专利名称：用于内燃机的排气净化设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于内燃机的排气净化设备，其具有多组气缸，每组气缸连接到排气净化催化剂中不同的一个。
背景技术：
在采用V型气缸布置的内燃机中，在具有一组气缸的每个气缸列设置各自的净化催化剂。在这样的内燃机中，如果排气净化催化剂的载体温度互相不同，则净化性能随排气净化催化剂而不期望地不同。因此，难以正确地进行排气净化控制。就是说，即使根据某个排气净化催化剂调整排气净化控制，排气净化控制仍不适于具有不同载体温度的另一个排气净化催化剂。这样，可能不能充分净化排气。
在现有技术中，已经提出了一种用于V型内燃机的排气净化设备，其包括每个气缸列各自的排气净化催化剂。排气净化设备检测每个排气净化催化剂的载体温度并通过反馈控制调节每个气缸列的点火正时(例如，日本早期公开专利申请NO.11-117786)。排气净化设备通过下述方式来减小催化剂载体温度的不同，即，通过使具有较高催化剂载体温度的气缸列的点火正时延迟来降低排气的温度和通过使具有较低催化剂载体温度的气缸列的点火正时提前来提高排气的温度。
催化剂载体温度的不同是由排气净化催化剂从排气接收的热的不同的主要原因。如果排气净化催化剂的热接收和热辐射的状态维持恒定，则通过使排气净化催化剂的催化剂载体温度相等可以自动地修正由每个排气净化催化剂从排气接收的热量的不同。但是，在例如车辆的内燃机中，当运行条件改变时，排气的温度和流率改变较大的量。从而，由排气净化催化剂所接收的热量起伏较大的量。因此，即使排气净化催化剂的载体温度暂时地变得彼此相等，由每个排气净化催化剂所接收的热量不一定等于其他催化剂所接收的热量。这样，难以使排气净化催化剂的载体温度维持为彼此相等。因此，当仅基于每个排气净化催化剂的载体温度来调节点火正时时，可能发生在反馈调节或控制振荡中的延迟和超量响应。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于内燃机的排气净化设备，其可以有效地抑制在多个排气净化催化剂中净化性能的不同。
现在将讨论用于实现以上目的及其优点的设备。
第一发明提供了一种用于内燃机的排气净化设备，所述内燃机具有多组气缸。每组连接到排气净化催化剂中不同的一个。所述设备包括估算装置和设定装置。估算装置个别地估算在每个排气净化催化剂中的排气的流率。设定装置根据排气净化催化剂中的排气的估算流率来个别地设定连接到对应的排气净化催化剂的每组气缸的控制方式。
第二发明提供一种用于内燃机的排气净化设备，所述内燃机具有多组气缸。每组连接到排气净化催化剂中不同的一个。所述设备包括估算装置、催化剂控制装置、和设定装置。估算装置个别地估算在每个排气净化催化剂中的排气的流率。催化剂控制装置位于排气净化催化剂的上游。催化剂控制装置个别地改变每个排气净化催化剂的状态。设定装置根据排气净化催化剂中的排气的估算流率来个别地设定每个催化剂控制装置的控制方式。
由于在每个气缸的容积填充效率中的差别、在每个排气再循环装置的流动特性中的差别、和在每个增压器的特性中的差别，可能引起流经每个排气净化催化剂的排气的流率中的不同。在排气的流率中的不同引起由排气净化催化剂从排气接收的热量不同，从而使得催化剂载体温度不同。如果排气的流率不同，则排气净化催化剂的氮氧化物存储的速度和硫中毒速度不同。
根据第一和第二发明，个别地估算在每个排气净化催化剂中的排气的流率。个别地设定每组气缸的控制方式，或者根据估算结果设定催化剂控制设备的控制方式，该催化剂控制设备个别地改变排气净化催化剂的状态。因此，从排气的流率精确地掌握每个排气净化催化剂的实际净化特性。这样，根据该不同采取合适的测量。
可以基于排气温度或排气压力估算排气的流率，它们与排气的流率具有很强的相关性。如果内燃机为每组气缸包括排气驱动的增压器(其由排气的能量来使气缸增压)，则可以基于每组气缸的增压器的增压压力来估算排气的流率。
在根据第一和第二发明的用于内燃机的排气净化设备中，内燃机具有连接到第一排气净化催化剂的第一组气缸和连接到与第一排气净化催化剂不同的第二排气净化催化剂的第二组气缸。内燃机还具有排气通道，其在每组气缸的排气经过对应的所述排气净化催化剂之后合并在一起。所述估算装置通过基于经过第一排气净化催化剂的排气的温度T1、经过第二排气净化催化剂的排气的温度T2、合并在一起之后的排气的温度T、以及合并在一起之后的排气的质量流率G，使用以下方程(1)和(2)计算经过第一排气净化催化剂的排气的质量流率G1和经过第二排气净化催化剂的排气的质量流率G2，来估算排气的流率，所述方程如下G1＝G×(T-T2)/(T1-T2)(1)G2＝G×(T-T1)/(T2-T1)(2)如图6所示，已经经过排气净化催化剂并合并在一起的排气的质量流率G被计算为经过第一排气净化催化剂的排气的质量流率G1与经过第二排气净化催化剂的排气的质量流率G2之和。
G＝G1+G2(3)在另一方面，在假设T表示合并在一起之后的排气的温度、T1表示经过第一排气净化催化剂的排气的温度、T2表示经过第二排气净化催化剂的排气的温度、且C表示排气的比热的情况下，合并在一起之后的排气的热量Q、经过第一排气通道的排气的热量Q1、和经过第二排气通道的排气的热量Q2由以下方程(4)至(6)所表示。
Q＝C×T×G (4)Q1＝C×T1×G1 (5)Q2＝C×T2×G2 (6)
如果由于热辐射导致排气温度下降的影响可以忽略，则合并在一起之后的排气的热量Q等于经过排气净化催化剂的排气的热量Q1、Q2的和。因此，以下方程(7)成立。
G×T＝G1×T1+G2×T2(7)通过求解包括以上方程(3)、(7)的联立方程，可以得到方程(1)、(2)。因此，当掌握了排气温度T、T1、T2和在合并在一起之后的排气的质量流率G时，可以合适地估算在每个排气净化催化剂中的排气的流率。
所期望的是使用，通过修正温度的检测值来补偿由于由温度的检测位置之间的差别引起的热辐射所导致的温度改变中的差所获得的值，来作为排气温度T、T1、T2。通过对外部的热辐射，排气的温度向下游端下降。就是说，排气的热量向下游端下降。因此，严格意义上，合并在一起之后的排气的热量Q略小于经过排气净化催化剂的排气的热量Q1、Q2的和。考虑到此，由于此结构使用已经根据温度的检测位置被补偿的值来估算排气的流率，所以更精确地估算了排气的流率。
而且，合并在一起之后的排气的质量流率G被所期望地计算为每单位时间喷射到内燃机中的燃料的总质量与进气的质量流率之和。
从气缸排出的排气的总质量等于供应到气缸的气体和燃料的质量的和。因此，合并在一起之后的排气的质量流率G等于每单位时间从内燃机喷射的燃料的总质量与进气的质量流率(即，每单位时间供应到气缸的新空气与再循环排气的总质量)的和。因此，根据此结构，可以精确地计算合并在一起之后的排气的质量流率G而不直接检测质量流率G。
所期望的是设定装置个别地调节每组气缸的排气的流率，使得在排气净化催化剂中的排气的估算流率之间的差减小。
根据此结构，抑制了在发动机的运行期间在排气净化催化剂中的排气的流率的不同。因此，以合适的方式抑制了在排气净化催化剂之间的净化特性中的不同，例如从排气接收的热量中的差别与在氮氧化物存储的速度和硫中毒的速度之间的差别。如果内燃机为每组气缸包括排气再循环装置，则通过个别地调节每组气缸的排气再循环率，减小了在排气净化催化剂中的排气的流率之间的差。如果内燃机为每组气缸包括可变排量增压器，则通过个别调节每组气缸的增压量，减小了在排气净化催化剂中的排气的流率之间的差。此外，可以通过可变进气机构或可变性能阀机构来个别地调节在排气净化催化剂中的排气的流率以减小在排气的流率之间的差。
所期望的是设定装置基于排气净化催化剂中的排气的估算流率来个别地设定添加到每个排气净化催化剂的还原剂的量。
为了净化存储在排气净化催化剂中的氮氧化物和硫氧化物或蓄积的微粒物质，通过将燃料加到排气中来供应诸如碳氢化合物和一氧化碳之类的还原剂。待添加的还原剂的最佳量根据经过每个排气净化催化剂的排气的流率改变。根据上述结构，基于排气净化催化剂中的排气的估算流率来个别地设定添加到每个排气净化催化剂的还原剂的量。因此，即使排气的流率随排气净化催化剂而不同，也可将最佳量的还原剂添加到每个排气净化催化剂。
所期望的是内燃机包括进气通道和进气歧管，进气通道每个对应于第一和第二组气缸中的一组，进气歧管共用地连接到所述进气通道。为每组气缸设置将排气从每个排气通道再循环到对应的进气通道的排气再循环装置。每个排气再循环装置具有将进气歧管分别连接到对应的排气通道的排气再循环通道和设置在排气再循环通道中的排气再循环阀。催化剂控制装置由排气再循环阀构成。
第三发明提供了一种用于内燃机的排气净化方法，所述内燃机具有多组气缸，每组气缸连接到排气净化催化剂中不同的一个。所述方法包括个别地估算每个排气净化催化剂中的排气的流率，和根据排气净化催化剂中的排气的估算流率来个别地设定连接到对应的排气净化催化剂的每组气缸的控制方式。
图1是图示本发明的一个实施例应用到其的发动机系统的示意性结构的框图；
图2是示出优选实施例的开度控制过程的具体处理的流程图；图3是图示本发明的修改实施例应用到其的发动机系统的示意性结构的框图；图4是示出根据本发明的修改实施例用于控制添加量的过程的流程图；图5是示出在排气通道中的排气的流率上的差与排气的温度上的差之间关系的示例曲线图；且图6是示出在发动机排气系统的每个部分处的排气的特性的图。
具体实施例方式
将描述本发明的一个实施例。
根据该优选实施例的用于内燃机的排气净化设备应用到具有第一和第二气缸列的V型内燃机。
图1示出了发动机系统的示意性结构，其集中于内燃机10。
如图1所示，内燃机10设置有喷油器14。每个喷油器14对应于气缸之一并将燃料直接喷射到燃烧室中的对应一个中。在内燃机10中，对应于第一气缸列12R的一组气缸设置第一进气通道20R和第一排气通道40R。类似地，对应于第二气缸列12L的一组气缸设置第二进气通道20L和第二排气通道40L。
此后，将描述进气通道20R、20L。
共用的空气滤清器22位于进气通道20R、20L的最上游部分处。空气滤清器22的下游分成进气通道20R、20L。按照从上游端开始的顺序，进气通道20R、20L分别包括增压器24R、24L(更具体地，其压缩机)，中间冷却器26R、26L，进气节气门28R、28L。增压器24R、24L是排气驱动的增压器，其中通过排气的流动使位于排气通道40R、40L中的涡轮旋转。因此涡轮聚集了排气的能量并将该能量传送到压缩机。增压器24R、24L是可变排量增压器，其包括用于控制所聚集的排气能量的可变喷嘴机构(未示出)。
进气通道20R、20L连接到共用的进气歧管30。经过进气通道20R、20L的进气聚集在进气歧管30中一次并被吸到每个气缸列12R、12L的气缸中。
现在将描述排气通道40R、40L。
按照从上游端开始的顺序，排气通道40R、40L分别包括排气歧管42R、42L，增压器24R、24L(更具体地，涡轮)，排气净化催化剂44R、44L。排气通道40R、40L在排气净化催化剂44R、44L的下游合并为单个通道(合并通道46)。
排气净化催化剂44R、44L充当氮氧化物(NOx)存储还原催化剂和过滤器。当在内燃机的正常操作期间排气被认为是氧化气氛(稀的)时，NOx存储还原催化剂存储NOx。当排气被认为是还原气氛(化学当量的或浓的)时，NOx存储还原催化剂将所存储的NOx释放为一氧化氮(NO)并利用碳氢化物(HC)和一氧化碳(CO)还原。NOx以此方式被净化。在另一方面，过滤器捕集排气中的微粒物质(PM)。这样，当存储NOx时在高温氧化气氛中产生的活性氧开始氧化微粒物质。更进一步，周围的多余氧将整个微粒物质氧化。当排气被认为是还原气氛时，由排气净化催化剂44R、44L所产生的大量活性氧促进了微粒物质的氧化。因此，在净化NOx的同时净化了微粒物质。
排气通道40R、40L分别包括还原剂添加阀装置50R、50L。更具体地，添加阀52R、52L分别位于排气通道40R、40L中的增压器24R、24L与排气净化催化剂44R、44L之间。从燃料泵(未示出)对添加阀52R、52L供以燃料。当添加阀52R、52L打开时，在本实施例中是燃料的还原剂在排气净化催化剂44R、44L的上游的部分处被加到排气中。在当进行用于净化微粒物质的处理时、或当进行用于从排气净化催化剂44R、44L移除硫氧化物时的NOx净化处理期间，在暂时将排气净化催化剂44R、44L的气氛改变为还原气氛时，添加还原剂以提高催化剂载体温度。
内燃机10包括排气再循环装置60R、60L，其每个对应于气缸列12R、12L中的一个。排气再循环装置60R、60L分别将排气中的一部分从排气通道40R、40L返回到进气通道20R、20L。排气再循环装置60R、60L分别由排气再循环通道62R、62L和排气再循环阀64R、64L构成。排气再循环通道62R、62L分别将进气歧管30连接到排气歧管42R、42L。排气再循环阀64R、64L分别位于排气再循环通道62R、62L中。通过由排气再循环阀64R、64L的开度的控制来改变排气再循环通道62R、62L的横截面面积或控制进气节气门28R、28L的开度，由此调整在排气通道40R、40L中再循环到进气歧管30的排气的量。通过控制排气再循环阀64R、64L和进气节气门28R、28L的开度来调节再循环排气的量，使得排气再循环率(在吸入到每个燃烧室中的气体中的再循环排气的重量百分比)变得与根据发动机负载和发动机转速设定的目标再循环率相等。
各种传感器设置在发动机系统中。例如，检测进气量的空气流量计72R、72L分别设置在进气通道20R、20L中增压器24R、24L的上游。空气流量计72R、72L是例如检测进气的质量流率的热丝空气流量计。用于检测排气温度T1的排气温度传感器74R和用于检测排气的空气-燃料比的空气-燃料比传感器76R位于第一排气通道40R中第一排气净化催化剂44R的下游。类似地，用于检测排气温度T2的排气温度传感器74L和用于检测排气的空气-燃料比的空气-燃料比传感器76L位于第二排气通道40L中第二排气净化催化剂44L的下游。此外，用于检测排气温度T的排气温度传感器78位于合并通道46中。
电子控制装置70主要由具有CPU、ROM、和RAM的数字计算机以及用于驱动其他装置的驱动电路组成。电子控制装置70从传感器读出信号并执行各种计算。基于计算结果，电子控制装置70执行与发动机控制相关的各种控制。该控制包括例如喷油器14的驱动控制、增压器24R、24L(可变喷嘴机构)的操作控制、进气节气门28R、28L的开度控制、添加阀52R、52L的驱动控制、和排气再循环阀64R、64L的开度控制。
由于在气缸的容积填充效率上的差别、在排气再循环装置60R、60L的流动特性上的差别、和在增压器24R、24L的特性上的差别，可能在流经每个排气净化催化剂44R、44L的排气的流率中引起不同。排气的流率中的不同使得由排气净化催化剂44R、44L从排气接收的热量不同，从而使得催化剂载体温度不同。如果排气的流率不同，则排气净化催化剂44R、44L的NOx存储和硫中毒的速度不同。
因此，在优选实施例中，流经排气通道40R、40L的排气的质量流率G1、G2是个别地估算的。每个排气再循环阀64R、64L的开度被修正为使得在估算的质量流率G1、G2之间的差减小。因此，抑制排气的实际流动的不同。在优选实施例中，排气再循环阀64R、64L充当催化剂控制装置，其位于排气净化催化剂的上游并个别地改变排气净化催化剂的状态。
首先，将描述用于估算质量流率G1、G2的方法。
如以下方程(11)所示，合并通道46的质量流率G被计算为经过第一排气通道40R的排气的质量流率G1与经过第二排气通道40L的质量流率G2的和。
G＝G1+G2(11)在另一方面，在假设排气的比热由字母C表示的情况下，在合并通道46中排气的热量Q、经过第一排气通道40R的排气的热量Q1、和经过第二排气通道40L的排气的热量Q2由以下方程(12)至(14)所表示。
Q＝C×T×G (12)Q1＝C×T1×G1 (13)Q2＝C×T2×G2 (14)如果由于热辐射导致排气温度下降的影响可以忽略，则合并通道46中排气的热量Q等于经过排气通道40R、40L的排气的热量Q1、Q2的和(Q＝Q1+Q2)。因此，以下方程成立。
G×T＝G1×T1+G2×T2 (15)通过求解包括以上方程(11)、(15)的联立方程，可以得到方程(16)、(17)。
G1＝G×(T-T2)/(T1-T2)(16)G2＝G×(T-T1)/(T2-T1)(17)实际上，通过对外部的热辐射，排气的温度向下游端下降。就是说，排气的热量向下游端下降。因此，严格意义上，在合并通道46中排气的热量Q略小于经过排气通道40R、40L的排气的热量Q1、Q2的和。
在优选实施例中，用于估算质量流率G1、G2的排气温度是已经被修正的排气温度的检测值。即，该检测值被修正以补偿由于热辐射所导致的温度改变中的差，该热辐射由该温度的检测位置相对于排气温度T的检测位置的差别引起的。
更具体地，基于其中包括“T1×α”和“T2×β”作为排气温度的以下关系表达式(18)、(19)来估算经过排气通道40R、40L的排气的质量流率G1、G2。
G1＝G×(T-T2×β)/(T1×α-T2×β) (18)G2＝G×(T-T1×α)/(T2×β-T1×α) (19)值α和β两者都是预定系数。系数α是补偿由于从排气温度T1的检测位置直到排气温度T的检测位置所发生的热辐射导致的温度改变的差的值。系数β是补偿由于从排气温度T2的检测位置直到排气温度T的检测位置所发生的热辐射导致的温度改变的差的值。系数α和β基于实验结果被预先设定为小于1的正值。
因此，当在掌握了合并通道46中的排气的质量流率G时，基于所检测的排气温度T、T1、和T2使用关系表达式(18)、(19)来估算经过排气通道40R、40L的排气的质量流率G1、G2。从气缸排出的排气的总质量等于供应到气缸的气体和燃料的质量的和。因此，合并通道46中的排气的质量流率G等于每单位时间从喷油器14喷射的燃料的总质量与进气的质量流率(即，每单位时间供应到气缸的新空气和再循环排气的总质量)的和。
在此方面，在优选实施例中，质量流率G被计算为每单位时间从喷油器14喷射的燃料的总质量与进气的质量流率的和。所获得的质量流率G接着用于计算质量流率G1、G2。更具体地，基于由空气流量计72R、72L所检测的空气(新空气)的量估算的值和预定的目标再循环率被用作每单位时间的进气的质量流率。
现在将描述用于基于质量流率G1、G2控制排气再循环阀64R、64L的开度的过程。在优选实施例中，开度控制过程充当设定装置，所述设定装置用于根据排气净化催化剂中的排气的估算流率个别地设定每个排气净化催化剂连接到其的该组气缸的控制方式或催化剂控制装置的控制方式。
图2的流程图示出了用于控制开度的过程。该流程图所示的系列处理由电子控制装置70以预定的间隔执行。
在步骤S100，电子控制装置70基于发动机负载和发动机转速计算目标再循环率。电子装置70还计算适于使实际排气再循环率等于目标再循环率的排气再循环阀64R、64L的开度(目标开度TacR、TacL)。在此实施例中，目标开度TacR、TacL彼此相等(TacR＝TacL)。
然后，在步骤S102，电子控制装置70判断是否正在添加还原剂。如果判断未添加还原剂，即，如果步骤S102的判断结果为否定，则电子装置执行用于估算质量流率G1、G2的处理和用于基于所估算的质量流率G1、G2之间的差来修正排气再循环阀64R、64L的开度的处理(步骤S104至S110)。
首先，在步骤S104，电子控制装置70估算质量流率G1、G2。在此实施例中，步骤S104的处理充当用于个别地估算在每个排气净化催化剂中的排气的流率的估算装置。
在步骤S106，电子控制装置70基于质量流率G1、G2之间的差计算目标开度TacR的修正量ΔKr和目标开度TacL的修正量ΔKl。在步骤S108，电子控制装置70将修正量ΔKr加到在先前处理中计算的修正项Kr并将修正量ΔKl加到在先前处理中计算的修正项K1来校正修正项Kr、Kl。此外，在步骤S110，将修正项Kr加到目标开度TacR并将修正项Kl加到目标开度TacL使得目标开度TacR、TacL两者都被修正。
修正量ΔKr、ΔKl两者都通过图计算获得。通过在质量流率G1、G2之间的差与快速消除该差的修正量ΔKr(或修正量ΔKl)之间的关系的实验，获得用于图计算的图。该图存储在电子控制装置70中。
例如，当第一排气通道40R的质量流率G1大于第二排气通道40L的质量流率(G1＞G2)时，增大排气再循环阀64R的开度的值被计算为修正量ΔKr，且减小排气再循环阀64L的开度的值被计算为修正量ΔKl。这样，在从对应于第一气缸列12R的排气歧管42R再循环的排气的量增多的同时，从对应于第二气缸列12L的排气歧管42L再循环的排气的量减少。这样减小了在排气通道40R、40L中的排气的流率之间的差。
相反，当第一排气通道40R的质量流率G1小于第二排气通道40L的质量流率(G1＜G2)时，减小排气再循环阀64R的开度的值被计算为修正量ΔKr，且增大排气再循环阀64L的开度的值被计算为修正量ΔKl。
在另一方面，如果判断正在添加还原剂，即，如果步骤S102的判断结果是肯定的，则由于所添加的还原剂的影响，不能精确地估算质量流率G1、G2。因此，电子控制装置70不执行用于估算质量流率G1、G2的处理(步骤S104)和用于基于修正量ΔKr、ΔKl来更新修正项Kr、Kl的处理(步骤S106、S108)。在此情况下，在步骤S110，将所存储的修正项Kr加到目标开度TacR并将所存储的修正项K1加到目标开度TacL以修正目标开度TacR、TacL。
在如上所述执行了目标开度TacR、Tacl的修正之后，在步骤S112，电子控制装置70根据目标开度TacR、TacL控制排气再循环阀64R、64L的操作。电子控制装置70接着暂时中止当前处理。
上述实施例具有以下优点。
(1)个别地估算流经排气通道40R、40L的排气的质量流率G1、G2。修正每个排气再循环阀64R、64L的开度使得在所估算的质量流率G1、G2之间的差减小。因此，个别地调节在每个排气通道40R、40L中的排气的流率。这样抑制了在发动机的运行期间在排气通道40R、40L中的排气的流率的不同。这样以合适的方式抑制了在排气净化催化剂之间的净化特性的不同，例如从排气接收的热的差别和在氮氧化物存储的速度和硫中毒速度之间的差别。
(2)基于排气温度T、T1、和T2以及合并通道46中的排气的质量流率G，使用相关表达式(18)、(19)来合适地估算排气通道40R、40L的质量流率G1、G2。
(3)用于估算质量流率G1、G2的值是已经被修正的排气温度的检测值。即，检测值被修正以补偿由于热辐射所导致的温度改变中的差，该热辐射由该温度的检测位置相对于排气温度T的检测位置的差别引起的。因此，更精确地估算质量流率G1、G2。
(4)在合并通道46中的排气的质量流率G被计算为每单位时间从喷油器14喷射的燃料的总质量与进气的质量流率的和。因此，精确地计算了质量流率G而无需直接检测质量流率G。
已解释的实施例可以如下修改。
如果通过例如使用进气温度的修正来准确地检测质量流率，则可以使用检测体积流率的空气流量计或进气压力传感器来检测进气量。
在优选实施例中，排气再循环阀64R、64L两者的开度被修正以抑制排气流率的不同。但是，可以仅修正排气再循环阀64R、64L中的一个的开度。
代替修正排气再循环阀64R、64L的开度，可以采用以下结构(a)至(c)。此外，修正排气再循环阀64R、64L的开度的结构可以与结构(a)至(c)中的至少两个组合。以这些结构，也可以个别地调节排气通道40R、40L中的排气的流率。
(a)改变增压器24R、24L的可变喷嘴机构的操作量(喷嘴的开度)。
更具体地，可以减小与具有较大排气流率的气缸列对应的增压器的喷嘴的开度。这样减小了排气通道中与上述气缸列对应的增压器所在的部分的横截面，从而增加了排气歧管中的压力。因此，增加了再循环排气的量并降低了排气的流率。相反，可以增大与具有较小排气流率的气缸列对应的增压器的喷嘴的开度。这样降低了与上述气缸列对应的排气歧管中的压力并提高了排气的流率。根据此结构，可变喷嘴机构充当催化剂控制装置。
(b)改变进气节气门28R、28L的开度。
更具体地，可以减小与具有较大排气流率的气缸列对应的进气节气门的开度。这样减小了与上述气缸列对应的进气通道中的压力，从而增加了再循环排气的量。因此，降低了排气的流率。相反，可以增大与具有较小排气流率的气缸列对应的进气节气门的开度。这样增加了与上述气缸列对应的进气通道中的压力，从而减少了再循环排气的量。因此，提高了排气的流率。根据此结构，进气节气门充当催化剂控制装置。
根据此结构，由于需要个别地改变在每个进气通道中的进气的压力，所以该结构仅适用于以下发动机系统。即，如图3所示的示例，该发动机需要采用排气再循环装置80R、80L，其分别具有独立的排气再循环通道82R、82L。每个排气再循环装置80R、80L对应于气缸列12R、12L中的一个。此外，气缸列12R、12L必须分别设置有进气通道20R、20L和进气节气门28R、28L。排气再循环通道82R连接到进气通道中的一个20R且排气再循环通道82L连接到进气通道中的另一个20L。
(c)改变设置有可变气门机构的内燃机的气门特性，其可变地设定诸如气门打开正时、气门关闭正时、和进气门和排气门的提升量之类的气门特性。
更具体地，通过改变与具有较大排气流率的气缸列对应的气门的气门特性使得气门重叠量增加，来增加从排气通道再循环到燃烧室的排气的量(排气返回量)。通过改变与具有较小排气流率的气缸列对应的气门的气门特性使得重叠量减小来减小再循环排气的量。通过减少与具有较大排气流率的气缸列对应的排气门的打开时间，可以减小发动机的排量。或者，通过增加与具有较小排气流率的气缸列对应的排气门的打开时间，可以增大发动机的排量。根据此结构，可变气门机构充当催化剂控制装置。
此外，可以设定发动机的一些可操作的范围。然后，在这些操作范围中可以可选择地将特定装置用于每个可操作范围来减小在排气的流率之间的差。以此结构，可以为每个范围选择对发动机的运行条件具有较小影响的装置和容易确保排气的流率的调节量的装置。
增压器不限于可变喷嘴型增压器24R、24L。可以使用其他类型的通过排气的能量为气缸增压的增压器或由电机驱动的增压器，只要是通过改变操作量来改变排气的压力或再循环排气的量的可变排量型增压器。
代替排气再循环阀64R、64L的开度控制过程，可以执行如图4所示的还原剂添加装置50R、50L的添加量控制过程。
如图4所示，在步骤S200，电子控制装置70以上述方式计算流经排气通道40R、40L的排气的质量流率G1、G2。此后，在步骤S202，电子控制装置70基于流经第一排气通道40R的排气的质量流率G1和空气-燃料比计算来自与第一气缸列12R对应的还原剂添加装置50R的还原剂添加量的目标值FaR。此外，电子控制装置70基于流经第二排气通道40L的排气的质量流率G2和空气-燃料比计算来自与第二气缸列12L对应的还原剂添加装置50L的还原剂添加量的目标值FaL。然后，在步骤S204，电子控制装置70根据所计算的目标值FaR、FaL控制添加阀52R、52L。以此结构，根据对应的质量流率G1、G2个别地设定到每个排气通道40R、40L的还原剂添加量。因此，即使排气的流率随每个排气净化催化剂44R、44L而不同，仍可将合适量的还原剂加到每个排气净化催化剂44R、44L。以此结构，添加阀52R、52L充当催化剂控制装置。
优选实施例采用添加作为还原剂的燃料的还原剂添加装置50R、50L。但是，也可以采用添加作为还原剂的诸如尿素之类的其他材料的还原剂添加装置。
用于估算质量流率G1、G2的值是已被修正的排气温度的检测值。即，该检测值被修正以补偿由于热辐射所导致的温度改变中的差，该热辐射由该温度的检测位置相对于排气温度T的检测位置的差别引起的。用于修正的基准位置可以任意地更改为例如温度T1的检测位置、温度T2的检测位置、或其他位置。
如果由排气温度的检测位置之间产生的排气的辐射影响较小以至于可以将其忽略，则可以使用关系表达式(16)、(17)来估算质量流率G1、G2。
用于估算排气通道40R、40L中的排气的流率的方法不限于上述估算方法而可以任意更改。除了基于排气温度估算排气的流率，还可以基于与排气的流率具有很强相关性的排气的压力或增压器的增压压力来估算排气的流率。
可以调节在排气通道40R、40L中的排气的流率使得在排气温度T1、T2之间的差减小。如图5所示的示例，随着排气温度T1、T2之间的差增大，在排气通道40R、40L中的排气的流率之间的差也增大。这已经被发明人所证实。因此，上述结构抑制了在排气通道40R、40L中的排气的流率的不同。而且，可以检测在排气通道40R、40L中的排气的压力。可以控制排气的流率使得在所检测的排气的压力之间的差减小。以此结构，可以调节排气的流率使得在排气通道40R、40L中的排气的压力之间的差减小。排气的压力随着排气的流率增加而增大。这样抑制了排气通道40R、40L中排气的流率的不同。可选地，可以检测增压器24R、24L的增压压力。可以控制排气的流率使得在所检测的增压压力之间的差减小。
本发明不必应用到V型内燃机，而可应用到诸如卧式对置发动机之类的具有多个气缸列的内燃机。本发明不必应用到具有多个气缸列的内燃机，而可以应用到具有多组气缸，每组气缸连接到排气净化催化剂中的不同的一个的任何内燃机。气缸组可以仅包括一个气缸。
权利要求
1.一种用于内燃机的排气净化设备，所述内燃机具有多组气缸，每组气缸连接到排气净化催化剂中不同的一个，所述设备的特征在于包括估算装置，用于个别地估算在每个所述排气净化催化剂中的排气的流率；和设定装置，用于根据所述排气净化催化剂中所述排气的所述估算流率来个别地设定连接到对应的所述排气净化催化剂的每组气缸的控制方式。
2.一种用于内燃机的排气净化设备，所述内燃机具有多组气缸，每组气缸连接到排气净化催化剂中不同的一个，所述设备的特征在于包括估算装置，用于个别地估算在每个所述排气净化催化剂中的排气的流率；位于所述排气净化催化剂上游的催化剂控制装置，其中所述催化剂控制装置个别地改变每个所述排气净化催化剂的状态；和设定装置，用于根据所述排气净化催化剂中的所述排气的所述估算流率来个别地设定每个所述催化剂控制装置的控制方式。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化设备，其特征在于所述内燃机具有连接到第一排气净化催化剂的第一组气缸和连接到与所述第一排气净化催化剂分离的第二排气净化催化剂的第二组气缸，所述内燃机还具有各自对应于所述气缸组之一的排气通道，其中在每组气缸的排气经过对应的所述排气净化催化剂之后所述排气通道合并在一起；且其中所述估算装置通过基于经过所述第一排气净化催化剂的排气的温度T1、经过所述第二排气净化催化剂的排气的温度T2、合并在一起之后的排气的温度T、以及在合并在一起之后的排气的质量流率G，使用以下方程(1)和(2)计算经过所述第一排气净化催化剂的排气的质量流率G1和经过所述第二排气净化催化剂的排气的质量流率G2，来估算所述排气的流率，所述方程(1)和(2)如下G1＝G×(T-T2)/(T1-T2)(1)G2＝G×(T-T1)/(T2-T1)(2)。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的排气净化设备，其特征在于对排气的所述温度T、T1、T2的检测值进行修正，来补偿在所述温度T、T1、T2的检测位置之间的差别。
5.根据权利要求3或4所述的用于内燃机的排气净化设备，其特征在于，合并在一起之后的排气的所述质量流率G被计算为每单位时间喷射到所述内燃机中的燃料的总质量与进气的质量流率之和。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于内燃机的排气净化设备，其特征在于，所述设定装置为每组所述气缸个别地调节所述排气的流率，使得在多个所述排气净化催化剂中的所述排气的所述估算流率之间的差减小。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于内燃机的排气净化设备，其特征在于，所述设定装置基于所述排气净化催化剂中的所述排气的所述估算流率，为每组所述气缸个别地设定添加到每个所述排气净化催化剂的还原剂的量。
8.根据权利要求3所述的用于内燃机的排气净化设备，其特征在于所述内燃机包括多个进气通道和一进气歧管，所述进气通道各自对应于所述第一和第二组气缸中的一组，所述进气歧管共用地连接到所述进气通道；其中为每组所述气缸设置将排气从每个排气通道再循环到对应的进气通道的排气再循环装置，每个排气再循环装置具有将所述进气歧管连接到对应的所述排气通道的排气再循环通道和设置在所述排气再循环通道中的排气再循环阀；且其中所述催化剂控制装置由所述排气再循环阀构成。
9.一种用于内燃机的排气净化方法，所述内燃机具有多组气缸，每组气缸连接到排气净化催化剂中不同的一个，所述方法的特征在于个别地估算在每个所述排气净化催化剂中的排气的流率；和根据所述排气净化催化剂中的所述排气的所述估算流率，个别地设定连接到对应的所述排气净化催化剂的每组气缸的控制方式。
全文摘要
一种内燃机对多个气缸列中的每个具有不同的排气通道。排气净化催化剂设置在每个排气通道中。个别地估算流经排气通道的排气的质量流率G1、G2。通过控制每组气缸的操作或例如排气再循环阀之类的催化剂控制装置的操作，为每个气缸列个别地调节排气的流率使得估算质量流率G1、G2之间的差减小。
文档编号F01N3/08GK1842642SQ200580001000
公开日2006年10月4日 申请日期2005年3月14日 优先权日2004年3月22日
发明者铃木久信, 中村好孝, 高桥宣之, 池田让, 日下部信一, 丰田义 申请人:丰田自动车株式会社, 株式会社丰田自动织机