专利名称：内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。
背景技术：
在柴油机中，在内燃机低速低负荷运转时，特别是在内燃机暖机运转时，燃烧室内的温度变低，其结果，产生大量的未燃烧HC。因此，通过在内燃机排气通路内配置排气控制阀，在内燃机低速低负荷运转时关闭排气控制阀，同时大幅度地增加燃料喷射量，提高燃烧室内的温度而使喷射燃料在燃烧室内完全燃烧，由此，抑制未燃HC的产生量，这样的柴油机是公知的(见日本特开昭49-80414号公报)。
另外，在内燃机排气通路内配置了排气净化用催化剂时，当催化剂温度不十分高时，催化剂就不能进行良好的排气净化作用。因此，在用于产生内燃机的输出功率的主燃料的喷射之外还在膨胀行程中喷射副燃料，通过使副燃料燃烧而使排气温度上升，由此，使催化剂的温度上升，这样的内燃机是公知的(见日本特开平8-303290号和特开平10-212995号公报)。
另外，过去，人们都知道可以吸附未燃HC的催化剂。该催化剂，其周围的压力越高未燃HC的吸附量越增大，当周围的压力变低时，放出吸附的未燃HC。因此，为了由利用该性质从催化剂放出的未燃HC来还原NOX，在内燃机排气通路内配置该催化剂，并在催化剂的下游的内燃机排气通路内配置排气控制阀，在NOX产生量少的内燃机低速低负荷运转时，在用于产生内燃机输出功率的主燃料之外还将少量的副燃料喷射到膨胀行程中或排气行程中，而使多量的未燃HC从燃烧室排出，在将排气控制阀打开到比较小的开度而使这时的内燃机的输出功率降低处于允许范围内，从而提高了排气通内的压力，使从燃烧室排出的多量未燃HC吸附到催化剂内，在NOX产生量多的内燃机的高速或高负荷运转时，使排气控制阀全开，使排气通路内的压力降低，这时，由从催化剂放出的未燃HC还原NOX，这样的内燃机是公知的(见日本特开平10-238366公报)。
另外，现在的柴油机，从前即使在火花点火时内燃机中，如何降低在内燃机低负荷运转时、特别是在暖机运时转时产生的未燃HC的量成为大问题。因此，本发明人进行了用于解决该问题的实验研究，其结果，发现，为了在内燃机的暖机运转等时大幅度地降低排出的大气中的未燃HC的量，必须降低燃烧室内的未燃HC的产生量并且同时增大排气通路内的未燃HC的降低量。
具体而言，明白了如下的情况，在膨胀行程中或排气行程中向燃烧室内追加喷射副燃料并使该副燃料燃烧，而且在与内燃机排气孔的出口隔开相当距离的内燃机排气通路内设置排气控制阀，当使该排气控制阀几乎全闭式，由这些副燃料的燃烧和排气控制阀产生的排气节流作用的相加效果，燃烧室内的未燃HC的产量降低，同时，排气通路内的未燃HC的降低量增大，这样可以大幅度地降低排出到大气中的未燃HC的量。
更详细地说，当喷射副燃料时，不仅副燃料本身燃烧，主燃料的燃烧所剩下的未燃HC也在燃烧室内的燃烧。因此，在燃烧室内产生的未燃HC的量不仅大幅度地降低，主燃料的燃烧剩余即未为燃HC及副燃料也燃烧，因此，以燃气体温度成为相当高的温度。
另一方面，当排气阀被几乎全闭式，从内燃机的排气孔到排气控制阀的排气通路内的压力、即背压力变得相当高。所谓背压高是指从燃烧室内排出的排气温度不怎么降低，因此，排气孔内的排气温度成为相当高的温度。另外，所谓背压高是指排出到排气孔内的其排气的流速慢，因此，排气在高温状态下长时间地滞留在排气控制阀上游的排气通路内。在这期间，含在排气中的未燃HC被氧化，这样，排出到大气中的未燃HC的量被大幅度降低。
这时，如果不喷射副燃料，主燃料的燃烧剩余的未燃HC原样地残留，因此，在燃烧室内产生大量的未燃HC。另外在不喷射副燃料时，由于燃烧室内的已燃气体温度不那样高，因此，在这时，即使使排气控制阀几乎全闭，也不能实现在排气控制阀上游的排气通路内使未燃HC充分氧化。因此，在这时，大量的未燃HC排出到大气中。
另外，即使在不进行排气控制阀的排气节流作用时，如果喷射副燃料，在燃烧室内产生的未燃HC的产生量也降低，燃烧室内的已燃气体温度变高。但是，在不进行排气控制阀的排气节流作用时，从燃烧室刚一排出排气，排气压立刻降低，这样，排气温度也立刻降低，因此，在这时，排气通路内的未燃HC的氧化作用几乎不能实现，这样，在这时也向大气中排出大量的未燃HC。
即，为了大幅度降低排出到大气中的未燃HC的量，必须喷射副燃料且同时使排气控制阀几乎全闭。
在上述日本特开昭49-80414号公报中记载的柴油机中，由于不喷射副燃料，且主燃料的喷射量大幅度地被增加，因此，虽然排气温度上升，但是在燃烧室内产生极大量的未燃HC。这样，在燃烧室内产生极多量的HC，即使在排气通路内进行未燃HC的氧化作用，因为只一部分未燃HC被氧化，大量的HC排出到大气中。
另外，在上述日本特开平8-303290号公报或日本特开平10-212995号公报中记载的内燃机中，由于不进行排气控制阀的排气节流作用，几乎不能实现排气通路内的未燃HC的氧化作用。因此，在该内燃机中也向大气中排出大量的未燃HC。
另外，在上述日本特开平10-238336号公报中记载的内燃机中，为了使内燃机的输出功率降低处于允许范围内，排出控制阀被关闭到比较小的开度，因此，在该内燃机中，在排气控制阀全开着时和被关闭时，主燃料的喷射量被维持为相同喷射量。但是，在内燃机的输出降低处于允许范围内的程度的排气控制阀的开阀量中，背压不那样高。
另外，在内燃机中，为了产生应吸附在催化剂上的未燃HC，少量的副燃料被喷射到膨胀行程中或排气行程中，这时，若副燃料良好地进行燃烧，则不产生未燃HC，因此，在该内燃机中，为了不使副燃料良好地燃烧，来控制副燃料的喷射。因此，在该内燃机中少量的副燃料对以燃气体温度的上升几乎没有帮助。
这样，在该内燃机中，大量的未燃HC在燃烧室内产生，而且，背压也不怎么高，已燃气体温度也不怎么上升，因此，在排出通路内未燃HC也并不怎么被氧化。在该内燃机中是以尽量将多量的未燃HC吸附在催化剂上为目的，因此，这样地考虑可以说是合情合理的。
发明的公开本发明的目是提供一种内燃机的排气净化装置，该内燃机的排气净化装置可以在确保内燃机稳定运转的同时可以大幅度地降低排放到大气中的未燃HC的量。
根据本发明，提供一种内燃机的排气净化装置，该内燃机的排气净化装置在与内燃机排气孔的出口连接的排气通路内配置着排气控制阀，该排气控制阀与排气孔的出口隔开预定的距离，当判断为应该降低向大气中的未燃HC的排出量时，排气控制阀被几乎全闭，并且为了产生内燃机输出功率，除了在空气过剩的状态下使喷射在燃烧室内的主燃料燃烧之外，还在副燃料可燃烧的膨胀行程中或排气行程中的预定时期向燃烧室内追加喷射副燃料，在排气控制阀几乎被全闭时，为了在相同的内燃机运转状态下与排气控制阀全开时的内燃机的产生转矩接近而与在相同的内燃机运转状态下排气控制阀被全开的情况相比增加主燃料的喷射量。
附图的简单说明
图1是内燃机的整体图，图2是燃烧室的侧视剖面图，图3是表示排气控制阀的一实施例的图，图4是表示喷射量、喷射时期及空燃比的图，图5是表示喷射时期的图，图6是表示未燃HC的浓度的图，图7是表示主燃料的喷射量的图，图8是表示主燃料的喷射量和副燃料的喷射量的关系的图，图9是表示主燃料的喷射量与排气控制阀的开度变化的图，图10是表示主燃料的喷射量与排气控制阀的开度变化的图，图11是用于进行运转控制的流程图，图12是表示内燃机的另外实施例的整体图，图13是表示内燃机的又一实施例的整体图，图14是表示内燃机的再一实施例的整体图，图15是用于进行运转控制的流程图，图16是表示内燃机的再一实施例的整体图，图17是表示内燃机的又一实施例的整体图，图18是用于进行运转的流程图，图19是用于进行运转控制的流程图，图20是用于进行运转控制的流程图，图21是表示油门踏板的踏入量和排气控制阀的开度等的关系的图，图22是表示主燃料的喷射量与排气控制阀的开度的图，图23是表示内燃机的又一实施例的整体图，图24是表示副燃料Qa的变化的时间图，图25是用于进行运转控制的流程图，图26是用于实施副燃料的喷射控制的流程图，图27是表示副燃料Qa的变化的时间图，图28是用于实施副燃料的喷射控制的流程图，图29是表示副燃料Qa的变化的时间图，图30是用于实施副燃料的喷射控制的流程图，图31是表示内燃机的又一实施例的整体图，图32是表示内燃机的又一实施例的整体图，图33是表示内燃机的又一实施例的整体图，图34是图13所示的内燃机的侧视剖面图，图35是表示内燃机的又一实施例的侧视剖面图。
用于实施本发明的最佳形式图1和图2表示将本发明使用于成层燃烧式内燃机的情况，但是，本发明也适用于在均匀的贫空燃比之下进行燃烧的火花点火式内燃机和在空气过剩的状态下进行燃烧的柴油机。
参照图1，1表示内燃机本体、内燃机本体具有由1号气缸#1、2号气缸#2、3号气缸#3、4号气缸#4组成的4个气缸。图2表示各气缸#1、#2、#3、#4侧剖面图。参照图2，2表示气缸体、3表示气缸盖、4表示活塞、5表示燃烧室、6表示配置在气缸盖3的内壁面周缘部的燃料喷射阀、7表示配置在气缸盖3的内壁面中央部的点火栓、8表示吸气阀、9表示吸气孔、10表示排气阀、11表示排气孔。
参照图1和图2中，吸气孔9通过对应的吸气支管机构12与平衡罐13连接，平衡罐13通过吸气管14和空气流量计15与空气滤氢气16连接。在吸气管14内配置着由步进马达17驱动的节流阀18。另外，在图1所示的实施例中，点火顺序是1-3-4-2，如图1所示，点顺序隔开一个气缸#1、#4的排气孔11与共同的第一排气岐管19连接，点火顺序隔开一个的剩余的气缸#2、#3的排气孔11与共同的第二排气岐管20连接。第一排气岐管19和第二排气岐管20与共同的排气管21连接，排气管21在与另外的排气管22连接。在排气管22内配置着排气控制阀24，该排气控制阀24由作动器23驱动，该作动器23由隔膜装置或电动机构成。
如图1所示，排气管21和平衡罐13通过排气再循环(以下称为EGR)通路25相互连接，在EGR通路25内配置着电气控制式EGR控制阀26。燃料喷射阀6与共同的燃料容器即公用给油管27连接。燃料箱28内的燃料通过电控式的排出量可变的燃料泵29供向该公用给油管27，供给到公用给油管27内的燃料供给各燃料喷射阀6。在公用给油管27上安装着用于检测公用给油管27内的燃料压力的燃料压力传感器30，根据燃料压力传感器30的输出信号控制燃料泵29的排出量，以使公用给油管27内的燃料压力成为目标燃料压力。
电控单元40由数字计算机构成，具备由双向性通路41相互连接的ROM(只读存储器)42、RAM(随机存取存储器)43、CPU(微处理器)44、输入口45和输出口46。空气流量计15产生与吸入空气量成正比的输出电压，该输出电压通过对应的AD变换器47输入到输入口45。在内燃机本体1上安装着用于检测内燃机冷却水温的水温传感器31，该水温传感器31的输入信号通过对应的AD变换器47输入到输入口45。在输入口45上还通过对应的AD变换器47输入燃料压力传感器30的输出信号。
另外，在油门踏板50上连接负荷传感器51，该负荷传感器51产生与油门踏板50的踏入量L成正比的输出电压，负荷传感器50的输出电压通过对应的AD变换器47输入到输入口45。另外，在输入口45上连接着曲柄角度传感器52，该曲柄角度传感器52在曲轴每旋转例如30°时产生输出脉冲。另外，输出口46通过对应的驱动电路48与燃料喷射阀6、点火栓7、节流阀控制用步进电机17、排气控制阀控制用作动器23、EGR控制阀26及燃料泵29连接。
图4是表示燃料喷射量Q1，Q2，Q(＝Q1+Q2)、喷射开始时期θS1，θS2、喷射完成时期θE1，θE2及燃烧室5内的平均空燃比A/F。另外，在图4中，横轴L表示油门踏板50的踏入量即要求负荷。
从图4可知，要求负荷L比L1低时，在压缩行程末期的从θS2到θE2之间进行燃料喷射Q2。在这时，平均空燃比A/F相当贫。在要求负荷L处于L1和L2之间时，在吸气行程初期从θS1到θE1之间进行第一次燃料喷射Q1，接着，在压缩行程末期的θS2到θE2之间进行第二次燃料喷射Q2。在这时，空燃比A/F也成为贫。在要求负荷L比L2大时，在吸气行程初期的从θS1到θE1之间进行燃料喷射Q1。在这时，在要求负荷Q低的区域，平均空燃比A/F成为贫，当要求负荷L变高时，平均空燃比A/F成为理论空燃比，当要求负荷L变得更高时，平均空燃比A/F成为富。另外，仅在压缩行程末期进行燃料喷射Q2的运转区域、两次进行燃料喷射Q1及Q2的运转区域及仅在吸气行程初期进行燃料喷射Q1的运转区域不仅由要求负荷L决定，实际上是由要求负荷L和内燃机转速决定。
图2是表示要求负荷L比L1(图4)小时、即仅在压缩行程末期进行燃料喷射Q2的情况。如图2所示，在活塞4的顶面上形成着室4a，在要求负荷L比L1小时，在压缩行程末期从燃料喷射阀6朝向室4a的底壁面喷射燃料。该燃料由室4a的周壁面导引而朝向点火栓7去，由此，在点火栓7的周围形成混合气G。接着，该混合气G被点火栓7点火。
另外，如前所述，在要求负荷L处于L1与L2之间时，分为2次进行燃料喷射。这时，由在吸气行程初期进行的第一次燃料喷射Q1在燃烧室5内形成稀薄混合气。接着，由在压缩行程末期进行的第二次燃料喷射Q2在点火栓周围形成最适当浓度的混合气。该混合气由点火栓7点燃，由该点火火焰使稀薄混合气燃烧。
另外，在要求负荷L比L2大时，如图4所示地在燃烧室5内形成贫或理论空燃比或富空燃比的均匀的混合气，该均匀混合气由点火栓7点火。
接着，参照图5首次对本发明的未燃HC的降低方法进行概述说明。在图5中，横轴表示曲柄角，BTDC及ATDC分别表示上死点前和上死点后。
图5(A)表示由本发明的方法特别是不需要降低未燃HC的情况下要求负荷L比L1小时的燃料喷射时期。如图5(A)所示，在这时，在压缩行程末期仅喷射主燃料Qm，这时，排气阀24保持全开状态。
与此相反，在需要由本发明的方法降低未燃HC时，排气控制阀24几乎全闭，再如图5(B)所示，在为了产生内燃机输出功率的主燃料Qm的喷射之外，在膨胀行程中，在图5(B)所示的例子中，在压缩上死点后(ATDC)60°附近增加喷射副燃料Qa。这时，在空气过剩的状态下使主燃料Qm燃烧，以便在燃烧室内残留充分的氧气，以使在主燃料Qm燃烧后使副燃料Qa完全燃烧。另外，图5(A)和图5(B)表示内燃机负荷和内燃机转速相同时的燃料喷射期间，因此，在内燃机负荷和内燃机转速相同时，图5(B)所示的情况下的主燃料Qm的喷射量比图5(A)所示的情况下的主燃料Qm的喷射量大。
图6表示内燃机排气通路中各位置的排气中的未燃HC的浓度(ppm)的一例。在图6所示的例子中，黑三角表示在排气控制阀24全开的状态下，如图5(A)所示地在压缩行程末期喷射主燃料Qm时的排气孔11出口处的排气中的未燃HC的浓度(ppm)。在这时，排气孔11出口处的排气中的未燃HC的浓度成为6000ppm以上的极高的值。
另外，在图6所示的例子中，黑圆点和实线表示排气控制阀24几乎全闭、如图5(B)所示地喷射了主燃料Qm及副燃料Qa时的排气中的未燃HC的浓度(ppm)。在这时，排气孔11出口处的排气中的未燃HC的浓度成为2000ppm以下，在排气控制阀24的附近，排气中的未燃HC的浓度减少到150ppm左右。因此，在这时，排出到大气中的未燃HC的量大幅度地降低。
这样，之所以在排气控制阀24上游的排气通路内未燃HC减少，是因为促进了未燃HC的氧化反应。但是，如图6用黑三角所示那样地，在排气孔11出口处的未燃HC的量多时、即在燃烧室5内未燃HC的产生量多时，即使促进排气通路内的未燃HC的氧化反应，排出到大气中的未燃HC的量也不那样地降低。即，通过促进排气通路内的未燃HC的氧化反应，可以使排出的大气中的未燃HC的量大幅度降低的情况是在排气孔11出口处的未燃HC的浓度低时、即在燃烧室5内未燃HC的产生量少时。
这样，为了降低排出到大气中的未燃HC的量，需要同时满足使燃烧室5内的未燃HC的产生量降低且促进排气通路内的未燃HC的氧化反应的两个要求。首先，从第二要求即促进排气通路内的未燃HC的氧化反应进行说明。
根据本发明，在需要降低排出到大气中的未燃HC的量时，排气控制阀24几乎全闭。这样，当排气控制阀24几乎全闭时，排气孔11内、排气岐管19、20内，排气管21内及排气控制阀24上游的排气管22内的压力即背压变为相当高。背压变高意味着在从燃烧室5内向排气孔11内排出了排气时排气压力不怎么降低，因此，从燃烧室5排出的排气的温度也不怎么降低。因此，排出到排气孔11内的排气温度维持为相当高的温度。另外，背压高意味着排气的密度高，排气的密度高意味着从排气孔11到排气控制阀24的排气通路内的排气流速慢。因此，排出到排气孔11内的排气在高温状态下长时间地滞留在排气控制阀24上游的排气通路内。
这样，当排气在高温状态下长时间地滞留在排气控制阀24上游的排气通路内时，在此期间促进未燃HC的氧化反应。这时，根据本发明人的实验，得知为了促进排气通路内的未燃HC的氧化反应，必须使排气孔11处的排气温度为大致750℃以上，最好是800℃以上。
另外，高温排气滞留在排气控制阀24上游的排气通路内的时间越长，未燃HC的降低量越增大。排气控制阀24的位置越从排气孔11出口离开，该滞留时间越长，因此，为了充分地降低未燃HC，排气控制阀24需要与排气孔11出口间隔所需要的距离地进行配置。当为了充分地降低未燃HC而将排气控制阀24从排气孔11出口间隔所需要的距离地进行配置时，如图6的实线所示，未燃HC的浓度大幅度地降低。另外，根据本发明人的试验得知，为了充分降低未燃HC最好是使从排气孔11出口到排气控制阀24的距离为30cm以上。
可是，如前所述，为了促进排气通路内的未燃HC的氧化反应，必须使排气孔11出口处的排气温度为大致750℃以上，最好是800℃以上。另外，为了降低排出到大气中的未燃HC的量，还必须满足上述的第一要求。因此，在本发明中，在用于产生内燃机输出功率的主燃料Qm之外，在主燃料Qm喷射后还增加喷射副燃料Qa，在燃烧室5内使副燃料Qa燃烧。
即，当使副燃料Qa在燃烧室5内燃烧时，在副燃料Qa燃烧时，使主燃料Qm燃烧剩余的大量的未燃HC燃烧。另外，由于该副燃料Qa喷射到高温气体中，副燃料Qa被良好地燃烧，因此，不怎么产生副燃料Qa的燃烧剩余的未燃HC。这样，最终在燃烧室5内产生的未燃HC的量变得相当少。
另外，当使副燃料Qa在燃烧室5内燃烧时，除了主燃料Qm本身及副燃料Qa本身的燃烧引起发热之外，还增加了主燃料Qm的燃烧剩余的未燃HC的燃烧热，因此，燃烧室5内的已燃气体温度变得很高。这样，通过在主燃料Qm之外追加喷射副燃料Qa并使副燃料Qa燃烧，使在燃烧室5内产生的未燃HC的量降低，并且可以使排气孔11出口处的排气温度成为750℃以上，最好成为800℃以上。
这样，在本发明中，需要使副燃料Qa在燃烧室5内燃烧，因此，需要在副燃料Qa燃烧时在燃烧室5内残存充分的氧气，而且，在被喷射的副燃料Qa在燃烧室5内良好地进行燃烧的时期，需要喷射副燃料Qa。
因此，在本发明中，如前所述，为了在副燃料Qa燃烧时能在燃烧室5内残存充分的氧气，主燃料Qm在空气过剩的状态下被燃烧，这时，副燃料Qa也在空气过剩的状态下被燃烧。这时，主燃料Qm燃烧时的燃烧室5内的平均空燃比最好是大致30以上，副燃料Qa燃烧时的燃烧室5内的平均空燃比最好是大致15.5以上。
另外，在如图2所示的成层燃烧式内燃机中，在被喷射的副燃料Qa在燃烧室5中良好地被燃烧的喷射时期是在图5中从用箭头Z表示的压缩上死点后(ATDC)大致50°起到大致90°的膨胀行程。因此，在图2所示的成层燃烧式内燃机中，副燃料Qa在压缩上死点后(ATDC)大到50°起大致90°的膨胀行程中进行喷射。在压缩上死点后(ATDC)大致50°起到大致90°的膨胀行程中被喷射的副燃料Qa不太有助于内燃机的输出功率的产生。
根据本发明人的实验，在图2所示的成层燃烧式内燃机中，副燃料Qa在从压缩上死点后(ATDC)大致50°起到大致70°附近被喷射时，排出到大气中的未燃HC的量最少。因此，在本发明的实施例中，如图5(B)所示，未燃燃料Qa的喷射时期是大致压缩上死点后(ATDC)60°附近。
副燃料Qa的最佳喷射时期由于内燃机的形式不同而不同，例如，在柴油机中，副燃料Qa的最佳喷射时期是膨胀行程中或排气行程中。因此，在本发明中，副燃料Qa燃烧喷射在膨胀行程中或排气行程中进行。
另外，燃烧室5内的已燃气体温度受主燃料Qm的燃烧热和副燃料Qa的燃烧热双方的影响。即，主燃料Qm的喷射量越增大燃烧室5内的已燃气体温度越变高，副燃料Qa的喷射量越增大燃烧室5内的已燃气体温度越变高。另外，燃烧室5内的已燃气体温度受背压的影响。即，由于背压越高从燃烧室5内越难以流出已燃气体，残留在燃烧室5内的已燃气体温度越高，这样，当排气控制阀24几乎全闭时，燃烧室5内的已燃气体温度上升。
当排气控制阀24几乎关闭，由此，背压变高时，即使增加喷射副燃料Qa，内燃机的产生转矩也相对于最佳的要求产生转矩减少。因此，在本发明中，如图5(B)所示，在排气控制阀24几乎被全闭时，为了与如图5(A)所示地在相同的内燃机运转状态下排气控制阀24全开时的内燃机的要求产生转矩相近，在相同的内燃机运转状态下与排气控制阀24全开时相比使主燃料Qm的喷射量增加。另外，在本发明的实施例中，在排气控制阀24几乎被全闭时，为了使其时的内燃机的产生转矩与在同一内燃机运转状态下排气控制阀24被全开时的内燃机的要求产生转矩一致而增加主燃料Qm。
图7表示为了相对要求负荷L获得内燃机的要求产生转矩所需要的主燃料Qm的变化。另外，在图7中实线表示排气控制阀24几乎全闭的情况，虚线表示排气控制阀24全开的情况。
图8表示在使排气控制阀24几乎全闭的情况下为了将排气孔11出口处的排气温度从大致750℃到大致800℃所需要的主燃料Qm和副燃料Qa的关系。如上所述，即使增加主燃料Qm燃烧室5内的已燃气体温度变高，即使增加副燃料Qa燃烧室5内的已燃气体温度也变高。因此，为了将排气孔11出口处的排气温度从大致750℃到大致800℃所需要的主燃料Qm和副燃料Qa的关系成为如图8所示地如果增大主燃料Qm则副燃料Qa减少，如果减少主燃料Qm则副燃料Qa增大的关系。
但是，在将主燃料Qm和副燃料Qa增大了同一量时，增加了副燃料Qa时的一方与增加了主燃料Qm的情况相比，燃烧室5内的温度上升的量大得多。因此，从燃料消耗量的降低方面来看，可以说最好是通过增大副燃料Qa来使燃烧室5内的已燃气体温度上升。
因此，在本发明的实施例中，在排气控制阀24几乎全闭了时，增加为了使内燃机的产生转矩上升到所需产生转矩所需要的量的主燃料Qm，主要由副燃料Qa的燃烧热使燃烧室5内的已燃气体上升。
这样，当使排气阀24几乎全闭，喷射使排气孔11出口处的排气成为750℃最好是大致800℃所需要的量的副燃料Qa时，在从排气孔11到排气控制阀24的排气通路内可以大幅度地减少未燃HC的浓度。这时，在从排气孔11到排气控制阀24的排气通路内，为了如图6所示地使未燃HC的浓度降低到大致150p.p.m左右，需要将排气控制阀24上游的排气通路内的压力以表压计量为大致60KPa至80KPa。这时的排气控制阀24的排气通路断面积的关闭比例是95％左右。
因此，在图1所示的实施例中，在要使向大气中排出未燃气体的排气量大幅度降低时，将排气控制阀24几乎全闭，以使排气控制阀24所进行的排气通路断面积的关闭比例成为大致95％左右。另外，这时，如图3所示，在排气控制阀24的阀体上穿设着贯通孔24a，也可以完全地将排气控制阀24关闭。
另外，在从排气孔11到排气控制阀24的排气通路内，如果使未燃HC从600p.p.m减少到800p.p.m就足够的情况下，只要使排气控制阀24上游的排气通路的压力成为用表压计量为大致30KPa就足够，这时，由排气控制阀24进行的排气通路断面积的关闭比例成为大致90％。
在内燃机中产生多量的未燃HC是在燃烧室5内的温度低时。在燃烧室5内的温度低时是内燃机的起动和暖机运转时及内燃机低负荷时，因此，在内燃机起动及暖机运转时和内燃机低负荷时产生多量的未燃HC。这样，在燃烧室5内的温度低时，即使在排气通路内配置具有氧化功能的催化剂，除了成为催化剂活性化温度以上的情况以外，难以由催化剂使这时产生的过量的未燃HC氧化。
因此，在本发明的实施例中，在内燃机的起动和暖机运转时及在内燃机低负荷时，使排气控制阀24大致全闭，在增加主燃料Qm的同时追加喷射副燃料Qa，由此，使排出到大气中的未燃HC的量大幅度地降低。
图9表示内燃机起动及暖机运转时的主燃料Qm的变化一例及排气控制阀24的开度变化。在图9中，实线X表示使排气控制阀24几乎全闭时的最佳的主燃料Qm的喷射量，虚线Y表示使排气控制阀24全开时的最佳的主燃料Qm的喷射量。从图9可知，当内燃机起动时，排气控制阀24从全开状态变换为几乎全闭状态，比在同一内燃机运转状态下使排气控制阀24全闭时的最佳的主燃料Qm的喷射量Y增加主燃料Qm的喷射量X，另外再追加喷射副燃料Qa。
图10表示内燃机低负荷时的主燃料Qm的变化一例及排气控制阀24的开度变化。在图10中，实线X表示使排气控制阀24几乎全闭时的最佳的主燃料Qm的喷射量。虚线Y表示使排气控制阀24全开时的最佳的主燃料Qm的喷射量。从图10可知，在内燃机低负荷时，排气控制阀24几乎全闭，比在同一内燃机运转状态下使排气控制阀24全闭时的最佳的主燃料Qm的喷射量Y增加主燃料Qm的喷射量X，另外再追加喷射副燃料Qa。
图11表示运转控制程序。
参照图11，首先在步骤100中判断是否是内燃机起动及暖机运转时。在不是内燃机起动及暖机运转时，转移到步骤102判断是否是内燃机低负荷时。在不是内燃机低负荷时前进到步骤103，使排气控制阀24全开，接着前进到步骤104进行主燃料Qm的喷射控制。这时，不进行副燃料Qa的喷射。
另外，在步骤100中判断为是内燃机起动及暖机运转时，前进到步骤101，判断是否在内燃机起动后经过了预先设定的设定时间，在未经过设定期间时前进步骤105。另外，在经过了设定期间时前进到步骤102，这时，在步骤102中判断为是内燃机低负荷时也前进到步骤105。在步骤105中使排气控制阀24几乎全闭，接着在步骤106中进行主燃料Qm的喷射控制。即，如果是内燃机起动及暖机运转时，主燃料Qm的喷射量则成为图9所示的X，如果是内燃机低负荷时，主燃料Qm的喷射量则成为图10所示的X。接着，在步骤107中进行副燃料Qa的喷射控制。
图12表示作动器23使用负压作动型作动器的情况。在图12所示的例子中，负压作动型作动器使用着由与排气控制阀24连接的隔膜60、隔膜负压室61、隔膜推压用压缩弹簧62构成的负压隔膜装置。另外，在图12所示的例子中设有负压罐63，该负压罐63其一方通过仅可向平衡罐13流通的单向阀64与平衡罐13内连接。另一方通过可与大气连通的切换阀65与隔膜负压室61连接。
当平衡罐13内的负压比负压罐63内的负压大时，单向阀64打开，这样负压罐63内维持为产生于平衡罐13内的最大负压。在由切换阀65的切换作用将隔膜负压室61对大气开放时，排气控制阀24成为全开状态，当负压室61由切换阀65的切换作用与负荷罐63内连接时，排气控制阀24几乎被全闭。
在内燃机停止时，排气控制阀24在开阀的状态下不固定地保持在全开状态。接着在内燃机起动时，排气控制阀24从全开状态切换为几乎全闭状态。在图12所示的例子中，即使在内燃机停止时在负压罐63内也积蓄着负压，因此，在内燃机起动时，通过使隔膜负压室61与负压罐63连接，可以确实地将排气控制阀24从全开状态切换到几乎全闭状态。
图13表示另外的实施例，在该实施例中，在排气控制阀24上游的排气管22内配置催化剂70。在这样地在排气控制阀24上游的排气管22内配置催化剂70时，追加喷射副燃料Qa，在排气控制阀24为几乎全闭时，催化剂70由高温的排气强力地加热。因此，在内燃机起动及暖机运转时可以早期使催化剂70活性化。
作为配置在排气管22内的催化剂70可以使用氧化催化剂、三元催化剂、NOX吸收剂或HC吸附催化剂。NOX吸收剂具有在燃烧室5内的平均空燃比是贫时吸收NOX，当燃烧室5内的平均空燃比是富时放出NOX的功能。
该NOX吸收剂将例如氧化铝作为载体，在该载体上载置着从钾K、钠Na、锂Li、铯Cs那样的碱金属、钡Ba、钙Ca那样的碱土类、镧La、钇Y那样的稀土类选出的至少一种和铂Pt那样的贵金属。
另外，在HC吸附催化剂中，在例如沸石、氧化铝Al2O3、氧化硅氧化铝SiO2·Al2O3、活性碳、二氧化钛TiO2那样的多孔质载体上载持铂Pt、钯Pd、铑Rh、铱Ir那样的贵金属、或铜Cu、铁Fe、锆Co、镍Ni那样的过渡性金属。
在这样的HC吸附催化剂中，排气中的未燃HC物理地吸附在催化剂内，未燃HC的吸附量，催化剂的温度越低越增大，流过催化剂的排气的压力越高越增大。因此，在图13所示的实施例中，由于催化剂70的温度低而且排气控制阀24的排气节流作用背压变高时，即内燃机起动及暖机运转时及内燃机低负荷时含在排气中的未燃HC吸附在HC吸附催化剂中。因此，可以进一步使排放到大气中的未燃HC的量降低。另外，吸附在HC吸附催化剂中的未燃HC在背压变低时或HC吸附催化剂变高时，从HC吸附催化剂中释放出。
图14表示又一实施例。在该实施例中，在排气控制阀24上游的排气管22内配置由ONX吸收剂或HC吸附催化剂构成的催化剂70，在第一排气岐管19和排气管21间、及第二排气岐管20与排气管21间分别配置催化剂71、72，该催化剂71、72具有氧化催化剂和三元催化剂那样的氧化功能。在排气阀24几乎全闭且喷射副燃料Qa时，各排气集管19、20的出口处的排气温度很高，因此，当在各排气岐管19、20的出口处分别配置催化剂71、72时，这些催化剂71、72在发动机起动后很快地使其被活性化。其结果，通过由催化剂71、72带来的氧化反应的促进作用而使排出到大气中的未燃HC的量更加降低。
如图14所示，在内燃机排气通路内配置了具有氧化功能的催化剂71、72时，即使在内燃机低负荷运转时，只要内燃机低负荷运转不长时间地持续，催化剂71、72就保持在活性温度以上。另外，在内燃机停止后，在短时间内内燃机在起动时，即使内燃机暖机运转时，催化剂71、72也有时保持在活性温度以上，只要催化剂71、72活性化着，排气中的未燃HC就由催化剂71、72净化，因此，没有必要进行导致燃料消耗量增大的副燃料Qa的喷射。
因此，在另一实施例中，如图14所示，将用于检测催化剂71、72的温度的温度传感器73、74分别安装在催化剂71、72上，根据温度传感器73、74的输出信号，在任何一个催化剂71、72成为了活性化温度以上时，即使在暖机运转时或内燃机低负荷运转时，也将排气控制阀24全开，停止副燃料Qa的喷射。
图15是表示这种情况下的运转控制程序的图。
参照图15，首先在步骤200中判断是否是内燃机起动及暖机运转时。在不是内燃机起动及暖机运转时，前进到步骤201，判断是否是内燃机低负荷时。在不是内燃机低负荷时前进到步骤202，使排气控制阀24全开，接着前进到步骤203而进行主燃料Qm的喷射控制。这时，不进行副燃料Qa的喷射。
另一方面，在步骤200中判断为是内燃机起动及暖机运转时或在步骤201中判断为是内燃机低负荷时，前进到步骤204，判断由温度传感器73检测出的催化剂71的温度T1和由温度传感器74检测出的催化剂72的温度T2是否都比活性化温度T0高，当T1≤T0或T2≤T0时，前进到步骤205使排气控制阀24几乎全闭，接着在步骤206中进行主燃料Qm的喷射控制。即，若是内燃机起动及暖机运转时，则主燃料Qm的喷射量成为图9所示的X，若是内燃机低负荷时，则主燃料Qm的喷射量成为图10所示的X。接着在步骤207中进行副燃料Qa的喷射控制。
与此相对，在步骤204中判断为T1＞T0且T2＞T0时，即在催化剂71、72都活性化了时，前进到步骤204使排气控制阀24全开，接着前进到步骤203进行主燃料Qm的喷射控制。
另一方面，如前所述地为了大幅度地降低排出到大气中的未燃HC的量，需要使排气孔11出口处的排气温度为大致750℃以上，因此，需要将背压维持在60KPa到80KPa中，但是，例如由于排气管22内的堆积物，排气控制阀24不能打开的目标温度，其结果，有背压不能充分变高的危险性，另外，即使排气控制阀24关闭到目标开度，排气的流路面积由于堆积物而变小，结果，有背压变得过高的危险性。
因此，在如下所述的实施例中，在想要降低向大气中排出的未燃HC的排出量时，控制燃烧室5内的燃烧，以使排气控制阀24上游的排气通路内的排气的压力或温度成为目标值。具体而言，如果增大主燃料Qm或副燃料Qa的至少任何一方的喷射量，燃烧室5内的燃烧压和燃烧温度变高，这样，背压和排气温度上升。另外，当增大吸入空气量时，因为排气量增大，因此，背压及排气温度上升。
因此，在图16所示的实施例中，将用于检测背压的压力传感器80安装到排气管22上，当背压比目标值低时，使主燃料Qm的喷射量、或副燃料Qa的喷射量、或吸入空气量增大，在背压比目标值高时，使主燃料Qm的喷射量、或副燃料Qa的喷射量、或吸入空气量减少。
另外，在图17所示的实施例中，将用于检测排气孔11出口处的排气温度的温度传感器81安装在第一排气岐管19的支管上，在由温度传感器81检测出的排气温度比目标值低时，使主燃料Qm的喷射量、或副燃料Qa的喷射量、或吸入空气量增大，在由温度传感器81检测出的排气温度比目标值高时，使主燃料Qm的喷射量、或副燃料Qa的喷射量、或吸入空气量减少。
另外，如图17所示，排气控制阀既可以配置在排气管22的入口部，以可以配置在排气管21的出口部。
图18表示通过控制主燃料Qm来控制背压时的运转控制程序。
参照图18，首先在步骤300中判断是否是内燃机起动及暖机运转时，在不是内燃机起动和暖机运转时，转移到步骤302，判断是否是内燃机低负荷时。在不是内燃机低负荷时，前进到步骤303，使排气控制阀24全开，接着前进到步骤304，进行主燃料Qm的喷射控制。这时不进行副燃料Qa的喷射。
另一方面，在步骤300中判断为是内燃机起动和暖机运转时，前进到步骤301，判断内燃机起动后是否经过了预定的设定期间。在未经过了设定期间时，前进到步骤305。另一方面在经过了设定时间时前进到步骤302，在步骤302中判断为是内燃机低负荷时也前进到步骤305。在步骤305中使排气控制阀几乎全闭。
接着在步骤306中根据内燃机运转状态算出预定的主燃料Qm的喷射量(图9和图10的X)。接着在步骤307中判断由压力传感器80检测出的背压P是否比目标值P0小一定值α的值(P0-α)低，在P＜P0-α时，前进到步骤308，在相对主燃料Qm的补正值ΔQm上加上一定值km。另外，在P≥P0-α时，前进到步骤309，判断背压是否比比目标值P0大一定值α的值(P0+α)高。在P＞P0+α时，前进到步骤310，从补正值ΔQm减去一定值km。
接着在步骤311中，在Qm上加上了ΔQm的值成为最终的主燃料的喷射值Qmo。即，在P＜P0-α时，使主燃料增量。在P＞P0+α时使主燃料减量，由此，将背压P控制为P0-α＜P＜P0+α。接着，在步骤312中进行副燃料Qa的喷射控制。
图19表示通过控制副燃料Qa来控制背压时的运转控制程序。
参照图19，在步骤400中判断是否是内燃机起动和暖机运转时。在不是内燃机起动和暖机运转时转移到步骤402，判断是否是内燃机低负荷时。在不是内燃机低负荷时，前进到步骤403，使排气控制阀24全开，接着前进到步骤404，进行主燃料Qm的喷射控制。这时不进行副燃料Qa的喷射。
另一方面，在步骤400中判断为是内燃机起动和暖机运转时，前进到步骤401，判断内燃机起动后是否经过了预定的设定期间。在不是经过了设定时间时，前进到步骤405。另一方面在经过了设定期间时前进到步骤402，在步骤402中判断为是内燃机低负荷时也前进到步骤405。在步骤405中使排气控制阀24几乎全闭。接着在步骤406中进行主燃料Qm的喷射控制。即，如果是内燃机起动和暖机运转时，则主燃料Qm的喷射量成为图9所示的X，如果是内燃机低负荷时，则主燃料Qm的喷射量成为图10所示的X。
接着在步骤407中根据内燃机运转状态算出预定的副燃料Qa的喷射量。接着在步骤408中判断由压力传感器80检测出的背压P是否比比目标值P0小一定值α的值(P0-α)低，在P＜P0-α时，前进到步骤409，在相对副燃料Qa的补正值Δqa上加上一定值ka。另外，在P≥P0-α时，前进到步骤410，判断背压P是否比比目标值P0大一定值α的值(P0+α)高。在P＞P0+α时，前进到步骤411，从补正值ΔQa减去一定值ka。
接着，在步骤412中，在Qa上加上了ΔQa的值成为最终的副燃料的喷射值Qao。即，在P＜P0-α时，使副燃料增量。在P＞P0+α时使副燃料减量，由此，将背压P控制为P0-α＜P＜P0+α。
图20表示通过控制吸入空气量控制背压时的运转控制程序。
参照图20，首先在步骤500中判断是否是内燃机起动及暖机运转时。在不是内燃机起动及暖机运转时，转移到步骤502判断是否是内燃机低负荷运转，在不是内燃机低负荷时，前进到步骤503，使排气控制阀24全开，接着前进到步骤504，进行主燃料Qm的喷射控制。这时不进行副燃料Qa的喷射。
另外，在步骤500中，判断为是内燃机起动和暖机运转时，前进到步骤501，判断内燃机起动后是否经过了预定的设定期间。在不是经过了设定期间时，前进到步骤505。另一方面在经过了设定期间时前进到步骤502，在步骤502中判断为是内燃机低负荷时也前进到步骤505。在步骤505中使排气控制阀24几乎全闭。
接着在步骤506中算出根据内燃机的运转状态预定的节流阀18的目标开度θ，接着在步骤507中判断由压力传感器80检测出的背压P是否比比目标值P0小一定值α的值(P0-α)低，在P＜P0-α时，前进到步骤508，在相对节流阀18的目标开度θ的补正值Δθ上加上一定值k。另外，在P≥P0-α时，前进到步骤509，判断背压P是否比比目标值P0大一定值α的值(P0+α)高。在P＞P0+α时，前进到步骤510，从补正值Δθ减去一定值k。
接着在步骤511中使在θ上加上Δθ的值成为最终的节流阀18的目标开度θ0。即在P＜P0-α时，因为增大节流阀18的开度而使吸入空气量增加，在P＞P0+α时，由于节流阀18的开度减少，吸入空气量减少，因此，将背压P控制为P0-α＜P＜P0+α。接着在步骤512中进行主燃料Qm的喷射控制。即，如果是内燃机起动和暖机运转时，主燃料Qm的喷射量则成为图9所示的X，如果是内燃机低负荷时，主燃料Qm的喷射量成为图10所示的X。接着在步骤513中进行副燃料Qa的喷射控制。
另外，如上所述地排气控制阀24几乎被全闭、主燃料Qm的喷射量X增加，追加喷射副燃料Qa时，可以在内燃机的产生转矩不下降的情况下使排出到大气中的未燃HC的量大幅度的降低。可是，在暖机运转中，在内燃机的要求负荷变高时，当使排气控制阀24保持为几乎全闭状态时，内燃机的产生转矩相对要求值低，因此，在暖机运转中，在内燃机要求负荷变高时，需要使排气控制阀24开阀。
可是，在这种情况下，当使排气控制阀全开时虽然阻止了内燃机产生转矩的降低，但是未促进排气通路内的未燃HC的氧化反应，因此排出到大气中的未燃HC的量增大。因此，在内燃机的要求负荷变高时，最好不使排气控制阀24全开。在此，在图21和图22所示的实施例中，在代表内燃机的要求负荷的代表值变高了时，随着代表值的变高使排气控制阀24的开度增大，由此，一边抑制内燃机的产生力矩的降低一边抑制朝向大气中的未燃HC的排出。
在该实施例中，作为代表要求力矩的代表值使用油门踏板50的踏入量L，该情况下的油门踏板50的踏入量L和排气控制阀24开度的关系表示在图21中。如图21所示，在该实施例中，当油门踏板50的踏入量L比预定的第一踏入量Lm小时，排气控制阀24被几乎全闭，当油门踏板50的踏入量L比预定的第二踏入量Ln(＞Lm)大时，排气控制阀24被全开，油门踏板50的踏入量L处于第一踏入量Lm和第二踏入量Ln之间时，随着油门踏板50的踏入量L增大，排气控制阀24的开度变大。
即，在第一踏入量Lm和第二踏入量Ln之间排气控制阀24的开度设定为在内燃机的产生转矩相对要求产生转矩几乎不降低的情况下背压变为最高的最小开度。因此，油门踏板50的踏入量L处于第一踏入量Lm和第二踏入量Ln之间时，当排气控制阀24的开度成为对应于油门踏板50的踏入量L的图21所示的开度时，内燃机的产生力矩几乎不下降，排气通路内的未燃HC的氧化反应被促进，因此，可以降低排出到大气中的未燃HC的量。
另外，从图21可知，在油门踏板50的踏入量L从L＜Lm变为Lm＜L＜Ln的缓加速运转时，排气控制阀24打开到对应于油门踏板50的踏入量L的开度，但是，在油门踏板50的踏入量L从L＜Lm变为L＞Ln的急加速运转时，排气控制阀24被全闭。因此，根据加速的情况排气控制阀24的开度进行变化，加速的程度越变高，排气控制阀24的开度越变大。
另一方面，在同一内燃机运转状态中，相对排气控制阀24全开着时的要求产生力矩的产生力矩的下降量在排气控制阀24的开度越大时而越小，因此，在该实施例中，在第一踏入量Lm和第二踏入量Ln之间，如图21所示，在同一内燃机运转状态下，相对排气控制阀24全开时的最佳主燃料Qm的喷射量Y的主燃料Qm的喷射量X的增量值伴随着油门踏板50的踏入量L增大而减小。
另外，如图21所示，油门踏板50的踏入量L越增大副燃料Qa的喷射量越减少，在图21所示的实施例中，当L＞Ln时，停止副燃料Qa的喷射。
另外，在该实施例中，如图10所示，在内燃机低负荷时，排气控制阀24几乎被全闭，主燃料Qm的喷射量X比在同一内燃机运转状态下排气控制阀24被全开时的最佳主燃料Qm的喷射量Y增加，另外还追加喷射副燃料Qa。接着，当不是内燃机低负荷运转状态时，排气控制阀24立即被全开。
图22是表示运转控制程序的图。
参照图22，首先在步骤600中判断是否是内燃机起动及暖机运转时，在是内燃机起动及暖机运转时，前进到步骤601，判断内燃机起动后是否经过了预定的设定期间。在不是经过了设定期间时，前进到步骤602。另外在步骤600中判断为不是内燃机起动及暖机运转时，或在步骤601中判断为经过了设定期间时，前进到步骤605判断内燃机负荷是否比设定负荷低、即是否是低负荷运转时。在是低负荷运转时前进到步骤602。
在步骤602中控制排气控制阀24的开度。即，在是内燃机起动及暖机运转时，排气控制阀24的开度成为对应于图21所示的油门踏板50的踏入量L的开度。与此相对，在步骤605中判断为是低负荷运转时，排气控制阀被几乎全闭。接着在步骤603中进行主燃料Qm的喷射控制。即，若是内燃机起动及暖机运转时，主燃料Qm的喷射量成为图21所示的X，在步骤605中判断为是低负荷运转时，主燃料Qm的喷射量成为图10所示的X。接着在步骤604中进行副燃料Qa的喷射控制。
另外，在步骤605中判断为不是内燃机低负荷时，前进到步骤606，使排气控制阀24全开，接着前进到步骤607进行主燃料Qm的喷射控制。这时，不进行副燃料Qa的喷射。
可是，在到此为止所叙述的实施例中，不管内燃机起动与否，排气控制阀24几乎被全闭，主燃料Qm增量，追加喷射副燃料Qa。但是，在内燃机起动时，因为内燃机温度低，当在这时喷射副燃料时，副燃料不能充分燃烧，因此，有使未燃HC的产生量增大的危险。因为在以下所述的实施例中，为了在内燃机起动时不产生多量的未燃HC，来控制内燃机起动时的副燃料的喷射。
图23表示这时所使用的内燃机的整体图。从图23可知，在该内燃机中，点火开关53的作动信号和起动开关54的作动信号输入输入口45。
接着，参照图24对为了在内燃机起动时不产生多量的未燃HC而在内燃机起动时，在内燃机开始了自行运转后渐渐地使副燃料的喷射量增大的实施例进行说明。图24分别表示点火开关53的动作、排气控制阀24的开度变化、起动开关54的动作、内燃机转速N、主燃料的喷射量Qm的变化及副燃料的喷射量Qa的变化。
如图24所示，在点火开关53被断开着期间，排气控制阀24保持为全开状态，当点火开关53从断开切换为接通时，排气控制阀24从全开状态切换为几乎全闭状态。接着当起动开关54被接通时，开始主燃料Qm的喷射。这时的主燃料的喷射量Qm的变化在图24中用实线X表示。
即，图24中的实线X表示使排气控制阀24几乎全闭时的最佳主燃料Qm的喷射量，虚线X0表示排气控制阀24全开时的最佳主燃料Qm的喷射量。因此，在该实施例中，在内燃机起动及暖机运转时，主燃料Qm的喷射量X比在同一内燃机运转状态下排气控制阀24全开时的最佳主燃料Qm的喷射量X0增量。
在由起动马达驱动内燃机期间，内燃机转速N维持为200r.p.m.程度的一定转速，当内燃机开始自行运转时内燃机转速N急剧上升。这时，在该实施例中，在内燃机转速N超过预定转速、例如400r.p.m.时，判断为内燃机开始了自行运转。在判断为内燃机开始了自行运转时，主燃料Qm的喷射量X急剧减少。
另一方面，在图24中，虚线Y0表示对应于内燃机的运转状态而预先设定的副燃料Qa的目标喷射量。该目标喷射量Y0表示排气孔11出口处的排气温度维持为目标温度、例如800℃所需要的副燃料的喷射量，该目标喷射量Y0随着主燃料喷射量X的减少而增大。副燃料Qa的目标喷射量Y0作为要求负荷L及内燃机转速N的函数预先储存在ROM42内。
在图24中，实线Y表示副燃料Qa的实际的喷射量。如图24所示，在该实施例中，当判断为内燃机开始了自行运转时，开始副燃料Qa的喷射，接着，副燃料Qa的喷射量Y朝向目标喷射量Y0渐渐地增大。
在内燃机刚刚开始了自行运转之后，内燃机本体1的温度低，因此，当在这时喷射多量的副燃料Qa时，因为全体喷射燃料不能良好地燃烧而产生多量地未燃HC。因此，在这时喷射少量的副燃料Qa。另一方面，在内燃机开始了自行运转后，内燃机本体1的温度渐渐变高，这样，即使增大副燃料Qa的喷射量也可以使副燃料Qa良好地燃烧。因此，在内燃机开始了自行运转后，图24所示，副燃料Qa的喷射量Y朝向目标喷射量Y0渐渐地增大。
图25表示运转控制程序。
参照图25，首先在步骤700中判断点火开关53是否从OFF切换为ON。在点火开关53从OFF切换为ON时，前进到步骤701，排气控制阀24从全开状态切换为几乎全闭状态。接着在步骤702中，判断内燃机运转开始后、例如内燃机开始自行运转后是否经过了预定的设定期间。
在未经过设定期间时，前进到步骤703，进行主燃料Qm的喷射控制。即，主燃料Qm的喷射量成为图24所示的X。接着在步骤704中进行副燃料Qa的喷射控制。即，副燃料Qa的喷射量成为图24所示的Y。另一方面，在步骤702中判断为经过了设定期间时，前进到步骤705，排气控制阀24全开，接着前进到步骤706进行主燃料Qm的喷射控制。这时，不进行副燃料Qa的喷射。
图26表示为了实施图24所示的实施例而在图25的步骤704中所进行的副燃料的喷射控制。
参照图26，首先在步骤800中判断内燃机转速N是否成为400r.p.m.以上、即内燃机是否开始了自行运转。在N≤400r.p.m时，前进到804，使副燃料的喷射量Qa为零。即，停止副燃料的喷射。与此相对，当N＞400r.p.m时，前进到步骤801，在副燃料喷射量Qa之上加上一定值ΔQ。接着在步骤802中，判断副燃料喷射量Qa是否比与在图24中用Y0所示的内燃机的运转状态对应的目标喷射量XQa大。当Qa＞XQa时，前进到步骤803使Qa成为XQa。因此，当内燃机开始自行运转时，副燃料的喷射量Qa朝向目标喷射量XQa渐渐增大，当副燃料的喷射量Qa到达目标喷射量XQa时，其后，副燃料的喷射量Qa维持为目标喷射量XQa。
图27表示另外的实施例。在该实施例中，在图27中用实线Y所示地从内燃机开始自行运转前、即起动开关54从OFF切换为ON时起，副燃料喷射量Qm渐渐地增大，副燃料喷射量Qm在内燃机开始自行运转后到达目标喷射量Y0。
图28是表示为了实施图27所示的实施例而在图25的步骤704中进行的副燃料的喷射控制。
参照图28，首先在步骤900中判断起动开关54是否从OFF切换为ON。在起动开关54从OFF切换为ON时，前进到步骤901，置位(セツト)起动标志(スタ-タフテグ)接着前进到步骤902，在步骤902中判断起动标志是否被置位。在起动标志未被置位时、即内燃机停止着时，前进到步骤906使副燃料Qa为零。即停止副燃料的喷射。与此相对，在起动标志被调节时，前进到步骤903，在副燃料喷射量Qa上加上一定值ΔQ。接着在步骤904中，判断副燃料的喷射量Qa是否比在图27中用Y0所示的对应于内燃机的运转状态的目标喷射量XQa大。当Qa＞XQa时，前进到步骤905使Qa成为XQa。因此，当起动开关54从OFF切换为ON时，副燃料的喷射量Qa朝向目标喷射量XQa渐渐增大，当副燃料的喷射量Qa到达目标喷射量XQa时，其后，副燃料的喷射量Qa维持为目标喷射量XQa。
图29表示另外的实施例，在该实施例中，在图29中用实线Y所示地从内燃机自行运转开始后经过了一定时间后，以目标喷射量Y0开始副燃料Qa的喷射。即，在该实施例中，在即使以目标喷射量Y0喷射副燃料Qa也可以在使全体燃料良好地燃烧的时期开始副燃料Qa的喷射。
图30是表示为了实施图29所示的实施例而在图25的步骤704中进行的副燃料的喷射控制。
参照图30，首先在步骤1000中判断内燃机转速N是否成为400r.p.m.以上、即内燃机是否开始了自行运转。当N＞400r.p.m时，前进到步骤1001，判断成为N＞400r.p.m后是否经过了一定时间。在步骤1000中判断为是N≤400r.p.m时、或在步骤1001中判断为成为N＞400r.p.m后未经过一定时间，前进到步骤1005，使副燃料的喷射量Qa为零。即停止副燃料的喷射。
与此相对，在步骤1101中，判断为N＞400r.p.m后经过了一定时间时，前进到步骤1002，在副燃料喷射量Qa之上加上一定值ΔQ。接着在步骤1003中，判断副燃料喷射量Qa是否比与在图29中用Y0所示的内燃机的运转状态对应的目标喷射量XQa大。当Qa＞XQa时，前进到步骤1003使Qa成为XQa。因此，当内燃机开始自行运转后经过一定时间时，副燃料的喷射量Qa渐渐地增大到目标喷射量XQa，其后，副燃料的喷射量Qa维持为目标喷射量XQa。这时，当ΔQ＝XQa时，如图29所示，在内燃机开始自行运转后经过一定时间时，副燃料的喷射量Qa一气地增大到目标喷射量XQa，其后，副燃料的喷射量Qa维持为目标喷射量XQa。
接着，对促进排气通路内的未燃HC氧化作用的实施例进行说明。
在图31所示的实施例中，各气缸#1、#2、#3、#4的排气孔与排气岐管90的分别对应的支管90a连接，在各支管90a内形成着具有比各排气孔的横截面积大得多的横截面积的容积扩大室91。这样，当在排气岐管90的各支管90a内分别形成容积扩大室91时，在这些容积扩大室91内，排气的流速变慢，由此，从排气孔排出的排气在高温的状态下长时间地滞留在排气控制阀24上游的排气通路内。当排气在高温的状态下长时间地滞留在排气控制阀24上游的排气通路内时，促进排气通路内的未燃氧化作用，由此，进一步降低排出到大气中的未燃HC的量。
这时，排气控制阀24上游的排气通路内的排气的滞留时间越长，未燃HC的降低量越大，容积扩大部91的越大，该滞留时间越长。在图31所示的实施例中，为了加长排气的滞留时间，使容积扩大部91的横截面积成为排气孔的横截面积的2倍以上，容积扩大部91的轴线方向长度与容积扩大部91的直径大致相等或大于容积扩大部91的直径。
如上所述，当在排气岐管90的各支管90a内设置容积扩大室91时，促进排气中的未燃HC的氧化反应，因此，这些容积扩大室91构成了未燃HC的氧化反应促进装置。图32表示该氧化反应促进装置的另外的例子。在图32所示的例子中，与各气缸的排气孔连接并且相对全部气缸共用的容积扩大室92与各排气孔的出口相邻地设置着。在该例子中，排气的流速在容积扩大室92内变慢，由此促进未燃HC的氧化反应。
另一方面，通过保温排气也可以促进排气中的未燃HC的氧化反应。图33和图34是表示通过这样地保温排气来促进未燃HC的氧化反应的氧化反应促进装置的一例。
参照图33和图34，在排气通路内设置两层壁构造的排气岐管或电抗器93。该排气岐管或电抗器93通过两层壁构造的支管94与各气缸的排气孔11连接。即，排气集管或电抗器93由衬套93b和从该衬套93b隔开间隔地包围衬套93b的外框93a构成，支管94由衬套94b和隔开间隔地包围衬套94b的外框94a构成。
如图34所示，衬套94b延伸到对应的排气孔11内，在排气孔11内，在衬套94b的周围也形成着间隙。即，排气孔11内也成为两层壁构造。
如图33所示，排气管21、催化剂转换器70a及排气管21a也是两层壁构造。因此，从燃烧室5排出的排气由于两层壁构造的隔热作用而保持为高温，由此，在排气控制阀24几乎全闭时，大幅度地促进排气中的未燃HC的氧化作用。另外，在图33和图34所示的例子中，排气岐管或电抗器93形成容积扩大室，因此，进一步促进了未燃HC的氧化反应。
通过保温排气来促进未燃HC的氧化反应的其它的氧化反应的促进措施，具有将排气集管或排气管由热传导率低的材料形成或由保温材料包围排气岐管或排气管等的方法。
图35表示氧化反应促进装置其它的实施例。在该实施例中，如图35所示，在朝向下游侧排气温度TE进行上升的区域I中，排气的流路横截面积朝向下游侧渐渐地增大，在排气温度TE朝向下游侧减少的区域II中，排气的流路横截面积朝向下游侧渐渐地减少。具体而言，在区域I中，排气孔11的流路横截面积及排气岐管95的支管96的流路横截面积朝向下游侧渐渐地增大，在区域II中，排岐集管95的支管96的流路横截面积朝向下游侧渐渐地减少。
即，如前所述，当排气控制阀24几乎全闭，喷射副燃料Qa时，从燃烧室5内排出的排气中的未燃HC在朝向下游侧流动的期间渐渐地被氧化。其结果，从燃烧室5内排出的排气温度TE如图35所示地由于未燃HC的氧化反应热随着向下游去而渐渐地上升。接着当进一步向下游侧去时，由于外气的冷却作用，排气温度TE渐渐地降低。即，在排气温度TE上升的区域I中，未燃HC中的氧化反应活跃，在区域II中未燃HC的氧化反应不怎么活跃。
这种情况，为了促进未燃HC的氧化反应，使区域1中的未燃HC的氧化反应更加活跃是有效的。为了使氧化反应活跃，可以加长高温下的排气的滞留时间，因此，只要加大排气的流路横截面积即可。因此，在区域1中将流路横截面积朝向下游侧渐渐地增大。另外，当将流路横截面积朝向下游侧渐渐地增大时，排气气流由于从排气孔11和排气岐管的支管96的内壁面剥离，因此，对排气的冷却作用变弱，由此可以进一步促进未燃HC的氧化作用。
另一方面，在区域II中，原来未燃HC的氧化反应不怎么活跃，因此在区域II中即使促进未燃HC的氧化反应也不能获得大的未燃HC的降低效果。另外，在区域II中当排气的流路横截面积朝向下游侧增大时，不仅具有排气系统的尺寸极度变大的问题，而且还产生为了消除排气脉动而使内燃机的输出功率降低的问题。因此，在区域II中使排气的流路横截面积朝向下游侧渐渐减小。
从图31到图35所示的实施例中，为了进一步促进未燃HC的氧化反应，也可以在排气孔内、或排气岐管内、或排气岐管支管内配置具有氧化功能的催化剂。
权利要求
1.内燃机的排气净化装置，该内燃机的排气净化装置在与内燃机排气孔的出口连接的排气通路内配置着排气控制阀，该排气控制阀与排气孔的出口隔开预定的距离，当判断为应该降低向大气中的未燃HC的排出量时，排气控制阀被几乎全闭，并且为了产生内燃机输出功率，在空气过剩的状态下使喷射在燃烧室内的主燃料燃烧之外还在副燃料可燃烧的膨胀行程中或排气行程中的预定时期向燃烧室内追加喷射副燃料，在排气控制阀几乎被全闭时，为了在相同的内燃机运转状态下与排气控制阀全开时的内燃机的产生转矩接近而与在相同的内燃机运转状态下排气控制阀被全开的情况相比增加主燃料的喷射量。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在进行着内燃机的暖机运转时，判断为应该降低朝向大气中的未燃HC的排气量。
3.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在进行着内燃机低负荷运转时，判断为应该降低朝向大气中的未燃HC的排气量。
4.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在判断为应该降低朝向大气中的未燃HC的排气量时，随着主燃料的喷射量增大，副燃料的喷射量减少。
5.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，不仅主燃料而且副燃料也在空气过剩的状态下进行燃烧。
6.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，由点火栓使由主燃料形成在燃烧室内的限定区域内的混合气点燃，然后，追加喷射副燃料。
7.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在排气通路内配置了催化剂。
8.如权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，该催化剂由氧化催化剂、三元催化剂、NOX吸收剂或HC吸附催化剂构成。
9.如权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有判断该催化剂是否比活性化温度高的判断装置，在该催化剂比活性化温度低且进行着内燃机的暖机运转时，判断为应该降低朝向大气中的未燃HC的排出量。
10.如权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有判断该催化剂是否比活性化温度高的判断装置，在该催化剂比活性化温度低且进行着内燃机低负荷运转时，判断为应该降低朝向大气中的未燃HC的排出量。
11.如权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，该催化剂配置在排气控制阀上游的排气通路内。
12.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在应该降低朝向大气中的未燃HC的排出量时，为了使排气控制阀上游的排气通路内的排气的压力或温度的任何一方成为目标值而控制燃烧室内的燃烧。
13.如权利要求12所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，通过控制主燃料的喷射量、或副燃料的喷射量、或吸入空气量的至少一方来控制燃烧室内的燃烧。
14.如权利要求13所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在排气控制阀上游的排气通路内的排气的压力或温度的任何一方比目标值低时，增大主燃料的喷射量、或副燃料的喷射量、或吸入空气量的至少一方。
15.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，排气控制阀在内燃机起动时从全开状态切换为几乎全闭状态。
16.如权利要求15所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有积蓄负压的负压罐和用于驱动排气控制阀的负压作动型作动器，该作动器由积蓄在负压罐中的负压作动。
17.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机起动后到经过预定的期间之间，在代表要求负荷的代表值比预定的值低时，排气控制阀被几乎全闭，在内燃机起动后到经过预定的期间之间，在代表要求负荷的代表值比预定的值高时，随着该代表值变大，排气控制阀的开度变大。
18.如权利要求17所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机起动后到经过预定的期间之间，随着排气控制阀的开度变大，主燃料的喷射量的增量值减少。
19.如权利要求17所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机起动后到经过预定的期间之间，随着排气控制阀的开度变大，副燃料的喷射量减少。
20.如权利要求17所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机起动后到经过预定的期间后，在要求负荷比设定负荷低时，在排气控制阀几乎被全闭并且在内燃机起动后经过了预定期间后要求负荷比设定负荷高时，排气控制阀被全开。
21.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机运转开始时，在内燃机开始了自行运转后，副燃料的喷射量设定为根据内燃机的运转状态而预定的目标喷射量。
22.如权利要求21所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在将副燃料的喷射量设定为该目标喷射量时，副燃料的喷射量朝向该目标喷射量渐渐地增大。
23.如权利要求22所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机开始了自行运转后，副燃料的喷射量朝向该目标喷射量渐渐地增大。
24.如权利要求22所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机开始自行运转前，副燃料的喷射量朝向该目标喷射量渐渐地增大。
25.如权利要求21所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在将副燃料的喷射量设定为该目标喷射量时，副燃料的喷射量一气地增大到该目标喷射量。
26.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机的排气孔或排气通路的至少上游部设有用于促进排气中的未燃HC的氧化反应的氧化反应促进装置。
27.如权利要求26所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，氧化反应促进装置通过使排气的流速降低来促进排气中的未燃HC的氧化反应。
28.如权利要求27所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，氧化反应促进装置由设在排气通路内的容积扩大室构成。
29.如权利要求26所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，氧化反应促进装置通过保温排气来促进排气中的未燃HC的氧化反应。
30.如权利要求29所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，氧化反应促进装置由两层壁周壁面构造构成。
31.如权利要求30所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在排气控制阀上游的排气通路内设有容积扩大室，从排气孔内到容积扩大室内做成两层壁构造。
32.如权利要求20所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，氧化反应促进装置由在流路横截面面积朝向下游侧渐渐地增大了后流路横截面面积朝向下游侧渐渐地减少的排气孔或排气通路构成。
33.如权利要求26所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机排气孔内或排气控制阀上游的排气通路内的任何一方配置着催化剂。
全文摘要
在内燃机的排气管(22)内配置着排气控制阀(24)。在内燃机起动或暖机运转时,使排气控制阀(24)几乎全闭,使主燃料的喷射量比排气控制阀全开时的最佳喷射量大,在膨胀行程中追加喷射副燃料,由此在内燃机起动及暖机运转时大幅度地降低排出到大气中的未燃HC。
文档编号F01N13/04GK1349588SQ00807252
公开日2002年5月15日 申请日期2000年4月5日 优先权日1999年5月7日
发明者浅沼孝充, 广田信也, 利冈俊祐, 田中俊明 申请人:丰田自动车株式会社