缸弁5是濃氣缸R,或者改變為四 號氣缸g4是稀氣缸L、六號氣缸#6是濃氣缸11。圖9A和9B以及圖IOA和10B示出上述原理應用到V型8缸發動 機中的情形。圖IIA和11B以及圖12A和12B示出上述原理應用到直 列式6缸發動機中的情形。圖9A和9B示出V型8缸發動機中濃氣缸 R和稀氣缸L的一個優選示例布置，其中不會連續三次或更多次在濃氣 缸R中發生燃燒，而圖10A和10B示出濃氣缸R和稀氣缸L的一個非 優選示例布置，其中連續三次或更多次在濃氣缸R中發生燃燒。雖然存在有許多與圖9A和9B所示布置不相同的優選布置以及許多與圖10A 和IOB所示布置不相同的非優選布置，但是在此省去了對這些布置的描 述。在另一方面，圖11A和11B示出直列式6缸發動才幾中濃氣缸R和 稀氣缸L的一個優選示例布置，其中不會連續三次或更多次在濃氣缸R 中發生燃燒。圖12A和12B示出濃氣缸R和稀氣缸L的一個非優選示 例布置，其中連續三次或更多次在濃氣缸R中發生燃燒。雖然存在有許 多與圖11A所示布置不相同的優選布置和許多與圖12A布置所示不相 同的非優選布置，但是在此省去了對這些布置的描述。接下來，對將化學計量氣缸S添加到濃氣缸R和稀氣缸L的情形進 行描述。圖13A到13D示出其中添加有化學計量氣缸S的V型6缸發 動機的氣缸組合的各種示例。具體地，在圖13A所示的示例組合中，第 一氣缸組1由兩個濃氣缸R和一個化學計量氣缸S組成，而第二氣缸組 2由兩個稀氣缸L和一個化學計量氣缸S組成。在圖13B所示的示例組 合中，第一氣缸組l由一個濃氣缸R和兩個化學計量氣缸S組成，而第 二氣缸組2由一個稀氣缸L和兩個化學計量氣缸S組成。在圖13C所 示的示例組合中，第一氣缸組l由一個濃氣缸R和兩個化學計量氣缸S 組成，而第二氣缸組2由兩個稀氣缸L和一個化學計量氣缸S組成。在 圖13D所示的示例組合中，第一氣缸組l由兩個濃氣缸R和一個化學 計量氣缸S組成，而第二氣缸組2由一個稀氣缸L和兩個化學計量氣缸 S組成。另外，在圖13A到13D所示的任一示例布置中，第一氣缸組l的平 均空燃比為濃，而第二氣缸組2的平均空燃比為稀。因此，在同樣包括 圖13A到13D所示的情形的本發明的實施方式中，發動機如下地操作。 也就是說，當要升高NOx儲存還原催化劑13的溫度時，對于平均空燃 比為濃的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為濃、其他氣缸中的 空燃比為化學計量或為稀，或者使至少一個氣缸中的空燃比為濃、其他 氣缸中的空燃比為化學計量。進一步地，在本發明的實施方式中，當要升高NOx儲存還原催化 劑13的溫度時，對于平均空燃比為稀的氣缸組而言，使至少兩個氣缸 中的空燃比為稀、其他氣缸中的空燃比為化學計量或為濃，或者使至少 一個氣缸中的空燃比為稀、其他氣缸中的空燃比為化學計量。在如圖13A到13D所示添加了化學計量氣缸S的情形中，根據添 加化學計量氣缸S的方式，改變獲得高頻率起振力的布置并使得對所產 生的氧化反應熱的量的控制更為容易。在下文中，將首先描述對氧化反 應熱的控制，然后描述獲得高頻率起振力的布置。在圖13A所示的情形中，設有兩個濃氣缸R和兩個稀氣缸L,因而 在圖13A到13D所示的四種情形中將提供的氧化反應熱最大。相反地， 在圖13B所示的情形中，僅設有一個濃氣缸R和一個稀氣缸L,因而 將提供的氧化反應熱最小。在圖13C所示的情形和圖13D所示的情形 中，認為被氧化的未燃燒的HC和CO的量將大于圖13B所示的情形。 因此，在圖13C和13D所示的每種情形中的氧化反應熱的量均介于在 圖13A的情形中的氧化反應熱的量和在圖13B的情形中的氧化反應熱 的量之間。因而，通過改變濃氣缸R的數量或改變稀氣缸L的數量， 能夠改變所產生的氧化反應熱的量。這又可以改變NOx儲存還原催化 劑13的溫度升高速率及其在穩定時的溫度。接下來，對于圖13A到13D所示的組合，順次地描述獲得高頻率起 振力的優選布置。對于圖13A所示的第一氣缸組l由兩個濃氣缸R和 一個化學計量氣缸S組成、第二氣缸組2由兩個稀氣缸L和一個化學計 量氣缸S組成的組合而言，圖14A中示出優選布置，圖15A和圖16A 中示出非優選布置。在圖14A所示的布置中，每當發生燃燒，則爆炸力(即，燃燒時的 輸出)就在高側與低側之間交變，如圖14B所示。由此，起振力虛線在 一個周期中具有三個峰值，從而使得起振力的頻率高。在另一方面，在 圖15A和15B及圖16A和16B所示的示例中，有連續兩次在化學計量 氣缸S中的燃燒，因此起振力虛線在一個周期中僅具有兩個峰值。從而 使得起振力的頻率相對較低。因此，可以說為了獲得高頻率的起振力，優選地，濃氣缸R、化學 計量氣缸S和稀氣缸L的布置確定為使得每當依據預定的氣缸燃燒順序 發生燃燒時所述燃燒時的輸出就在高側和低側之間交變。接下來，對于圖13B所示的第一氣缸組l由一個濃氣缸R和兩個化 學計量氣缸S組成、第二氣缸組2由一個稀氣缸L和兩個化學計量氣缸 S組成的組合而言，在圖17A中示出優選布置，在圖18A中示出非優選布置。在圖18A所示的布置中，濃氣缸R中的燃燒和稀氣缸L中的燃燒 以相等的間隔(例如每360。曲柄角)交替地發生，如圖18B所示。然 而，濃氣缸R中的燃燒和稀氣缸L中的燃燒以相等的間隔發生，起振 力如圖18B所示的以低頻率大幅地波動，從而導致車體等的振動。相反地，在如圖17A和17B所示的情形中，濃氣缸R中的燃燒和 稀氣缸L中的燃燒不以相等的間隔交替地發生，因而不會出現大的起振 力。即，可以說優選的是濃氣缸R、化學計量氣缸S和稀氣缸L的布置中的燃燒和稀氣缸L中的i燒不以相等的間隔交替地iT生。''接下來，對于圖13C所示的第一氣缸組l由一個濃氣缸R和兩個化 學計量氣缸S組成、第二氣缸組2由兩個稀氣缸L和一個化學計量氣缸 S組成的組合而言，在圖19A中示出優選布置，在圖20A中示出非優選 布置。在圖19A所示的布置中，濃氣缸R中的燃燒和稀氣缸L中的燃燒 不以相等的間隔發生，如圖19B所示。因而，不會產生大的起振力。另 一方面，在圖20A所示的布置中，濃氣缸R中的燃燒和稀氣缸L中的 燃燒以相等的間隔發生，如圖20B所示。由此，產生了大的起振力。接下來，對于圖13D所示的第一氣缸組l由兩個濃氣缸R和一個化 學計量氣缸S組成、第二氣缸組2由一個稀氣缸L和兩個化學計量氣缸 S組成的組合而言，在圖21A中示出優選布置，在圖22A中示出非優選 布置。在圖21A所示的布置中，濃氣缸R中的燃燒和稀氣缸L中的燃燒 不以相等的間隔進行，如圖21B所示。從而，不會產生大的起振力。在 另一方面，在圖22A所示的布置中，濃氣缸R中的燃燒和稀氣缸L中 的燃燒以相等的間隔進行，如圖22B所示。由此，產生了大的起振力。附及地，為了實現高頻率的起振力，優選地使爆炸力(即，燃燒時 的輸出)如上所述地在高側和低側之間交變。在下文描述的實施方式中， 通過延遲至少其中一個化學計量氣缸S的點火正時來使爆炸力(即，燃 燒時的輸出)在高側和低側之間交變。將參照圖13A到13D所示的組合順次地對其進行描述。在圖23A和23B及圖24A和24B中示出上述原理應用到圖13A所 示的第一氣缸組1由兩個濃氣缸R和一個化學計量氣缸S組成、第二氣 缸組2由兩個稀氣缸L和一個化學計量氣缸S組成的組合的示例。如果 在至少其中一個化學計量氣缸S中延遲了點火正時，則在點火正時被延 遲的所述至少一個化學計量氣缸S中的燃燒時的輸出變得小于點火正 時未被延遲的一個或多個化學計量氣缸S。在圖23B和24B中，對于點 火正時被延遲的化學計量氣缸S，以虛線表示其在點火正時未被延遲時 所產生的爆炸力。也就是說，在圖23B和24B中以虛線表示爆炸力的 情形中，化學計量氣缸S的點火正時被延遲了 ，這對圖25B到30B也 同樣適用。在圖23A所示的布置中，作為化學計量氣缸S的四號氣缸#4的點 火正時被延遲了，從而使得爆炸力(即，燃燒時的輸出)在高側和低側 之間交變，如圖23B所示。在圖24A所示的布置中，作為化學計量氣 缸S的六號氣缸#6的點火正時被延遲了，從而使得爆炸力(即，燃燒 時的輸出)在高側和低側之間交變，如圖24B所示。在圖25A和25B及圖26A和26B中示出上述原理應用到圖13B所 示的第一氣缸組1由一個濃氣缸R和兩個化學計量氣缸S組成、第二氣 釭組2由一個稀氣釭L和兩個化學計量氣缸S組成的組合的示例。具體地，在圖25A所示的布置中，化學計量氣缸S的四號氣缸#4 和六號氣缸#6的點火正時被延遲了，從而使得爆炸力(即，燃燒時的輸 出)在高側和低側之間交變，如圖25B所示。在圖26A所示的布置中， 作為化學計量氣缸S的二號氣缸#2和六號氣缸#6的點火正時被延遲了 ， 從而使得爆炸力(即，燃燒時的輸出)在高側和低側之間交變，如圖26B 所示。在圖27A和27B及圖28A和28B中示出上述原理應用到圖13C所 示的第一氣缸組l由一個濃氣缸R和兩個化學計量氣缸S組成、第二氣 缸組2由兩個稀氣缸L和一個化學計量氣缸S組成的組合的示例。具體地，在圖27A所示的布置中，作為化學計量氣缸S的四號氣缸 #4的點火正時被延遲了 ，從而使得爆炸力(即，燃燒時的輸出)在高側和低側之間交變，如圖27B所示。在圖28A所示的布置中，作為化學 計量氣缸S的六號氣缸弁6的點火正時被延遲了，從而使得爆炸力(即， 燃燒時的輸出)在高側和低側之間交變，如圖28B所示。在圖29A和29B及圖30A和30B中示出上述原理應用到圖13D所 示的第一氣缸組1由兩個濃氣缸R和一個化學計量氣缸S組成、第二氣 缸組2由一個稀氣缸L和兩個化學計量氣缸S組成的組合的示例。具體地，在圖29A所示的布置中，作為化學計量氣缸S的四號氣釭弁4 和六號氣缸#6的點火正時,iL^遲了 ，從而使得爆炸力(即，燃燒時的輸出) 在高側和低側之間交變，如圖29B所示。在圖30A所示的布置中，作為化 學計量氣釭S的六號氣缸#6的點火正時被延遲了 ，從而使得爆炸力(即， 燃燒時的輸出)在高側和低側之間交變，如圖30B所示。另外，圖23A到30B所示的示例可以其它措辭描述。即，可以說在 本發明的實施方式中，確定一個或多個濃氣缸R、 一個或多個點火正時 不延遲的化學計量氣缸S、 一個或多個點火正時延遲的化學計量氣缸S 以及一個或多個稀氣缸L的布置，使得每當依據預定的氣缸燃燒順序發 生燃燒時燃燒時的輸出都在高側和低側之間交變。
權利要求
1.一種具有六個或更多個氣缸的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述氣缸分成由至少三個氣缸組成的第一氣缸組和由至少三個氣缸組成的第二氣缸組，且所述第一氣缸組的所述至少三個氣缸連接到共用的第一排氣通道，所述第二氣缸組的所述至少三個氣缸連接到共用的第二排氣通道，且所述第一排氣通道和所述第二排氣通道分別設置有催化劑，且所述第一排氣通道和所述第二排氣通道連接到位于所述催化劑下游的共用NOx儲存還原催化劑，且其中，當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時，使所述第一氣缸組和所述第二氣缸組中的一個氣缸組的平均空燃比為濃，且使所述第一氣缸組和所述第二氣缸組中的另一個氣缸組的平均空燃比為稀，其特征在于對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為濃的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的空燃比為化學計量或為稀，或者是使至少一個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的空燃比為化學計量，以及對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為稀的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸中的空燃比為化學計量或為濃，或者是使至少一個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸中的空燃比為化學計量。
2. 如權利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，對于當所述NOx儲 存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為濃的氣缸組而言，使至少兩 個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的空燃比為稀，而對于當所述NOx 儲存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為稀的氣缸組而言，使至少 兩個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸中的空燃比為濃，以及其中，將濃空燃比氣缸和稀空燃比氣缸的布置設置為使得當依據預 定的燃燒順序在所述氣缸中依次發生燃燒時不會連續三次或更多次在 所述濃空燃比氣缸中發生燃燒。
3. 如權利要求l所述的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機為6缸內 燃機，其中對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比 為濃的氣缸組而言，至少一個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的空燃 比為化學計量，而對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時平 均空燃比為稀的氣缸組而言，至少一個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸 中的空燃比為化學計量，以及其中通過改變平均空燃比為濃的氣缸組中的濃空燃比氣缸的數量 或者改變平均空燃比為稀的氣缸組中的稀空燃比氣缸的數量來改變所 述NOx儲存還原催化劑的溫度升高速度。
4.如權利要求l所述的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機為具有至 少一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣缸以及至少一個稀空 燃比氣釭的6缸內燃機，其中，所述至少一個濃空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出都大于 所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，其中，所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出 都大于所述至少一個稀空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，以及其中，將所述至少一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣 缸以及至少一個稀空燃比氣缸的布置設置為使得每當在所述氣缸中依 據預定的燃燒順序發生燃燒時所述燃燒時的輸出都在高側和低側之間 交變。
5.如權利要求4所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述化學計 量空燃比氣缸中至少一個的點火正時被延遲而使得所述至少一個點火 正時延遲的化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出都小于點火 正時未延遲的至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出， 以及其中，所述至少一個濃空燃比氣缸、至少一個點火正時未延遲的化 學計量空燃比氣缸、至少一個點火正時被延遲的化學計量空燃比氣缸以 及至少一個稀空燃比氣缸的布置設置為使得每當在所述氣缸中依據預 定的燃燒順序發生燃燒時所述燃燒時的輸出都在高側和低側之間交變。
6.如權利要求l所述的內燃機的排氣凈化裝置，其中，所述內燃機 為具有至少一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣缸以及至少 一個稀空燃比氣缸的6缸內燃機，其中，所述至少一個濃空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出都大于 所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，并且其中，所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出 都大于所述至少一個稀空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，其中，所述至少一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣缸 以及至少一個稀空燃比氣缸的布置設置為使得當依據預定的燃燒順序 在所述氣缸中依次發生燃燒時在所述至少一個濃空燃比氣缸中的任一 個中的燃燒以及在所述至少一個稀空燃比氣缸中的任一個中的燃燒不 以相等的間隔交替地發生。
7. —種用于具有六個或更多個氣缸的內燃機的排氣凈化裝置的控 制方法，其中，所述氣缸分成由至少三個氣缸組成的第一氣缸組和由至 少三個氣缸組成的第二氣缸組，且所述第一氣缸組的所述至少三個氣缸 連接到共用的第一排氣通道，所述第二氣缸組的所述至少三個氣缸連接 到共用的第二排氣通道，且所述第一排氣通道和所述第二排氣通道分別 設置有催化劑，且所述第一排氣通道和所述第二排氣通道連接到位于所 述催化劑下游的共用NOx儲存還原催化劑，且其中，當所述NOx儲存 還原催化劑的溫度要升高時，使所述第一氣缸組和所述第二氣缸組中的 一個氣缸組的平均空燃比為濃，且使所述第一氣缸組和第二氣缸組中的 另一個氣缸組的平均空燃比為稀，包括以下步驟對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為濃 的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的空燃比 為化學計量或為稀，或者使至少一個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中 的空燃比為化學計量，以及對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為稀 的氣缸組而言，使至少兩個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸中的空燃比 為化學計量或為濃，或者使至少一個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸中 的空燃比為化學計量。
8.如權利要求7所述的控制方法，其中，對于當所述NOx儲存還 原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為濃的氣缸組而言，使至少兩個氣 缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的空燃比為稀，而對于當所述NOx儲 存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃比為稀的氣缸組而言，使至少兩 個氣缸中的空燃比為稀而其它氣缸中的空燃比為濃，以及其中，將所述濃空燃比氣缸和稀空燃比氣缸的布置設置為使得當依 據預定的燃燒順序在氣缸中依次發生燃燒時不會連續三次或更多次在 所述濃空燃比氣缸中發生燃燒。
9. 如權利要求7所述的控制方法，其中，所述內燃機為6缸內燃機，其中，對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高時平均空燃 比為濃的氣缸組而言，使至少一個氣缸中的空燃比為濃而其它氣缸中的 空燃比為化學計量，而對于當所述NOx儲存還原催化劑的溫度要升高 時平均空燃比為稀的氣缸組而言，使至少一個氣缸中的空燃比為稀而其 它氣缸中的空燃比為化學計量，以及其中，通過改變所述平均空燃比為濃的氣缸組中的濃空燃比氣缸的 數量或者改變平均空燃比為稀的氣缸組中的稀空燃比氣缸的數量來改 變所述NOx儲存還原催化劑的溫度升高速度。
10. 如權利要求l所述的控制方法，其中，所述內燃機為具有至少 一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣缸以及至少一個稀空燃 比氣釭的6缸內燃才幾，其中，所述至少一個濃空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出都大于 所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，其中，所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出 都大于所述至少一個稀空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，以及其中，將所述至少一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣 缸以及至少一個稀空燃比氣缸的布置設置為使得每當在所述氣缸中依 據預定的燃燒順序發生燃燒時所述燃燒時的輸出都在高側和低側之間 交變。
11. 如權利要求10所述的控制方法，其中，所述化學計量空燃比氣缸中的至少一個的點火正時被延遲而使得所述至少一個點火正時延遲 的化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出都小于點火正時未延 遲的至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，以及其中，將所述至少一個濃空燃比氣缸、點火正時未延遲的至少一個 化學計量空燃比氣缸、至少一個點火正時延遲的化學計量空燃比氣缸以 及至少一個稀空燃比氣缸的布置設置為使得每當在所述氣缸中依據預 定的燃燒順序發生燃燒時所述燃燒時的輸出都在高側和低側之間交變。
12. 如權利要求7所述的控制方法，其中，所述內燃機為具有至少 一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣缸以及至少一個稀空燃 比氣缸的6缸內燃機，其中，所述至少一個濃空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出都大于 所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，并且其中，所述至少一個化學計量空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出 都大于所述至少一個稀空燃比氣缸中的任一個燃燒時的輸出，其中，將所述至少一個濃空燃比氣缸、至少一個化學計量空燃比氣 缸以及至少一個稀空燃比氣缸的布置設置為使得當依據預定的燃燒順 序在氣缸中依次發生燃燒時在所述至少一個濃空燃比氣缸中的任一個 中的燃燒以及在所述至少一個稀空燃比氣缸中的任一個中的燃燒不以 相等的間隔交替地發生。
全文摘要
發動機具有第一氣缸組(1)和第二氣缸組(2)。第一氣缸組(1)和第二氣缸組(2)分別經由其對應的排氣通道(7、10)和其對應的三元催化劑(9、12)連接到共用的NOx儲存還原催化劑(13)。當要升高NOx儲存還原催化劑(13)的溫度時，使第一氣缸組(1)的平均空燃比為濃，并使第二氣缸組(2)的平均空燃比為稀。此時，根據一種實施方式，在第一氣缸組(1)中，使兩個氣缸中的空燃比為濃而使一個氣缸中的空燃比為稀，并且，在第二氣缸組(2)中，使兩個氣缸中的空燃比為稀而使一個氣缸中的空燃比為濃。
文檔編號F02D41/02GK101223344SQ200680025376
公開日2008年7月16日 申請日期2006年8月16日 優先權日2005年8月22日
發明者宮下茂樹 申請人:豐田自動車株式會社